bản thuyết minh sửa sau bảo vệ của ô tô

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIA TĂNG NHIỆT ĐỘ BÊN TRONG XE KHI ĐỖ XE NGOÀI TRỜI NẮNG, VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC HIỆN NAY31.1. Xu hướng của việc gia tăng nhiệt độ và sự ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính đối với môi trường hiện nay31.2. Những nghiên cứu và thử nghiệm về sự gia tăng nhiệt độ trong xe ô tô và các thiết bị trên xe41.3. Những ảnh hưởng và rủi ro của sự gia tăng nhiệt độ tới xe ô tô và các thiết bị trên xe.71.4. Những biện pháp trong và ngoài nước đang được áp dụng để giảm sự gia tăng nhiệt độ bên trong xe ô tô kho đỗ xe ngoài trời nắng8CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG GIẢM NHIỆT ĐỘ TRONG XE Ô TÔ KHI ĐỖ XE NGOÀI TRỜI NẮNG132.1. Các khái niệm cơ bản về truyền nhiệt132.1.1. Dẫn nhiệt132.1.2. Trao đổi nhiệt đối lưu142.1.3. Trao đổi nhiệt bức xạ142.1.4. Quá trình trao đổi nhiệt trên ô tô152.2. Tính cân bằng nhiệt trong xe ô tô đỗ ngoài trời nắng162.2.1. Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát162.2.2. Nhiệt tỏa từ máy móc Q1172.2.3. Nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng Q2172.2.4. Nhiệt tỏa từ người Q3182.2.5. Nhiệt tỏa từ thành phẩm mang vào Q4182.2.6. Nhiệt tỏa từ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt Q5182.2.7. Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q6182.2.8. Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua bao che Q7202.2.9. Nhiệt tỏa do rò lọt không khí Q8222.2.10. Nhiệt thẩm thấu qua vách Q9232.2.11. Nhiệt thẩm thấu qua nóc xe Q10232.2.12. Nhiệt thẩm thấu qua sàn Q11242.2.13. Tổng nhiệt thừa của xe242.3. Nghiên cứu thiết kế bộ tự động giảm nhiệt độ trong xe ô tô252.3.1. Sơ đồ tổng quan hệ thống252.3.2. Nghiên cứu chip peltier262.3.2.1. Cấu tạo và nguyên lý cơ bản262.3.1.2. Tính toán công suất và hiệu suất làm lạnh của chip282.3.3. Nghiên cứu bộ tản nhiệt cho chip peltier312.3.4. Nghiên cứu chọn bộ điều khiển cảm biến nhiệt độ322.3.5. Nghiên cứu tính toán nguồn năng lượng cấp cho hệ thống332.3.5.1. Tính công suất pin mặt trời332.3.5.2. Tính toán kích cỡ pin mặt trời332.3.5.3. Tính toán bộ chuyển đổi nguồn điện332.3.5.4. Tính toán ắc quy342.3.5.5. Chọn bộ điều khiển sạc342.3.6. Tính toán thiết kế bộ tự động giảm nhiệt độ trên ô tô LEXUS LS 400352.3.6.1. Tính nhiệt thừa của ô tô352.3.6.2. Tính số chip362.3.6.3. Tính tổng tải tiêu thụ382.3.6.4. Tính công suất pin mặt trời382.3.6.5. Tính công suất ắc quy38CHƯƠNG 3: LẮP RÁP MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA THÍ NGHIỆM TRÊN Ô TÔ393.1. Lắp ráp bộ mô hình thử nghiệm trên xe ô tô393.1.1. Chọn số lượng chip Peltier cho mô hình403.1.2. Lắp ráp bộ tản nhiệt cho chip Peltier403.1.3. Lắp ráp bộ làm mát nước cho bộ tản nhiệt433.2. Bộ cảm biến nhiệt độ thực tế và cài đặt điều khiển nguồn điện theo nhiệt độ trên xe ô tô453.2.1. Bộ cảm biến nhiệt độ453.2.2. Cài đặt và sử dụng bộ cảm biến nhiệt độ463.3. Nguồn điện thực tế cung cấp cho mô hình483.3.1. Công suất tiêu thụ thực tế của các thiết bị điện trong mô hình483.3.1.1. Công suất tiêu thụ thực tế của chip Peltier483.3.1.2. Công suất tiêu thụ thực tế của quạt tuần hoàn khí lạnh493.3.1.3. Công suất tiêu thụ thực tế của quạt tản nhiệt493.3.1.4. Công suất tiêu thụ thực tế của mô tơ bơm nước503.3.1.5. Công suất tiêu thụ thực tế của cảm biến nhiệt độ503.3.1.6. Tổng công suất tiêu thụ thực tế của mô hình513.3.2. Nguồn điện cung cấp cho mô hình513.3.3. Lắp ráp nguồn điện cung cấp cho mô hình533.4. Lắp ráp mô hình tự động giảm nhiệt độ trên xe ô tô thực tế543.5. Phân tích và đánh giá kết quả của thí nghiệm trên ô tô553.5.1. Điều kiện và kết quả thí nghiệm trên ô tô.553.5.2. Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm58

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIA TĂNG NHIỆT ĐỘ BÊN TRONG XE KHI ĐỖ XE NGOÀI TRỜI NẮNG, VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC HIỆN NAY 3

1.1 Xu hướng của việc gia tăng nhiệt độ và sự ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính đối với môi trường hiện nay 3

1.2 Những nghiên cứu và thử nghiệm về sự gia tăng nhiệt độ trong xe ô tô và các thiết bị trên xe 4

1.3 Những ảnh hưởng và rủi ro của sự gia tăng nhiệt độ tới xe ô tô và các thiết bị trên xe 7

1.4 Những biện pháp trong và ngoài nước đang được áp dụng để giảm sự gia tăng nhiệt độ bên trong xe ô tô kho đỗ xe ngoài trời nắng 8

