Thiết bị đun nóng sử dụng năng lượng mặt trời

Một số ứng dụng của máy nước nóng NLMTTheo con số thống kê cho đến năm 2004, số lượng TB đun nóng sử dụng NLMT đã được sản xuất và lắp đặt khoảng 115 triệu m2 trên toàn thế giới... Thiết

Nội dung

I Một số ứng dụng của thiết bị đun nóng NLMT

II Một số thiết bị đun nóng NLMT

III Hệ thống thiết bị đun nóng sử dụng NLMT

IV Ưu, nhược của thiết bị NLMT

I Một số ứng dụng của máy nước nóng NLMT

Theo con số thống kê cho đến năm 2004, số lượng TB đun nóng sử dụng NLMT đã được sản xuất và lắp đặt khoảng 115 triệu m2 trên toàn thế giới Trong đó, nước sử dụng nhiều nhất là Trung Quốc (64,3 triệu m2), sau đó là EU (14 triệu m2), Nhật Bản (12.7 triệu

Thiết bị đun nóng nước sử dụng NLMT được dùng trong các lĩnh vực sau:

Dùng trong sinh hoạt: nước nóng dùng để tắm, nấu nướng, …

Dịch vụ, giải trí: sử dụng cho hồ bơi, suối nước nóng nhân tạo, …

Ngành y tế: khủ trùng dụng cụ, …

Công nghệ thực phẩm: tẩy rửa, vệ sinh các thiết bị, dụng cụ, …

Công nghiệp: sử dụng hơi nước và nước nóng để đốt nóng, cung cấp năng lượng, …

Ngoài ứng dụng để đun nóng nước, thiết bị NLMT còn có các ứng dụng khác như: chiếu sáng, nuôi trồng thủy sản, sấy nông sản, …

Máy sấy nông

sử dụng bóng đèn compact

II Một số máy năng nước nóng NLMT

Máy nước nóng

NLMT ống

thủy tinh chân

không

Máy nước nóng NLMT một tấm phẳng và hai tấm phẳng

Máy NLMT 3 tấm phẳng

III Hệ thống thiết bị đun nóng sử dụng năng lượng mặt trời

1 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống

Hệ thống hoạt động theo nguyên lý đối lưu nhiệt tự nhiên và hiện tượng hiệu ứng nhà kính, giúp biến đổi quang năng thành nhiệt năng Năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt thiết bị sẽ đun nóng nước, do quá trình đối lưu nhiệt, nhiệt độ nước tại bình bảo

ôn sẽ tăng lên, quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi nhiệt độ trong bình bằng nhiệt độ của nước tại thiết bị hấp thụ

Việc tạo ra nước nóng không phụ thuộc vào nhiệt độ của môi

trường bên ngoài mà phụ thuộc vào khả năng hấp thụ nhiệt của thiết bị năng lượng với các tia bức xạ ánh nắng mặt trời

2 Thành phần hệ thống thiết bị

Một máy nước nóng NLMT bao gồm 3 phần: collector thu nhiệt (ống thủy tinh chân không, tấm phẳng), bình bảo ôn và các phụ kiện kèm theo (giá đỡ, ống nối, …)

a Bộ phận thu nhiệt (collector).

Có 2 loại bộ phận thu nhiệt: collector tấm phẳng và collector ống

chân không

 Bộ thu nhiệt tấm phẳng: được cấu tạo bởi 3 lớp Lớp trên

cùng là tấm kính trong suốt, ở giữa là tấm phẳng hấp thu

nhiệt có lõi bằng đồng, nhôm hoặc hợp kim nhôm_đồng được sơn phủ bằng lớp sơn đặc biệt hấp thụ nhiệt, dưới cùng là lớp xốp hấp thụ nhiệt và nhựa bảo vệ Tất cả được đặt trong một khung nhôm tạo thành một hợp kín

 Bộ thu nhiệt ống chân không có cấu tạo như sau: bô phận thu

nhiệt chân không do 2 ống thủy tinh cứng Bosilic đồng trục tạo

thành, lớp mạ trên bề mặt ống được tạo thành bởi nhôm, đồng và

cacbon do đó có tỷ lệ hấp thụ và chọn lọc ánh sáng cao, tỷ lệ phát xạ thấp Chịu được sức ép của nước nóng và nước lạnh đột ngột

=> Vì vậy, bộ thu nhiệt ống chân không được sử dụng phổ biến

hơn so với tấm phẳng Mặc dù, ống chân không có giá thành cao

hơn nhưng đây là sản phẩm của công nghệ mới do có 1 số điểm ưu việt hơn: hiệu suất thu nhiệt cao hơn, diện tích lắp đặt nhỏ hơn,

không bị ăn mòn có thể phù hợp với nhiều loại nước sinh hoạt

(nước giếng khoan, nước máy, nước xử lý lọc thô, ….)

b Bình bảo ôn

Bình bảo ôn chứa nước nóng có cấu tạo gồm 3 lớp:

