Ưu điểm của hệ thống:
- Chi phí đầu tư và bảo dưỡng thấp, thao tác vận hành đơn giản và dễ dàng nâng cấp mở rộng hệ thống;
- Tuổi thọ của hệ thống năng lượng mặt trời cao.
- Tiết kiệm chi phí điện năng, góp phần bảo vệ mội trường;
Sơ đồ nguyên lý hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời
– Bồn nước lạnh sử dụng để cấp nước cho hệ thống hoạt động.
– Bồn Solar là nơi tích trữ nước nóng từ hệ tấm thu năng lượng mặt trời thông qua hệ bơm tuần hoàn.
– Bồn Heat kết nối với hệ thống cấp nước nóng và được gia nhiệt thông qua Heat pump và điện trở.
– Bơm tăng áp giúp tăng áp suất nước tại đầu ra sử dụng.
– Hệ bơm hồi được tích hợp giúp nước nóng luôn ổn định tại đầu ra sử dụng
– Cảm biến nhiệt độ được gắn ở tấm thu năng lượng và các bồn chứa để giám sát và điều khiển thông qua bộ điều khiển trung tâm.
– Bộ điều khiển trung tâm là nơi giám sát,lưu trữ và điều khiển toàn bộ hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời.
*Lưu ý: Tùy theo nhu cầu thực tế, sơ đồ nguyên lý sẽ thay đổi
Bài viết này Hưng Lợi sẽ hướng dẫn chi tiết cách tính toán thiết kế hệ thống Solar bao gồm: cách tính toán nhu cầu sử dụng nước nóng năng lượng mặt trời, cách chọn thông số hệ thống solar và chọn bơm đối lưu.
Phần I. Thiết kế hệ thống solar
Mô phỏng quá trình đối lưu cưỡng bức hệ thống Năng Lượng Mặt Trời
1.Tính toán lưu lượng nước nóng sử dụng theo ngày ?
Đây là đại lượng thường được sử dụng nhất khi tính toán tải sử dụng của Khách sạn, Khu dân cư, trường học,…
Lượng nước nóng sử dụng theo ngày được xác định:
Q = mqK
Trong đó: m – là số người sử dụng nước nóng
q – là định mức nóng một người sử dụng (Lít/ngày)
K – là hệ số sử dụng
Theo cách tính trước đây thì q có giá trị là 60 L/ngày hoặc 30 L/ngày tùy theo phòng vệ sinh có bồn tắm hay vòi sen. Giá trị này có được bằng cách lấy định mức nước nóng dùng một lần của bồn tắm hay vòi sen trong bảng sau:
| Tên thiết bị | Lượng nước sử dụng (L) | Nhiệt độ nước 40oC | Nhiệt độ nước 60oC |
| Bồn tắm kèm vòi hoa sen | 150 | 40 | 60 |
| Bồn tắm không vòi hoa sen | 125 | 40 | 50 |
| Vòi sen | 70 – 100 | 37-40 | 30 |
| Chậu rửa mặt | 3 | 30 | 2 |
| Chậu giặt rửa | 8 | 60 | 8 |
| Máy giặt | 40 | 30 | 4 |
Bảng 1.1 Định mức sử dụng nước của thiết bị
- Lưu ý: lượng nước lạnh, lượng nước nóng và lượng nước hỗn hợp được quy đổi theo công thức
Ql + Qn = Qhh
Qhh = (Thh–Tl)/(Tn–Tl)
Trong đó: Ql , Qn , Qhh là lượng nước lạnh, lượng nước nóng, lượng nước ở nhiệt độ hỗn hợp
Tl , Tn , Thh là nhiệt độ nước lạnh, nhiệt độ nước nóng, nhiệt độ nước hỗn hợp
Tuy nhiên khi so sánh với định mức nước nóng dùng cho một người (Cấp cho nhà ở tập trung – Sổ tay thiết kế công trình cấp thoát nước – Lê Mục Đích) thì ta thấy với định mức 60L/người/ngày @60oC có thể sẽ không đáp ứng được nhu cầu sử dụng:
| Định mức dùng nước ngày cao nhất (L) | ||||||
| 500C | 550C | 600C | 650C | 700C | 750C | |
| Mỗi người/ngày | 107÷160 | 96÷144 | 87÷131 | 80÷120 | 74÷111 | 69÷103 |
Bảng 1.2 Định mức nước nóng cấp cho nhà ở
Đây là bảng định mức dùng nước nóng được tham khảo trong tài liệu hướng dẫn thiết kế của Viessman – Canada (Viessman SDG trang 27). Vì lí do khác biệt hình thể nên phép tính định mức nước nóng sử dụng ở 600C sẽ được thực hiện với mức thấp nhất trong phạm vi nhu cầu – ứng với nhiệt độ nước lạnh là 270C và làm tròn:
| Đặc tính nhà ở | ||||
| Khu dân cư nhà khách | Khách sạn (bồn tắm + vòi phun) | Khách sạn (Bồn tắm) | Khách sạn (vòi phun) | |
| Định mức nước nóng sử dụng (L/người/ngày @450C) | 50 | 170-260 | 135-196 | 74-135 |
| Định mức nước nóng sử dụng (L/người/ngày @600C) | 30 | 90 | 70 | 40 |
Bảng 1.3 Định mức dùng nước nóng – Viessman-Canada
Đề xuất sử dụng các định mức dùng nước nóng như bảng trên để tính toán lượng nước nóng sử dụng theo ngày đồng thời cần xác định hệ số sử dụng K chính xác hơn để không dẫn đến lượng nước nóng cần cung cấp lớn hơn nhu cầu thực tế.
