การจำลองแบบถังสะสมความร้อนชนิดใช้อากาศและก้อนหิน

Simulation of air-rock bed thermal storage tank

Name: วิเชษฐ์ รีชัยพิชิตกุล

ThaSH: การเก็บกักความร้อน -- แบบจำลองทางคณิตศาสตร์

ThaSH: พลังงานแสงอาทิตย์ -- แบบจำลองทางคณิตศาสตร์

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

Abstract: This thesis describes about a simulation of air-rock bed thermal storage tank by using an electric heater as a heat source instead of solar collector. This included the theoretical and experimental study. Computer program “TRNSYS” is used as a mathematical model for air-rock bed storage. Also a thermal storage tank was set up in order to compare experimental results and computer program results. Computer program “TRNSYS” is a program for simulating the solar energy systems. TRNSYS is composed of executive program and a number of component subroutines. General component subroutines have been written for types of solar energy systems eg., collectors, storage tank etc. Computer programs were used to predict the outlet air temperature from the storage tank at any time and also gave the optimum size of thermal storage tank. Thermal storage tank has a cylindrical shape with 0.76 metres diameter. It contained structural rocks (Lime stone) 0.70 and 1.05 metres in height. The rocks were placed randomly into the bed resulting in void fraction of 0.46. The rocks were separted by mechanical sieve into three sizes: 1"/2 - 3"/4 , - 1” and -1 1”/2. Inlet air temperature to the bed was kept constant a 60 °C and the air flow rates of 202.32 and 238.9, 267.2 m3/hr were used. Comparison between the results of the experiments and computer program showed that, during charged period the temperature of the bed at any time was about 0-3 °C different from the theoretical results. While discharged period, outlet air temperature from the bed at any time differed from the computer program within the range of 4 °C. An economic evaluation indicated that the thermal storage tank gave an energy cost of 2.54 Baht/kw-hr. for the solar collector cost of 2500 Baht/m2. If the cost of solar collector changed to 2000 Baht/m2 and 1500 Baht/m2 the thermal storage tank will give the cost of energy 2.30, 2.07 Baht/kw-hr. respectively. The storage tank has life cycle 12 years, loan interest rate 15% per year, the cost of electricity 2.10 Baht/kw-hr. Charged period for thermal storage tank was 8 hours. During discharged period, the storage tank has given energy about 43 MJ. within 7 hours.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: สมศรี จงรุ่งเรือง

Role: ที่ปรึกษา

Name: มานิจ ทองประเสริฐ

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2530

Modified: 2561-01-24

Issued: 2561-01-24

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/23171

ISBN: 9745674141

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมเครื่องกล

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Wichet_re_front.pdf	1.57 MB	14	2026-05-26 18:16:01
2	Wichet_re_ch1.pdf	620.66 KB	14	2026-05-26 18:16:01
3	Wichet_re_ch2.pdf	2.01 MB	15	2026-05-26 18:16:01
4	Wichet_re_ch3.pdf	602.88 KB	15	2026-05-26 18:16:01
5	Wichet_re_ch4.pdf	1.32 MB	14	2026-05-26 18:16:01
6	Wichet_re_ch5.pdf	1.95 MB	15	2026-05-26 18:16:01
7	Wichet_re_ch6.pdf	658.56 KB	14	2026-05-26 18:16:01
8	Wichet_re_back.pdf	8.23 MB	14	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.07444 วินาที