Luận văn:Giải pháp tiết kiệm năng lượng cho thiết bị gia nhiệt bằng điện

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

131
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

là cuộc cách mạng trong công nghiệp đốt nóng, tăng hiệu quả tiết kiệm năng lượng, hạ giá thành trong sản xuất, hiệu quả cạnh tranh trên thị trường. Trước đây chúng ta đã quen thuộc sử dụng công nghệ đốt nóng bằng vòng nhiệt, phương thức đốt nhiệt truyền thống này rất nhiều hạn chế như: Tiêu tốn nhiều điện năng, thời gian gia nhiệt lâu, nhiệt độ tỏa ra môi trường lớn. Công nghệ gia nhiệt điện từ ra đời để khắc phục tất cả những nhược điểm của vòng nhiệt mang lại hiệu quả kinh tế...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Giải pháp tiết kiệm năng lượng cho thiết bị gia nhiệt bằng điện

1 2 Công trình ñư c hoàn thành t i B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c : PGS.TS. NGUY N B N Đ NG TH XUYÊN Ph n bi n 1: TS.Phan Quí Trà Ph n bi n 2: TS. Lê Quang Nam GI I PHÁP TI T KI M NĂNG LƯ NG CHO THI T B GIA NHI T B NG ĐI N Chuyên ngành: Công ngh Nhi t Lu n văn s ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn Mã s : 60.52.80 t t nghi p th c sĩ k thu t t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 21 tháng 11 năm 2011. TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Có th tìm hi u lu n văn t i : - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng. Đà N ng – Năm 2011 - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng.
3 4 M Đ U 3. N i dung nghiên c u : 1. Lý do ch n ñ tài + Phân tích t n th t năng lư ng trong thi t b gia nhi t b ng Các thi t b ñi n khi ho t ñ ng ñ u sinh ra nhi t, lư ng nhi t này ñi n. th i ra môi trư ng lư ng khí CO2 gây nên hi u ng nhà kính, làm + Nghiên c u các gi i pháp ti t ki m ñi n cho thi t b . tăng nhi t ñ trái ñ t.. + Nghiên c u l p cơ s tính toán k t c u cách nhi t cho các Hi n nay lư ng khí th i t các thi t b dùng ñi n ngày càng tăng lo i thi t b gia nhi t dùng ñi n tr v i các v cách nhi t khác nhau. do ñó mu n gi m hi u ng nhà kính ph i tính toán ch n các v t li u + Phân tích l a ch n công su t nung và ch ñ ñi u ch nh t i cách nhi t sao cho lư ng khí th i CO2 ra môi trư ng bên ngoài là ưu cho rơle nhi t. th p nh t t ñó s làm ch m s tác ñ ng nóng lên c a toàn c u. 4. Phương pháp nghiên c u: Đ ti t ki m ñi n năng tiêu th , gi m t n th t nhi t, gi m ô nhi m Nghiên c u lý thuy t k t h p v i th c nghi m. môi trư ng ngư i ta s d ng các lo i v t li u cách nhi t khác nhau 5. Tài li u nghiên c u: như v t li u cách nhi t d ng b t, r n, s i, x p, khe không khí hay - Các tài li u, t p chí trong và ngoài nư c. chân không… - Ngu n tư li u t m ng Internet. Nh m gi m t n th t nhi t, ngoài v i vi c s d ng các lo i v t li u 6. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n: cách nhi t còn có các bi n pháp ti t ki m năng lư ng khác cho thi t Nghiên c u cơ s tính toán ch n k t c u cách nhi t nh m góp b gia nhi t b ng ñi n g m ch n thi t k b gia nhi t h p lý, dùng ph n ti t ki m ñi n năng gi m chi phí, gi m lư ng khí th i gây hi u các rơle nhi t ñi u ch nh nhi t ñ ñóng và nhi t ñ cát ñi n, tăng ng nhà kính, tăng cư ng kh năng b o v môi trư ng. cư ng nhi t tr cho v các thi t b , gi m di n tích v hay ñi u ch nh 7. B c c lu n văn: công su t thi t b h p lý… Chương 1 . Phân tích t n th t nhi t cho thi t b ñi n hiên nay Góp ph n vào v n ñ ti t ki m năng lư ng ñi n ñ ng th i gi m Chương 2 . Các gi i pháp ti t ki m ñi n lư ng khí th i CO2 là y u t chính gây nên hi u ng nhà kính cho các Chương 3. Tính toán k t c u cách nhi t cho các thi t b gia nhi t thi t b dùng ñi n, chúng tôi ch n và nghiên c u ñ tài: “Gi i pháp dùng ñi n tr ti t ki m năng lư ng cho thi t b gia nhi t b ng ñi n”. Chương 4. L a ch n công su t nung và ch ñ t i ưu cho Rơle 2. M c tiêu nghiên c u: nhi t Trong ñ tài này chúng tôi mu n nghiên c u nh ng gi i pháp Chương 5. Tính ki m tra bình ñun nư c v i v cách nhi t b ng ñ m ti t ki m ñi n cho các thi t b gia nhi t dùng ñi n tr ñ ng th i ñánh khí giá hi u qu khi s d ng phương pháp này so v i khi chưa dùng Chương 6. Hi u qu k thu t, kinh t , môi trư ng c a gi i pháp phương pháp m i.
