Trang chủTin hotCảm biến nhiệt độ và cảm biến dòng trong đánh giá hiệu...

Cảm biến nhiệt độ và cảm biến dòng trong đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng

Cảm biến nhiệt độ và cảm biến dòng được Tạp chí Tự động hóa Ngày nay đăng tải trong nhiều số trong đó mô tả kỹ lưỡng nguyên lý hoạt động, và ứng dụng. Trong số này chúng tôi muốn mang tới cho bạn đọc một ứng dụng rất dân dụng của hai loại cảm biến này trong đánh giá tiết kiệm năng lượng của thiết bị đun nước nóng dùng năng lượng mặt trời.

Chúng ta luôn khẳng định sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) để đun nước nóng (chủ yếu cho sinh hoạt gia đình) là tiết kiệm điện năng, đem lại các lợi ích về kinh tế và môi trường. Tuy nhiên, chưa có một công trình thực nghiệm nào (ở Việt Nam) đo đạc, đánh giá hiệu quả thực tế của các lợi ích đó. Các số liệu về tiết kiệm năng lượng, kinh tế của thiết bị nước nóng NLMT hiện mới chỉ là các con số ước tính “lý thuyết”, độ tin cậy không cao. Để lượng hóa hiệu quả sử dụng năng lượng khi dùng các loại bình nước nóng. Các kỹ sư thuộc Công ty CP Năng lượng Tái tạo và Môi trường Bách Khoa đã triển khai nghiên cứu này qua việc sử dụng các loại cảm biến nhiệt độ và cảm biến dòng đơn giản.

Các thông số cần đo đạc và thu thập  trong đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng bao gồm:

Hình 1: Cấu tạo bên ngoài và các cổng tín hiệu của bộ thu thập số liệu tự động

* Nhiệt độ nước lạnh vào và nước nóng ra

* Nhiệt độ môi trường

* Lưu lượng và khối lượng nước sử dụng hàng ngày

* Thời gian sử dụng nước nóng hàng ngày

* Bức xạ mặt trời

Các thông số trên cần được đo đạc và lưu trữ tự động với khoảng cách giữa các điểm đo là 05 phút (có thể điều chỉnh và đặt chương trình được).

Bộ đo ghi tự động số liệu SWH Data logger

Thiết bị đo SWH Data logger (Solar hot Water Heater Data Logger) cần đáp ứng được các yêu cầu đặt ra đã nói trên. Thiết bị này rất gọn nhẹ, hoạt động tự động, tin cậy và cần được nuôi bởi một nguồn nuôi độc lập, không liên quan đến nguồn điện của các hộ sử dụng (vì nguồn điện lưới không đảm bảo liên tục). Trong thiết kế nguồn nuôi sử dụng 01 ắc quy 6V-2Ah và được nạp liên tục từ  Pin mặt trời tinh thể Si 9V-2W thông qua mạch nạp gắn sẵn trong bộ mạch chính của SWH Data logger, hình 1.

Lưu lượng của dòng nước lối vào/lối ra và nhiệt độ nước trước và sau khi được cấp quang năng từ mặt trời sẽ được lưu lại tự động thông qua cảm biến lưu lượng và cảm biến nhiệt. Sau đó dữ liệu sẽ được lưu trong nguồn bộ DataLogger đi kèm.

Hình 2: Cấu tạo bên trong, bo mạch chính và nguồn nuôi của bộ thu thập số liệu tự động Hình 3: Hệ đo và thu thập số liệu sau khi lắp đặt

Hình 2 mô tả thành phần chính của bộ đo như nguồn nuôi (ắc qui và pin mặt trời), mạch đo cũng như các “jắc” nối. Trong đó bộ SWH Data logger sử dụng nguồn điện áp: 5VDC; công suất tiêu thụ ở mức 0.5W; hệ tích hợp thẻ nhớ 2Gb; bộ chuyển đổi ADC 10bit với kích thước ngang một cuốn sách và trọng lượng vỏn vẹn 0.5 kg. Hình 3 là hình ảnh ghép nối SWH Data logger với thiết bị nước nóng năng lượng mặt trời của một hộ đang sử dụng.

SWH Data logger hoạt động hoàn toàn tự động, mọi cài đặt chỉ thực hiện 1 lần từ máy tính qua cổng RS 232.

Nguồn nuôi: SWH Data logger được nuôi bằng 01 ắc quy 6V-2Ah và được nạp liên tục từ Pin mặt trời 9V-2W thông qua mạch nạp gắn sẵn trong bo mạch chính của SWH Data logger

Trong công trình này số liệu được đọc và hiển thị liên tục trên máy tính (hình4). Số liệu thu thập được lưu vào thẻ nhớ có dung lượng 2Gb dưới dạng file excel (hình 5), thời gian lưu trữ được thực hiện trong 12 tháng để đảm bảo tính thống kê của phép điều tra. SWH Data Logger được thiết kế và đóng gói để có thể hoạt động ngoài trời lâu dài.

