1
B GIÁO DC VÀ ĐÀO TO
ĐI HC ĐÀ NNG
ĐNG TH XUYÊN
GII PHÁP TIT KIM NĂNG LƯNG CHO THIT B
GIA NHIT BNG ĐIN
Chuyên ngành: Công ngh Nhit
Mã s: 60.52.80
TÓM TT LUN VĂN THC SĨ K THUT
Đà Nng – Năm 2011
2
Công trình ñưc hoàn thành ti
ĐI HC ĐÀ NNG
Ngưi hưng dn khoa hc : PGS.TS. NGUYN BN
Phn bin 1: TS.Phan Quí Trà
Phn bin 2: TS. Lê Quang Nam
Lun văn s ñưc bo v ti Hi ñng chm Lun văn
tt nghip thc sĩ k thut ti Đi hc Đà Nng vào ngày 21
tháng 11 năm 2011.
Có th tìm hiu lun văn ti :
- Trung tâm Thông tin - Hc liu, Đi hc Đà Nng.
- Trung tâm Hc liu, Đi hc Đà Nng.
3
M ĐU
1. Lý do chn ñ tài
Các thit b ñin khi hot ñng ñu sinh ra nhit, lưng nhit này
thi ra môi trưng lưng khí CO
2
gây nên hiu ng nhà kính, làm
tăng nhit ñ trái ñt..
Hin nay lưng khí thi t các thit b dùng ñin ngày càng tăng
do ñó mun gim hiu ng nhà kính phi tính toán chn các vt liu
cách nhit sao cho lưng khí thi CO
2
ra môi trưng bên ngoài là
thp nht t ñó s làm chm s! tác ñng nóng lên c"a toàn c#u.
Đ tit kim ñin năng tiêu th$, gim t%n tht nhit, gim ô nhi&m
môi trưng ngưi ta s' d$ng các loi vt liu cách nhit khác nhau
như vt liu cách nhit dng bt, r(n, si, xp, khe không khí hay
chân không…
Nh)m gim t%n tht nhit, ngoài vi vic s' d$ng các loi vt liu
cách nhit còn có các bin pháp tit kim năng lưng khác cho thit
b gia nhit b)ng ñin gm chn thit k b gia nhit hp lý, dùng
các rơle nhit ñiu ch+nh nhit ñ ñóng và nhit ñ cát ñin, tăng
cưng nhit tr, cho v- các thit b, gim din tích v- hay ñiu ch+nh
công sut thit b hp lý…
Góp ph#n vào vn ñ tit kim năng lưng ñin ñng thi gim
lưng khí thi CO
2
là yu t chính gây nên hiu ng nhà kính cho các
thit b dùng ñin, chúng tôi chn và nghiên cu ñ tài: “Gii pháp
tit kim năng lưng cho thit b gia nhit b)ng ñin”.
2. Mc tiêu nghiên cu:
Trong ñ tài này chúng tôi mun nghiên cu nh.ng gii pháp
tit kim ñin cho các thit b gia nhit dùng ñin tr, ñng thi ñánh
giá hiu qu khi s' d$ng phương pháp này so vi khi chưa dùng
phương pháp mi.
4
3. Ni dung nghiên cu :
+ Phân tích t%n tht năng lưng trong thit b gia nhit b)ng
ñin.
+ Nghiên cu các gii pháp tit kim ñin cho thit b.
+ Nghiên cu lp cơ s, tính toán kt cu cách nhit cho các
loi thit b gia nhit dùng ñin tr, vi các v- cách nhit khác nhau.
+ Phân tích l!a chn công sut nung và ch ñ ñiu ch+nh ti
ưu cho rơle nhit.
4. Phương pháp nghiên cu:
Nghiên cu lý thuyt kt hp vi th!c nghim.
5. Tài liu nghiên cu:
- Các tài liu, tp chí trong và ngoài nưc.
- Ngun tư liu t mng Internet.
6. Ý nghĩa khoa hc và th#c ti$n:
Nghiên cu cơ s, tính toán chn kt cu cách nhit nh)m góp
ph#n tit kim ñin năng gim chi phí, gim lưng khí thi gây hiu
ng nhà kính, tăng cưng kh năng bo v môi trưng.
