ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
--- & ---

LÊ MINH KHÁNH

NGHIÊN CỨU SẤY NẤM RƠM BẰNG BƠM
NHIỆT TÍCH HỢP VỚI NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI

Chuyên ngành:
Mã số:

KỸ THUẬT NHIỆT
60520115

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, 12/2016


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm phản biện 1: TS. NGUYỄN THẾ BẢO
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm phản biện 2: TS. HÀ ANH TÙNG
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại Học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM
Ngày 05 Tháng 01 Năm 2017
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm:
1. Chủ tịch: TS. NGUYỄN VĂN TUYÊN
2. Thƣ ký : TS. TRẦN VĂN HƢNG
3. Ủy viên – Phản biện 1: TS. NGUYỄN THẾ BẢO
4. Ủy viên – Phản biện 2: TS. HÀ ANH TÙNG
5. Ủy viên: TS. TẠ ĐĂNG KHOA
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trƣởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Họ tên và chữ ký)

TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA


NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : Lê Minh Khánh

Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh : 25/08/1988

Nơi sinh : Bình Thuận

Chuyên ngành : Kỹ thuật nhiệt

Mã số học viên: 13061218

Mã ngành: 60520115
I

TÊN ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU SẤY NẤM RƠM BẰNG BƠM NHIỆT TÍCH HỢP
VỚI NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI

II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

+

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết liên quan đến bơm nhiệt tích hợp năng lƣợng
mặt trời để sấy nấm rơm ở điều kiện thời tiết Việt Nam (Bình Thuận),
dựa trên các cơng trình đã nghiên cứu trên thế giới.


+

Chế tạo các mơ hình thực nghiệm cho hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp
năng lƣợng mặt trời hoạt động nhiều chế độ khác nhau.

+

Thực nghiệm các phƣơng án khác nhau, đo đạc các thông số nhiệt động và
xử lý số liệu thành dạng bảng và biểu đồ so sánh.

+

Thực nghiệm và phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả năng lƣợng
của hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp năng lƣợng mặt trời.

+

So sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của hệ thống sấy bằng bơm nhiệt
tích hợp năng lƣợng mặt trời so với các phƣơng pháp sấy khác.

+

Rút ra kết luận và kiến nghị.


III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/01/2016

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 04/12/2016

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1 : GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP

GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP

TRƢỞNG KHOA CƠ KHÍ
(Họ tên và chữ ký)


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

LỜI CẢM ƠN

Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
Cán bộ hƣớng dẫn: GS.TS LÊ CHÍ HIỆP, đã đƣa ra định hƣớng cho học viên
tiếp cận đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy nấm rơm bằng bơm nhiệt tích hợp
năng lƣợng mặt trời. Trong q trình thực hiện luận văn, thầy đã quan tâm, chia
sẻ, sửa chữa, đóng góp ý kiến kịp thời và giúp đỡ học viên hoàn thành các nội
dung nghiên cứu trong luận văn.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong bộ môn Công nghệ nhiệt lạnh –

Trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM và Trƣờng Đại học Công Nghiệp Tp.HCM, đã
tận tâm truyền đạt kiến thức cũng nhƣ kinh nghiệm trong suốt quá trình học viên
bƣớc vào giảng đƣờng đại học đến nay.
Gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, vật chất, chia sẻ, động viên học viên
trong suốt thời gian qua.
Các bạn bè thân thiết đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất để học viên hoàn thành mơ
hình thực nghiệm trong luận văn.

Học viên

LÊ MINH KHÁNH

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
Luận văn “Nghiên cứu tích hợp năng lƣợng mặt trời vào trong bơm nhiệt để sấ y
nấm rơm” sẽ bao gồm những nội dung nhƣ sau:
Tổng quan về nhu cầu sấy nông sản cũng nhƣ hiện trạng sử dụng năng lƣợng cho
q trình sấy nơng sản ở Việt Nam cũng nhƣ các nƣớc trên thế giới.
Phân tích ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp sấy, để từ đó có thể thấy đƣợc vì sao
cần phải nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy nấm rơm bằng bơm nhiệt có tích hợp năng
lƣợng mặt trời trong bối cảnh thiếu hụt năng lƣợng nhƣ hiện nay
Đƣa ra các phƣơng án sấy tích hợp năng lƣợng mặt trời vào trong bơm nhiệt khác

nhau.
Sử dụng cơ sở lý thuyết và các công thức tính tốn phù hợp cho các hệ thống
bơm nhiệt có tích hợp năng lƣợng mặt trời dựa trên phƣơng pháp kế thừa từ các
nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm của nhiều nhà khoa học đi trƣớc.
Chế tạo các mơ hình thực nghiệm cho hệ thống sấy nấm rơm bằng bơm nhiệt có tích
hợp năng lƣợng mặt trời.
Thực nghiệm và so sánh hiệu quả kinh tế kỹ thuật của hệ thống bơm nhiệt có tích
hợp năng lƣợng mặt trời để sấy nấm rơm so với các phƣơng pháp sấy khác.
Nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả sử dụng năng lƣợng của
bơm nhiệt tích hợp năng lƣợng mặt trời để sấy nấm rơm.
ABSTRACT
Thesis "Study of solar energy integrated into the heat pump for drying mushrooms"
will include the following contents:
Overview of drying agricultural needs as well as the current use of energy for drying
agricultural products in Vietnam as well as countries around the world.
Analyze advantages and disadvantages of the drying method, so that can see why we
need to study design mushrooms drying system with integrated heat pump with solar
energy in the context of energy shortage as The current
Make plans drying solar integrated into the various heat pump.