5 6 Chương 1. PHÂN TÍCH T N TH T NHI T CHO THI T B α1 ↓, α 2 ↓  ĐI N HI N NAY T1 ↓  1.1. Đ nh nghĩa, phân lo i các thi t b gia nhi t b ng ñi n ⇒ R ↑↔ δc ↑  λ c ↓ Thi t b gia nhi t b ng ñi n là thi t b trong ñó có quá trình chuy n hóa năng lư ng ñi n thành năng lư ng nhi t. n ↑  1.2. Các t n th t năng lư ng trong thi t b gia nhi t b ng ñi n tr 1.2.1. Thi t b có ñi n tr trong 2.2. Các gi i pháp tăng nhi t tr Qtt = Qmc → mt 2.2.1. Dùng v t li u cách nhi t n δi 1.2.2. Thi t b có ñi n tr ngoài Rc = ∑λ 1 i (2.6) Qtt = ∆I + Qmc → mt + QR → mt Chương 2. CÁC GI I PHÁP TI T KI M ĐI N δi ↑  2.1. Gi m t n th t nhi t qua v ra môi trư ng ⇒ R c ↑↔ λ i ↓  2.1.1. Gi i pháp chung n ↑ T phương trình truy n nhi t: Q tt = kF(t mc − t f ) (2.1) 2.2.2. Dùng khe không khí k ↓  δ1 δ k δ 2 ⇒ Q tt ↓↔  Rk = + + (2.7) F ↓ λ1 λ k λ 2  δ1 ↑, δ 2 ↑, δ k ↑  2.1.2. Gi m di n tích v F↓ ⇒ R k ↑↔  λ1 ↓, λ 2 ↓, λ k ↓  Khi thi t k ch n di n tích v sao cho di n tích ti p xúc v i ch t l ng là bé nh t. 2.2.3 Dùng vách chân không 2.1.3. Tăng nhi t tr R↑ 1 + 1 −1 ε1 ε 2 (2.8) Rε = Nhi t tr d n nhi t qua các vách ñư c xác ñ nh theo công th c: ( σ 0 − T13 − T12 T2 − T1T22 − T2 3 ) 1 1 n δi 1 R= = k α1 + ∑λ + α2 (2.4)  1 1  1 i  + − 1 ↑ ⇒ R ε ↑↔  ε1 ε 2    (2.9) Nhi t tr d n nhi t c a chân không ñư c xác ñ nh theo công th c:  T1 ↓ 1 1 1− − ε1 ε 2 = (2.5) R ck ( σ 0 T13 + T12 T2 + T1T22 + T2 3 )
7 8 2.3. Đi u ch nh công su t h p lý 3.1.1.2. Phân lo i: ηt = mcn = ηt (P ) → Tìm P = ? ñ ηt = max Q 3.1.1.3. Tính ch t E tt 3.1.1.4. K t c u cách nhi t 2.4. Dùng rơle nhi t ñ ñi u ch nh nhi t ñ ñóng và nhi t ñ c t 3.1.2. Vách khe không khí ñi n 3.1.2.1. Đ c ñi m ηt(P/tmc)↑ → tìm tmc t i ưu → ch n rơle làm vi c tt +ñ Không khí là v t li u có h s d n nhi t th p, λ = [0,02 ÷0,08] i ưu dao ñ ng W/mK Chương 3. TÍNH TOÁN K T C U CÁCH NHI T CHO CÁC 3.1.2.2. K t c u cách nhi t THI T B GIA NHI T DÙNG ĐI N TR 3.1.3. Vách chân không * Yêu c u khi thi t k tính toán cách nhi t: 3.1.3.1. Đ c ñi m - Đ t o nhi t ñ m t ngoài l p cách nhi t: Chân không là v t li u có h s d n nhi t r t th p, λ = 0,0005- t c ≤ [t ] , 0 C 0,01W/mK. 3.1.4. Vách h n h p - Đ t n th t nhi t ra môi trư ng qua 1m2 thu c v thi t b : 3.2. Tính vách ph ng m t l p q ≤ [q ] , W m 2 3.2.1. V t li u