BÁO cáo bài tập lớn NHẬP môn kỹ THUẬT đề tài hệ THỐNG tôn tản NHIỆT

Khi cơ thể chúng ta ở trong nhiệt độnóng quá lâu sẽ gây ra những hệ lụy như đột quỵ nhiệt, nhiệt độ quá cao làm cơ thể tiếtnhiều mồ hôi gây mệt mỏi, giảm năng suất làm việc ,…..Hiện nay

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

Lớp: L05

Nhóm: NO ONE LEFT BEHIND

Danh sách thành viên nhóm;

Nguyễn Ngô Quốc Vương

Tạ Nguyễn Hữu Vinh Ngô Thị Yến Vi

MSSV 2115336 2110670 2115265 2115346

1

2

3

Bảng phân công nhiệm vụ

Tạ Nguyễn Hữu Vinh Nguyễn Ngô Quốc Vương

Bản kế hoạch thực hiện

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

Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2

2

2

.1 Giới thiệu về hệ thống tôn tản nhiệt Trang 17

.2 Những mẫu tương tự có trên thế giới Trang

0 2.4 Nguyên lý hoạt động chung .

Trang 20 Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TÔN TẢN

.4 Nguyên liệu Trang 29 6 Thông số và tính toán kỹ thuật của thiết kế Trang

9 3.7 Ứng dụng của hệ thống

3 8 Ưu điểm và những cải tiến so với những mẫu tương tự trên thế giới Trang 4

3

3

.9 Các phương án của nhóm Trang 44

3.10 Kết quả thực hiện được Trang 50

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Trang 6 Hình 1.2 Trang 7 Hình 1.3 Trang 7 Hình 1.4 Trang 8 Hình 1.5 Trang 10 Hình 1.6 Trang 11 Hình 1.7 Trang 12 Hình 1.8 Trang 13 Hình 1.9 Trang 15

Hình 2.1 Trang 17 Hình 2.2 Trang 18 Hình 2.3 Trang 19 Hình 2.4 Trang 20 Hình 2.5 Trang 21 Hình 2.6 Trang 22 Hình 2.7 Trang 23

Hình 2.8 Trang 24 Hình 2.9 Trang 25 Hình 2.10 Trang 25 Hình 3.1 Trang 26 Hình 3.2 Trang 28

*Các hình ảnh nguyên vật liệu

Hình A Trang 29 Hình B Trang 30 Hình C Trang 31 Hình D Trang 32 Hình E Trang 33 Hình F Trang 34 Hình G Trang 35 Hình H Trang 36 Hình I Trang 37 Hình 3.3 Trang 44 Hình 3.4 Trang 45 Hình 3.5 Trang 47 Hình 3.6 Trang 48

DANH MỤC BẢNG BIỂU

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài

1

Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, bên cạnh những 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 hiệntượng trái 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 tănglên theo các quan sát trong các thập kỷ gần đây Khi cơ thể chúng ta ở trong nhiệt độnóng quá lâu sẽ gây ra những hệ lụy như đột quỵ nhiệt, nhiệt độ quá cao làm cơ thể tiếtnhiều mồ hôi gây mệt mỏi, giảm năng suất làm việc ,… Hiện nay 1 phương pháp phổbiến mà con người chúng ta sử dụng để làm hạ nhiệt độ xuống đó là sửa dụng máylạnh Tuy nhiên do việc sử dụng máy lạnh đồng nghĩa với việc liên tục thực hiện quátrình giãn nở khí đoạn nhiệt khiến cho Entropy( tức là sự hỗn loạn của các phân tử khícủa 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 lạnh,

Hình 1.2

dung máy lạnh thì lại càng nóng, tạo nên 1 vòng tuần hoàn không thể nào thay đổi.Bên cạnh đó, hỗn hợp khí dùng trong các máy lạnh như các khí: CFC( CFC còn cótên là Chlorofluorocarbon Là hợp chất Khí này là một hợp chất của các chất hữu cơnhư: cacbon, clo và flo.), Khí Halogen,…

+ 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 cơquan nghiên cứu về Khoa học Môi trường, với nồng độ đủ lớn thì người hít sẽ cótriệu chứng nhiễm độc tương tự như uống rượu Bên cạnh đó còn xuất hiện triệuchứng 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 lượng lớn 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 côngnghiệp và từ đó xâm nhập vào khí quyển

