A thesis submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for Master of Engineering (ENGINEERING MANAGEMENT) Department of INDUSTRIAL ENGINEERING AND MANAGEMENT. SORASAK WIWATTANASARANROM : A STUDY PERFORMANCE AND ECONOMIC OPTIMIZATION OF SOLAR HYBRID HEAT PUMP TRIAL PRESENTER: ASSISTANT PROFESSOR PRACHUAB KLOMJIT, Ph.D. The purpose of this research is to study the efficiency of a water heating system in combination with an air source heat pump and a solar hot water system (Evacuated tube solar collector), together with economic cost comparison.
The performance test is a comparison experiment between the actual installed system and the simulation program. The hybrid solar heat pump coefficient of performance averaged 3.42, divided into the average heat pump efficiency coefficient of 3.08 and the average solar collector sustainability coefficient of 0.34. When we consider the values from the program, the average coefficient of performance of the hybrid solar heat pump is 3.70 divided by the average heat pump coefficient of 3.30 and the average efficiency of the solar collector is 0.40.
If the values obtained from both systems are compared, there is an overall efficiency coefficient for the combined hot water system. The efficiency coefficient of the air heat pump and the efficiency of the solar water heating system are and 14.12%, respectively, consider the economic cost-effectiveness comparison of the combined hot water system and the fuel oil heating system.
ที่มาและความสำคัญ
วัตถุประสงค์
ขอบเขตการศึกษา
ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ
ตารางการดำเนินงาน
ระบบทำน้ำร้อน Heat Pump
เครื่องทําน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์
หลักการทํางานพื้นฐานเครื่องทําน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์
ความร้อนจะเดินทางเข้าสู่ภายในหลอดแก้ว ในชั้นในของท่อแก้วมีท่อทองแดงที่กักเก็บความร้อน ท่อทองแดงปิดที่ปลายทั้งสองข้างและมีของเหลวที่นำความร้อน ท่อทองแดงนี้จะเรียกว่า ท่อความร้อน (Heat Pipe) หน้าที่ของแท่งนี้หลังจากให้ความร้อนแล้ว ของเหลวก็อยู่ตรงนั้น ข้างในท่อความร้อนจะร้อนจนเดือด ของเหลวจะลอยขึ้นเพื่อถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำ ตั้งอยู่บนเพลาของเครื่องทำความร้อนแผงตัวรับดังแสดงในรูปที่ 2.10 ส่วนประกอบของตัวรับความร้อนจากแสงอาทิตย์ด้วยหลอดแก้วสุญญากาศประกอบด้วยแกนแผงที่อยู่ด้านบนของแผง แกนแผงนี้จะเป็นช่องน้ำเข้าและทางออกเพื่อรับความร้อนจากแผง และจะมีหลอดแก้วสุญญากาศติดอยู่ที่แผง ดังรูปที่ 2.11 หลอดแก้วและส่วนแกนกลาง แผงสามารถแยกออกจากกันได้ พลังงานความร้อนจะมากหรือน้อย? ขึ้นอยู่กับปริมาณ หลอดแก้วที่ประกอบเป็นแผง แผงกันความร้อนชนิดนี้มักจะผลิตในหลอดแก้ว 10-30 หลอด
สมการการคำนวณตัวเก็บรังสีอาทิตย์
โปรแกรมคอมพิวเตอร์ สําหรับคํานวณการใช้พลังงานในอาคาร
ลักษณะทั่วไปของโปรแกรม TRNSYS
โครงสร้างของโปรแกรม
การศึกษาความเป็นไปได้ในการลงทุน
ระยะเวลาคืนทุน (PB)
มูลค่าปัจจุบันสุทธิ (NPV)
NPV = 0 เทคโนโลยีอาจมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ก็ได้ เพราะผลตอบแทนเท่ากับการลงทุน NPV > 0 จึงต้องลงทุนปรับเปลี่ยนเทคโนโลยี
อัตราผลตอบแทนภายใน (IRR)
แนวคิดพื้นฐานทางเศรษฐศาสตร์วิศวกรรม
หลักการวิเคราะห์เชิงเศรษฐศาสตร์วิศวกรรม
โครงการลงทุนทางอุตสาหกรรมและวิศวกรรม
การวิเคราะห์ต้นทุน
การวิเคราะห์ต้นทุนผลตอบแทน (Cost-benefit analysis)
งานวิจัยที่เกี่ยวข้อง