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

Use the theoretical basis and the appropriate calculation formula for the heat pump

system with integrated solar energy-based methods inherited from the theoretical
research and empirical scientists go ahead .
Manufacturing of experimental model systems for drying mushrooms with integrated
heat pump with solar energy.
Experimental and comparative technical and economic efficiency of the heat pump
system with integrated solar energy for drying mushrooms compared to other drying
methods.
Experimental study of factors affecting the energy efficiency of heat pumps integrated
solar energy for drying mushrooms.

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP
LỜI CAM ĐOAN

Học viên xin cam đoan rằng những nội dung kiến thức và các số
liệu thực nghiệm được trình bày trong luận văn này là do học viên tìm
hiểu, nghiên cứu và đo đạc được trên mơ hình thực nghiệm của học viên.
Trong q trình làm luận văn, học viên có sử dụng một số nguồn
tài liệu của các tác giả khác ở Việt Nam cũng như trên thế giới,
nhưng có trích dẫn nguồn gốc rõ ràng.

Học viên

Lê Minh Khánh


HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU, HÌNH ẢNH VÀ BẢNG ĐƢỢC
SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

1. CHỮ VIẾT TẮT

SPF: Seasons Performance Factor, hệ số hiệu quả theo mùa
GWP: Global Warming Potential, tiềm năng làm nóng tồn cầu
ODP: Ozone Depletion Potential, tiềm năng phá hủy tầng ozone
TEWI: Total Equivalent Warming Impact, tổng tác động làm nóng tƣơng đƣơng
COP: Coefficient Of Performance, hệ số hiệu quả
LT:Lý thuyết
TT: Thực tế
HTS : Hệ thống sấy.
TNS : Tác nhân sấy.
VLS : Vật liệu sấy.
VLÂ: Vật liệu ẩm.
HTL : Hệ thống lạnh.
TNL : Tác nhân lạnh
TBNT: Thiết bị ngƣng tụ.
TBBH: Thiết bị bay hơi.

MN : Máy nén.

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

2. CÁC KÝ HIỆU, Ý NGHĨA VÀ ĐƠN VỊ ĐO
Ý nghĩa

Ký

Đơn vị

hiệu
Qk

Nhiệt lƣợng hữu ích nhận đƣợc tại dàn ngƣng

W

Qocol Nhiệt lƣợng mà môi chất hấp thụ đƣợc tại dàn collector

W

Wkt


Công cần cấp vào máy nén

q0col

Nhiệt lƣợng mà môi chất hấp thụ trên một đơn vị diện tích collector

W/m2

Cƣờng độ bức xạ mặt trời đến bề mặt collector

W/m2
W/m2

I
ITB

Cƣờng độ bức xạ mặt trời trung bình

β

Góc nghiêng collector

α

Hệ số hấp thụ của collector/dàn bay hơi

qL
ε


W

W/m2

Tổn thất nhiệt trên một đơn vị diện tích collector
Hệ số phát xạ của collector

Tp

Nhiệt độ môi trƣờng không khí xung quanh

K

Ta

Nhiệt độ lớp hấp thụ/ tấm hấp thụ

K

qe

Sự chênh lệch giữa năng lƣợng phát xạ trên một đơn vị diện tích từ

W/m2

vật đen ở nhiệt độ mơi trƣờng khơng khí xung quanh và năng lƣợng
phát xạ từ bầu trời
ζ

