BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN NHẬP MÔN KỸ THUẬT ĐỀ TÀI HỆ THỐNG TÔN TẢN NHIỆT

-Mặt khác không phải ai cũng có điều kiện để có thể lắp đặt hệ thống máy lạnh do nó có chi phí cao và hao phí điện nhiều ngoài ra máy lạnh còn mang lại rất nhiều nhược điểm như gâykhô gi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12

năm 2021

2110 670

265

346

Bảng phân công nhiệm vụ

Công việc Người thực hiệnSoạn word Ngô Thị Yến Vi

Bản kế hoạch thực hiện

* Bản kế hoạch trên là dự kiến tiến độ cho dự án.

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Chương 1: MỞ ĐẦU

1.1 Lý do chọn đề tài Trang 8

Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1Giới thiệu về hệ thống tôn tản nhiệt Trang 172.2Những mẫu tương tự có trên thế giới Trang

20 2.4 Nguyên lý hoạt động chung

Trang 20 Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TÔN TẢN

3.6 Thông số và tính toán kỹ thuật của thiết kế Trang

39 3.7 Ứng dụng của hệ thống Trang 42

3 8 Ưu điểm và những cải tiến so với những mẫu tương tự

43

3.9 Các phương án của nhóm Trang 44

3.10 Kết quả thực hiện được Trang 50

Hình 2.6 Trang 22

Hình 3.5 Trang 47

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 Trang 49

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài

Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, bên cạnhnhững lợi ích thấy rõ, chúng ta cũng phải đối mặt với nhiều

hệ lụy tiêu cực, một trong số đó phải kể đến đó là hiện tượngtrái đất nóng lên hay còn gọi là sự nóng lên toàn cầu

Hình 1.1

Điều này khiến nhiệt độ trung bình của không khí và các đại dương trên Trái Đất tăng lên theo các quan sát trong các thập

kỷ gần đây Khi cơ thể chúng ta ở trong nhiệt độ nóng quá lâu

sẽ gây ra những hệ lụy như đột quỵ nhiệt, nhiệt độ quá cao

làm cơ thể tiết nhiều mồ hôi gây mệt mỏi, giảm năng suất làm việc ,… Hiện nay 1 phương pháp phổ biến mà con người chúng ta sử dụng để làm hạ nhiệt độ xuống đó là sửa dụng máy lạnh Tuy nhiên do việc sử dụng máy lạnh đồng nghĩa vớiviệc liên tục thực hiện quá trình giãn nở khí đoạn nhiệt khiến cho Entropy( tức là sự hỗn loạn của các phân tử khí của môi trường) chỉ thay đổi theo chiều hướng tăng Entropy khiến cho trái đất ngày

càng nóng lên, gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu Cứ nóng thì ra dung máy

cacbon, clo và flo.), Khí Halogen,…

Hình 1.3

+ Về tác hại của khí CFC đến tính mạng con người:

-Khi hít chất CFC với nồng độ lớn sẽ gây ngộ độc hệ thần kinh trung ương Theo cơ quan nghiên cứu về Khoa học Môitrường, với nồng độ đủ lớn thì người hít sẽ có triệu chứng nhiễm độc tương tự như uống rượu Bên cạnh đó còn xuất hiện triệu chứng chóng mặt, đau đầu, run và co giật

-Ngoài ra, việc hít phải chất CFC cũng có thể làm rối loạn nhịp tim dẫn đến tử vong Đặc biệt, khi tiếp xúc với số lượnglớn các chất CFC có thể gây ngạt thở

+ Tác hại của khi CFC đến nguồn nước:

- Khi CFC ngấm vào nước sẽ thay đổi các tính chất hóa – lý – sinh của

nước Do đó,

Hình 1.4

nước trở nên độc hại đối với con người

-Đặc biệt, với ảnh hưởng trên sẽ làm giảm sự đa dạng sinh học của nước.Do đó, ảnh hưởng ô nhiễm nguồn nước là tương đối lớn có thể lớn hơn môi trường đất

Hình 1.5

+Tác hại của khí CFC đến tầng Ozone:

CFC là những hóa chất do con người tổng hợp để sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp và từ đó xâm nhập vào khí quyển

Đặc biệt, CFC 11, CFCl3, CFCl2 (hay freon) Đặc biệt làF12 là những chất thông dụng của CFC Bên cạnh đó, thìmột lượng nhỏ CFC khác là CHC1F2 (hoặc F22), CCl4 vàCF4 cũng xâm nhập vào khí quyển.

