AFT085 Thiết bị thí nghiệm nhiệt – Thiết bị giáo dục – Thiết bị giảng dạy: Đầu dò địa nhiệt hoạt động theo nguyên lý ống dẫn nhiệt1 Mô tả
Trong lĩnh vực phát điện sử dụng năng lượng địa nhiệt nông, năng lượng nhiệt được lưu trữ dưới bề mặt trái đất được sử dụng cho các mục đích sưởi ấm.
Thiết bị này minh họa nguyên lý hoạt động của một đầu dò địa nhiệt dựa trên nguyên lý ống dẫn nhiệt. Mô hình thực nghiệm với cấu tạo trong suốt này mang lại cái nhìn trực quan về chu trình khép kín của quá trình truyền nhiệt: nó cho phép quan sát rõ ràng quá trình bay hơi bên trong ống dẫn nhiệt, quá trình ngưng tụ tại đầu dò, và sự hồi lưu của môi chất truyền nhiệt dọc theo thành trong của ống dẫn nhiệt. Thiết bị cũng cho phép nghiên cứu sâu hơn các phương pháp cơ bản được áp dụng để xác định độ dẫn nhiệt của lớp đất bao quanh đầu dò địa nhiệt.
Ống dẫn nhiệt – với hành vi vận hành đang được khảo sát – đóng vai trò là thành phần cốt lõi của thiết bị đào tạo này. Bên trong ống dẫn nhiệt chứa một loại môi chất truyền nhiệt có nhiệt độ sôi thấp. Nguồn nhiệt đầu vào từ đất được mô phỏng thông qua một lớp vỏ điều khiển nhiệt độ tích hợp mạch gia nhiệt. Nhiệt lượng từ môi chất truyền nhiệt sẽ được chuyển giao sang một môi chất làm việc nằm bên trong đầu dò. Các cảm biến sẽ ghi nhận nhiệt độ và lưu lượng của môi chất làm việc tại bộ trao đổi nhiệt. Các giá trị đo được này được sử dụng để tính toán công suất nhiệt thực tế đã được truyền tải. Phần mềm đi kèm sẽ sử dụng các giá trị đo này để mô phỏng cân bằng năng lượng của một máy bơm nhiệt được kết nối với hệ thống.
Một trong những phương pháp dùng để xác định độ dẫn nhiệt của lớp đất bao quanh là phương pháp được gọi là "thử nghiệm phản hồi nhiệt" (thermal response test). Một máy bơm sẽ luân chuyển liên tục dòng nước đã được gia nhiệt qua một đầu dò địa nhiệt dạng ống chữ U được chôn sâu trong lớp cát.
Trong suốt quá trình này, các thông số bao gồm nhiệt độ tại đầu vào và đầu ra, lưu lượng dòng chảy, cùng công suất gia nhiệt của đầu dò địa nhiệt sẽ được ghi lại. Các giá trị đo được này sau đó sẽ được sử dụng để tính toán độ dẫn nhiệt của môi trường đất.
Trong một thí nghiệm khác, một khối cát hình trụ sẽ được gia nhiệt bằng một nguồn nhiệt hình trụ đặt bên trong. Hồ sơ phân bố nhiệt độ theo phương xuyên tâm bên trong mẫu cát sẽ được ghi nhận và sử dụng để tính toán độ dẫn nhiệt của chính mẫu cát đó. Kết quả thu được từ cả hai phương pháp này sau đó sẽ được đưa ra so sánh. Các giá trị đo được sẽ được truyền trực tiếp đến máy tính (PC) thông qua cổng USB, tại đó chúng có thể được phân tích chuyên sâu bằng phần mềm đi kèm với thiết bị.
2 Thông số kỹ thuật
Thiết bị minh họa nguyên lý hoạt động của đầu dò địa nhiệt sử dụng ống dẫn nhiệt; ống dẫn nhiệt được làm bằng thủy tinh, bao bọc bên ngoài là lớp vỏ điều nhiệt trong suốt; sử dụng nước làm môi chất làm việc để tản nhiệt trong bộ trao đổi nhiệt; nguồn cung cấp môi chất làm việc được lấy từ hệ thống mạng nước của phòng thí nghiệm hoặc từ thiết bị làm lạnh nước WL 110.20 nhằm đảm bảo nhiệt độ nước tối đa là 16°C; phần mềm mô phỏng cân bằng năng lượng của bơm nhiệt; môi chất lạnh sử dụng là R1233zd, có chỉ số GWP = 1; phần mềm thu thập dữ liệu thông qua cổng USB, tương thích với hệ điều hành Windows 8.1 và 10.
3 Dữ liệu kỹ thuật
Chiều dài ống dẫn nhiệt: xấp xỉ 1000mm; Đường kính ngoài của ống dẫn nhiệt: xấp xỉ 56mm; Đường kính ngoài của lớp vỏ điều nhiệt: xấp xỉ 80mm; Công suất bộ gia nhiệt trong mạch sưởi: 2kW; Lưu lượng tối đa của bơm trong mạch sưởi: 1,9 m³/h; Công suất tiêu thụ của bơm: 58W; Đầu dò địa nhiệt dạng ống chữ U làm bằng đồng, chiều dài: xấp xỉ 1000mm; Lưu lượng của bơm trong quá trình thử nghiệm phản hồi nhiệt (TRT): 4,8…28,2 L/h; Công suất tiêu thụ của bơm: tối đa 60W; Công suất bộ gia nhiệt trong bồn chứa nước: 100W; Công suất bộ gia nhiệt trong hộp chứa cát: 50W; Môi chất lạnh: R1233zd, GWP = 1;
Khối lượng nạp môi chất: 2,3 kg; Lượng CO2 tương đương: 0 tấn; Các dải đo: Nhiệt độ của bộ gia nhiệt trong mẫu cát: 0…250°C; Lưu lượng dòng chảy: 0,4…6 L/phút; Nguồn điện: 230V, 50Hz, 1 pha; 230V, 60Hz, 1 pha; 120V, 60Hz, 1 pha; Tùy chọn chứng nhận UL/CSA.