Hình 4: Giao diện kết nối với máy vi tính của SWH Data logger Hình 5: Kết quả đo được lưu lại dưới dạng file excel

Phương thức lưu trữ số liệu

Các số liệu đo tự động hàng ngày được lưu trữ vào thẻ nhớ và được thu thập 03 tháng 1 lần. Qua máy tính các số liệu được xử lý thành các bộ số liệu dạng nguyên thủy, trung bình ngày, trung bình tháng và trung bình ngày của nhiều ngày, nhiều tháng. Các số liệu được biểu diễn dưới dạng file exel và đồ thị.

Kỹ sư của Công ty RERC đã lựa chọn và lắp đặt 05 hệ TBNNMT phục vụ thí nghiệm này.  Trong đó có 04 thiết bị là tấm-ống phẳng và 01 thiết bị dùng ống thủy tinh chân không, hình 6 (a,b). Diện tích các thiết bị, dung tích các bình chứa nước nóng, thời gian thử nghiệm từ tháng 7 năm 2010 đến 30/11/2010 như được cho trong bảng 1.

Mỗi TBNNMT thí nghiệm trên được lắp một Bộ đo tự động SWH Data Logger đã mô tả ở trên.

Với thời gian đo từ tháng 2/7/2010 đến 1/12/2010 và  với số điểm đo: 5 phút đo 1 lần (một ngày đo 17.280 số liệu) trong nhiều ngày và nhiều tháng ta thu được giá trị trung bình của nhiệt độ nước lạnh vào TBNNMT và nhiệt độ nước nóng lấy ra sử dụng hàng ngày đối với các hộ thí nghiệm được cho trong bảng 2. Theo đó, ta thấy nhiệt độ nước lạnh vào T2 trung bình vào khoảng 25oC còn nhiệt độ trung bình của nước nóng sử dụng T1 khoảng 48,7oC, nhiệt độ này là giá trị đạt được ở mùa nóng. Năng lượng cần để đun lượng nước nóng được tính theo công thức:

Q = mCp (T1 – T2)

Trong đó m = lượng nước sử dụng, kg; Cp = nhiệt dung đẳng áp của nước ở 25oC, Cp = 4,180 kJ/kg.độ; T2 và T1 là nhiệt độ nước lạnh vào và nước nóng lấy ra, oC. Qui đổi: 1kJ = 2,788 kWh.

Bảng 1- Các hệ thiết bị nước nóng mặt trời thí nghiệm
Bảng 2- Nhiệt độ trung bình nước vào và ra, lượng nước nóng sử dụng trung bình hàng ngày và lượng năng lượng tiết kiệm của các hộ thí nghiệm

Lượng nước nóng sử dụng, thời gian sử dụng nước nóng

Cột thứ 5 và thứ 6 bảng 2 cho lượng nước và lượng nhiệt năng cần để cấp nước nóng của các hộ thí nghiệm. Do lấy trung bình nhiều ngày trong các tháng đo nên ta thấy các hộ sử dụng nước nóng không khác nhau nhiều. Giá trị trung bình của 5 hộ là 79,2 kg/ngày và 2,126 kWh/ngày.

Đồ thị sự thay đổi nhiệt độ nước và lượng nước sử dụng được chỉ ra trong các hình 7, 8, 9, 10 và 11 dưới đây, trong đó đồ thị trên (hình a) là nhiệt độ nước lạnh vào (T2) và nhiệt độ nước nóng ra (T1); đồ thị dưới (hình b) cho thấy lượng nước nóng và thời gian sử dụng trong ngày của các hộ thí nghiệm.

Hình 6: a (bên trái) TBNNMT tấm-ống và b (phải)TBNNMT ống thủy tinh chân không Hình 7 a và b – dữ liệu thu thập từ hộ H.1

Từ số liệu thu được, chúng tôi có những nhận xét sau:

Năng lượng tiết kiệm được đối với các hộ thí nghiệm khác nhau là khác nhau và nằm trong khoảng từ 1,9 đến 2,25 kWh/h/ngày. Giá trị trung bình là 2.126 kWh/hộ/ngày. Từ đó tính được điện năng tiết kiệm chưa tính hiệu suất thiết bị đun điện là:

E = 2.126 kWh/hộ/ngày x 365 ngày/năm = 776 kWh/hộ/năm.

Nếu giả thiết hiệu suất thiết bị đun điện khoảng 87% thì lượng điện năng thực tiết kiệm được là 892 kW/hộ/năm.

Vấn đề mà chúng tôi đặt ra ở đây không chỉ nằm ở lợi ích kinh tế đem lại do sử dụng bình nước nóng. Việc tiết kiệm gần 1.000 kW/hộ/năm sẽ góp phần dễ dàng điều tiết nguồn năng lượng trên cả lưới điện Quốc gia. Lượng CO2 giảm thải ra môi trường tương đương 1.000 x 0,6 kg = 0,6 tấn/hộ/năm là một con số rất đáng kể góp phần vào việc làm giảm hiệu ứng nhà kính.