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG GIẢM NHIỆT ĐỘ TRONG XE Ô TÔ KHI ĐỖ XE NGOÀI TRỜI NẮNG 13

2.1 Các khái niệm cơ bản về truyền nhiệt 13

2.1.1 Dẫn nhiệt 13

2.1.2 Trao đổi nhiệt đối lưu 14

2.1.3 Trao đổi nhiệt bức xạ 14

2.1.4 Quá trình trao đổi nhiệt trên ô tô 15

2.2 Tính cân bằng nhiệt trong xe ô tô đỗ ngoài trời nắng 16

2.2.1 Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát 16

2.2.2 Nhiệt tỏa từ máy móc Q 1 17

2.2.3 Nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng Q 2 17

2.2.4 Nhiệt tỏa từ người Q 3 18

2.2.5 Nhiệt tỏa từ thành phẩm mang vào Q 4 18

2.2.6 Nhiệt tỏa từ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt Q 5 18

2.2.7 Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q 6 18

2.2.8 Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua bao che Q 7 20

2.2.9 Nhiệt tỏa do rò lọt không khí Q 8 22

2.2.10 Nhiệt thẩm thấu qua vách Q 9 23

2.2.11 Nhiệt thẩm thấu qua nóc xe Q 10 23

2.2.12 Nhiệt thẩm thấu qua sàn Q 11 24

2.2.13 Tổng nhiệt thừa của xe 24

2.3 Nghiên cứu thiết kế bộ tự động giảm nhiệt độ trong xe ô tô 25

2.3.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống 25

2.3.2 Nghiên cứu chip peltier 26

2.3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý cơ bản 26

2.3.1.2 Tính toán công suất và hiệu suất làm lạnh của chip 28

2.3.3 Nghiên cứu bộ tản nhiệt cho chip peltier 31

2.3.4 Nghiên cứu chọn bộ điều khiển cảm biến nhiệt độ 32

2.3.5 Nghiên cứu tính toán nguồn năng lượng cấp cho hệ thống 33

2.3.5.1 Tính công suất pin mặt trời 33

2.3.5.2 Tính toán kích cỡ pin mặt trời 33

2.3.5.3 Tính toán bộ chuyển đổi nguồn điện 33

2.3.5.4 Tính toán ắc quy 34

2.3.5.5 Chọn bộ điều khiển sạc 34

2.3.6 Tính toán thiết kế bộ tự động giảm nhiệt độ trên ô tô LEXUS LS 400 35

2.3.6.1 Tính nhiệt thừa của ô tô 35

2.3.6.2 Tính số chip 36

2.3.6.3 Tính tổng tải tiêu thụ 38

2.3.6.4 Tính công suất pin mặt trời 38

2.3.6.5 Tính công suất ắc quy 38

CHƯƠNG 3: LẮP RÁP MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CỦA THÍ NGHIỆM TRÊN Ô TÔ 39

3.1 Lắp ráp bộ mô hình thử nghiệm trên xe ô tô 39

3.1.1 Chọn số lượng chip Peltier cho mô hình 40

3.1.2 Lắp ráp bộ tản nhiệt cho chip Peltier 40

3.1.3 Lắp ráp bộ làm mát nước cho bộ tản nhiệt 43

3.2 Bộ cảm biến nhiệt độ thực tế và cài đặt điều khiển nguồn điện theo nhiệt độ trên xe ô tô 45

3.2.2 Cài đặt và sử dụng bộ cảm biến nhiệt độ 46

3.3 Nguồn điện thực tế cung cấp cho mô hình 48

3.3.1 Công suất tiêu thụ thực tế của các thiết bị điện trong mô hình 48

3.3.1.1 Công suất tiêu thụ thực tế của chip Peltier 48

3.3.1.2 Công suất tiêu thụ thực tế của quạt tuần hoàn khí lạnh 49

3.3.1.3 Công suất tiêu thụ thực tế của quạt tản nhiệt 49

3.3.1.4 Công suất tiêu thụ thực tế của mô tơ bơm nước 50

3.3.1.5 Công suất tiêu thụ thực tế của cảm biến nhiệt độ 50

3.3.1.6 Tổng công suất tiêu thụ thực tế của mô hình 51

3.3.2 Nguồn điện cung cấp cho mô hình 51

3.3.3 Lắp ráp nguồn điện cung cấp cho mô hình 53

3.4 Lắp ráp mô hình tự động giảm nhiệt độ trên xe ô tô thực tế 54

3.5 Phân tích và đánh giá kết quả của thí nghiệm trên ô tô 55

3.5.1 Điều kiện và kết quả thí nghiệm trên ô tô 55

3.5.2 Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm 58

Kết luận và khuyến nghị 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

DANH MỤC HÌNH Ả

Hình 1.1 Xu hướng gia tăng nhiệt độ toàn cầu 3

Hình 1.2 Hiệu ứng nhà kính 4

Hình 1.3 Sự gia tăng nhiệt độ trong xe ô tô khi đỗ ngoài trời nắng 5

Hình 1.4 Nhiệt độ xe ô tô khi đỗ ngoài trời nắng nhìn qua camera hồng ngoại .6

Hình 1 5 Phân bố nhiệt độ trong xe ô tô đỗ ngoài trời nắng 6

Hình 1.6 Nổ pin điện thoại trên xe ô tô khi đỗ xe ngoài trời nắng 7

Hình 1 7 Nổ lon soda trên xe ô tô khi đỗ xe ngoài trời nắng 8

Hình 1 8 Sự chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài xe khi sử dụng các biện pháp khác nhau để giảm nhiệt độ trong xe 9