cách nhi t - Đ môi ch t bên trong bình gi m theo th i gian thì t c ñ : Áp d ng ñ nh lu t fourier, ta có: dt ∆t mc t ñ − t (∆τ) q = −λ cn ; W / m2 vt = = ≤ [v] , K h dx ∆τ ∆τ q - Tính thi t k v cách nhi t c a thi t b , sao cho nhi t ñ c a môi ⇒ dt = − dx λ cn ch t sau th i gian ∆τ không nh hơn nhi t ñ yêu c u: V i λcn = const, tích phân 2 v và gi i phương trình ta xác ñ nh tmc(∆τ, k t c u cách nhi t) ≤ tyêu c u. ñư c m t ñ dòng nhi t như sau: 3.1. Gi i thi u, phân lo i các k t c u cách nhi t t w1 − t w 2 ∆t , W / m 2 (3.3) 3.1.1 V t li u cách nhi t q= = δ cn R cn 3.1.1.1. Đ nh nghĩa: λ cn V t li u cách nhi t là v t li u có h s d n nhi t λ ≤ δ cn 0,157 W / mK và ñư c dùng ñ b o v cho nhà, các thi t b công ngh , V i R cn = g i là nhi t tr d n nhi t (m2K/W) λ cn ng d n và máy l nh công nghi p.
9 10 4 3.2.2. Vách khe không khí  T  E1 = ε1C 0  1  S d ng công th c tính m t ñ qua vách ph ng m t l p ñ i v i  100  t ng l p, ta có: 4  T  E2 = ε 2C 0  2  λ1 (3.4)  100  q= ( t w1 − t w 2 ) δ1 C0 = 108σ0 = 5,67 (W/m2.K4) σ0 = 5,67.10-8 (W/m2K4) λ q = k ( t w2 − t w 3 ) (3.5) δk ε=A Gi i h phương trình này ta ñư c: λ q = 2 ( t w3 − t w 4 ) δ2 (3.6) q12 = 0 1 ( σ T 4 − T24 , W / m2 ) (3.12) 1 1 + −1 Gi i h phương trình trên ta ñư c : ε1 ε 2 Và: t −t q = w1 w 4 R kk (3.7) Q = q12 F = ( σ 0 T14 − T24 ) F, W (3.13) 1 1 + −1 δ1 δ k δ 2 ε1 ε 2 V i R kk = + + λ1 λ k λ 2 3.2.4. So sánh nhi t tr các vách 1 l p trên 3.2.3. Vách chân không 3.3. Tính vách h n h p Xét hai m t ph ng ñ t song song v i nhau và cách nhau m t M t ñ dòng nhi t ñư c tính như sau: kho ng thì t t c các tia năng lư ng phát ñi t b m t này ñ u ñ p q = α1(tf1 - tw1) t i b m t kia và ngư c l i. q = k(tf1 – tf2); W/m2 (3.17) 1 1 n δi 1 Lư ng nhi t trao ñ i gi a b m t 1 và b m t 2 ñư c tính b ng: V i R hh = = k α1 + ∑λ i =1 + α2 q12 = Ehd1 - Ehd2 (3.8) i V i: 3.4. Vách tr m t l p Ehd1 = E1 + (1-A1)Ehd2 (3.9) M t ñ dòng nhi t ng v i m t ñơn v chi u dài vách tr b ng: Ehd2 = E2 + (1-A2)Ehd1 (3.10) q l = α1πd1 (t f 1 − t w1 ) Trong ñó:
