năng lượng mặt trời đun nước nóng trực tiếp

Một phần danh sách các ứng dụng năng lượng mặt trời sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, qua chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

TIỂU LUẬN

Giảng viên hướng dẫn : HOÀNG TRÍ

Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2014

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa

Cơ khí chế tạo máy – ĐH SPKT TP Hồ Chí Minh đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng

em trong suốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, trong học kỳ này, Khoa đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận với môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viên ngành Công nghệ chế tạo máy cũng như tất

cả các sinh viên thuộc các chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy khác

Đó là môn học “ Năng lượng và quản lí năng lượng ”

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Hoàng Trí đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực năng lượng trong đời sống Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì em nghĩ bài thu hoạch này của em rất khó có thể hoàn thiện được Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy

Bài thu hoạch được thực hiện trong khoảng thời gian gần 2 tuần Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về năng lượng mặt trời đun nước nóng trong đời sống hiện nay, kiến thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Cơ khí chế tạo máy và thầy Hoàng Trí thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Sinh viên thực hiện

Lê Xuân Ben

TÓM TẮT TIỂU LUẬN

TÊN ĐỀ TÀI “ Năng lượng mặt trời đun nước nóng trực tiếp”

Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng thiên nhiên quý giá và vô tận Khai thác tối đa nguồn NLMT là một mắt xích quan trọng trong chiến lược của thế giới hiện nay với những định hướng: Phát triển các nguồn năng lượng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế ngày càng tăng Đồng thời nỗ lực giảm mạnh sự phát thải khí "nhà kính" CO2 nhằm ngăn chặn mối hiểm họa biến đổi khí hậu toàn cầu

Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, tốc độ tăng trưởng của các đơn vị doanh nghiệp ngày càng cao, đời sống vật chất của con người cũng cao hơn Kinh tế - xã hội phát triển nên nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng Trong khi đó, các sản phẩm để sản xuất ra nguồn năng lượng điện như nước, chất đốt, sức gió ngày càng cạn kiệt, không đáp ứng đủ, dẫn đến có sự chênh lệch lớn giữa cung và cầu Chính vì vậy, tiết kiệm năng lượng điện là một yêu cầu tất yếu trong sinh hoạt, sản xuất và đời sống nhằm bảo đảm an ninh năng lượng của quốc gia, phục vụ quá trình phát triển kinh tế - xã hội của đất nước một cách bền vững

Với đề tài “ NLMT đun nước nóng trực tiếp” , em hy vọng sẻ giúp thầy và các bạn hiểu

rỏ hơn về NLMT, NLMT dùng đun nước nóng trực tiếp, cũng như tầm quan trọng của nó trong thời đại CNH- HĐH ngày nay.Qua đề tài này em cũng xin giới thiệu về một mô hình đun nước nóng bằng NLMT vừa hiệu quả, vừa kinh tế, dễ chế tạo, thuận tiện và hợp với mọi hộ gia đình hiện nay Hy vọng mô hình có thể đưa vào sử dụng và phổ biến trong mọi

hộ gia đình

Sinh viên thực hiện

Lê Xuân Ben

MỤC LỤC

Trang LỜI CÁM ƠN II TÓM TẮT ĐỒ ÁN III MỤC LỤC IV DANH MỤC BẢNG BIỂU V DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ VI DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VII CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VII CHƯƠNG 2:Mô hình NLMT Đun nước trực tiếp VIII TÀI LIỆU THAM KHẢO ………….XV

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Trang Hình 1: IX Hình 2: IX Hình 3: Collector tấm phẳng .X Hình 4: Collector chân không X Hình 5: Bình bảo ôn XI Hình 6: Giá đỡ XI Hình 7: Nguyên lí hoạt động HT Đun nước nóng tt NLMT XII Hình 8: Mô hình XIII Hình 9: Sơ đồ máy………XIV

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

NLMT Năng lượng mặt trời

Chương I : GIỚI THIỆU

1 Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời, bức xạ ánh sáng và nhiệt từ Mặt trời, đã được khai thác bởi con người từ thời cổ đại bằng cách sử dụng một loạt các công nghệ phát triển hơn bao giờ hết Bức xạ mặt trời, cùng với tài nguyên thứ cấp của năng lượng mặt trời như sức gió và sức sóng, sức nước và sinh khối, làm thành hầu hết năng lượng tái tạo có sẵn trên Trái Đất Chỉ có một phần rất nhỏ của năng lượng mặt trời có sẵn được sử dụng