Lớp 1 (ruột bình): lớp trong cùng tiếp xúc với nước sử dụng là inox SUS304 , độ dày 0,4 mm

Lớp 2 (lớp bảo ôn): có độ dày 5-5.5 cm, được làm bởi hỗn hợp nhựa xốp tổng hợp, có khả năng bảo ôn trên 72h, độ tổn thất nhiệt qua đêm khoảng từ 2-40C

Lớp 3 (vỏ bình): bảo vệ lớp bảo ôn bên trong Lớp này được làm bẳng Inox SUS304 dày 0,4 mm hoặc dùng hợp kim nhôm kẽm dày 0,5 mm Thành phần của hợp kim đảm bảo không bị oxy hóa, chịu được điều kiện nắng mưa và sự thay đổi đột ngột của môi trường

3 Phân loại hệ thống

Có thể chia thành 2 loại theo phương thức vận hành: Hệ thống tuần hoàn hoàn và hệ thống tuần hoàn cưỡng bức

a Hệ thống tuần hoàn tự nhiên

Là hệ thống nước nóng mặt trời lợi dụng đối lưu nội bộ của vật

chất truyền nhiệt do chênh lệch tỷ trọng sinh ra Trong hệ thống tuần hoàn tự nhiên, để đảm bảo đầu thu áp của bình nhiệt cần thiết, bình chứa nước phải cao hơn bộ phân thu nhiệt Kết cấu của loại hệ thống này đơn giản, không cần động lực bổ sung

b Hệ thống tuần hoàn cưỡng bức

Là hệ thống nước nóng mặt trời dùng động lực bên ngoài (bơm)

để tuần hoàn vật chất truyền nhiệt chảy qua bộ thu nhiệt Hệ

thống tuần hoàn cưỡng bức thường được điều khiển bằng các

thiết bị sử dụng phương pháp khống chế sai lệch nhiệt độ, khống chế quang điện và khống chế bằng máy hẹn giờ Hệ thống này có

ưu điểm là hòa trộn đều nước nóng và nước lạnh trong bình do

vậy làm nước nóng nhanh đạt đến nhiệt độ yêu cầu

Hệ thống tuần hoàn cưỡng bức sẽ có thêm 1 bộ phận đó là là thiết

bị đun hỗ trợ bằng điện và điều khiển Hệ thống này cho phép

kiểm soát nhiệt độ nước trong bình chứa theo yêu cầu, kiểm soát

hệ thống van và bơm của hệ thống

Trong trường hợp này thì bình chứa có thể đặt ở vị trí thấp và gần nơi sử dụng

IV Ưu nhược điểm của thiết bị năng lượng mặt trời

1 Ưu điểm

- An toàn tuyệt đối khi xử dụng

- Tiết kiệm chi phí tối đa (chỉ đầu tư một lần và không tốn thêm

bất cứ chi phí phát sinh nào khác)

- Đảm bảo sức khỏe lâu dài, thoải mái tiện lợi khi sử dụng

- An toàn trước các nguy cơ giật điện, rò gas cháy nổ

- Không chiếm không gian trong nhà vì lắp đặt ngoài trời

- Sản phẩm có tuổi thọ trung bình trên 20 năm

- Bảo vệ môi trường xanh, sạch

- Tiết kiệm thời gian đun nấu

2 Nhược điểm

- Những ngày âm u không có năng lượng mặt trời thì máy không

thu được năng lượng

- Máy năng lượng mặt trời có giá cả tương đối cao

- Chưa được sử dụng phổ biến trong cuộc sống

- Sự cố thường gặp của máy NLMT không phải nước không nóng mà là bị rò rỉ nước Vì vậy, ngay sau khi lắp máy một ngày bạn phải lên mái nhà để kiểm tra

và thấy rò rỉ thì khắc phục ngay Nếu để lâu bệnh rò

rỉ sẽ ngày càng nặng.

V NLMT ứng dụng trong thiết bị sấy thực phẩm

1 Lò sấy NLMT CAXE-2012

Lò sấy NLMT CAXE.2012 được thiết kế và chế tạo dựa trên những nguyên lý cấu trúc của một lò sấy gỗ Bao gồm các bộ phận sau:

Phần vỏ lò sấy: Vỏ lò sấy được lắp ráp bằng kim loại (khung sắt) đảm

bảo chịu lực theo kết cấu, đảm bảo cách nhiệt và độ kín cần thiết, sử dụng các loại vật liệu chịu nhiệt tốt… (Giữa là lớp Rookwool, lớp

trong và ngoài tôn sóng màu), tác dụng cách nhiệt cho lò sấy và đảm bảo cứng vững, thẩm mỹ

Phần thiết bị gia nhiệt: Ở đây là lò sấy sử dụng năng lượng bức xạ

nhiệt mặt trời, nên áp dụng nguyên lý hấp thụ nhiệt mặt trời đang có trong công nghệ năng lượng mặt trời sau đây: Nguyên lý hiệu ứng nhà

kính(Greenhouse), nguyên lý hấp thụ tấm đen (Solar Air Collectors)