Hình 1.6

* CFC ảnh hưởng đến tầng ozon như thế nào

-Cả hai hợp chất CFC 11 và CFC 12 hoặc freon đều manglại hiệu quả cao về mặt kinh tế Do đó, ứng dụng của cáchợp chất trên tăng nhanh trong các thập niên vừa qua Vớidạng tồn tại sol khí nên F11 và F12 làm tổn thương tầngozon

-Nhưng hiện nay, các hợp chất trên vẫn đang được sản

xuất và tăng về số lượng nên khả năng ảnh hưởng đến

tầng ozon ngày càng cao

-Trong thực tế thì CFC có tính ổn định cao và khó bi phân hủy Khi ở thượng tầng khí quyền thì CFC được tia cực tím phân hủy Tốc độ phân hủy CFC tăng nhanh nếu tầng ozon

bị tổn thương

-Hiện nay, tình trạng ô nhiễm thế giới đang tăng cao

-Mặt khác không phải ai cũng có điều kiện để có thể lắp đặt

hệ thống máy lạnh do nó có chi phí cao và hao phí điện nhiều ngoài ra máy lạnh còn mang lại rất nhiều nhược điểm như gâykhô gia,dị ứng nhiễm trùng đường hô hấp, không thân thiện với môi trường,….Từ những điều trên tụi em dã quyết định chọn dề tài thiết kế hệ thống tôn tản nhiệt với hy vọng giảm bớt đi cái nắng nóng cho những gia đình có thu nhập thấp , cho những người dị ứng với mùi máy lạnh, thân thiện với môitrường

- Một lý do khác khiến nhóm chúng em chọn đề tài này xuất phát từ hoàn

cảnh chung

Hình 1.7

của cả nhóm Mái nhà của chúng em đều được lợp độc nhất một lớp tôn chỉ

dùng đểche nắng che mưa, và thật là khủng khiếp với cái nắng ở Việt

Nam hiện tại Như đã được nêu ở trên, hiện tượng trái đất

nóng lên là một hiện tượng toàn cầu, Việt Nam cũng không là

một ngoại lệ Ta có thể dễ dàng thấy được sự thay đổi của

riêng khí hậu Việt Nam qua của số trận bão diễn ra hằng năm

và nhiệt độ khắc nghiệt mà bản thân chúng ta cảm nhận qua

mỗi năm – Nhiệt độ vào mùa hè ngày càng nóng hơn, đôi khi

nắng nóng ở những tháng sau hè kéo dài, cùng với đó là

thiên tai, hạn hán, lũ lụt… Gần như nguyên nhân cho mọi thiên tai đó chính là sự nóng lên toàn cầu

Hình 1.8

- Chúng ta đang trong giai đoạn “phục hồi” cho trái đất, trồng nhiều cây xanh, cũng như hạn chế các khí thải bằng các phương tiện đi lại chạy bằng điện – Đó là những phương tiện của tương lai, là phương tiện góp phần cứu lấy trái đất,… Giữa nhiều đề tài khoa học trong các lĩnh vực khác nhau,

nhóm chúng em nhận thấy chúng mình nên thực hiện một dự

án cho một sản phẩm vừa thân thiện với môi trường, vừa là giải pháp giúp con người phần nào giảm thiểu được, thích nghi được với sự thay đổi nhiệt độ thất thường hiện nay của trái đất, nhóm chúng em đã họp bàn và suy nghĩ thực hiện dự án: “ Tôn tản nhiệt” Là một ý tưởng mới mẻ chưa từng có trên thị trường, khá khó khan trong việc tìm hiểu thông tin nhưng nhóm chúng em đã cố gắng hết sức, mày mò nghiên cứu để trình bày được ý tưởng của mình một cách đầy đủ nhất, mong “Tôn tản nhiệt” sẽ trở thành

1.2Mục tiêu của đề tài

- Đưa ra thị trường một hệ thống tôn tản nhiệt hoàn chỉnh, dễ sử dụng , dễ lắp đặt

- Gía cả hợp với đại đa số người dân

- Hệ thống làm mát thân thiện với môi trường

- Qua quá trình hoàn thiện sản phẩm kỹ thuật, nhóm có cơ

hội làm quen với quy trình tiến hành chế tạo 1 sản phẩm

kỹ thuật Có cơ hội tiếp thu các kinh nghiệm, kỹ năng

làm việc nhóm hiệu quả, nhanh chóng, cách làm việc một

cách có kế hoạch, có quy trình, có hệ thống

- Được tiếp cận với việc nêu ý tưởng, các phương pháp lên

kế hoạch cho một dự án như thế nào, dự trù chuẩn bị

nguyên vật liệu ra sao,… thông qua sự giúp đỡ của

giảng viên bộ môn Nhập Môn Kỹ Thuật: PSG TS LưuThanh Tùng.