Hằng số Stefan-Boltzmann ζ = 5,669.10-8


Ts

Nhiệt độ hiệu dụng của bầu trời khi giả định bầu trời là vật đen tuyệt

W/m2.K4
K

đối
Tdp

Nhiệt độ đọng sƣơng của khơng khí ứng với nhiệt nhiệt độ môi

K

trƣờng
U

Tổng hệ số tổn thất nhiệt từ collector/dàn bay hơi tới mơi trƣờng

W/m2.độ

khơng khí xung quanh
hw

Hệ số truyền nhiệt đối lƣu cƣỡng bức do tác động của gió trên bề

W/m2.độ

mặt collector/dàn bay hơi

V

Vận tốc gió tại vị trí khảo sát

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

m/s

Trang 6


LUẬN VĂN THẠC SĨ

S

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

Sự chênh lệch giữa bức xạ mặt trời đƣợc hấp thụ bởi collector trên

W/m2

một đơn vị diện tích và tổng bức xạ nhiệt bị tổn thất từ bề mặt
collector
Ac

Diện tích collector

N

Số tấm kính hay tấm phủ


Ut

Hệ số tổn thất ở phía mặt trên của collector/dàn bay hơi

p

Độ đen của bề mặt tấm phủ

g

Độ đen của bề mặt tấm hấp thụ

m2

W/m2.độ

Ue

Hệ số tổn thất ở mặt đáy collector

W/m2.độ

Ub

Hệ số tổn thất ở phía các mặt bên collector

W/m2.độ

Di


Đƣờng kính trong của ống

F`

Hệ số hiệu quả của collector/dàn bay hơi

hif

Hệ số tỏa nhiệt đối lƣu giữa tấm và ống

Cb

Hệ số dẫn nhiệt mối hàn

m

W/m2.độ

F

Hiệu suất cánh

W

Khoảng cách giữa hai ống liên tiếp

λp

Hệ số dẫn nhiệt của tấm hấp thụ


W/m.độ

Hệ số dẫn nhiệt của tấm cách nhiệt

W/m.độ

λins
p
δins

Bề dày của tấm cách nhiệt
Chiều dày tấm hấp thụ

m

m
m

η

Hiệu suất collector

mr

Lƣu lƣợng khối lƣợng môi chất lạnh

kg/s

ρsuc


Khối lƣợng riêng của mơi chất lạnh

kg/m3

ηv
Vsw

Thể tích qt của piston
Hiệu suất thể tích hút

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

m3/vịng

Trang 7


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

3. DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Hình ảnh nấm rơm
Hình 1.2: Kết cấu giản đồ khơng khí ẩm t-d
Hình 1.3. Các quá trình trên giản đồ t-d.
Hình 2.1: Sơ đồ thiết bị
Hình 2.2: Sơ đồ dịng năng lƣợng
Hình 2.3 đồ thị T-S của bơm nhiệt
Hình 2.4 đồ thị lgP-i của bơm nhiệt

Hình 2.5 Cách thức phân loại bơm nhiệt có máy nén hơi theo ứng dụng và nguồn
cho nhiệt [8]
Hình 2.6 Phần trăm ứng dụng của bơm nhiệt trong sản xuất nƣớc nóng và làm
nóng [9]
Hình 2.7 Phần trăm các nguồn cung cấp nhiệt cho bơm nhiệt [9]
Hình 2.8 Các nguồn cung cấp nhiệt và sự kết hợp các nguồn cung cấp nhiệt cho
bơm nhiệt [10]
Hình 2.9 Hệ số hiệu suất theo mùa của hệ thống bơm nhiệt sử dụng nguồn cho nhiệt
là khơng khí và khơng khí kết hợp với năng lƣợng mặt trời [11]
Hình 2.10 Hệ số hiệu suất theo mùa của hệ thống bơm nhiệt sử dụng nguồn cho
nhiệt là năng lƣợng mặt trời [11]
Hình 2.11 Cấu tạo cơ bản của một bơm nhiệt
Hình 2.12. Sơ đồ tổng qt phân loại MN lạnh
Hình 2.13. Máy nén kín (trái) và máy nén nửa kín (phải)
Hình 2.14. Cấu tạo dàn bay hơi làm lạnh khơng khí.
Hình 2.15. Thiết bị ngƣng tụ làm mát bằng khơng khí.
Hình 2.16 Ðồ thị T-s của hệ thống bơm nhiệt khi có tích hợp năng luợng mặt trời[12]
Hình 2.17 Hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp năng lƣợng mặt trời không tách ẩm tác
nhân sấy và khơng hồi lƣu.
Hình 2.18. Hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp năng lƣợng mặt trời có tách ẩm tác nhân
sấy và có hồi lƣu TNS.
Hình 2.19 Hệ thống sấy bơm nhiệt tích hợp năng lƣợng mặt trời có tách ẩm tác nhân

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 8


LUẬN VĂN THẠC SĨ


GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

sấy và khơng hồi lƣu.
Hình 3.1. Đồ thị I –d cho q trình sáy lý thuyết
Hình 3.2 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực tế.
Hình 3.3. Đồ thị t- d cho quá trình sấy thực
Hình 3.4 Cấu tạo collector tấm phẳng trong mơ hình
Hình 4.1 Sơ đồ ngun lý của phƣơng án 1
Hình 4.2Mơ hình thí nghiệm thực tế của phƣơng án 1
Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý của phƣơng án 2.1
Hình 4.4 Mơ hình thí nghiệm thực tế của phƣơng án 2.1
Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý của phƣơng án 2.2
Hình 4.6 Mơ hình thí nghiệm thực tế của phƣơng án 2.2
Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý của phƣơng án 2.3
Hình 4.8 Mơ hình thí nghiệm thực tế của phƣơng án 2.3
Hình 4.9 Mơ hình thí nghiệm thực tế của phƣơng án 3.1
Hình 4.10 Mơ hình thí nghiệm thực tế của phƣơng án 3.2
Hình 4.11 Biểu đồ thể hiện sự thốt ẩm của VLS theo thời gian (PA1)
Hình 4.12 Biểu đồ so sánh sự thoát ẩm VLS theo thời gian của PA2.1, PA2.2 và PA2.
Hình 4.13 Biểu đồ so sánh sự thoát ẩm VLS theo thời gian của PA1 và PA2
Hình 4.14 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi áp suất nén của PA2
Hình 4.15 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi áp suất hút của PA2
Hình 4.16 Biểu đồ thể hiện cƣờng độ bức xạ mặt trời của PA3.1 và PA3.2
Hình 4.17 Biểu so sánh sự thay đổi nhiệt độ của PA3.1 và PA3.2
Hình 4.18 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi cƣờng độ bức xạ mặt trời của PA2