Hình 1.9 Dán tấm cách nhiệt hoặc phản quang 9

Hình 1.10 Đỗ xe nơi râm mát, tránh ánh nắng trực tiếp 10

Hình 1.11 Dùng vải bạt chuyên dùng để chống nóng 11

Hình 1 12 Xe ô tô được chắn kính khi đỗ ngoài trời nắng 12Y Hình 2 1 Các cách truyền nhiệt cơ bản 13

Hình 2 2 Quá trình dẫn nhiệt 13

Hình 2 3 Quá trình trao đổi nhiệt đối lưu 14

Hình 2 4 Quá trình trao đổi nhiệt bức xạ 15

Hình 2 5 Quá trình trao đổi nhiệt trong ô tô 16

Hình 2 6 Sơ đồ hệ thống tự động giảm nhiệt trong ô tô khi đỗ xe 25

Hình 2 7 Chip Peltier (Sò nóng lạnh) 26

Hình 2 8 Cấu tạo của chip Peltier 27

Hình 2 9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của chíp Peltier 28

Hình 2 10 Tản nhiệt cho chíp peltier dùng 2 quạt 31

Hình 2 11 Sử dụng nước làm mát chíp peltier 32

Hình 2 12 Biểu đồ hiệu suất của chíp3 Hình 3 1 Bộ mô hình giảm nhiệt độ trên xe ô tô sử dụng chịp peltier 39

Hình 3 2 Sơ đồ mạch điện kết nối hệ thống 39

Hình 3.3 Bình chứa nước tản nhiệt bằng nhôm 40

Hình 3.4 Quạt tuần hoàn khí lạnh 41

Hình 3.5 Tấm nhôm tản nhiệt 41

Hình 3.6 Tấm nhựa mica lắp quạt 41

Hình 3.7 Tấm nhựa mica lắp 2 bên 42

Hình 3.8 Bộ tản nhiệt cho chip Peltier 42

Hình 3.9 Tấm xốp cách nhiệt cho bộ tản nhiệt 43

Hình 3.10 Mô tơ bơm nước 43

Hình 3.11 Két làm mát nước 44

Hình 3.13 Bình chứa nước làm mát 45

Hình 3.14 Bộ cảm biến nhiệt độ XH-W2020 46

Hình 3.15 Cài đặt và sử dụng bộ cảm biến nhiệt độ - Bước 1 46

Hình 3.16 Cài đặt và sử dụng bộ cảm biến nhiệt độ - Bước 2 47

Hình 3.17 Cài đặt và sử dụng bộ cảm biến nhiệt độ - Bước 3 47

Hình 3.18 Cài đặt và sử dụng bộ cảm biến nhiệt độ - Bước 4 48

Hình 3.19 Dòng điện tiêu thụ thực tế của chip Peltier 48

Hình 3.20 Dòng điện tiêu thụ thực tế của quạt tuần hoàn khí lạnh 49

Hình 3.21 Dòng điện tiêu thụ thực tế của quạt tản nhiệt 49

Hình 3.22 Dòng điện tiêu thụ thực tế của mô tơ bơm nước 50

Hình 3.23 Dòng điện tiêu thụ thực tế của cảm biến nhiệt độ 50

Hình 3.24 Ắc quy Trojan J185H-AC 12V – 225Ah 51

Hình 3.25 Tấm pin năng lượng mặt trời 52

Hình 3.26 Bộ điều khiển sạc kỹ thuật số 53

Hình 3.27 Lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời 53

Hình 3.28 Lắp đặt bộ chuyển đổi nguồn điện trên xe ô tô 54

Hình 3.29 Bộ tự động giảm nhiệt độ trên xe ô tô 54

Hình 3.30 Lắp đặt bộ tản nhiệt trên xe ô tô 55

Hình 3.31 Lắp đặt két nước trên xe ô tô 55

Hình 3.32 Nhiệt độ ngoài trời 57

Hình 3 33 Nhiệt độ không khí trong xe ô tô khi cân bằng 57

Hình 3 34 Chế độ hoạt động của bộ chuyển đổi và điều khiển sạc 58

DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Cường độ bức xạ của mặt trời tại TP Hà Nội 20

Bảng 2.2: Hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời và hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu .22YY Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của chip Peltier 40

Bảng 3 2 Thông số kỹ thuật của tấm pin năng lượng mặt trời 52

Bảng 3 3 Điều kiện và kết quả thí nghiệm 56

MỞ ĐẦU

Cơ sở pháp lý:

Căn cứ theo hợp đồng số 02-2017-RD/HĐ-ĐHCN ký ngày 15 tháng 05năm 2017 giữa Trường Đại học Công nghiệp Hà nội và nhóm nghiên cứu đềtài

Tính cấp thiết của đề tài:

Đối với xe ô tô khi ngừng hoạt động và đỗ dưới trời nắng, nhiệt độ caolàm cho không khí và các vật dụng để trong xe bị làm nóng lên theo Điều nàygây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng, tuổi thọ của các thiết bị trong xe ô tô,thậm chí gây cháy nổ, hư hỏng dẫn đến thiệt hại không đáng có cho xe ô tô.Ngoài ra, khi xe đỗ ngoài trời nắng còn tạo ra các chất khí độc hại phát ra từnội thất xe như cánh cửa, táp lô… gây ảnh hưởng xấu đến người sử dụng xe,làm tiêu tốn thời gian và năng lượng cho việc làm mát xe khi hoạt động trởlại

Mặt khác khi trời nắng thì năng lượng nhiệt của mặt trời là rất lớn vì vậycần có các nghiên cứu tận dụng nguồn năng lượng này phục vụ cho việc làmmát xe ô tô khi dừng đỗ Chính vì vậy nên Nhóm nghiên cứu đi thực hiện đềtài “Nghiên cứu, thiết kế bộ tự động giảm nhiệt độ trong xe ô tô khi đỗ xengoài trời nắng”