Hình 1.9 Hình ảnh về sản phẩm Tôn tản nhiệt được thiết kế

bằng phần mềm CAD của Autodesk.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ

THUYẾT 2.1Giới thiệu về hệ thống tôn tản nhiệt

-Hệ thống tôn tản nhiệt là hệ thống tôn dùng nước để làm mát, giúp hạ nhiệt độ trong nhà trong những ngày nắng nóng.-Hệ thống tôn tản nhiệt là một ý tưởng mới trong việc giúp điều hòa nhiệt độ trong phòng

Hình 2.1

-Hệ thống hoạt động dựa trên cách phát biểu thứ 1 nguyên lý

II của nhiệt động lực học, hấp thụ nhiệt từ mặt trời trong cái nắng như đổ lửa của cái nóng Việt Nam

*Cách phát biểu 1 của Nguyên lý II Nhiệt động lực học:

Nhiệt không thể truyền từ 1 vật nóng sang 1 vật nóng hơn

Hình 2.2

Nguyên Lý II Nhiệt Động Lực Học

Hình 2.3

- Cấu tạo của hệ thống tôn tản nhiệt bao gồm có :

+ Một ống nước sẽ gắn trực tiếp vào đường nước máy của người dân sử dụng và ống nước này gắn trực tiếp lên hệ thống mái tôn để thực hiện việc bơm nước vào phần rỗng bên trong mái tôn

+ Hệ thống mái tôn cấu tạo như một khối hộp rỗng và được

lót bên dưới là một tấm đệm chống thấm ( Tấm gỗ phủ 1 lớp

sơn chống thấm)

+ Một ống nước còn lại lắp bên dưới hệ thống tôn và nó gắn với hệ thống lọc nước

+ Sau khi nước di chuyển qua hệ thống lọc thì nó trực iếp

xuống bồn nước để người dân tiếp tục sinh hoạt

2.2Những mẫu tương tự có trên thế giới

-Hiện tại nhóm chúng em chưa tìm được mẫu nào tương tự

2.3Nguyên lý hoạt dộng của hệ thống tôn tản nhiệt

-Nguyên lý hoạt động dựa trên sự cân bằng nhiệt, nguyên lý 2 của nhiệt động học

-Lấy nước từ hệ thống sinh hoạt của nhà dân sau đó chạy lên

hệ thống tôn, tiếp đến nước sẽ chạy qua hệ thống lọc rồi cuối

cùng nước sẽ trở về bồn chứa và xả ra để người dân tiếp tục

sử dụng sinh hoạt

-Mục đích là để lượng nhiệt mái tôn nhận được từ mặt trời sẽ

trao đổi trực tiếp với nước có trong khoang, làm giảm nhiệt độ

Hướng đi của

nước

của mái tôn và duy trì nhiệt độ đó trong một khoảng thời gian nhất định.

Hình 2.4

Hình 2.5

-Ánh nắng mặt trời cung cấp nhiệt lượng 120W-144W trên 1 mét vuông, làm cho Tôn nóng dần lên tỉ lệ thuận với thời gianchiếu sáng Ở đây, chúng ta dùng nước để giảm nhiệt cho tôn, giúp giảm nhiệt độ phòng và duy trì ổn định

Khóa van

Hình 2.6

- Khóa van có tác dụng để điều chỉnh lượng nước trong khoang

nước ở Tôn

Lớp bùn

Lớp sỏi đá lọc

Lớp cát

Lớp than hoạt tính

Bộ lọc nước sau sử dụng

Hình 2.7

-Bồn nước dùng để chứa nước sau khHi ìsnửhd2ụ.n8g để làm mát.

Bồn nước

-Bộ lọc nước Hình 2.9

-Khóa van

Hình 2.10

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TÔN TẢN NHIỆT

3.1Ý tưởng thiết kế

- Mẫu thiết kế dựa trên Tấm Lấy Sáng Polycarbonate Rỗng Ruột

Hình 3.1 Tấm Lấy Sáng Polycarbonate Rỗng Ruột

3.2Dự kiến phương án thiết kế

-Tìm hiểu thông tin: Các trang web về tôn, sự trao đổi nhiệt

-Thiết kế mô hình

-Tìm kiếm vật liệu: Do tình hình Covid 19 hạn chế ra

đưởng nên chúng em dự định các vật liệu sẽ tìm ở các trang web online

-Tiến hành thiết kế, lắp ráp sản phẩm-Thực nghiệm, chỉnh sửa sản phẩm-Khảo sát ý kiến người tiêu dùng-Đánh giá sản phẩm