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 9



LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

4. DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. Sản lƣợng nấm rơm 2011
Bảng 3.1. Thông số tại các điểm nút
Bảng 3.2. Thông số các điểm nút của quá trình sấy thực
Bảng 3.3: bảng các thông số nhiệt động của môi chất trên đồ thị nhƣ sau:
Bảng 4.1. Bảng thơng số thí nghiệm của phƣơng án 1
Bảng 4.2. Bảng thơng số thí nghiệm của phƣơng án 2.1
Bảng 4.3. Bảng thơng số thí nghiệm của phƣơng án 2.2
Bảng 4.4 Bảng thơng số thí nghiệm của phƣơng án 2.3
Bảng 4.5 Bảng thơng số thí nghiệm của phƣơng án 3.1
Bảng 4.6 Bảng thơng số thí nghiệm của phƣơng án 3.2
Bảng 4.7 Các chỉ số để đánh giá hiệu quả kỹ thuật của hệ thống bơm nhiệt có tích
hợp năng lƣợng mặt trời với hệ thống bơm nhiệt kiểu truyền thống.
Bảng 4.8 So sánh hiệu quả kinh tế của hệ thống bơm nhiệt có tích hợp năng lƣợng
mặt trời so với bơm nhiệt kiểu truyền thống

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 10


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................................14
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................14
2. Mục tiêu của đề tài.................................................................................................15
3. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................16
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................................16
5. Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài ........................................................16
6. Đối tƣợng và nội dung nghiên cứu .......................................................................17
7. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................18
8. Cấu trúc của luận văn ...........................................................................................18
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................19
1.1. Tổng quan về nấm rơm . .....................................................................................19
1.1.1. Đặc điểm, nguồn gốc và phân loại nấm rơm. ..............................................19
1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ .....................................................................20
1.2. Sơ lƣợc về công nghệ sấy nông sản...................................................................23
1.2.1. Các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình sấy. ....................................................23
1.2.2. Giản đồ khơng khí ẩm. ................................................................................25
1.2.3. Phân loại phƣơng pháp sấy. .........................................................................27
CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ MÁY SẤY BƠM NHIỆT VÀ PHƢƠNG PHÁP TÍCH
HỢP NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ...............................................................................32
2.1. Tổng quan về bơm nhiệt .....................................................................................32
2.1.1 Nguyên lý hoạt động ...................................................................................32
2.1.2 Hệ số nhiệt của bơm nhiệt ...........................................................................34
2.2. Phân loại bơm nhiệt. .......................................................................................35
2.2.1. Phân loại theo ứng dụng..........................................................................36
2.2.2. Phân loại theo nguồn cho nhiệt ..............................................................37
2.3. Cấu tạo bơm nhiệt. ...........................................................................................40
2.3.1. Môi chất và cặp môi chất ......................................................................40
2.3.2. Máy nén lạnh.........................................................................................40


HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 11


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

2.3.3. Các thiết bị trao đổi nhiệt. .....................................................................41
2.3.4. Thiết bị phụ của bơm nhiệt. ..................................................................42
2.4. Lý thuyết về bơm nhiệt tích hợp năng lƣợng mặt trời ...............................43
CHƢƠNG 3. TÍNH TỐN Q TRÌNH VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH ...................52
3.1. Cơ sở tính tốn q trình sấy ..........................................................................52
3.1.1. Các thơng số tính tốn. ................................................................................52
. Tính tốn kích thƣớc buồng sấy. .........................................................................53
3.1.2. Xây dựng q trình sấy lý thuyết trên đồ thị I-d. ........................................54
3.2. Tính tốn q trình sấy và xây dựng q trình. ......................................................55
3.2.1. Tính tốn q trình sấy ................................................................................55
3.2.2. Xây dựng q trình sấy thực tế trên đồ thị I-d. .........................................56
3.3 Tính tốn thiết kế bơm nhiệt................................................................................69
3.3.1 Chọn môi chất nạp và các thơng số của mơi chất ........................................69
3.3.2 Chọn và tính tốn chu trình bơm nhiệt máy lạnh .........................................70
3.3.3 Tính tốn thiết bị .........................................................................................74
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, PHÂN TÍCH YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG
VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA PHƢƠNG ÁN .....................................91
4.1. Kết quả thực nghiệm của phƣơng án........................................................................91
4.1.1. Phƣơng án 1 (Hệ thống sấy theo kiểu bơm nhiệt truyền thống) .................91
4.1.2. Phƣơng án 2 (Hệ thống sấy theo kiểu bơm nhiệt có tích hợp năng lƣợng

mặt trời) .................................................................................................................94
4.1.3. Phƣơng án 3 ( Hệ thống gia nhiệt khơng khí bằng năng lƣợng mặt trời) .103
4.2. Phân tích yếu tố ảnh hƣởng đến hệ thống ........................................................110
4.2.1. Nhiệt độ và độ ẩm mơi trƣờng...................................................................110
4.2.2. Diện tích collector. ....................................................................................110
4.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của hệ thống. ........................................111
4.3.1.Hiệu quả về mặt kỹ thuật. ...........................................................................111
4.3.2. Hiệu quả kinh tế .....................................................................................114
4.4. Kết luận ..........................................................................................................116
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................117