11 12 ql = 1 (t w1 − t w 2 ) B ng 4.1 Thông s c a bài toán 1 d ln 2 Thông s Giá tr Thông s Giá tr Thông s Giá tr 2πλ d1 V 3 lít λ 18W/mK ts 1000C q l = α 2 πd 2 (t w 2 − t f 2 ) ρ 1000kg/m3 α 18W/m2K tf 270C Cp 4180 J/kgK δ 0,001m ql = 1 1 d 1 1 (t f 1 − t f 2 ) , W/mK (3.18) + ln 2 + 4.1.1. Xác ñ nh kích thư c d, h sao cho t n th t nhi t ra môi α1πd1 2πλ d1 α 2 πd 2 trư ng là nh nh t Khi ñó: Theo phương trình truy n nhi t, t n th t nhi t ra môi trư ng: q l = k (t f 1 − t f 2 ), W / m (3.19) Qtt = kF(tmc- tf), W Nhi t tr truy n nhi t c a vách tr : Khi di n tích F nh nh t thì t n th t ra môi trư ng Qtt là nh nh t. 1 1 1 d 1 Ch n kích thư c bình là: Rl = = + ln 2 + , mK/W 1 k α1πd1 2πλ d1 α 2 πd 2  4.V0  3 h=d=   π  Chương 4. L A CH N CÔNG SU T NUNG VÀ CH Đ T I ƯU CHO RƠLE NHI T Sau khi tính toán xác ñ nh ñư c: 4.1. L a ch n công su t nung 2 2 π  4.V0  3 3π  4.1,2.3.10 −3  3 Cho bình gia nhi t b ng ⇒F=   (1 + 2.1) =   = 0,13m 2 ñi n tr , d ng hình tr có n p, 2 π  2   π   ñ ng ch t l ng là nư c có th tích V, kh i lư ng riêng ρ, k ≈ 18 [W/m2K] nhi t dung riêng Cp, nhi t ñ nư c sôi ts, ñun sôi b ng ñi n ⇒ Qtt = kF(tmc- tf) = 18.0,13.(373-300) = 170,82 W tr có công su t P. V bình V y khi d = h thì Qtt = 170,82 W là bé nh t. b ng kim lo i có di n tích F, 4.1.2. Tìm công su t P sao cho hi u su t ñun sôi c a bình ηs là l n h s d n nhi t λ, chi u dày δ. T a nhi t ra môi trư ng nh t không khí có nhi t ñ tf và h ρ.V.C p (t s − t f ) s t a nhi t α. Gi thi t trong ηs = (4.1) Hình 4.1. Mô hình bài toán Pτ s trư ng h p bình không cách nhi t và kim lo i là inox.
13 14 V i τ s ñư c xác ñ nh theo phương trình cân b ng nhi t cho môi  P f (P) = ln P − k.F(t − t ) f (P ) ch t là nư c trong th i gian vô cùng bé dτ ∈ [τ ÷ τ + dτ ], khi môi Đ t v i ñi u ki n ε = 1 − ≤ 1% g(P ) s f  k.F(t s − t f ) ch t có t ↑∈ [t ÷ t + dt ] . g( P) =   P − k.F(t s − t f ) ρ.V.C p P ⇒ τs = ln (4.8) k.F P − k.F(t s − t f ) Gi i h phương trình trên b ng phương pháp l p ta ñư c các giá tr c a P theo b ng 4.2. V y v i giá tr ε ≤ 1% hay P ≥ 8600W. k.F(t s − t f ) Do ñó: ηs = (4.9) P Thay các thông s ñã cho b ng 4.1 và giá tr c a P ñã ch n vào P ln P − k.F(t s − t f ) công th c (4.8) và (4.9) ta ñư c các giá tr c a τs và ηs theo b ng 4.3. D a vào ñ th trên hình 4.2 ta nh n th y khi P tăng thì ηs cũng * Xác ñ nh ηsmax theo dηs dP tăng. V y ch n P = 9000W. ' Ch n ñi n tr c a bình gia nhi t có công su t 3000W, do ñó ta   dηs  k.F(t s − t f )  nên ñ t thi t b có 3 ñi n