Điện mặt trời nghĩa là phát điện dựa trên động cơ nhiệt và pin quang điện Sử dụng năng lượng mặt trời chỉ bị giới hạn bởi sự khéo léo của con người Một phần danh sách các ứng dụng năng lượng mặt trời sưởi ấm không gian và làm mát thông qua kiến trúc năng lượng mặt trời, qua chưng cất nước uống và khử trùng, chiếu sáng bằng ánh sáng ban ngày, nước nóng năng lượng mặt trời, nấu ăn năng lượng mặt trời, và quá trình nhiệt độ cao nhiệt cho công nghiệp purposes Để thu năng lượng mặt trời, cách phổ biến nhất là sử dụng tấm năng lượng mặt trời

Công nghệ năng lượng mặt trời được mô tả rộng rãi như là hoặc năng lượng mặt trời thụ động hoặc năng lượng mặt trời hoạt động tùy thuộc vào cách chúng nắm bắt, chuyển đổi và phân phối năng lượng mặt trời Kỹ thuật năng lượng mặt trời hoạt động bao gồm việc sử dụng các tấm quang điện và năng lượng mặt trời nhiệt thu để khai thác năng lượng Kỹ thuật năng lượng mặt trời thụ động bao gồm các định hướng một tòa nhà về phía Mặt trời, lựa chọn vật liệu có khối lượng nhiệt thuận lợi hoặc tài sản ánh sáng phân tán, và thiết kế không gianlưu thông không khí tự nhiên

Trái Đất nhận được 174 petawatts (PW) của bức xạ mặt trời đến (sự phơi nắng) ở phía trên không khí Khoảng 30% được phản xạ trở lại không gian trong khi phần còn lại được hấp thụ bởi các đám mây, đại dương và vùng đất phổ của ánh sáng năng lượng mặt trời ở

bề mặt của Trái Đất là chủ yếu lây lan qua nhìn thấy được và cận hồng ngoại phạm vi với một vai nhỏ trong các cận tử ngoại

Bề mặt Trái Đất, biển và bầu không khí hấp thụ bức xạ mặt trời, và điều này làm tăng nhiệt độ của chúng Không khí ấm có chứa nước bốc hơi từ các đại dương tăng lên, gây

ra lưu thông khí quyển hoặc đối lưu Khi không khí đạt đến một độ cao, nơi nhiệt độ thấp, hơi nước ngưng tụ thành mây, mưa lên trên bề mặt của Trái Đất, hoàn thành chu kỳ nước Tiềm ẩn nhiệt ngưng tụ nước khuếch đại đối lưu, sản xuất các hiện tượng khí quyển như gió, cơn bão và chống cơn bão Ánh sáng mặt trời bị hấp thụ bởi các đại dương và các vùng đất giữ bề mặt ở nhiệt độ trung bình là 14 °C Bằng cách quang hợp cây xanh chuyển đổi năng lượng mặt trời vào năng lượng hóa học, trong đó sản xuất thực phẩm, gỗ và sinh khối từ nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch

Tổng số năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi bầu khí quyển, đại dương của Trái Đất và vùng đất là khoảng 3.850.000 exajoules (EJ) mỗi năm < SMIL trích dẫn một thông lượng hấp thụ năng lượng mặt trời của 122 PW Nhân con số này bằng số giây trong một năm sản lượng 3.850.000 EJ -> Trong năm 2002, đây là năng lượng trong một giờ so với thế giới được sử dụng trong một năm

Yearly Solar fluxes & Human Energy Consumption

Hình 1

Hình 2: Khoảng một nửa số năng lượng mặt trời đến đạt đến bề mặt của Trái Đất

2 NLMT Đun nước nóng

a) Cấu tạo: gồm 2 phần

 Bộ phận thu nhiệt ( Collector)

Có 2 loại thu nhiệt : dạng tấm phẳng và dạng ống chân không + Dạng tấm phẳng : Gồm nhiều ống nhỏ bằng đồng có tấm hấp thụ bằng nhôm hoặc đồng, bên trong ống là môi chất truyền nhiệt và làm nóng bên trong

- Trên bề mặt của tấm hấp thụ được phủ một lớp sơn đặc biệt màu đen để tăng khả năng hấp thụ nhiệt

- Để làm giảm sự mất mát nhiệt độ, tấm hấp thụ được bao bọc và bảo ôn bằng lớp Foam cách nhiệt đặt trong hộp kín bằng hợp kim nhôm chuyên dung, bề mặt được lắp kính để bảo vệ tác động của thời tiết