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 12


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

5.1. Kết luận.............................................................................................................117
5.2. Kiến nghị. .........................................................................................................118
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................121
PHỤ LỤC 1 .................................................................................................................123
PHỤ LỤC 2 .................................................................................................................126

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 13



LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Nƣớc ta là nƣớc nhiệt đới nên có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển và chế
biến rau quả cũng nhƣ các loại cây nông sản, vì vậy diện tích gieo trồng và sản lƣợng
khá cao. Tuy nhiên một số mặt hàng xuất khẩu còn bị hạn chế do chất lƣợng chƣa đạt
yêu cầu, muốn cải thiện đƣợc khuyết điểm đó thì cơng nghệ chế biến và bảo quản sau
thu hoạch cần đƣợc áp dụng.
Để hiện đại hóa cơng nghệ sau thu hoạch rau quả trong ngành nơng nghiệp Việt
Nam thì chúng ta cần phải tiếp cận và áp dụng các công nghệ sấy nhằm tạo ra các sản
phẩm có chất lƣợng cao là việc làm rất cần thiết và cấp bách trong giai đoạn mở cửa
hội nhập kinh tế nhƣ hiện nay. Trong các loại nơng sản nhƣ cà chua, ớt, chuối, nấm
rơm…vv thì nấm rơm là mặt hàng xuất khẩu tƣơng đối có giá trị. Sấy nấm rơm là
phƣơng pháp làm khô nấm bằng nhân tạo với nhiều ƣu điểm: chủ động sản xuất, ít tốn
thời gian và đảm bảo đƣợc chất lƣợng sản. Để đạt đƣợc những ƣu điểm trên thì chúng
ta phải chọn dạng máy sấy, chế độ sấy, các yếu tố ảnh hƣởng đến nhƣ thế nào là tối ƣu
nhất?
Với các loại rau, củ, quả, dƣợc liệu… khi sấy ở nhiệt độ cao có thể phá huỷ các
chất hoạt tính sinh học nhƣ hooc môn, màu, mùi vị, men, vitamin, protêin… và làm
thay đổi chất lƣợng sản phẩm. Sấy bằng nguyên lý bơm nhiệt là một trong những
phƣơng pháp đáp ứng đƣợc những yêu cầu khắt khe về chất lƣợng sau khi sấy. Bởi vì
tác nhân sấy có độ ẩm thấp, nhiệt độ sấy thấp, tác nhân sấy tuần hoàn gần nhƣ khép
kín nên giữ đƣợc màu sắc, mùi vị và hạn chế đƣợc sự thay đổi bất lợi so với các
phƣơng pháp sấy thơng thƣờng.
Nhƣ vậy, việc tìm tịi và phát triển rộng rãi các hệ thống hút ẩm và sấy lạnh
thực phẩm, nông sản sau thu hoạch, lâm sản, dƣợc liệu là một yêu cầu cấp bách

khuyến khích phát triển nông nghiệp, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, sản xuất các mặt
hàng thay thế nhập khẩu và xuất khẩu ra thị trƣờng thế giới, tiết kiệm năng lƣợng,
giảm vốn đầu tƣ và giá thành sản phẩm.

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 14


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

Bơm nhiệt là thiết bị nhiệt-lạnh đƣợc xem là có khả năng tiết kiệm năng lƣợng
nhất hiện nay. Qua nhiều năm nghiên cứu và triển khai ứng dụng để hút ẩm và sấy
lạnh thấy rằng bơm nhiệt có rất nhiều ƣu điểm và rất có khả năng ứng dụng rộng rải
trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, phù hợp với thực tế Việt Nam, mang lại hiệu quả
kinh tế - kỹ thuật đáng kể. Bơm nhiệt sấy lạnh đặc biệt phù hợp với những sản phẩm
cần giữ trạng thái, màu mùi, chất dinh dƣỡng và không cho phép sấy ở nhiệt độ cao,
tốc độ gió lớn.
Bên cạnh đó, việc sử dụng năng lƣợng mặt trời thay thế cho các nguồn năng
lƣợng từ nhiên liệu hóa thạch đang đƣợc thu hút sự chú ý của các nhà khoa học trong
những năm trở lại đây.
Rõ ràng khơng có gì thay thế đƣợc bức xạ mặt trới với tƣ cách là nguồn năng
lƣợng cho quang hợp- một quá trình cơ bản của tự nhiên- để điều chế ra các chất hữu
cơ trong đó là thực phẩm,đồng thời năng lƣợng mặt trời hồn tồn có nhu cầu thỏa
mãn nhu cầu năng lƣợng của con ngƣời trong tƣơng lai, cuối cùng năng lƣợng mặt trời
là một nguồn năng lƣợng đặt biệt “sạch” , việc sử dụng nó không dẫn tới sự ô nhiễm
môi trƣờng xung quanh và phá vỡ sự cân bằng nhiệt của hành tinh chúng ta.
Do đó, việc ứng dụng năng lƣợng mặt trời vào sinh hoạt và sản xuất ngày càng