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

Nghiên cứu thiết kế bộ giảm nhiệt độ tự động trong xe khi nhiệt độ trong

xe vượt qua một mức độ cài đặt

Nội dung nghiên cứu:

1 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của sự gia tăng nhiệt độ bên trong xe ô tôkhi đỗ ngoài trời nắng và các giải pháp khắc phục

2 Nghiên cứu, thiết kế bộ tự động giảm nhiệt độ trong xe ô tô khi đỗ xengoài trời nắng.

3 Chế tạo, lắp ráp mô hình và tiến hành thí nghiệm kiểm nghiệm hoạtđộng của mô hình

Phương pháp nghiên cứu:

- Kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thực nghiệm

- Kết hợp chọn các thiết bị công nghệ cao với nghiên cứu thiết kế tự chếtạo các mạch, thiết bị cơ khí, điện tử với các vật tư sẵn có trong nước

Đối tượng nghiên cứu:

Nghiên cứu thực nghiệm mô hình trên xe Lexus LS400

Kết quả đạt được của đề tài:

Đề tài đã đạt được các kết quả cụ thể như sau:

1 Đưa ra giải pháp thiết kế bộ tự động giảm nhiệt độ trong xe ô tô khi đỗ

xe ngoài trời nắng

2 Mô hình bộ tự động giảm nhiệt độ trong xe ô tô khi đỗ xe ngoài trờinắng được lắp, thực nghiệm trên xe Lexus LS400

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ GIA TĂNG NHIỆT ĐỘ BÊN TRONG XE KHI ĐỖ XE NGOÀI TRỜI NẮNG, VÀ

CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC HIỆN NAY 1.1 Xu hướng của việc gia tăng nhiệt độ và sự ảnh hưởng của hiệu ứng nhà kính đối với môi trường hiện nay

Xu hướng gia tăng nhiệt độ hiện nay rất đáng báo động Trong thế kỉ 20,nhiệt độ trung bình của không khí gần mặt đất đã tăng 0,6 ± 0,2 °C Theo báocáo của cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA - Environmental ProtectionAgency), nhiệt độ trung bình của Trái đất ở cuối thế kỉ 19 đã tăng +0,8 °C vàthế kỷ 20 tăng 0,6 ± 0,2 °C Các dự án mô hình khí hậu của Ủy ban Liênchính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC - The Intergovernmental Panel onClimate Change) chỉ ra rằng nhiệt độ bề mặt Trái Đất sẽ có thể tăng 1,1 đến6,4 °C trong suốt thế kỷ 21

Hình 1.1 Xu hướng gia tăng nhiệt độ toàn cầu

Hiệu ứng nhà kính là vấn đề đáng lo ngại mà thế giới chúng ta đang phảiđối mặt và khắc phục, hiện tượng này được hiểu đơn giản là sự gia tăng nhiệt

độ của không khí và đại dương trên bề mặt Trái Đất

Hình 1.2 Hiệu ứng nhà kính

Hậu quả của sự biến đổi khí hậu này tác động trực tiếp đến cuộc sốngcủa tất cả các loài trên Trái Đất Ảnh hưởng lớn nhất mà hiện tượng này tácđộng đến là nguồn nước, chất lượng và số lượng của nước uống, nước tướitiêu, nước cho công nghiệp và sức khỏe của các loài thủy sản bởi sự thay đổicủa các trận mưa rào và sự tăng khí bốc hơi Mưa tăng gây lụt lội nhiều hơn,lấp đầy các lòng chảo nối các sông ngòi trên thế giới Nhiệt độ tăng khiếnbăng tan nhanh hơn, nước biển dâng cao khiến diện tích đất liền bị thu hẹp vàchưa kể đến các trận đại hồng thủy Sự biến đổi khí hậu gây ra 1 loạt các hiệntượng thiên nhiên cực đoan ngày càng nhiều về số lượng và cường độ

1.2 Những nghiên cứu và thử nghiệm về sự gia tăng nhiệt độ trong xe ô

tô và các thiết bị trên xe

Theo nhiều nghiên cứu của các trường đại học Mỹ và Canada, nhiệt độtrong ca-bin ảnh hưởng lớn tới sinh vật sống, kể cả con người Trong đó, trẻ

em là đối tượng bị ảnh hưởng nhanh và nhiều nhất Tốc độ tăng nhiệt của trẻnhỏ nhanh gấp 5 lần so với người lớn.

Hiện tượng nóng trong ca-bin (thường được gọi là heatstroke hoặchyperthermia) được xác định khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng 40,5oC Nhiềunghiên cứu chỉ ra rằng, khi nhiệt độ ngoài trời 35oC thì chỉ cần 20 phút, ca-binmột chiếc xe nhỏ (không bật điều hòa) có thể đạt 50oC Nếu thời gian là 40phút, nhiệt độ ca-bin lên tới 65,5oC [10, 11, 12]

Hình 1.3 Sự gia tăng nhiệt độ trong xe ô tô khi đỗ ngoài trời nắng

Nghiên cứu chỉ ra trong trưởng hợp mở các cửa kính thì nhiệt độ trong

xe thấp hơn khi đóng các cửa kính, tuy nhiên vẫn cao hơn nhiều so với nhiệt

độ ngoài trời

Hình 1.4 Nhiệt độ xe ô tô khi đỗ ngoài trời nắng nhìn qua camera hồng ngoại

Nghiên cứu của Issam Mohammed Ali Aljubury và các cộng sự [13] đãchỉ ra sự phân bố nhiệt độ trong xe ô tô khi đỗ xe ngoài trời nắng, trong đónhiệt độ trong xe có thể lên đến 80-100oC khi nhiệt độ ngoài trời gần 40oC(hình 1.5)