tr m c theo ki u song song v i t ng công =  su t là 9000W. dP  P ln P    P − k.F(t s − t f )  P  4.2. Ch ñ t i ưu cho rơle nhi t 4.2.1. Rơle nhi t 4.2.1.1 Đ nh nghĩa rơle nhi t  k.F(t s − t f )  − k.F(t s − t f )ln P −  4.2.1.2. Nguyên lý làm vi c c a rơle nhi t dη ⇒ s =  P − k.F(t s − t f ) P − k.F(t s − t f )  4.2.1.3 Phân lo i rơle 2 dP  P  4.2.2. Đ c tính c a rơle nhi t  P ln   P − k.F(t s − t f )  Cho bình gia nhi t b ng ñi n tr , d ng hình tr có n p, có ñư ng kính d, chi u cao h, ñ ng ch t l ng là nư c có kh i lư ng ρ, dung dηs * Tìm P ñ =0 tích V, nhi t dung riêng Cp, ñun sôi b ng ñi n tr có công su t P dP ho t ñ ng nh rơle nhi t ñóng c t ñi n theo nhi t ñ môi ch t t i t1 (ñóng), và t0 (c t). P k.F(t s − t f ) ⇔ ln − =0 V bình b ng Inox có l p cách nhi t dày δc, h s d n nhi t P − k.F(t s − t f ) P − k.F(t s − t f ) λc, ti p xúc và t a nhi t ra không khí v i nhi t ñ tf, h s d n nhi t P k.F(t s − t f ) Hay ln = (4.10) λ, h s t a nhi t α. P − k.F(t s − t f ) P − k.F(t s − t f )
15 16  ∆τ − τf  Ε = Ρ  τf + .τ1  (τ1 + τ0 )  (4.12)   ∆τ − τ f  1 ⇒ Q tt = Ρ τf + .τ1  − ρVC p (t 0 + t1 − 2 t f )  (τ1 + τ0 )  2 (4.13) Theo phương trình cân b ng nhi t: Pdτ = mCpdt + kF(t-tf)dτ, (4.14) dt ⇒ mC p + kFt = P + kFt f dτ mC p P τf = ln P + kF(t f − t 0 ) (4.17) kF mC p t0 − tf τ0 = ln (4.18) Hình 4.3. Mô hình bài toán kF t1 − t f B ng 4.4 Thông s bài toán mC p P + kF(t f − t1 ) τ1 = ln P + kF(t f − t 0 ) Thông Thông Thông (4.19) Giá tr Giá tr Giá tr kF s s s Thay các giá tr c a τf, τ1, τ0 vào công th c (4.13) ta ñư c: V 3 lít λv 17W/mK δc 0,01m ρ 1000kg/m3 α 18W/m2K λc 0,022W/mK  mC p P   ∆τ − ln  270C  mC p ln P kF P + kF(t f − t 0 ) P + kF(t f − t1 )  Cp 4180 J/kgK tf h 290mm ⇒ Q tt = Ρ + . ln  kF P + kF(t f − t 0 )  P + kF(t f − t1 ) t − t  P + kF(t f − t 0 )  δv 0,0021m d 220mm p 700W   ln  P + kF(t − t ) + ln 0 f      t1 − t f     4.2.2.1. L p quan h Q tt = f (t 0 , t1 ) f 0 − ρVC p (t 0 + t 1 − 2 t f ) 1 Q tt = E − ρVC p (t n − t f ), J (4.11) 2 (4.20) t 0 + t1 4.2.2.2. Xác ñ nh t0 ,t1 ñ Qtt = min V i tn = , nhi t ñ trung bình c a nư c 2 T n th t nhi t nh nh t chính là lư ng tiêu th ñi n năng ít nh t. Do ñó vi c xác ñ nh t 0 , t 1 ñ Q tt = min nghĩa là ta ch c n xác ñ nh t 0 , t 1 sao cho E nh nh t.