rộng rãi, nhằm góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng do sử dụng các nguồn năng
lƣợng từ nhiên liệu hóa thạch.
2. Mục tiêu của đề tài
Hiện nay, với công nghệ ngày càng hiện đại và tiến tiến, nhiều nhà sản suất
đã thƣơng mại hóa và sản xuất các hệ thống s ấ y bơm nhiệt sử dụng môi chất
lạnh khác nhau để đáp ứng phù hợp cho nhu cầu sử dụng.
Vì vậy, mục đích của đề tài là nhắm đến lắp đặt máy sấy bơm nhiệt từ việc
tận dụng những vật tƣ có sẵn trên thị trƣờng để lắp ráp, đáp ứng cho nhu cầu khi
đƣợc đặt hàng lẻ tẻ, xa hơn nữa có thể thƣơng mại hóa sản phẩm, đồng thời so sánh
hiệu quả năng lƣợng của bơm nhiệt sử dụng năng lƣợng mặt trời với bơm nhiệt kiểu
truyền thống và các phƣơng pháp sấy khác.

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 15


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

3. Tính cấp thiết của đề tài
Nhƣ đã nói ở trên, để đảm bảo đƣợc chính sách an ninh năng lƣợng thì việc sử
dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lƣợng trong lĩnh vực sáy bằng bơm nhiệt phải đƣợc
tối ƣu nhất. Mà việc tích hợp năng lƣợng mặt trời, là một nguồn năng lƣợng có thể
tái tạo, dễ tìm và rẻ vào trong hệ thống bơm nhiệt nhằm nâng cao hiệu quả và góp
phần tiết kiệm năng lƣợng là một điều vơ cùng cần thiết và có ý nghĩa.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
Việc nghiên cứu, xây dựng mơ hình thực nghiệm thành cơng có thể làm cơ sở dữ

liệu hay tài liệu tham khảo cho các nhà sản xuất chế tạo hàng loạt và nâng cao hiệu
quả năng lƣợng của bơm nhiệt trong điều kiện ở Việt Nam.
Ý nghĩa thực tiễn
Việc tích hợp năng lƣợng mặt trời, là nguồn năng lƣợng có sẵn và rẻ tiền vào
trong bơm nhiệt để nâng cao hiệu quả sấy, đáp ứng cho các yêu cầu dựa trên các vật
tƣ có sẵn là vơ cùng cần thiết và thực tế. Vì hiện nay ở Việt Nam chủ yếu sử
dụng các loại m á y s ấ y bơm nhiệt kiểu truyền thống với nguồn nhiệt là khơng
khí (Air soure heat pump), nên hệ thống chƣa đạt đến chế độ tối ƣu nhất.
5. Tổng quan tình hình nghiên cứu của đề tài
Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Quá trình tích hợp năng lƣợng mặt trời vào trong hệ thống bơm nhiệt, đã đƣợc
bắt đầu nghiên cứu vào khoảng năm 1970 bởi một số nhà nghiên cứu trƣớc khi các
collector mặt trời đƣợc thƣơng mại hóa trên thị trƣờng. Tuy nhiên đến năm 1976,
hai nhà nghiên cứu Charter và Taylor [13] mới báo cáo q trình nghiên cứu tích
hợp năng lƣợng mặt trời vào trong bơm nhiệt. Hai nhà nghiên cứu trên đã sử dụng
một collector tấm phẳng không có khung kính làm dàn bay hơi để hấp thụ năng
lƣợng mặt trời và sau đó đề nghị sử dụng một số loại collector khác để nâng cao
hiệu suất của hệ thống. Đến năm 1980, nhà nghiên cứu Chaturvedi và các cộng sự
12] đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm một hệ thống bơm nhiệt có tích hợp năng

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 16


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

lƣợng mặt trời và chỉ ra rằng nhiệt độ bay hơi của môi chất trong dàn collector/dàn