Hình 1 5 Phân bố nhiệt độ trong xe ô tô đỗ ngoài trời nắng

1.3 Những ảnh hưởng và rủi ro của sự gia tăng nhiệt độ tới xe ô tô và các thiết bị trên xe

Như ta đã biết thì việc gia tăng nhiệt độ trong nhà kính khí quyển gâyảnh hưởng tới mọi thứ trên Trái Đất, chiếc xe ô tô của chúng ta cũng khôngngoại lệ Cụ thể, nếu như bạn đỗ xe của mình dưới trời nắng mà không có bất

kỳ một biện pháp chống nắng nóng cho xe thì hậu quả để lại cũng rất nghiêmtrọng Những vật dụng rất quen thuộc với chúng ta cũng có thể trở thànhnguyên nhân dẫn đến việc hủy hoại chiếc xe Một chai nước lọc bạn vô tình

để quên trong xe cũng có thể trở thành 1 thấu kính hấp thu ánh sáng mặt trời

để rồi dần dần đốt cháy nội thất chiếc xe, một chiếc bật lửa cũng dể dàng phát

nổ dưới cái nắng 40oC, những chiếc điện thoại hay laptop hoàn toàn có khảnăng tự phát nổ

Hình 1.6 Nổ pin điện thoại trên xe ô tô khi đỗ xe ngoài trời nắng

Hình 1 7 Nổ lon soda trên xe ô tô khi đỗ xe ngoài trời nắng

Khi nhiệt độ tăng, cao su và nhựa vinyl trên xe bắt đầu bay hơi, dầu vàcác dung môi bên trong vật liệu thì hóa hơi Chúng ta có thể nhận ra một lớpmỏng bám trên cửa kính sau khi để xe trực tiếp dưới trời nắng Đó là phần cặnbay ra từ các thiết bị Những chất này không gây độc ngay lập tức nhưng cóhại khi tiếp xúc thời gian dài

Vải trong ca-bin cũng bị ảnh hưởng dưới trời nắng Bọt biển lót trongghế thì biến chất, dòn, gãy Các thiết bị điện không bị ảnh hưởng nhiều nhưngnếu duy trì nhiệt độ cao trong thời gian dài cũng sẽ gây hỏng hóc

Đặc biệt, hiện tượng quá nhiệt sẽ làm chết ắc-quy do làm tăng hiệntượng phản ứng hóa học, đường ống dẫn khí, nước làm mát dễ bị hỏng, lốp xe

dễ bị tăng áp suất, lớp sơn vỏ xe nhanh phai màu

1.4 Những biện pháp trong và ngoài nước đang được áp dụng để giảm sự gia tăng nhiệt độ bên trong xe ô tô kho đỗ xe ngoài trời nắng

Các nghiên cứu của M.A Jasni and F.M Nasir [14] và IssamMohammed Ali Aljubury và các cộng sự [13] đưa ra các giải pháp để giảmnhiệt độ trong xe ô tô khi đỗ ngoài trời nắng Các biện pháp được thực hiệnnhư dùng phim dán kính, miếng dính phản quang, bạt phủ ô tô cách nhiệt…

Hình 1 8 Sự chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài xe khi sử dụng các biện pháp

khác nhau để giảm nhiệt độ trong xe

a) Dán kính (phim) cách nhiệt hoặc miếng dính phản quang

Hình 1.9 Dán tấm cách nhiệt hoặc phản quang

Dán miếng kính cách nhiệt cho ô tô được xem là một trong những biệnpháp hữu hiệu để cản nắng và cách nhiệt trong mùa hè nắng gắt

Phim chống nóng có thể ngăn cản hầu hết tia tử ngoại từ ánh sáng mặt

bảo khả năng vận hành tốt, người sử dụng các loại phim có độ xuyên sángtrên 70%, độ phản gương dưới 15% cho kính lái Đối với kính sườn, cũng nênchọn loại có độ xuyên sáng từ 30 - 40% Nếu độ truyền sáng quá cao làmgiảm hiệu quả chống nóng, nhưng nếu quá thấp sẽ hạn chế khả năng quan sátcủa người lái khi chuyển hướng.

b) Chọn nơi đỗ xe râm mát, tránh nắng chiếu trực tiếp vào xe

Trời nắng gay gắt cùng ánh nắng chiếu trực tiếp khiến lớp sơn của xe rất

dễ xuống màu Vì thế, tốt nhất là tìm nơi có mái che, dưới bóng cây râm mát,thoáng gió, tránh ánh nắng trực tiếp để đỗ xe

Hình 1.10 Đỗ xe nơi râm mát, tránh ánh nắng trực tiếp

Nên sử dụng thêm các loại miếng dính phản quang chống nắng Một mặtngoài dán giấy gương trắng chống hấp thụ ánh sáng và phản xạ ngược ánhsáng cũng giúp cản phần nào ánh nắng trực tiếp chiếu vào cửa kính xe

c) Dùng vải bạt chuyên dụng để chống nóng

Sử dụng vải bạt chuyên dụng là biện pháp được lựa chọn phổ biến khichống nóng cho xe đỗ dưới trời nắng nóng và bảo vệ lớp sơn của xe dướinắng hè.