Chúng tôi xin trân trọng cảm ơn sự hợp tác của các kỹ sư thuộc công ty cổ phần Năng lượng tái tạo và Môi trường Bách Khoa (RERC) đã hỗ trợ chúng tôi hoàn thành bài phân tích này.

Tùy Phong (thực hiện)

Số 129 (8/2011)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay

Theo dõi fanpage chúng tôi

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây

Bài viết cùng chủ đề

VAA tham gia Triển lãm Khuôn mẫu và công cụ Đông Quản – Trung Quốc

Đoàn doanh nghiệp Việt Nam thuộc các lĩnh vực cơ khí, điện tử, hàn, tự động hóa gồm 21 thành viên đến từ các Hội, Hiêp hội như: Hội Tự động hóa Việt Nam, Doanh nghiệp cơ khí Việt Nam (VAMI), Hội Khoa học kỹ thuật Hàn Việt Nam đã tham gia “Lễ hội mua sắm” máy công cụ, các trang thiết bị, linh kiện tại khu vực Greater Bay của triển lãm.

Thủ tướng Phạm Minh Chính: Thanh niên cần thực hiện 5 xung kích, 6 khát vọng trong chuyển đổi số

Thủ tướng cũng chỉ rõ, thanh niên phải là lực lượng xung kích, giương cao ngọn cờ tiên phong, tình nguyện đi đầu, làm chủ công cuộc chuyển đổi số và phát triển Việt Nam sớm trở thành Quốc gia số, Thủ tướng Phạm Minh Chính yêu cầu Đoàn Thanh niên cùng toàn thể thanh niên Việt Nam phát huy tinh thần "5 xung kích" trong thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi số Quốc gia.

Liên Hiệp Quốc thông qua nghị quyết về AI để bảo vệ nhân quyền

Ngày 21/3, Đại Hội đồng Liên Hiệp Quốc đã thông qua Nghị quyết về bảo vệ nhân quyền, bảo vệ dữ liệu cá nhân và giám sát các rủi ro do trí tuệ nhân tạo (AI) gây ra.

Các trường ngoài công lập ở Hà Nội được yêu cầu không thu phí giữ chỗ

Thông báo của Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội ngày 22/3 yêu cầu các cơ sở giáo dục ngoài công lập không thu tiền giữ chỗ. Sở sẽ phối hợp với các đơn vị có liên quan, tăng cường thanh tra, kiểm tra, xử lý nghiêm nếu phát hiện vi phạm.

Động lực cho sự phát triển của TP. Hồ Chí Minh là tháo gỡ khó khăn, vướng mắc cho doanh nghiệp

Được sự hỗ trợ của Trung ương, và sự nỗ lực của cả hệ thống chính trị, trong năm 2023, Thành phố đã bình tĩnh đối phó với các cơn gió ngược, tìm ra các điểm nghẽn, đề ra các giải pháp phù hợp, tập trung giải quyết các công tác liên quan đến giải ngân vốn đầu tư công, hỗ trợ doanh nghiệp và thu hút đầu tư nước ngoài để phát triển kinh tế, xã hội của Thành phố.

Bài viết nổi bật

VAA tham gia Triển lãm Khuôn mẫu và công cụ Đông Quản – Trung Quốc

Đoàn doanh nghiệp Việt Nam thuộc các lĩnh vực cơ khí, điện tử, hàn, tự động hóa gồm 21 thành viên đến từ các Hội, Hiêp hội như: Hội Tự động hóa Việt Nam, Doanh nghiệp cơ khí Việt Nam (VAMI), Hội Khoa học kỹ thuật Hàn Việt Nam đã tham gia “Lễ hội mua sắm” máy công cụ, các trang thiết bị, linh kiện tại khu vực Greater Bay của triển lãm.

Circuit Design: từ thiết kế bảng mạch đến nhà cung cấp công nghệ không dây hàng đầu Nhật Bản

Circuit Design một thương hiệu công nghệ không dây hàng đầu của Nhật Bản phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp và dân dụng khác nhau. Với 50 năm xây dựng, hiện sản phẩm của họ đã có mặt ở hơn 30 quốc gia trên thế giới. Đằng sau thành công đó là câu chuyện khởi nghiệp đầy cảm hứng.

Thủ tướng Phạm Minh Chính: Thanh niên cần thực hiện 5 xung kích, 6 khát vọng trong chuyển đổi số

Thủ tướng cũng chỉ rõ, thanh niên phải là lực lượng xung kích, giương cao ngọn cờ tiên phong, tình nguyện đi đầu, làm chủ công cuộc chuyển đổi số và phát triển Việt Nam sớm trở thành Quốc gia số, Thủ tướng Phạm Minh Chính yêu cầu Đoàn Thanh niên cùng toàn thể thanh niên Việt Nam phát huy tinh thần "5 xung kích" trong thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi số Quốc gia.