17 18 t 0 = t n + ∆t Q tt = E − ρVC p (t n − t f )J = 277562 .67 J = 0,771kWh Đ t  t1 = t n − ∆t t 0 = 1000 C  V y khi  thì Q tt = 0,771kWh là nh nh t. Cho tn, xác ñ nh ∆t sao cho E có giá tr nh nh t. t1 = 660 C  Gi thi t: nư c ñư c ñun sôi 1000C và gi m 650C. Chương 5. TÍNH KI M TRA BÌNH ĐUN NƯ C V I V Thay các thông s ñã cho t b ng 4.1 vào công th c (4.22) và CÁCH NHI T B NG Đ M KHÍ ch n tn ta ñư c các giá tr c a ∆t và E theo b ng 4.5 5.1. Mô t c u t o và các thông s ñ c trưng D a vào ñ th trên hình 4.4 và theo gi thi t. 5.1.1. Phát bi u bài toán Ch n ∆t = 170C và E = 291675633,7J là h p lý nh t. Xét m t bình nư c nóng gián ti p v bình b ng thép hình tr  t 0 = t n + ∆t = 83 + 17 = 100 C 0  bên trong lõi bình tráng l p men b ng tatium, có ñư ng kính d, chi u t1 = t n − ∆t = 83 − 17 = 660 C  cao h, chi u dày δ, h s d n nhi t λ, 2 ñáy là bán c u dày δ, ñ ng k = 1,96 W/m K 2 môi ch t là ch t l ng là nư c có nhi t dung Cp, nhi t ñ ñ u tñ, kh i F = 0,28 [m2] lư ng môi ch t m kg. Thay s vào công th c (4.17) ta ñư c: Trong bình ñ t ñi n tr công su t P, ho t ñ ng nh rơle nhi t mCp P ñóng c t ñi n theo nhi t ñ môi ch t t i t1 (ñóng), và t0 (c t). τf = ln = 1346,7s kF P + kF(t f − t 0 ) Ngoài v bình có l p cách nhi t dày δc, h s d n nhi t λc, ti p xúc và t a nhi t ra không khí v i nhi t ñ tf, h s t a nhi t α. Thay s vào công th c (4.18) ta ñư c: 5.1.2. Mô t c u t o t −t mC p τ0 = ln 0 f = 14324,5s kF t1 − t f Thay s vào công th c (4.19) ta ñư c: mC p P + kF(t f − t1 ) τ1 = ln = 637s kF P + kF(t f − t 0 ) Thay các giá tr P, τf, τ0, τ1 vào công th c (4.12) ta ñư c:  ∆τ − τf  Ε = Ρ τ f + .τ1  = 3477902,67J = 0,966kWh  (τ1 + τ0 )  T công th c (4.11): Hình 5.1 C u t o bình nư c nóng
19 20 5.1.3. Thông s c a bài toán  b ⇒ dt = −a  t − dτ (5.3) B ng 5.1 Thông s bài toán  a ( ) Thông s Giá tr Thông s Giá tr b P 0 P 2500W α 18W/m2K Đ t t m1 = = tf + , C a kF V 15 lít λv 17W/mK dt ρ 1000kg/m3 λc 0,025 W/mK ⇒ = −adτ (5.4) t − t m1 Cp 4180 J/kgK δc 0,01m Tích phân 2 v , ta có: δv 0,0021m m 15kg t − t m1 h 340mm d 350mm ⇒ ln = − aτ (5.5) t ñ − t m1 5.2. Gi thi t khi kh o sát Hay phân b t(τ) c a môi ch t là: T i m i th i ñi m, coi nhi t ñ t(τ) c a môi ch t là ñ ng nh t t(τ, tñ,P) = tm1 – (tm1 – tñ)e-aτ (5.6) trong bình và b ng nhi t ñ v bình. 5.3.2. Khi rơle c t ñi n: Các thông s ñã cho không ñ i trong quá trình kh o sát. P t m1 = t f + = tf + 0 = tf τ 5.3. Tìm hàm tăng nhi t ñ môi ch t và ñ th t(τ) quá trình ñun kF n u Do ñó hàm t(τ) khi c t ñi n là: t(τ, t0,P = 0) = tf + (t0 - tf)e-aτ 5.3.1. Tìm hàm t(τ) môi ch t khi rơle chưa ho t ñ ng 5.3.3. Khi rơle Phương trình cân b ng nhi t cho môi ch t trong th i gian dτ, khi nhi t ho t ñ ng: nhi t ñ thay ñ i dt là: ñóng (t1), c t (t0) Pdτ = mCpdt + kF(t-tf)dτ, (5.1) tu n hoàn thì ñ th dt kF P + kFt f t(τ) c a quá trình +t = (5.2) dτ mC p mC p gia nhi t (P > 0) và làm ngu i (P = 0) Đ t kF mCp = a, 1 s ( ) s x y ra tu n hoàn, có d ng như sau: P + kFt f mC p ( ) = b, K s Hình 5.2 Đ th t(τ) c a quá trình làm ngu i và gia nhi t