3.3Bản thiết kế

Hình 3.2

3.4Nguyên liệu

A

B

C

D

E

F

G

H

I

a) Tôn lạnh với chiều dày

3.5 Chi phí cho vật liệu:

1.Tôn lạnh với chiều dày 0,5mm – 69.000 đồng- 1 mét vuông2.Bồn: dùng bất cữ thứ gì có thể trữ nước

3.Ống nhựa Phuy 21 – dài 8m – dày 3mm-

70.000 đồng co L phuy 21 – 2 cái – 10.000

đồng

co T phuy 21 – 1 cái – 30.000 đồng

4.keo dán ống nước bình minh- 200gram – 40.000 đồng

5.khóa van – 2 cái – 20,000 đồng

6.miếng đệm gỗ sơn chống thấm – 40 x 30(cm) – 50.000 đồng7.Bộ lọc tự chế: Chi phí dự kiến 50.000 đồng

=> Tổng chi phí dự kiến: 420.420 đồng

3.6Thông số và tính toán kỹ thuật của thiết kế

*Tính toán kỹ thuật (thử nghiệm):

Ta sẽ tính nhiệt độ cân bằng của hệ “Tôn tản nhiệt” dựa

trên các thông số đã cho sau 1 giờ dưới ánh nắng mặt trời

-Nhiệt lượng mà mặt trời cung cấp cho trong 1 giây là 120 → 144 (J)

=> Giá trị trung bình dQ = 120+144= 132 (J)

2Theo phương trình cân bằng nhiệt, ta tính nhiệt độ của tôn

sau 1 giờ hấp thụ nhiệt lượng từ ánh nắng mặt trời, dùng

công thức tính nhiệt lượng:

Phép tính:

Các dữ liệu: Nhiệt lượng trong 1 giờ Q = 132 x 3600 =475200 (J)

Nhiệt dung riêng của thép : c1 ( thành phần chính của

Vậy nhiệt độ tăng thêm của tôn sẽ xấp xỉ 2,23 độ K

Xét nhiệt độ cơ bản của tôn là 25oC = 298oK => Nhiệt độ mái tôn sau 1 giờ sẽ xấp xỉ 298oK + 2,23oK = 300,23oK

∆T= 𝑄 = 475200≈ 2,23 )𝑚60.𝑐462×4462×4(𝐾

Tính nhiệt độ trung bình của hệ nước và tôn:

Nhiệt độ của tôn lấy nhiệt độ như trên, nhiệt độ của nước

lấy bằng 298oK (25oC), quá trình này tôn sẽ tỏa nhiệt, còn

nước sẽ thu nhiệt đúng theo nguyên lý II của nhiệt động

c2 là nhiệt dung riêng của nước

= 4200

𝐾𝑔.𝐾

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: QTỏa = QThu

⬄ m1.c1.( Ttôn- Thệ) = m2.c2.( Thệ-Tnước)

m1c1 ∆T= m2c2∆T’

Thệ= m1.c1.T1 + m2.c2.T2

m2.c2 + m1.c1 ≈298,0609oK

Hình 3.2

Xét sau n giờ, lượng nhiệt nhận được sẽ là 475200 x n (J)

Công thức tính nhiệt độ của hệ sau n giờ:

*Giả sử nắng kéo dài 4 tiếng thì theo công thức T= 298,24oK

* Với công thức trên thì nhiệt độ 298-299oK sẽ được duy

trì nếu nhận nhiệt lượng từ ánh sang mặt trời trong 15 giờ

Lưu ý: Mọi tính toán nhóm chúng em thực hiện chỉ là ướctính Do kiến thức về lĩnh vực này còn hạn hẹp nên có thểnhóm chúng em đã bỏ ra nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến sựcân bằng nhiệt của hệ mà em đã kể trên

m 1 c 1 (T 2 +n.Q ) + m 2 c 2 T 2

m 1 c 1=T m 1 c 1 + m 2 c 2

3.7Ứng dụng của hệ thống tôn tản nhiệt

- Tản bớt nhiệt nóng giúp điều hòa không khí trong nhà mát hơn Việc điều hòa trong nhà mang lại rất nhiều ứng dụng như giúp tạo môi trương làm việc sảng khoái đạt hiệu quả caohơn , giảm nguy cơ đột quỵ nhiệt khi thời tiết thay đổi

- Thay thế cho máy lạnh đối với những gia đình có thu nhập thấp vẫn có thể sử dụng