bay hơi phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trƣờng xung quanh. Từ năm
1984 đến năm 1998, Chaturvedi và Abazeri [13] đã đƣa ra các phƣơng trình cân
bằng năng lƣợng và vật chất cho hệ thống bơm nhiệt có tích hợp năng lƣợng mặt
trời dựa trên lý thuyết và các thông số thực nghiệm. Dựa trên các nền tảng nghiên
cứu của các nhà khoa học đi trƣớc, từ năm 1984 đến năm 2004, có rất nhiều nhà
nghiên cứu trên thế giới đã nghiên cứu mô phỏng tối ƣu và thực nghiệm so sánh để
đƣa ra các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hoạt động của hệ thống bơm nhiệt sử
dụng năng lƣợng mặt trời nhƣ cƣờng độ bức xạ mặt trời, diện tích collector, tốc độ
máy nén… Các nhà nghiên cứu nhƣ S. ITO, K.WANG, B.J. HUANG, M.N.A.
HAWLADER [12], [13], [16]…đã dựa vào kết quả lý thuyết và thực nghiệm của
mình để chỉ ra rằng hệ số COPh của chu trình có thể đạt từ 3-9 (tƣơng ứng với từng
điều kiện cụ thể của các nhà nghiên cứu). Từ đó cho đến nay, công việc nghiên cứu
ứng dụng và tối ƣu hệ thống bơm nhiệt sử dụng năng lƣợng mặt trời ở nhiều điều
kiện khác nhau vẫn đƣợc thực hiện bởi nhiều nhà nguyên cứu ở các nƣớc trên thế
giới.
Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Có thể nói việc tích hợp năng lƣợng mặt trời vào trong hệ thống s ấ y b ằ n g
bơm nhiệt ở nƣớc ta hiện nay hầu nhƣ còn rất mới mẻ. Và điều này có thể dể hiểu
vì q trình ứng dụng năng lƣợng mặt trời vào một số lĩnh vực ở nƣớc ta cịn rất
hạn chế, do giới hạn về cơng nghệ cũng nhƣ kinh phí. Trong khi đó, tiềm năng về
năng lƣợng mặt trời ở Việt Nam là vô cùng lớn.
6. Đối tƣợng và nội dung nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu chính của đề tài là bơm nhiệt có tích hợp năng lƣợng mặt
trời để sấy nấm rơm. Và nội dung nghiên cứu bao gồm: nghiên cứu hiệu quả năng
lƣợng đầu ra của hệ thống bơm nhiệt có tích hợp năng lƣợng mặt trời, và so sánh
với một số hệ thống sấy khác. Cũng nhƣ các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả của hệ
thống bơm nhiệt có tích hợp năng lƣợng mặt trời.

HVTH: LÊ MINH KHÁNH


Trang 17


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

7. Phƣơng pháp nghiên cứu
Q trình nghiên cứu tích hợp năng lƣợng mặt trời vào trong bơm nhiệt để sấy nấm
rơm sẽ bao gồm lý thuyết và thực nghiệm so sánh ở điều kiện thời tiết Việt Nam,
thông qua việc xây dựng mơ hình và đo đạc thơng số nhiệt động.
8. Cấu trúc của luận văn
Cấu trúc luận văn có 5 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1:

Tổng quan

Chƣơng 2:

Giới thiệu về máy sấy bơm nhiệt và lý thuyết tích hợp năng lƣợng
mặt trời

Chƣơng 3:

Tính tốn lý thuyết và xây dựng mơ hình thí nghiệm

Chƣơng 4:

Kết quả thực nghiệm, phân tích yếu tố ảnh hƣởng và đánh giá hiệu
quả kinh tế của các phƣơng án


Chƣơng 5:

Kết luận và kiến nghị.

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 18


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về nấm rơm .
1.1.1. Đặc điểm, nguồn gốc và phân loại nấm rơm.
Nấm rơm hay nấm mũ rơm (danh pháp hai phần:
Volvariella volvacea) là một loài nấm trong họ nấm lớn
sinh trƣởng và phát triển từ các loại rơm rạ. Nấm gồm
nhiều lồi khác nhau, có đặc điểm hình dạng khác nhau
nhƣ có loại màu xám trắng, xám, xám đen… kích thƣớc
đƣờng kính "cây nấm" lớn, nhỏ tùy thuộc từng loại. Là
loại nấm giàu dinh dƣỡng. Nấm rơm chứa nhiều vitamin
A, B1, B2, PP, D, E, C và chứa 7 loại a-xít amin, nấm
rơm là món ăn trị nhiều bệnh là loại quen thuộc, nhất là
các làng quê vì thƣờng đƣợc sử dụng làm thực phẩm.
Cấu tạo


Hình 1.1: Hình ảnh nấm rơm

•

Bao gốc (volva): Dài và cao lúc nhỏ, bao lấy tai nấm. Khi tai nấm trƣởng thành,
nó chỉ cịn lại phần trùm lấy phần gốc chân cuống nấm, bao nấm là hệ sợi tơ
nấm chứa sắc tố melanin tạo ra màu đen ở bao gốc. Độ đậm nhạt tùy thuộc vào
ánh sáng. Ánh sáng càng nhiều thì bao gốc càng đen.

•

Cuống nấm: Là bó hệ sợi xốp, xếp theo kiểu vòng tròn đồng tâm. Khi còn non
thì mềm và giịn. Nhƣng khi già xơ cứng và khó bẻ gãy.

•

Mũ nấm: Hình nón, cũng có melanin, nhƣng nhạt dần từ trung tâm ra rìa mép.

Chu kì sống
Quá trình tạo thành quả thể nấm rơm gồm 6 giai đoạn:
•

Đầu đinh ghim (nụ nấm)

•

Hình nút nhỏ

•


Hình nút

•

Hình trứng

•

Hình chng (kéo dài).

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 19


LUẬN VĂN THẠC SĨ
•

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

Trƣởng thành (nở xòe).