7. B cc lu%n văn:
Chương 1 . Phân tích t%n tht nhit cho thit b ñin hiên nay
Chương 2 . Các gii pháp tit kim ñin
Chương 3. Tính toán kt cu cách nhit cho các thit b gia nhit
dùng ñin tr,
Chương 4. L!a chn công sut nung và ch ñ ti ưu cho Rơle
nhit
Chương 5. Tính kim tra bình ñun nưc vi v- cách nhit b)ng ñm
khí
Chương 6. Hiu qu k thut, kinh t, môi trưng c"a gii pháp
5
Chương 1. PHÂN TÍCH T&N TH'T NHIT CHO THIT B
ĐIN HIN NAY
1.1. Đ(nh nghĩa, phân lo)i các thi*t b( gia nhit b+ng ñin
Thit b gia nhit b)ng ñin là thit b trong ñó có quá trình
chuyn hóa năng lưng ñin thành năng lưng nhit.
1.2. Các t,n th-t năng lư.ng trong thi*t b( gia nhit b+ng ñin tr/
1.2.1. Thit b có ñin tr trong
Q
tt
= Q
mc → mt
1.2.2. Thit b có ñin tr ngoài
Q
tt
= ∆I + Q
mc → mt
+ Q
R → mt
Chương 2. CÁC GII PHÁP TIT KIM ĐIN
2.1. Gi0m t,n th-t nhit qua v1 ra môi trư2ng
2.1.1. Gii pháp chung
T phương trình truyn nhit:
(
)
fmctt
ttkFQ −= (2.1)
↓
↓
↓↔⇒F
k
Q
tt
2.1.2. Gim din tích v F
↓
↓↓
↓
Khi thit k chn din tích v- sao cho din tích tip xúc vi cht
l-ng là bé nht.
2.1.3. Tăng nhit tr R
↑
↑↑
↑
Nhit tr, dn nhit qua các vách ñưc xác ñnh theo công thc:
∑
α
+
λ
δ
+
α
==
n
12i
i
1
11
k
1
R
(2.4)
Nhit tr, dn nhit c"a chân không ñưc xác ñnh theo công thc:
(
((
( )
))
)
3
2
2
212
2
1
3
10
21
ck
TTTTTT
11
1
R+
++
++
++
++
++
+
−
−−
−−
−−
−
=
==
=σ
εε
(2.5)
6
↑
↓λ
↑δ
↓
↓α↓α
↑↔⇒
n
T
,
R
c
c
1
21
2.2. Các gi0i pháp tăng nhit tr/
2.2.1. Dùng vt liu cách nhit
∑
λ
δ
=
n
1i
i
c
R
(2.6)
↑
↓λ
↑δ
↑↔⇒
n
R
i
i
c
2.2.2. Dùng khe không khí
2
2
k
k
1
1
k
Rλ
δ
+
λ
δ
+
λ
δ
=
(2.7)
↓λ↓λ↓λ
↑δ↑δ↑δ
↑↔⇒
k21
k21
k
,,
,,
R
2.2.3 Dùng vách chân không
( )
3
2
2
212
2
1
3
10
21
TTTTTT
1
11
R−−−−σ
−
ε
+
ε
=
ε
(2.8)
↓
↑
−
ε
+
ε
↑↔⇒
ε
1
21
T
1
11
R
(2.9)
7
2.3. Điu ch3nh công su-t h.p lý
( )
→η==η P
E
Q
t
tt
mcn
t
Tìm P = ? ñ
t
η
= max
2.4. Dùng rơle nhit ñ ñiu ch3nh nhit ñ ñóng và nhit ñ c4t
ñin
η
t
(P/t
mc
)↑ → tìm t
mc
ti ưu → chn rơle làm vic , t
ti ưu
+ ñ
dao ñng
Chương 3. TÍNH TOÁN KT C'U CÁCH NHIT CHO CÁC
THIT B GIA NHIT DÙNG ĐIN TR
* Yêu c#u khi thit k tính toán cách nhit:
- Đ to nhit ñ m/t ngoài lp cách nhit:
[
]
tt
c
≤
,
C
0
- Đ t%n tht nhit ra môi trưng qua 1m
2
thuc v- thit b:
[
]
qq ≤
,
2
mW
- Đ môi cht bên trong bình gim theo thi gian thì tc ñ:
(
)
[ ]
v
ttt
v
ñmc
t
≤
τ
∆
τ
∆
−
=
τ
∆
∆
=
,
hK
- Tính thit k v- cách nhit c"a thit b, sao cho nhit ñ c"a môi
cht sau thi gian ∆τ không nh- hơn nhit ñ yêu c#u:
t
mc
(∆τ, kt cu cách nhit) ≤ t
yêu c#u.