2.Tính toán số lượng tấm thu năng lượng mặt trời @600C.
Số lượng tấm thu năng lượng mặt trời được tính toán theo công thức:
Sc = Nsolar/Nc
Trong đó:
Sc là số lượng tấm thu năng lượng mặt trời
Nsolar là năng lượng cần cung cấp cho hệ thống năng lượng mặt trời
Nsolar = 4.18xVsolarx(60 – Tl)/3600 (kWh)
Vsolar là thể tích nước cần cung cấp/ngày (Lít)
Tl là nhiệt độ nước lạnh (0C)
Nc là năng lượng tạo ra của 1 tấm thu năng lượng mặt trời.
Nc = HxAcxGm (kWh)
H là hiệu suất hấp thu của tấm thu năng lượng mặt trời (%)
Ac là diện tích hấp thu của tấm thu năng lượng mặt trời (m2)
Gm là bức xạ nhiệt trung bình trong ngày (kWh/m2)
Ta có thể lấy giá trị bức xạ nhiệt trung bình trong ngày theo bảng sau:
| STT | Địa phương | Bức xạ mặt trời (kWh/m2/ngày) | Nhiệt độ TB |
| 1 | Bắc Cạn | 3.74 | 18.2 |
| 2 | Buôn Mê Thuột | 4.93 | 24.3 |
| 3 | Cà Mau | 4.83 | 26.2 |
| 4 | Cẩm Phả | 3.72 | 21.2 |
| 5 | Cam Ranh | 5.34 | 26.0 |
| 6 | Cần Thơ | 5.05 | 26.5 |
| 7 | Cao Bằng | 3.65 | 18.9 |
| 8 | Côn Sơn | 5.48 | 26.9 |
| 9 | Đà Lạt | 5.1 | 25.2 |
| 10 | Đà Nẵng | 4.89 | 25.6 |
| 11 | Điện Biên | 4.34 | 18.0 |
| 12 | Đồng Hới | 4.03 | 24.0 |
| 13 | Hà Giang | 3.88 | 17.4 |
| 14 | Hà Nội | 3.84 | 20.2 |
| 15 | Hồ Chí Minh | 5.09 | 26.5 |
| 16 | Hòa Bình | 4.03 | 21.1 |
| 17 | Hồng Gai | 4.37 | 22.7 |
| 18 | Huế | 4.10 | 24.4 |
| 19 | Kon Tum | 4.56 | 24.2 |
| 20 | Lào Cai | 4.11 | 16.6 |
| 21 | Nam Định | 4.01 | 22.6 |
| 22 | Nha Trang | 4.82 | 25.5 |
| 23 | Phan Thiết | 5.10 | 25.2 |
| 24 | Phú Quốc | 4.86 | 26.5 |
| 25 | Pleiku | 5.00 | 24.4 |
| 26 | Qui Nhơn | 4.75 | 25.5 |
| 27 | Tam Kỳ | 4.42 | 24.8 |
| 28 | Tây Ninh | 5.27 | 26.5 |
| 29 | Thanh Hóa | 4.06 | 22.1 |
| 30 | Vinh | 4.01 | 22.8 |
| 31 | Vũng Tàu | 5.10 | 26.4 |
| 32 | Yên Bái | 3.96 | 19.0 |
*Lưu ý: Thông số của tấm thu năng lượng mặt trời
3. Chọn bơm đối lưu
Bơm đối lưu hoạt động dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ giữa bồn và tấm một khoảng (Delta t) đã cài đặt.
Thông thường khoảng (Delta t) được cài đặt là 5+2˚C, cụ thể khi nhiệt độ trên tấm T1> nhiệt độ trong bồn T2 một khoảng 5˚C thì tủ điều khiển sẽ tự động kích hoạt để bơm đối lưu hoạt động để rút nước về bồn đồng thời trả ngược nước từ bồn solar lên tấm, quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi không có sự chênh lệch nhiệt độ giữa bồn và tấm.
Các bơm đối lưu thường được lựa chọn trong hệ thống hiện nay:
- PH-101E : hệ thống bơm đối lưu Wilo công suất 100W/1Pha, cột áp tối đa 4.5m, lưu lượng tối đa 140 L/phút, sử dụng cho <=5 tấm solar với chiều cao giữa bồn và tấm solar ~3m
- PH-123E : hệ thống bơm đối lưu Wilo công suất 125W/1Pha, cột áp tối đa 5m, lưu lượng tối đa 170L/phút, sử dụng cho <=10 tấm solar với chiều cao giữa bồn và tấm solar ~3-4m
- PH-254E : hệ thống bơm đối lưu Wilo công suất 250W/1Pha, cột áp tối đa 15m, lưu lượng tối đa 105L/phút, sử dụng cho <=15 tấm solar với chiều cao giữa bồn và tấm solar ~5m