Chu kỳ sinh trƣởng và phát triển của nấm rơm rất nhanh chóng (10-12 ngày). Những
ngày đầu nấm nhỏ nhƣ hạt tấm có màu trắng (giai đoạn đinh ghim), 2-3 ngày sau lớn
rất nhanh bằng hạt ngô, quả táo, quả trứng (giai đoạn hình trứng), lúc trƣởng thành
(giai đoạn phát tán bào tử) trông giống nhƣ một chiếc ô dù, có cấu tạo thành các phần
hồn chỉnh.
Sinh trƣởng
Ở các quốc gia vùng nhiệt đới rất thích hợp về nhiệt độ để nấm rơm sinh trƣởng và
phát triển. Nhiệt độ thích hợp để nấm phát triển từ 30-32oC; độ ẩm ngun liệu (cơ

chất) 65-70%; độ ẩm khơng khí 80%; pH = 7, thống khí. Nấm rơm sử dụng dinh
dƣỡng cellulose trực tiếp từ nguyên liệu trồng.
Nấm rơm là loại dễ trồng, mau thu hoạch, cho kinh tế cao. Nấm rơm sử dụng dinh
dƣỡng cellulose trực tiếp từ nguyên liệu trồng. chứa nhiều vitamin A, B1, B2, PP, D,
E, riêng vitamin C chiếm đến 160 mg/100gr. Ngồi ra, nấm rơm cịn chứa 7 loại a-xít
amin mà cơ thể khơng tổng hợp đƣợc. Nhờ đó, nấm rơm là món ăn trị nhiều bệnh Bã
sau khi trồng nấm chế biến thành phân sinh học cao cấp. Ngồi ra, bã nấm cịn dùng để
ni trùn đất, lấy trùn nuôi gia cầm, gia súc và tôm, cá.
Thực phẩm
Nấm rơm là loại phổ biến, nhất là các làng q vì có nhiều rơm, nấm thƣờng đƣợc sử
dụng làm thực phẩm. Là loại nấm giàu dinh dƣỡng, cứ 100g nấm rơm khô chứa đạm
tới 21 - 37g đạm (đặc biệt thành phần đạm chứa hàm lƣợng cao lại đầy đủ các acid
amin cần thiết mà cơ thể khơng tự tổng hợp đƣợc, cịn hơn cả thịt bị và đậu tƣơng),
chất béo 2,1 - 4,6g, bột đƣờng chiếm 9,9g, chất xơ 21g, các yếu tố vi lƣợng là Ca, Fe,
P và các vitamine A, B1, B2, C, D, PP...
Nhờ giàu thành phần dinh dƣỡng nhƣ vậy, nên nó là nguồn sử dụng để chế biến thành
thực phẩm chức năng, làm món ăn thuốc trong việc hỗ trợ trị liệu nhiều bệnh tật nhƣ
các chứng rối loạn chuyển hóa, nội tiết nhƣ béo phì, rối loạn lipid máu, xơ vữa động
mạch, tăng huyết áp và đái tháo đƣờng..

1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ
1.1.2.1. Tình hình trồng Nấm Rơm Trên Thế Giới
Hiện nay, ngoài những loại nấm truyền thống đã đƣợc trồng lâu đời trên thế giới đã
và đang nghiên cứu ni trồng các loại nấm ăn có giá trị dinh dƣỡng và thu lại lợi
nhuận cao. Nấm rơm hiện nay không chỉ là sản phẩm của các nƣớc nông nghiệp mà ở

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 20



LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: GS TS LÊ CHÍ HIỆP

các nƣớc khác nó là một sản phẩm mang tính cơng nghiệp. Sản lƣợng nấm của Pháp
đạt 200.000 tấn vào năm 1983.
Một số nƣớc ở khu vực châu á phát triển nghề trồng nấm theo mơ hình trang trại
vừa và nhỏ, cịn mang tính chất thủ cơng với năng suất khơng cao. Tuy nhiên, số lƣợng
trang trại triển khai trồng nấm nhiều nên sản lƣợng tƣơng đối lớn. Các loại nấm
thƣờng đƣợc trồng là nấm rơm, nấm mỡ, nấm hƣơng,...
Ở châu âu, nghề trồng nấm rơm đã trở thành một ngành công nghiệp lớn đƣợc cơ
giới hóa tồn bộ với năng suất và sản lƣợng cao. Năm 1994, sản lƣợng nấm trên tồn
thế giới là 4.909.000 tấn, trong đó sản lƣợng nấm rơm đạt 798.800 tấn chiếm khoảng
6.1%. Ngồi ra cịn có một sản lƣợng lớn các loài nấm khác nhƣ: nấm mỡ (1.846.000
tấn), nấm hƣơng (826200 tấn),...
Năm 2005, sản lƣợng nấm trên toàn thế giới đạt 20 triệu tấn. Trung Quốc chiếm
khoảng 50% sản lƣợng nấm trên tồn thế giới. Nhìn chung sản lƣợng nấm tăng dần
qua các năm với mức khoảng 5% mỗi năm.
Nghề trồng nấm đã và đang trở thành một ngành nghề mang tình cơng nghiệp.
Nghề trồng nấm phát triển đáng kể và rộng rãi khoảng 20 năm kể lại đây.
Bảng 1. Sản lƣợng nấm rơm 2011 (Đơn vị: tấn)
Quốc gia

Sản lƣợng (tấn)

% của tổng sản lƣợng

Trung Quốc


150000

58.6

Thái lan

63000

24.6

Indonesia

35000

13.7

Việt Nam

3500

1.4

Đài Loan

3000

1.2

Philippin


800

0.3

Ấn Độ

400

0.2

Khác

400

0.2

Tổng

256100

100

HVTH: LÊ MINH KHÁNH

Trang 21