การจำลองแบบถังสะสมความร้อนชนิดใช้อากาศและก้อนหิน

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้ กล่าวถึงการจำลองแบบถังสะสมความร้อนชนิดอากาศ-ก้อนหิน โดยใช้ฮีตเตอร์ไฟฟ้าเป็นตัวให้พลังงานความร้อนแทนแผงรับแสงอาทิตย์ การศึกษากระทำทั้งภาคทฤษฎีและภาคการทดลอง ในการศึกษาทางทฤษฎีได้อาศัยโปรแกรม TRNSYS ซึ่งเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ของการจำลองแบบทางคณิตศาสตร์ของระบบพลังงานแสงอาทิตย์ โครงสร้างของโปรแกรม TRNSYS ประกอบด้วยโปรแกรมหลักและโปรแกรมย่อย โปรแกรมหลักจะทำหน้าที่เรียกโปรแกรมย่อยเพื่อทำการคำนวณผล ส่วนโปรแกรมย่อยจะเขียนขึ้นแทนระบบย่อย เช่น แผงรับแสงอาทิตย์ ถังสะสมความร้อน ฯลฯ สำหรับระบบการสะสมความร้อนชนิดอากาศ-ก้อนหิน ที่มีการคำนวณผล โดยอาศัยโปรแกรม TRNSYS ต้องกำหนดโมเดลทางคณิตศาสตร์ สำหรับระบบย่อยเพื่อนำมาต่อเข้าด้วยกันเป็นระบบสะสมความร้อนแบบอากาศ-ก้อนหิน และต้องใส่พารามิเตอร์ของระบบเข้าไปด้วย จากการใช้โปรแกรม TRNSYS ได้คำนวณหาอุณหภูมิอากาศที่ออกจากถังสะสมความร้อนที่เวลาใดๆ และนอกจากนี้ยังใช้โปรแกรม TRNSYS ช่วยในการคำนวณหาขนาดที่เหมาะสมของถังสะสมความร้อนอีกด้วย ได้มีการสร้างถังสะสมความร้อนขึ้นเพื่อทำการเปรียบเทียบผลการทดลองและผลจากการคำนวณโดยโปรแกรม TRNSYS ถังสะสมความร้อนที่สร้างขึ้นเพื่อการทดลองเป็นรูปทรงกระบอก มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.76 เมตร สูง 0.70 และ 1.05 เมตร บรรจุก้อนหินภายในมีค่าความพรุนของเบด 0.46 ชนิดของก้อนหินที่ใช้เป็นหินปูน (Lime stone) และได้ทำการคัดก้อนหินออกเป็น 3 ขนาด คือ 1"/2 - 3"/4 , - 1” and -1 1”/2. อุณหภูมิของอากาศที่เข้าสู่เบดควบคุมให้คงที่ที่ 60 °C และอัตราการไหลของอากาศที่ใช้ในการทดลองมีค่า 202.32, 238.9, 267.2 ม3/ชั่วโมง ผลการเปรียบเทียบผลการทดลองกับผลจากการคำนวณโดยโปรแกรม TRNSYS ของถังสะสมความร้อน พบว่า ในช่วงการสะสมความร้อน อุณหภูมิของเบดที่เวลาใดๆ ที่ได้จากผลการทดลอง มีค่าใกล้เคียงกับผลที่ได้จากการคำนวณโดยโปรแกรม TRNSYS มีค่าความแตกต่างของอุณหภูมิเท่ากับ 0-3 °ซ ส่วนในช่วงการนำความร้อนออกใช้งานค่าอุณหภูมิของอากาศที่ออกจากเบดที่เวลาใด ๆ ที่ได้จากผลการทดลองมีค่าแตกต่างจากผลการคำนวณโดยโปรแกรม มีค่าความแตกต่างของอุณหภูมิประมาณ 0-4 °ซ ผลการเปรียบเทียบในเชิงเศรษฐศาสตร์ของถังสะสมความร้อน เมื่อนำไปทดแทนพลังงานไฟฟ้า พบว่า พลังงานความร้อนสะสมเมื่อนำไปใช้จากถังสะสมความร้อนสามารถทดแทนพลังงานความร้อนที่ได้รับจากพลังงานไฟฟ้า คิดเป็นราคาพลังงานเท่ากับ 2.54 บาท/กิโลวัตต์-ชั่วโมง เมื่อราคาแผงรับแสงอาทิตย์ตารางเมตรละ 2500 บาท ช่วงการสะสมความร้อนใช้เวลานาน 8 ชั่วโมง และนำความร้อนออกใช้งานได้เป็นเวลานาน 7 ชั่วโมง สามารถให้พลังงานความร้อนได้ครั้งละ 43 MJ. อุณหภูมิที่นำไปใช้งานอยู่ระหว่าง 45 °ซ ถึง 55 °ซ และช่วงเวลาที่ความร้อนถูกใช้งานเป็น 80% ของปี แต่ถ้าราคาแผงรับแสงอาทิตย์เปลี่ยนไปเป็นตารางเมตรละ 2000 บาท และ 1500 บาท จะให้ราคาพลังงานเท่ากับ 2.30 และ 2.07 บาท/กิโลวัตต์-ชั่วโมง ตามลำดับ คิดอายุการใช้งานของถังสะสมความร้อน 12 ปี อัตราดอกเบี้ย 15% ต่อปี และกระแสไฟฟ้า มีราคาหน่วยละ 2.10 บาท ดังนั้นจะเห็นได้ว่า ราคาพลังงานความร้อนที่ได้รับจากถังสะสมความร้อนมีราคาแพงกว่าพลังงานความร้อนซึ่งผลิตจากกระแสไฟฟ้า จึงไม่คุ้มค่าต่อการที่จะนำพลังงานความร้อนสะสมจากถังสะสมความร้อนมาใช้แทนพลังงานความร้อนที่ได้จากพลังงานไฟฟ้า