Hình 1.11 Dùng vải bạt chuyên dùng để chống nóng

d) Bọc ghế da

Các nghiên cứu cho thấy, tất cả các đồ làm bằng nhựa trong xe ô tô sẽphát ra Benzen, một chất gây ung thư mạnh nhất dưới nhiệt độ cao Nếuthường xuyên đỗ dưới ánh mặt trời ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài,mức Benzen có thể tăng lên đến 2.000-4.000 mg, gấp 40 lần so với ngưỡng antoàn

Với các loại ghế có chất liệu giả da, bọc ghế cũng là một biện pháp hữuhiệu để giảm nhiệt và nồng độ khí có hại trong ô tô khi mùa hè đến Lựa chọnvật liệu bọc ghế phù hợp, vải sợi thường ít hấp thụ nhiệt, da (upholstery) cóthời gian làm mát nhanh nếu nó hấp thụ nhiệt từ ánh sáng mặt trời Vật liệutổng hợp giả da thường hấp thụ nhiều nhiệt, do đó mất nhiều thời gian để làmmát

e) Che chắn kính xe khi dừng đỗ

Ngoài việc dán phim cách nhiệt và dùng vải bạt để chống nóng, trongnhiều trường hợp, có thể dùng các tấm chắn kính để hạn chế tăng nhiệt độtrong xe.

Hình 1 12 Xe ô tô được chắn kính khi đỗ ngoài trời nắng

Ngoài ra theo nghiên cứu của M.A Jasni and F.M Nasir [14] cũngchứng minh việc dùng quạt hút không khí ra khỏi xe khi đỗ ngoài trời nắngcũng làm giảm đáng kể sự gia tăng nhiệt độ trong xe Hiện nay cũng đã có cácloại quạt hút lắp ở khe cửa sổ cho xe ô tô được bán trên thị trường, tuy nhiênđiều này có thể gây mất mát xe cũng như vật dụng trên xe vì dễ dàng mởđược cửa xe do cửa kính bị kéo xuống

Kết luận chương 1

Khi xe ô tô đỗ ngoài trời nắng làm cho nhiệt độ trong xe tăng lên cao ảnhhưởng rất lớn tới độ bền, tuổi thọ của các chi tiết, vật dụng trong xe ô tô,ngoài ra tiêu hao nhiên liệu, thời gian cho việc làm mát xe khi xe di chuyểntrở lại

Nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ tự động giảm nhiệt độ trong xe ô tô khi

đỗ ngoài trời nắng là cần thiết trong điều kiện hiện nay

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG GIẢM NHIỆT

ĐỘ TRONG XE Ô TÔ KHI ĐỖ XE NGOÀI TRỜI NẮNG

2.1 Các khái niệm cơ bản về truyền nhiệt

Hình 2 1 Các cách truyền nhiệt cơ bản

2.1.1 Dẫn nhiệt

Dẫn nhiệt là quá trình trao đổi nhiệt giữa các phần của vật hay giữa cácvật có nhiệt độ khác nhau khi chúng tiếp xúc với nhau Ví dụ cầm một thanhsắt một đầu được đốt nóng thì sau một thời gian đầu thanh sắt ta cầm cũngthấy nóng lên hay đơn giản như áp tay lên một vật nóng tay ta cũng đượcnóng lên, đó là quá trình dẫn nhiệt

Hình 2 2 Quá trình dẫn nhiệt

Muốn có quá trình dẫn nhiệt xảy ra thì các vật phải có chênh lệch nhiệt

độ và phải tiếp xúc với nhau

Quá trình dẫn nhiệt có thể xảy ra trong vật rắn, chất lỏng và chất khí.Nhưng lưu ý rằng trong vất rắn sẽ xảy ra sự dẫn nhiệt thuần túy còn trong chấtlỏng và chất khí ngoài dẫn nhiệt còn có trao đổi nhiệt bằng đối lưu hay bứcxạ

2.1.2 Trao đổi nhiệt đối lưu

Trao đổi nhiệt đối lưu là quá trình trao đổi nhiệt nhờ sự chuyển động củachất lỏng hoặc chất khí giữa những vùng có nhiệt độ khác nhau Vì trong khốichất lỏng hay chất khí không thể không có những phần tử có nhiệt độ khácnhau tiếp xúc với nhau, do đó trao đổi nhiệt đối lưu luôn luôn kèm theo hiệntượng dẫn nhiệt trong chất lỏng hoặc chất khí

Hình 2 3 Quá trình trao đổi nhiệt đối lưu

Tuy nhiên quá trình truyền nhiệt ở đây chủ yếu được thực hiện bằng đốilưu cho nên được gọi là trao đổi nhiệt đối lưu Trong thực tế ta thường gặpquá trình trao đổi nhiệt giữa bề mặt vất rắn với chất lỏng hoặc chất khí chuyểnđộng, quá trình này được gọi là tỏa nhiệt đối lưu

2.1.3 Trao đổi nhiệt bức xạ

Trao đổi nhiệt bức xạ là quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện bằngsóng điện từ Các sóng điện từ có cùng bản chất chỉ khác nhau về chiều dàibước sóng Tùy theo bước sóng người ta chia thành tia vũ trụ, tia Ronghen, tia

tử ngoại (tia cực tím), tia sáng, tia hồng ngoại và sóng vô tuyến

Trong kỹ thuật nhiệt ta chỉ khảo sát những tia mà ở nhiệt độ thường gặpchúng có hiệu quả nhiệt cao (tức là những tia này được vật hấp thụ và biếnthành nhiệt) các tia này gọi chung là các tia nhiệt

Quá trình phát sinh và truyền bá các tia nhiệt trong không gian gọi là bức

xạ nhiệt Quá trình trao đổi nhiệt dưới dạng các tia nhiệt gọi là trao đổi nhiệtbức xạ

Hình 2 4 Quá trình trao đổi nhiệt bức xạ

2.1.4 Quá trình trao đổi nhiệt trên ô tô

Khi ô tô đỗ dưới trời nắng, các tia nhiệt tác dụng lên xe từ mọi hướng.Các khu vực nhận nhiệt và ảnh hưởng trực tiếp lên khoang hành khách gồmcác cửa kính, nóc xe và các cánh cửa xe

Quá trình truyền nhiệt từ môi trường vào trong xe gồm quá trình bức xạnhiệt qua kính và các cửa xe, thẩm thấu qua thân xe Sau đó không khí trong

khoang hành khách của xe xảy ra quá trình trao đổi nhiệt đối lưu làm nhiệt độtrong xe tăng lên.