3.1. Gi5i thiu, phân lo)i các k*t c-u cách nhit
3.1.1 Vt liu cách nhit
3.1.1.1. Đnh nghĩa:
Vt liu cách nhit là vt liu có h s dn nhit λ ≤
0,157
mK/W
và ñưc dùng ñ bo v cho nhà, các thit b công ngh,
ng dn và máy lnh công nghip.
8
3.1.1.2. Phân loi:
3.1.1.3. Tính cht
3.1.1.4. Kt cu cách nhit
3.1.2. Vách khe không khí
3.1.2.1. Đc ñim
Không khí là vt liu có h s dn nhit thp,
λ
= [0,02 ÷0,08]
W/mK
3.1.2.2. Kt cu cách nhit
3.1.3. Vách chân không
3.1.3.1. Đc ñim
Chân không là vt liu có h s dn nhit rt thp,
λ
= 0,0005-
0,01W/mK.
3.1.4. Vách hn hp
3.2. Tính vách ph6ng mt l5p
3.2.1. Vt liu cách nhit
Áp d$ng ñnh lut fourier, ta có:
2
cn
m/W;
dx
dt
qλ−=
dx
q
dt
cn
λ
−=
⇒
Vi
cn
λ = const, tích phân 2 v và gii phương trình ta xác ñnh
ñưc mt ñ dòng nhit như sau:
cn
cn
cn
2ww1
R
t
tt
q∆
=
λ
δ
−
=
,
2
m/W
(3.3)
Vi
cn
cn
cn
Rλ
δ
=
gi là nhit tr, dn nhit (m
2
K/W)
9
3.2.2. Vách khe không khí
S' d$ng công thc tính mt ñ qua vách ph0ng mt lp ñi vi
t ng lp, ta có:
)tt(q
2ww1
1
1
−
δ
λ
= (3.4)
)tt(q
3ww2
k
k
−
δ
λ
=
(3.5)
)tt(q
4ww3
2
2
−
δ
λ
=
(3.6)
Gii h phương trình trên ta ñưc :
kk
4ww1
R
tt
q
−
=
(3.7)
Vi
2
2
k
k
1
1
kk
Rλ
δ
+
λ
δ
+
λ
δ
=
3.2.3. Vách chân không
Xét hai m/t ph0ng ñ/t song song vi nhau và cách nhau mt
khong thì tt c các tia năng lưng phát ñi t b m/t này ñu ñp
ti b m/t kia và ngưc li.
Lưng nhit trao ñ%i gi.a b m/t 1 và b m/t 2 ñưc tính b)ng:
q
12
= E
hd1
- E
hd2
(3.8)
Vi:
E
hd1
= E
1
+ (1-A
1
)E
hd2
(3.9)
E
hd2
= E
2
+ (1-A
2
)E
hd1
(3.10)
Trong ñó:
10
E
1
=
4
1
01
100
T
C
ε
E
2
=
4
2
02
100
T
C
ε
C
0
= 10
8
σ
0
= 5,67 (W/m
2
.K
4
)
σ
0
= 5,67.10
-8
(W/m
2
K
4
)
ε = A
Gii h phương trình này ta ñưc:
(
)
2
21
4
2
4
10
12
m/W,
1
11
TT
q
−
ε
+
ε
−σ
= (3.12)
Và:
(
)
W,F
1
11
TT
FqQ
21
4
2
4
10
12
−
ε
+
ε
−σ
== (3.13)
3.2.4. So sánh nhit tr các vách 1 lp trên
3.3. Tính vách h7n h.p
Mt ñ dòng nhit ñưc tính như sau:
q = α
1
(t
f1
- t
w1
)
q = k(t
f1
– t
f2
); W/m
2
(3.17)
Vi
2
n
1i i
i
1
hh
11
k
1
Rα
+
λ
δ
+
α
==
∑
=
3.4. Vách tr mt l5p
Mt ñ dòng nhit ng vi mt ñơn v chiu dài vách tr$ b)ng:
(
)
1w1f11l
ttdq −πα=