- Ngoài ra, hiện nay còn có loại tấm hấp thụ phẳng đúc bằng nhựa PPR màu đen theo một qui trình đặc biệt Lớp màng phủ chống tia U/V đảm bảo hiệu suất hấp thụ ổn định theo thời gian Tuổi thọ thiết bị lên tới 25 năm Loại tấm này không đóng cáu cặn sử dụng được với nhiều loại chất lượng nước khác nhau từ nước phèn đến nước được xử lí với Clo

Hình 3 Collector Tấm Phẳng

+ Dạng ống chân không :

- Gồm các ống chân không gắn song song với nhau Mỗi ống có dạng ống thủy tinh 2 lớp, ở giữa là chân không Bề mặt lớp trong của ống được tráng một lớp màng kim loại đặc biệt, gồm 3 lớp:

• Lớp 1: Lớp chống tản nhiệt ( Hợp kim Inox + đồng)

• Lớp 2: Hấp thụ nhiệt năng ánh sang mặt trời ( Hợp kim đồng)

• Lớp 3: Truyền nhiệt hấp thụ cho nước chứa bên trong ống (Hợp kim Inox)

Hình 4 : Collector chân không

 Bình bảo ôn Cấu tạo gồm 3 lớp: Ruột bình, lớp bảo ôn và vỏ bình

 Ruột bình: được chế tạo bằng thép không gỉ ( SUS304/2B) dùng trong công nghệ thực phẩm và được hàn nối bằng phương pháp hàn cao tần, do đó đảm bảo được thành phần của nước khi sử dụng không bị thay đổi do xúc tác của nhiệt độ

 Lớp bảo ôn: được làm từ hợp chất cách nhiệt (PolyUrethane), trong điều kiện nhiệt

độ ổn định cho phép cách nhiệt tốt

 Vỏ bình: làm bằng thép không gỉ, sử dụng tốt với điều kiện môi trường khắc nghiệt

Hình 5: Bình bảo ôn

 Giá đỡ: được làm bằng thép không gỉ hoặc hợp kim nhôm

Hình 6 : Giá đỡ

b) Nguyên lí hoạt động máy nước nóng NLMT làm nóng trực tiếp

- Khi ánh sang mặt trời chiếu vào bộ phận thu nhiệt, các ống thủy tinh chân không sẽ hấp thụ bức xạ mặt trời và chuyển thành nhiệt năng Lượng nhiêt này sẽ làm nóng lượng nước có trong các ống thủy tinh chân không

- Nước nóng có tỷ trọng nhỏ sẽ đi lên bình bảo ôn theo bề mặt trên của ống, nước lạnh có tỷ trọng lớn hơn sẽ đi từ bề mặt trên bình bảo ôn xuống bề mặt dưới của ống

- Quá trình cứ như thế cứ diễn ra lien tục cho đến khi nước trong bồn chứa đạt tới nhiệt độ cao nhất ( khoảng 80 độ C)

Hình 7: Nguyên lí hoạt động hệ thống đun nước nóng NLMT trực tiếp

c) Ưu và nhược điểm

 Loại collector phẳng ống cánh kim loại:

+ Ưu điểm: Có hiệu suất cao, thi công lắp đặt dễ dàng, ít xảy ra khả năng rò rỉ, tuổi thọ rất cao (tới 20 năm) nếu lắp đặt và sử dụng đúng, dễ dàng vệ sinh trong trường hợp collector đóng cáu bẩn, phù hợp sử dụng để cung cấp nước nóng ở quy mô công nghiệp

+ Khuyết điểm: Chất lượng nguồn nước sử dụng phải tốt, cần có biện pháp chống ăn mòn, thất thoát nhiệt cao hơn loại ống chân không

 Loại collector phẳng bằng nhựa

+ Ưu điểm: Thi công lắp đặt dễ dàng, ít xảy ra khả năng rò rỉ, tuổi thọ rất cao (tới trên

20 năm), không đòi hỏi chất lượng nguồn nước cấp vào tốt, dễ dàng vệ sinh trong trường hợp collector đóng cáu bẩn, phù hợp sử dụng để cung cấp nước nóng ở quy

mô công nghiệp

+ Khuyết điểm: Hiệu suất không cao bằng dạng phẳng ống cánh và dạng ống chân không, do đó nhiệt độ nước nóng cũng không cao bằng hai loại này; thất thoát nhiệt tương đương loại phẳng ống cánh và cao hơn loại ống chân không, giá thành tương đối cao