Hình 2 5 Quá trình trao đổi nhiệt trong ô tô

2.2 Tính cân bằng nhiệt trong xe ô tô đỗ ngoài trời nắng

2.2.1 Phương trình cân bằng nhiệt tổng quát

Hệ điều hòa chịu tác động của các nhiễu loạn nhiệt dưới hai dạng phổbiến sau:

- Nhiệt tỏa ra từ các nguồn nhiệt bên trong hệ gọi là các nguồn nhiệt tỏa:

Qt : Nhiệt thừa trong xe, W;

Qtỏa : Nhiệt toả ra trong xe, W;

Qtt : Nhiệt thẩm thấu từ ngoài vào qua kết cấu bao che dochênh lệch nhiệt độ, W

Cụ thể, nhiệt tỏa trong xe và nhiệt thẩm thấu được xác định như sau:Qtỏa = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 (W) (2.2)Trong đó:

Q1 : Nhiệt toả từ máy móc;

Q2 : Nhiệt toả từ đèn chiếu sáng;

Q3 : Nhiệt toả từ người;

Q4 : Nhiệt tỏa từ thành phẩm mang vào;

Q5 : Nhiệt tỏa từ bề mặt thiết bị nhiệt;

Q6 : Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính;

Q7 : Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua bao che;

Q8 : Nhiệt tỏa do rò lọt không khí qua cửa;

Trong đó:

Q9 : Nhiệt thẩm thấu qua vách;

Q10 : Nhiệt thẩm thấu qua nóc xe;

Q11 : Nhiệt thẩm thấu qua nền;

2.2.2 Nhiệt tỏa từ máy móc Q 1

Do phạm vi hoạt động là khi xe đang đỗ, nên khi đó động cơ và các thiết

bị điện khác không hoạt động Mặc dù động cơ sau khi ngừng hoạt động vẫn

ở nhiệt độ cao tuy nhiên đã có phần cách nhiệt giữa khoang động cơ và hànhkhách, nên nhiệt này không ảnh hưởng đến khoang hành khách Phần nhiệtnày ta bỏ qua trong tính toán

2.2.3 Nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng Q 2

Q2 = Ncs = q.F (W) (2.5)Trong đó:

Ncs: Tổng công suất của tất cả các đèn chiếu sáng, W;

F: Diện tích sàn, m2.q: công suất chiếu sáng yêu cầu cho mỗi m2Theo tiêu chuẩn chiếu sáng, lấy trên mỗi m2 là q = 10 W/m2.Tuy nhiên do không bật đèn nên phần nhiệt này ta bỏ qua trong tínhtoán Do đó:

2.2.4 Nhiệt tỏa từ người Q 3

Nhiệt tỏa từ người được xác định như sau:

2.2.5 Nhiệt tỏa từ thành phẩm mang vào Q 4

Trên xe không có bán thành phẩm thải ra nhiệt thừa như các phân xưởngchế biến, sản xuất Do đó:

2.2.6 Nhiệt tỏa từ bề mặt thiết bị trao đổi nhiệt Q 5

Trên xe không có các thiết bị trao đổi nhiệt trong không gian điều hòa(trừ dàn lạnh của máy điều hòa không khí) Do đó:

Q5 = 0 (W) (2.8)

2.2.7 Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua cửa kính Q 6

Nhiệt từ bức xạ mặt trời qua của kính xác định theo công thức:

Q6 = R.Fk.εc.εds.εmm.εkh.εK.εm (W) (2.9)Trong đó:

- R: Nhiệt bức xạ mặt trời qua cửa kính trên mặt đứng, phụ thuộc hướngđịa lý, W/m2;

- Fk: Diện tích cửa kính chịu bức xạ tại thời điểm tính toán, m2;

+ Diện tích cửa kính chắn gió trước: Sk1 = 1388334,72 mm2

+ Diện tích cửa kính chắn gió sau: Sk3 = 948321,9 mm2

+ Diện tích cửa kính của cửa xe: Sk2 = 1397084,14 mm2

- εc: Hệ số tính đến độ cao H nơi đặt cửa kính so với mực nước biển; tại

- εK: Hệ số kính, phụ thuộc màu sắc và loại kính lấy theo bảng Trên thực

tế xe ô tô thí nghiệm dùng kính chống nắng, màu xám, 6mm có εK = 0,73;

- εm: Hệ số mặt trời Hệ số này xét tới ảnh hưởng của màn che tới bức xạmặt trời Trường hợp này trên xe không có màn che nên εm = 1

Vậy: εc.εds.εmm.εkh.εK.εm = 1,00575.1,0585.1.1,17.0,73.1 = 0,9093

Cường độ bức xạ cực đại trên mặt đứng theo các hướng tại địa điểmthành phố Hà Nội lúc 12h vào tháng 5 đến tháng 7 (W/m2) (theo số liệu củaTrung tâm dịch vụ khí tượng thủy văn (thuộc Bộ Tài nguyên và môi trường)

