การออกแบบและการจำลองของปั๊มความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์

Abstract

เป็นที่ทราบกันดีว่าผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเป็นทรัพยากรที่มีอยู่อย่างจำกัด การหาพลังงานอื่นมาทดแทนเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ พลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงานที่มีปริมาณมากมายและสามารถนำกลับมาใช้ได้ จึงมีผู้ให้ความสนใจในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์มากขึ้น รูปแบบของการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ส่วนใหญ่เป็นการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์มาอยู่ในรูปพลังงานความร้อนเนื่องจากสร้างอุปกรณ์ได้ง่าย ราคาถูก เมื่อเปรียบเทียบกับการเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานรูปแบบอื่น ๆ การผลิตน้ำร้อนจากระบบปั๊มความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อนำไปใช้ในกระบวนการในโรงงานอุตสาหกรรมเป็นการใช้พลังงานแสงอาทิตย์รูปแบบหนึ่งเพื่อให้เกิดประโยชน์ในด้านการลดการใช้พลังงานไฟฟ้า และน้ำมันปิโตรเลียม งานวิจัยนี้มีเป้าหมายเพื่อออกแบบและจำลองภาวการณ์ระบบปั๊มความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์แบบการอัด-ไอ ด้วยโปรแกรม HYSYS เพื่อการนำพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด โดยทำการสร้างแผงรับแสงอาทิตย์แบบแผ่น (Solar flat-plate collectors) 3 ชุด ที่ต่อกันแบบอนุกรม พร้อมทั้งติดตั้งระบบรวบรวมข้อมูลอันประกอบด้วยอุปกรณ์วัดอุณหภูมิและอัตราการไหลของน้ำต่อสัญญาณเข้าแผงรับข้อมูล Data acquisition board เพื่อทำการเก็บข้อมูลทุก ๆ 15 นาที ในช่วงเวลา 8.00 - 16.00 น. ระหว่างเดือนเมษายนถึงเดือนธันวาคม 2541 น้ำร้อนที่ได้มีอุณหภูมิประมาณ 40-60 องศาเซลเซียส อัตราการไหล 50-100 ลิตรต่อชั่วโมง ข้อมูลที่ได้ถูกนำมาประมวลผลและเสนอในรูปกราฟิกบนระบบการติดตามผลแบบ on-line จากผลการคำนวณพบว่าประสิทธิภาพของแผงรับแสงอาทิตย์ประมาณ 7-15% ส่วนที่ 2 นำข้อมูลที่ได้จากแผงรับแสงอาทิตย์ทำการจำลองระบบปั๊มความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ด้วยโปรแกรม HYSYS เพื่อกำหนดของไหลทำงานที่เหมาะสม จากผลการจำลองพบว่า R22 เป็นของไหลทำงานที่เหมาะสมที่สุด เนื่องจากให้ค่าสัมประสิทธิ์การทำงานของปั๊มความร้อนสูงที่สุดเท่ากับ 5.03 ส่วนสุดท้ายใช้ข้อมูลข้างต้นในกำหนดระบบปั๊มความร้อนซึ่งให้การเกิดเอนโทรปีที่เหมาะสมจากผลการจำลองพบว่าระบบปั๊มความร้อนต้องกำหนดให้ความดันขาออกจากเครื่องอัดเท่ากับ 1.4 เท่าของความดันต่ำที่สุดที่สามารถดำเนินการได้ จึงจะใช้ค่าใช้จ่ายน้อยที่สุด ค่าสัมประสิทธิ์ของการทำงานระบบปั๊มความร้อนเท่ากับ 4.77