 Loại collector ống chân không:

+ Ưu điểm: Hiệu suất cao (rất cao) và ổn định, tuổi thọ tương đối cao nếu sử dụng đúng, giá thành cũng như chi phí thay thế rẻ (rất rẻ)

+ Khuyết điểm: Khó lắp đặt, đòi hỏi nguồn nước cấp phải bảo ; khó vệ sinh trong trường hợp các ống đóng cáu bẩn

Chương 2 : Mô hình NLMT Đun nước trực tiếp

I Giới thiệu

Hiện nay trên thị trường đã sản suất ra rất nhiều mặt hàng máy nước nóng năng lượng mặt trời.Ưu điểm lớn nhất của máy này được thể hiện ngay trong tên gọi, đó là không tốn điện Sau nữa là nguồn nước nóng khá dồi dào, an toàn, không tiếng ồn, độ bền, chi phí bảo trì thấp và bảo vệ môi trường

Nhiều người lầm tưởng là máy năng lượng mặt trời chỉ cung cấp được nước nóng khi trời nắng vào ban ngày Thực tế thì loại máy này có bồn dự trữ và cung cấp đủ nước nóng vào ban đêm, thậm chí đến sáng hôm sau vẫn có nước nóng Tại TP HCM, nhiệt độ nước sẽ nóng đủ tắm quanh năm suốt 365 ngày Riêng tại Đà Lạt, các tỉnh miền Trung và phía Bắc, thì có thể sử dụng trong khoảng hơn 300 ngày Số ngày còn lại thì người tiêu dùng có thể lựa chọn phương án nấu nước nóng bằng điện, gas, củi hay… tắm nước lạnh

Tuy nhiên chừng đó ưu điểm cũng không khắc phục được một nhược điểm “không thể tha thứ” được: giá quá cao, rẻ nhất thì cũng khoảng bằng 5 cái máy nước nóng điện Do đó, qua tìm hiểu và những kiến thức được học trên lớp em xin giới thiêu với mọi người mô hình “ Hệ thống NLMT 2 trong 1” : Vừa có thể đun nước nóng và vừa có thể lọc nước sạch

để uống Phù hợp với những vùng ven biển, nông thôn chưa có điều kiện lắp đặt máy nước nóng NLMT

Ý tưởng : Sử dụng NLMT đun nước nóng kết hợp lọc nước sạch.

Cấu tạo : + Vỏ ngoài làm bằng hộp xốp 1 thành cao, 1 thành thấp

+ Nắp hộp: 2 tấm kính trong suốt, cách nhau 3 cm + Bên trong hộp : - Đáy : 1 tấm kính được sơn đen, cách nhiệt với vỏ hộp (giữ và hấp thụ nhiết)

- Thành hộp: 4 lớp kính sơn đen, đặt cách nhiệt + Phía trên nắp hộp : có 2 tấm kính để hội tụ ánh sang( Có thể có hoặc không)

+ Hệ thống ống dẫn nước nóng, lạnh và chưng cất nước sạch

Nguyên lí hoạt động:

 Ánh sang mặt trời xuyên qua 2 tấm kính trắng ( đặt cách nhau 3 cm), che phủ hộp, lớp kính màu đen bên trong sẽ hấp thụ ánh sáng mặt trời làm nước nóng dần lên Hai mặt kính trong bên trên sẽ dễ dàng cho ánh sang mặt trời đi qua, mặt khác giữa

2 tấm kính này có một lớp không khí nên sẽ ngăn truyền nhiết ra bên ngoài( hiệu ứng nhà kín) Lớp nước nóng đến một độ nhất định, lớp nước trên mặt sẽ bốc hơi sau đó sẽ ngưng tụ thành những giọt nước ở mặt kính phía trên nắp hộp Những giọt nước này sẽ chảy theo mặt nghiêng tấm kính xuống máng hứng phía dưới Cuối máng hứng sẽ có 1 ống để lấy nước ra Nước này sạch nên có thể sử dụng để uống, nấu ăn…

 Sẽ có 1 ống dùng để lấy nước nóng phục vụ cho sinh hoạt hằng ngày : tắm giặt, nấu

ăn và các hoạt động khác

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Internet:

• http://vi.wikipedia.org/wiki/N%C4%83ng_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_M%E1%BA%B7t_Tr%E1%BB%9Di

• http://www.youtube.com/watch?v=5M8yqGLG-mI