Lớp mặt tiếp xúc với ánh sáng mặt trời được phủ lớp sơn tĩnh điện

màu đen

Hệ thống hút và xả ẩm: Bao gồm 6 quạt hút và xả ẩm được điều tiết

theo quy trình sấy

Việc giữ nhiệt cho ban đêm và những lúc không có nắng sẽ do hệ

thống bơm nhiệt chạy bằng điện đảm nhận

Phần khí động lực: Với mục đích tạo đối lưu không khí nóng bức xạ

đi qua gỗ sấy một cách liên tục và đều đặn, phù hợp với yêu cầu của công nghệ sấy (Chế độ và quy trình sấy tương ứng của từng loại gỗ sấy) Ở đây, trong thiết bị sấy CAXE-2012, việc điều tiết các thông số công nghệ của chế độ sấy (nhiệt độ và độ ẩm môi trường sấy) do hệ thống quạt gió (6 quạt gió loại quạt trục có đường kính vành quạt

600mm, với công suất mô tơ chạy quạt là 1,1 kW), bộ biến tần và hệ thống cửa thoát dẫn khí đảm nhận

Mặt trời

tia nắng

Nguyên lý hoạt động:

Lò sấy CAXE.2012 hoạt động theo nguyên lý lò sấy kiểu chu kỳ, tuần hoàn đối lưu cưỡng bức

Khi tia nắng từ mặt trời tiếp xúc với tấm hấp thụ nhiệt thì các phân

tử không khí trên tấm hấp phụ nhiệt sẽ nhận năng lượng bức xạ và nóng lên Sau đó quạt làm di chuyển các phẩn tử nóng lên đến làm khô sản phẩm cần sấy

Trong khi vận hành, 1 phần gió vào thông qua quạt hút để thay thế cho không khí ẩm thoát ra ngoài qua cửa thoát

Ưu điểm:

không gây ô nhiễm môi trường

tiết kiệm năng lượng

chất lượng sản phẩm sấy được đảm bảo

điều tiết quá trình sấy ổn định và dễ dàng

2 Thiết bị sấy cà phê sử dụng NLMT

1 - Không khí 2 - Khói lò 3 – Calorife 4 - Khói thải

5 - Ống thu NLMT 6 - Bồn trữ NLMT 7 - Lưu chất tải nhiệt

8 - Bơm tuần hoàn 9 - Quạt gió 10 - Nạp và tháo liệu 11 - Thùng sấy 12 - Hồi lưu khí thải 13 - Không khí thải

Nguyên lý hoạt động:

Năng lượng mặt trời được thu qua các ống thu NLMT (5) và truyền cho lưu chất trong ống và tích lại tại bình tích nhiệt (6) Lưu chất sẽ được tuần hoàn bằng bơm (8) và trao đổi nhiệt với tác nhân sấy qua calorife (3)

Trong trường hợp không có nắng hoặc nắng yếu, để duy trì nhiệt độ sấy, lò đốt sinh khối sẽ được khởi động Khói lò (2) sau khi ra khỏi

lò đốt sẽ trao đổi nhiệt với tác nhân sấy qua calorife (3) Quạt (9) sẽ đưa tác nhân sấy vào thùng sấy (11) Một phần khí thải sẽ được tận dụng qua bộ phận hồi lưu (12)

 Lò đốt sinh khối

 Sử dụng kết hợp năng lượng từ việc đốt sinh khối sẽ duy trì ổn định nhiệt độ tác nhân sấy đổng thời đảm bảo tính liên tục của quá trình sấy.

 Lò đốt được thiết kế dùng để đốt nhiên liệu là vỏ hạt cà phê, tác nhân sấy là không khí nóng được nhận nhiệt gián tiếp từ khói lò qua calorife dạng ống chùm có cánh

 Trong calorife, khói lò sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu đi trong ống trao đổi nhiệt, không khí sạch đi phía ngoài ống trao đổi nhiệt, hai lưu thể này chuyển động chéo dòng

Ưu nhược điểm của phương pháp sấy bằng NLMT

 Ưu điểm:

o Tiết kiệm chi phí và thời gian

o Không tốn chi phí điện

o Giảm độc hại cho người lao động

o Thiết kế đơn giản

o Sản phẩm đạt chất lượng cao

 Nhược điểm:

o Năng suất sấy chưa cao, do thiết kế máy còn nhỏ

o Đòi hỏi không gian sấy

o Máy sấy khó di chuyển

o Giá thành cao

Tài liệu tham khảo:

1 Năng lượng mặt trời: Quá trình nhiệt và

ứng dụng, Nguyễn Công Dân, NXB khoa học và kỹ thuật 2005.

2 Các đề tài về nước nóng NLMT.

3 http://www.cpc.vn/cpc/Home/

Ttuc_Detail.aspx?

pm=ttuc&sj=KHKTND&id=10200#.VUsm n5iy6PU