- Thay thế cho máy lạnh để giảm bớt sự ô nhiễm môi trường

do khí CFC HCFC có thể gây phá hủy tầng ozon…

3.8Ưu điểm và những cải tiến của hệ thống tôn tản nhiệt

- Giữ lại được nguồn nước => tiết kiệm kinh tế

- Hiệu quả hơn so với tôn lạnh thông thường

- Giải quyết được vấn đề nóng bức những ngày hè của những

thu nhập không cao

- Thân thiện với môi trường ( không tiêu tốn điện năng)

- Dễ vận hành và sữa chửa thay thế

sử dụng những biện pháp chống nóng cho mái tôn Đó là cáSơn chống nóng cũng được liệt vào một trong các biện

pháp chống nóng cho mái tôn hiện nay, trên thị trường, các hãng sản

xuất sơn đã cho ra mắt rất đa dạng sản phẩm sơn sở hữu khả

năng chống nóng việc phun loại sơn này lên mái tôn sở hữu

thể làm giảm sự hấp thụ nhiệt của mái Theo kiểm nghiệm thì

sau khi phun loại sơn này nhiệt độ mái tôn có thể giảm từ 5 –

10 độ.’

Phương án 1: Khi mái tôn mới cSầơn

nsơnchchốốnnggnnónógn, gsơn cách nhiệt, khi đó mái tôn sẽ

chưa bị rỉ sét, nên khi sơn chống nóng không cần phải lớp lót

chống rỉ, chống ăn mòn nữa Quy trình chuẩn của sơn cho mái

tôHnìnlàhv3ệ.4sinh sạch bề mặt rồi phủ sơn 2 - 3

lớp sơn chống nóng là được, độ dày 250 - 350 microns thì cần định mức 8m2/lít/1 lớp

Phương án 2: khi mái tôn cũ đã bị rỉ sét thì cần phải chống rỉ

trước rồi mới phủ sơn chống nóng Quy trình chuẩn là vệ sinh,loại bỏ rỉ sét bằng lùi nhùi hoặc bằng máy chà nhám, sau đó rửa bằng nước sạch để khô rồi mới tiến hành sơn một lớp sơn lót chống rỉ, sau đó sơn phủ sơn cách nhiệt hoặc sơn 2 - 3 lớp chống nóng

Phương án 3: Khi mái tôn trước đây đã sơn rồi, nay sơn cần

sơn lại Quy trình sơn mái tôn chuẩn là loại bỏ các lớp sơn không đạt bám dính tốt bằng hóa chất hoặc bằng máy rồi sau

đó vệ sinh sạch, không để bụi bẩn hoặc vết nhơ Những khu vực bị rỉ sét cần sử dụng sơn lót chống rỉ giàu kẽm để hạn chế

sự ăn mòn, sau đó mới sử dụng sơn chống nóng hoặc sơn cáchnhiệt

Phương án 4: Đối với hệ tường, vách tôn hay tường bê tông

hướng đón mặt trời như các hướng tây thì vào buổi chiều sẽ rất nóng nên cần phủ lớp sơn cách nhiệt hoặc sơn chống

nóng, những vị trí bị rỉ sét thì xử lý như trên nếu bề mặt còn đẹp thì cứ phủ 2 hoặc 03 lớp sơn cách nhiệt hoặc chống nóng

là được

Chi phí sơn chống nóng cho 1 mét vuông tôn hiện tại dao động từ 50.000-80.000 đồng, là một biện pháp kết hợp hoàn hảo với mô hình tôn tản nhiệt dể tối ưu hiệu quả chống nóng

được những đường nét trang trí tuy nhiên, mức giá thành củaloại trần này hơi cao, khoảng 150.000 đồng/m2 trở lên.

* Bộ phun sương trên mái tôn

Bộ phunHsìưnhơ3n.6g mái tônNhư chúng ta đã biết thì hiện nay, những công trình như là nhà

ở hay là xí nghiệp và chuồng trại thì người ta sẽ chọn vật liệutôn làm phần lợp bên trên Điều này khiến cho mặt tôn trở nênrất nóng chỉ sau một thời gian ngắn và những người ngồi dướicũng thực sự mệt mỏi vì nắng nóng

Và sự hấp thụ nhiệt mạnh của tôn sẽ khiến cho người dùng ởđây cực kì khó chịu vì nóng Bên cạnh đó, hiệu quả khi lắp đặt

hệ thống phun nước để khắc phục cái nóng oi ả cho nên năngsuất lao động của công nhân trong nhà máy trở nên tăng lênđáng kể