21 22 5.4. Tính các kho ng th i gian ñóng c t ñi n Khi ñó, ñi n năng tiêu th sau ∆τ = 24h tính g n ñúng theo công 5.4.1 Th i gian gia nhi t l n ñ u tf : th c: Khi rơle chưa ho t ñ ng, thì ñi n tr P gia nhi t cho môi ch t tăng   ∆τ − τf   Ε1 = Ρ τf +  .τ1 + ∆τc   (τ1 + τ0 )  t ∈ [tf → t0] (5.10)     V i k = 2,2 (W/m2K) F = 0,57 m 2  ∆τ − τf   =7 τf = mC p ln P = 1013s = 16ph53s  (τ1 + τ0 )  kF P − kF(t 0 − t f ) ∆τ − τf  ∆τ − τf  ⇒ε = −  = 7,51845 − 7 = 0,51845 5.4.2. Th i gian làm ngu i τ0: τ1 − τ0  τ1 − τ0  Sau khi gia nhi t ñ t ñ n nhi t ñ cài ñ t m c 700C thì Rơle nhi t t ñ ng ng t ñi n không c p ñi n, nhi t ñ gi m t t0→t1=620C. τc ε= 1 t m1 − t 0 mC p t 0 − t f τ0 + τ1 τ0 = ln = ln = 11157s = 3h 5ph 57s a t m1 − t1 kF t1 − t f ⇒ τc = ε.(τ0 + τ1 ) th i gian gia nhi t cu i cùng 5.4.3. Tính τ1 khi gia nhi t l n sau:  0 ⇔ τ c = ε.(τ 0 + τ1 ) ≤ τ 0 ∆τ c =   τ c − τ 0 = ε.(τ 0 + τ1 ) − τ 0 > τ 0 Khi nhi t ñ gi m xu ng còn 620C thì Rơle nhi t ñi n và nhi t ñ tăng ñ n t0 = 700C. P ⇒ τc = 0,51845.(200 + 11157 ) = 5888 < 11157 = τ0 t1 − t f − 1 t1 − t m1 mC p kF = 200s = 3ph 20s τ1 = ln = ln V y ch n ∆τc = 0 a t 0 − t m1 kF t0 − tf − P kF   ∆τ − τf   ⇒ Ε1 = Ρ τf +  .τ1  = 6032500J = 1,68kWh 5.5. Tính lư ng ñi n năng tiêu th sau th i gian ∆τ khi có và    (τ1 + τ0 )    không có rơle. 5.6. Tìm công su t P ñ ñi n năng tiêu th là bé nh t 5.5.1. Khi không có rơle T công th c (5.11): Gi s thi t b ñi n c m ñi n trong th i gian ∆τ = 24h/ngày   ∆τ − τf   E0 = P. ∆τ =60000Wh = 60kWh Ε = Ρ  τf +  .τ1  5.5.2. Khi có rơle ho t ñ ng tu n hoàn theo chu kỳ (ñóng, c t)    (τ1 + τ0 )    τñc = (τ1+ τ0)
23 24 Cho P xác ñ nh Emin B ng 6.2 Tính giá tr hi u qu k thu t P ñư c xác ñ nh theo b ng 5.3 và d a vào hình 5.4 ta ch n P = T λ k Q0 ∆Q Qc V t li u η cn = 1 − 2500W và Emin = 1,68kWh T 2 (W/mK) (W/m K) (W) (W) Q0 Chương 6. HI U QU K THU T, KINH T , MÔI TRƯ NG 1 Bông th y tinh 0,035 2,93 522,7 363,9 0,696 C A CÁC GI I PHÁP 2 B t x p PVC 0,03 2,57 458,5 299,7 0,654 6.1. Hi u qu k thu t 3 Không khí 0,025 2,19 390,7 231,9 0,594 Q0 − Qc Q ηcn = = 1− c (6.1) Giá tr hi u qu k thu t ñư c xác ñ nh theo b ng 6.2 Q0 Q0 6.2. Hi u qu kinh t B ng 6.1 Thông s tính toán c a bình ñun nư c Lư ng nhi t h u ích ñư c tính theo công th c: Thông s Giá tr Thông s Giá tr Q hi = ρVC p (t 2 − t1 ) = 2508kJ V 15 lít F 0,57m2 Giá ti n ñi n: T = E.G (ñ ng) δ 0,01m α2 18W/m2K Do ñó ñơn giá ti n ñi n tính cho 1KJ ñư c xác ñ nh như sau: ρ 1000kg/m 3 t1 30 C0 ñ E.G 1,68.1242 = = = 0,83 Cp 4180 J/kgK t2 700C KJ Q hi 2508 Lư ng nhi t xác ñ nh cho 1J tính trong 24h ñư c xác ñ nh như Không cách nhi t: Q0 = k0.F.