Đặc biệt, CFC 11, CFCl3, CFCl2 (hay freon) Đặc biệt là F12 là những chất thôngdụng của CFC Bên cạnh đó, thì một lượng nhỏ CFC khác là CHC1F2 (hoặcF22), CCl4 và CF4 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 mang lại hiệu quả cao về mặtkinh tế Do đó, ứng dụng của các hợp chất trên tăng nhanh trong các thập niên vừaqua Với dạng tồn tại sol khí nên F11 và F12 làm tổn thương tầng ozon

- Nhưng hiện nay, các hợp chất trên vẫn đang được sản xuất và tăng về số lượngnên 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 tầngkhí quyền thì CFC được tia cực tím phân hủy Tốc độ phân hủy CFC tăng nhanh nếutầng 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 nhượcđiểm như gây khô gia,dị ứng nhiễm trùng đường hô hấp, không thân thiện với môitrường,….Từ những điều trên tụi em dã quyết định chọn dề tài thiết kế hệ thống tôntản 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 môi trường

- 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 đãđược nêu ở trên, hiện tượng trái đất nóng lên là một hiện tượng toàn cầu, Việt Namcũng không là một ngoại lệ Ta có thể dễ dàng thấy được sự thay đổi của riêng khí hậuViệt Nam qua của số trận bão diễn ra hằng năm và nhiệt độ khắc nghiệt mà bản thânchúng 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, cũngnhư hạn chế các khí thải bằng các phương tiện đi lại chạy bằng điện – Đó là nhữngphương tiện của tương lai, là phương tiện góp phần cứu lấy trái đất,… Giữa nhiều đềtài khoa học trong các lĩnh vực khác nhau, nhóm chúng em nhận thấy chúng mình nênthực hiện một dự án cho một sản phẩm vừa thân thiện với môi trường, vừa là giải phápgiúp con người phần nào giảm thiểu được, thích nghi được với sự thay đổi nhiệt độthất thường hiện nay của trái đất, nhóm chúng em đã họp bàn và suy nghĩ thực hiện dựán: “ Tôn tản nhiệt” Là một ý tưởng mới mẻ chưa từng có trên thị trường, khá khókhan trong việc tìm hiểu thông tin nhưng nhóm chúng em đã cố gắng hết sức, mày mònghiên cứu để trình bày được ý tưởng của mình một cách đầy đủ nhất, mong “Tôn tảnnhiệt” sẽ trở thành

1.2 Mục tiêu của đề tài

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 quytrình 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 kếhoạch, 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 đỡcủa giảng viên bộ môn Nhập Môn Kỹ Thuật: PSG TS Lưu Thanh Tùng

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

mềm CAD của Autodesk.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1 Giới thiệu về hệ thống tôn tản nhiệt

-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 1vật 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 ốngnước này gắn trực tiếp lên hệ thống mái tôn để thực hiện việc bơm nước vào phần rỗngbên trong mái tôn

+ Hệ thống mái tôn cấu tạo như một khối hộp rỗng và được lót bên dưới là một tấmđệm 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 ngườidân tiếp tục sinh hoạt.

2.2 Những mẫu tương tự có trên thế giới

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

2.3 Nguyên 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 đếnnước sẽ chạy qua hệ thống lọc rồi cuối cùng nước sẽ trở về bồn chứa và xả ra để ngườidân tiếp tục sử dụng sinh hoạt

-Mục đích là để lượng nhiệt mái tôn nhận được từ mặt trời sẽ trao đổi trực tiếp vớinước có trong khoang, làm giảm nhiệt độ của mái tôn và duy trì nhiệt độ đó trong mộtkhoảng thời gian nhất định

Hướng đi của nước

Hình 2.4

Lớp bùnLớp sỏi đá lọcLớp cát

Lớp than hoạt tính

-Bộ lọc nước Hình 2.9

-Khóa van

Hình 2.10

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TÔN TẢN NHIỆT 3.1 Ý tưởng thiết kế

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

Hình 3.1 Tấm Lấy Sáng Polycarbonate Rỗng Ruột

3.2 Dự kiến phương án thiết kế

3.3 Bản thiết kế

Hình 3.2

3.4 Nguyên liệu

B

D

F

H

a) Tôn lạnh với chiều dày

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

khóa van – 2 cái – 20,000 đồng

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

=> Tổng chi phí dự kiến: 420.420 đồng

3.6 Thông 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:

Nhiệt lượng trong 1 giờ Q = 132 x 3600 =475200 (J)

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

Xét nhiệt độ cơ bản của tôn là 25oC = 298 K => Nhiệt độ mái tôn sau 1 giờ sẽo

xấp xỉ 298 K + 2,23 K = 300,23 K.o o o

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 298 Ko

(25 C), quá trình này tôn sẽ tỏa nhiệt, còn nước sẽ thu nhiệt đúng theoo

nguyên lý II của nhiệt động lực học.