การศึกษาความเป็นไปได้ในการลงทุน การออกแบบและการเพิ่มประสิทธิภาพปั๊มความร้อนจากแหล่งกราวด์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ช่วย ระบบจ่ายความร้อน ความเย็น และน้ำร้อน การวิเคราะห์สมรรถนะและการเพิ่มประสิทธิภาพของการทำความร้อนจากแหล่งอากาศและแสงอาทิตย์ ระบบปั๊มความร้อนในทิเบตประเทศจีน ศึกษาการดำเนินการประหยัดพลังงานของระบบทำความร้อนร่วมของปั๊มความร้อนจากแสงอาทิตย์และปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศ
ขั้นตอนการศึกษาระบบปั๊มความร้อนแบบผสมผสาน
ขั้นตอนการประเมินสมรรถนะของปั๊มความร้อนเมื่อสภาวะการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
ขั้นตอนตรวจวัดระบบปั๊มความร้อนแบบผสมผสาน
ขั้นตอนการเปรียบเทียบความคุ้มค่าทางการเงินของการติดตั้งระบบทําน้ำร้อนแต่ละชนิดกับ
ค่าความเข้มแสงและอุณหภูมิแวดล้อม
อุณหภูมิของน้ำในถังเก็บสะสมน้ำร้อน
การทำงานของระบบทำน้ำร้อนแบบผสมผสาน
ประสิทธิภาพของระบบทำน้ำร้อนแบบผสมผสาน
เปรียบเทียบระบบทำน้ำร้อนแบบผสมผสานกับโปรแกรมจำลอง
ผลการวิเคราะห์ความเหมาะสมในการลงทุน
- ค่าใช้จ่ายสุทธิตลอดอายุการใช้งานระบบผลิตน้ำร้อนแต่ละชนิด (Life Cycle Cost)
- มูลค่าปัจจุบันสุทธิ (Net Present Value: NPV)
- อัตราผลตอบแทนภายในของโครงการ (Internal Rate of Return: IRR)
- ระยะเวลาในการคืนทุน (Simple Payback Period: SPP)
ประสิทธิภาพของระบบทำความร้อนด้วยแสงอาทิตย์จากโปรแกรมจำลองคือ 14.12% และประสิทธิภาพของระบบทำน้ำร้อนแบบรวมระหว่างปั๊มความร้อนและระบบ การวัดการทำน้ำร้อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์จริงนั้นน้อยกว่าโปรแกรมจำลองถึง 7.48% อัตราผลตอบแทนภายใน (IRR) คือผลตอบแทนจากเงิน ลงทุนตลอดชีวิตโครงการเป็นเปอร์เซ็นต์ หรืออัตราคิดลดที่ทำให้มูลค่าปัจจุบันของโครงการเท่ากับ 0 หาก IRR มากกว่าอัตราดอกเบี้ย 12% ก็ถือว่าคุ้มค่าในการลงทุน จากการวิเคราะห์ผลพบว่าอัตราผลตอบแทนภายใน (IRR) ของโครงการในการเปลี่ยนแปลงระบบการผลิต น้ำร้อนจากหม้อต้มน้ำมันเชื้อเพลิง ระบบคอยล์ทำความร้อน และระบบการผลิตน้ำร้อนจากก๊าซธรรมชาติเป็นการผลิตน้ำร้อนรวม ระบบที่มีค่าตรงกับ -3,19,10 ตามลำดับ มูลค่าอัตราผลตอบแทนภายในโครงการสูงกว่าอัตราดอกเบี้ยเงินกู้เพื่อการลงทุนต่อ 12% ดังนั้นระบบเป็นแบบน้ำ Hybrid Heating จึงเหมาะติดตั้งมากกว่าระบบคอยล์ร้อนและระบบแก๊สธรรมชาติ
ผลการวิเคราะห์ความอ่อนไหวของโครงการ
อุณหภูมิของน้ำร้อนที่ตั้งค่า
ค่าไฟฟ้า
ค่าน้ำมันเตา
ค่าแก๊สธรรมชาติ
สรุปวิธีทำการวิจัย
ปัจจัยที่ส่งผลต่อระบบทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์
อุณหภูมิที่กักเก็บในถังกักเก็บความร้อนในช่วงที่มีการใช้น้ำและไม่มีการใช้น้ำ
การทำงานของระบบทำน้ำร้อนแบบผสมผสาน
ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพของระบบทำน้ำร้อนแบบผสมผสานระหว่างการติดตั้งจริง
การวิเคราะห์ความคุ้มค่าเชิงเศรษฐศาสตร์ของระบบทำน้ำร้อนแบบผสมผสาน
การวิเคราะห์ความอ่อน
ข้อเสนอแนะ
Techato, “Presentation of Electric Shower Water Heater Phase-Out” in Energy Working Group (EWG) held its 47th event in Kunming, China, 2014. Sharif et al., “Review of the application of phase change material for heating and domestic heating water systems," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. Yousefi, "Design and optimization of a solar-assisted ground source heat pump system to supply heating, cooling and hot water needs".
Long et al., "Performance Analysis and Optimization of a Solar Air Source Heat Pump Heating System in Tibet, China," Energy and Buildings, vol. Zhang, “Performance investigation of a combined solar heat pump heating system,” Applied Thermal Engineering , vol. Yongga, “Study on the energy saving operation of a combined solar hot water heat pump and air source heating system,” Energy Conversion and Management, vol.