∆t( W) sau: 1 k0 = , (W/m2K) (6.2) ∆QJ = ∆QW . τn 1 δ 1 (6.5) + + α1 λ α2 Thay s vào ta xác ñ nh ñư c các giá tr theo b ng 6.3 B ng 6.3 B ng tính hi u qu kinh t Khi cách nhi t: Qc = kc.F.∆t( W) (6.3) 1 TT V t li u ∆Q, (kJ) T (ñ ng/ngày) kc = = 0,89(W/m2 K) 1 n δi 1 1 Bông th y tinh 31441 26.096 α1 + ∑1 λi + α2 2 B t x p PVC 25894,1 21.492 3 Không khí 20036,2 16.630 6.3. Hi u qu môi trư ng ⇒ Qc = kc.F.∆t = 0,89.0,57.40 = 158,8( W) Lư ng ñi n tiêu th tính cho 1kWh ng v i các v t li u cách nhi t ñư c xác ñ nh như sau:
25 26 ∆Q - Kh ng ch nhi t ñ và áp su t làm vi c c a thi t b sao cho ñ m E = , kWh 3600 b o kinh t và an toàn. Theo tính toán c a trung tâm ti t ki m năng lư ng TP.HCM thì - Ch n giá tr ñóng c t c a Rơle. c gi m 1KWh ñi n tương ng 0,5674 kg CO2 th i ra môi trư ng. - Ch n k t c u v cách nhi t giúp gi m tiêu hao ñi n năng, gi m B ng 6.4 B ng tính hi u qu môi trư ng khí th i CO2. TT V t li u E (kWh) Kg CO2/ngày Kg CO2/năm - Xác ñ nh công su t gia nhi t. 1 Bông th y tinh 8,74 4,956 1808,94 2. Ki n ngh 2 B t x p PVC 7,2 4,082 1489,93 - T ng h p xây d ng hoàn ch nh các gi i pháp ti t ki m ñi n 3 Không khí 5,57 3,158 1152,67 năng. K T LU N VÀ KI N NGH - L p trình ph n m m tính toán thi t k thi t b gia nhi t b ng ñi n 1. K t lu n tr theo th i ñi m ñóng, c t ñi n. T nh ng k t qu nghiên c u c a lu n văn thì lu n văn có nh ng - L p trình ph n m m tính toán tìm hàm tăng nhi t ñ cho môi ñóng góp chính như sau: ch t và ñ th trong quá trình ñun n u. - Xác ñ nh t ng h p các gi i pháp ti t ki m ñi n năng nh m gi m - Tri n khai thi t k m t s thi t b ñi n chuyên dùng ñ b o qu n lư ng khí th i ra môi trư ng h n ch s nóng lên c a trái ñ t. nhi t và gi m tiêu hao ñi n năng, ít nh hư ng ñ n môi trư ng. - T ng h p ñưa ra ñư c các công th c xác ñ nh lư ng ñi n tiêu - Thi t k l i m t s d ng c gia d ng trong ñun nư c, n i n u th t ñó xác ñ nh t n th t nhi t. cho gia ñình, trong b nh vi n, khách s n... - Xây d ng ñư c hàm tăng nhi t ñ cho môi ch t và ñ th trong quá trình ñun n u. D a vào hàm nhi t ñ chúng ta có th xác ñ nh nhanh các kho ng th i gian ñóng c t ñi n ñ ng th i ch n ñư c công su t ñ ñi n năng tiêu th bé nh t. - Xác ñ nh ñư c lư ng khí th i nh hư ng ñ n môi trư ng. qua ñó giúp chúng ta t t hơn trong vi c thi t k , tính toán, ki m tra và l a ch n ñư c lo i v t li u phù h p nh m gi m lư ng khí th i gây nên hi u ng nhà kính. D a trên k t qu trên ñ tài này giúp ích cho nhà thi t k , ch t o: - Ch n hình d ng, k t c u thi t b h p lý.