Các dữ liệu: m2= D2 x V2= 1000 x 40 x 30 x 1,5 x 10-3

*Trong đó:

D2 là khối lượng riêng của nước: 1000 kg/m3 V2 là thể tích nước trong

c2 là nhiệt dung riêng của nước = 4200

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 298-299 K sẽ được duy trì nếu nhận nhiệto

lượng từ ánh sang mặt trời trong 15 giờ

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

3.7 Ứng 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 cao hơn , 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

-.8 Ưu 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 hộ gia đình thu nhập không cao

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

Dễ vận hành và sữa chửa thay thế

xuất sơn đã cho ra mắt rất đa dạng sản phẩm sơn sở hữu khả năng chống nóng việcphun 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.’

Sơn chống nóng

Phương án 1: Khi mái tôn mới cần sơn chống nóng, sơn 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 mònnữa Quy trình chuẩn của sơn cho mái tôH

nìn

làhv3ệ.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 chànhám, 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 bằngmáy rồi sau đó vệ sinh sạch, không để bụi bẩn hoặc vết nhơ Những khu vực bị rỉ sétcần sử dụng sơn lót chống rỉ giàu kẽm để hạn chế sự ăn mòn, sau đó mới sử dụng sơnchống nóng hoặc sơn cách nhiệt

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 sơnchống nóng, những vị trí bị rỉ sét thì xử lý như trên nếu bề mặt còn đẹp thì cứ phủ 2hoặc 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

Trần thạch cao sở hữu loại trần nổi và trần chìm Cả hai loại trần này đều được sửdụng rất phổ biến bởi Nó sở hữu thể tạo được những đường nét trang trí tuy nhiên,mức giá thành của loại trần này hơi cao, khoảng 150.000 đồng/m2 trở lên.

* Bộ phun sương trên mái tôn

Hình 3.6

Bộ phun sương mái tôn

Như chúng ta đã biết thì hiện nay, những công trình như là nhà ở hay là xí nghiệp vàchuồng trại thì người ta sẽ chọn vật liệu tôn làm phần lợp bên trên Điều này khiến chomặt tôn trở nên rất nóng chỉ sau một thời gian ngắn và những người ngồi dưới cũngthực sự mệt mỏi vì nắng nóng

Và sự hấp thụ nhiệt mạnh của tôn sẽ khiến cho người dùng ở đây cực kì khó chịu vìnóng Bên cạnh đó, hiệu quả khi lắp đặt hệ thống phun nước để khắc phục cái nóng oi

ả cho nên năng suất lao động của công nhân trong nhà máy trở nên tăng lên đáng kể.Không chỉ có như vậy, gia súc gia cầm, vật nuôi trong nhà được lợp bằng mái tôn cũng

sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng vì mất độ ẩm cũng như là dịch bệnh rất dễ lây lan trongmùa nắng nóng với quy mô nuôi nhốt chuồng trại hiện nay Vì vậy phun sương máitôn giúp vật nuôi phát triển và sinh trưởng tốt trong mùa hè nắng nóng

Phun sương giúp tiết kiệm điện và nước hơn các béc tưới phun mưa chỉ phù hợp cho

tưới rau Với bộ tưới mái tôn này, bạn chỉ tốn gần 1.000 tiền điện và nước là đủ đểgiúp giảm nhiệt cả ngày cho ngôi nhà bạn

Vì vậy bộ phun sương làm mát mái tôn này tiêu tốn rất ít nước và điện nhưng có thể

giảm nhiệt độ xuống 2 đến 3 độ so với bình thường

Trần nhựa thạch cao - Tính thẩm mỹ cao - Chi phí tốn kém

Bộ phun sương mái tôn - Dễ lắp ráp và sửa chữa - Chi phí mua bộ phun

sương khá cao và hiệu quảgiảm nhiệt không cao ( chỉ

-Tiết kiệm nước - Hiệu quả giảm nóng phụThân thiện với người tiêu thuộc vào thời gian tôndùng nhận nhiệt lượng từ ánh

sáng mặt trời nhưng duytrì ổn định ở mức 298 K,o

luôn thấp hơn nhiệt độphòng