Bảng 2.1: Cường độ bức xạ của mặt trời tại TP Hà Nội

Thay

Q6 = 0,9093.44 Fk /1000000

= 0,9093.44.(Sk1+ Sk2+ Sk3)/1000000 W

Quan sát quá trình bức xạ nhiệt của mặt trời qua kính ta thấy, nhiệt bức

xạ mặt trời khi bức xạ qua kính chỉ có một phần tác động tức thời tới khôngkhí trong phòng, phần còn lại được kết cấu bao che hấp thụ, sau một khoảngthời gian nhất định nhiệt đó mới được các đối tượng bao che nhả lại chokhông khí bên trong xe Quá trình tích tụ nhiệt bức xạ đó góp phần kéo dàithời gian truyền nhiệt và làm giảm công suất nhiệt cực đại truyền cho khôngkhí

Quá trình này được thể hiện qua hệ số tác dụng tức thời nt Hệ số nàyphụ thuộc vào khối lượng riêng của vật liệu các bề mặt nhận bức xạ Dựa vàothông số bề mặt của xe ô tô và kết hợp tra bảng, ta có nt = 0,75

Vậy nhiệt tỏa thực tế do bức xạ mặt trời chiếu qua cửa kính là:

Q6 = 0,75 0,9093.44.(Sk1+ Sk2+ Sk3)/1000000 = 3.10-5.(Sk1+ Sk2+ Sk3) W

ngang

Nhiệt tỏa do bức xạ mặt trời qua bao che được tính theo công thức

Trong đó:

- k: Hệ số dẫn nhiệt, W/m2.K;

- F: Diện tích nhận bức xạ của bao che, m2;

+ Diện tích bao che trên nóc xe: S1 = 1597089,64 mm2

+ Diện tích bao che 2 bên thân xe: S2 = 3955664,56 mm2

- φ m: Hệ số màu của vật liệu bao che,

αT = 10 W/m2K – Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của không khí bên trong xe;

αN = 20 W/m2K – Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của không khí bên ngoài xe;

δi, λi – Chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu bao che thứ i;Vật liệu bao che trên xe ô tô là vỏ xe bên ngoài được làm bằng tôn và cóphủ lớp sơn, ngoài ra bên trong còn có phần táp lô bằng nhựa, có bọc một lớpvải nỉ, ở giữa có không khí

Ta có hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời, và hệ số dẫn nhiệt của các vật liệutheo bảng 2 sau:

Bảng 2.2: Hệ số hấp thụ bức xạ mặt trời và hệ số dẫn nhiệt của một số vật liệu

Thay số vào (2.9) ta được:

- Hệ số dẫn nhiệt qua bao che 2 bên thân xe:

k2 =

1 1

0.05 0.024

= 0,4465 (W/m2K)

- Hệ số dẫn nhiệt qua bao che trên nóc xe:

k1 =

1 1

0.05 0.024+

0.03 0.04= 0,3345 (W/m2K)Vậy: Q7 = (k1.S1 + k2.S2).φ m.∆ t

= (0,3345.1000000S 1 + 0,4465.1000000S 2 ).1.25,112

= 8,4.10-6 S1 + 1,12.10-5.S2 W

2.2.9 Nhiệt tỏa do rò lọt không khí Q 8

Nhiệt tỏa do rò lọt không khí được xác định như sau:

Trong đó:

G8: Lượng không khí rò lọt qua mở cửa hoặc khe cửa, kg/s;

IN, IT: Entanpy không khí ngoài xe và trong xe, J/kg

Coi như xe kín hoàn toàn và không có sự rò lọt không khí Nên phầnnhiệt này coi như bằng không trong quá trình tính toán

Q8 = 0

2.2.10 Nhiệt thẩm thấu qua vách Q 9

Nhiệt thẩm thấu qua vách được xác định như sau:

2.2.11 Nhiệt thẩm thấu qua nóc xe Q 10

2.2.12 Nhiệt thẩm thấu qua sàn Q 11

Nhiệt thẩm thấu qua nền được xác định:

Qt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q9 + Q10 + Q11Trong đó, với mọi đối tượng:

Q1 = Q2 = Q3 = Q4 = Q5 = Q8 = 0 WVậy ta có với mỗi đối tượng:

Qt = Q6 + Q7 + Q9 + Q10 + Q11

= 3.10-5.(Sk1+ Sk2+ Sk3) + 8,4.10-6 S1 + 1,12.10-5.S2

+ 1,7662(tN – tT) + 0,5342(tN – tT) + 0,755(tN – tT)

= 3.10-5(Sk1+ Sk2+ Sk3) + 8,4.10-6 S1 + 1,12.10-5S2 + 3,0554(tN – tT) (W)

2.3 Nghiên cứu thiết kế bộ tự động giảm nhiệt độ trong xe ô tô

2.3.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống

Sau khi tính toán được lượng nhiệt thừa trong xe, qua quá trình tìm hiểu

về các phương pháp làm lạnh, nhóm nghiên cứu chọn phương pháp làm lạnh

sử dụng hiệu ứng nhiệt điện

Ngoài ra khi trời nắng thì có thể thu được năng lượng mặt trời, do vậy cần sử dụng pin năng lượng mặt trời để cung cấp điện năng cho hệ thống, điều này làm giảm tiêu hao năng lượng điện của ắc qui

Hình 2 6 Sơ đồ hệ thống tự động giảm nhiệt trong ô tô khi đỗ xe

I – khoang động cơ xe, II- khoang cabin, III – khoang hành lý, A- Nóc xe, B –

cabin xe, C – gầm xe phía dưới khoang hành lý

Hệ thống tự động giảm nhiệt trong ô tô khi đỗ xe bao gồm:

- Bộ tự động giảm nhiệt độ, sử dụng hiệu ứng nhiệt điện (chíp Peltier)

- Mô tơ bơm nước

- Bộ tản nhiệt (két nước – quạt gió)

- Pin năng lượng mặt trời

- Bộ chuyển đổi nguồn

- Ắc qui

- Bộ điều khiển, cảm biến nhiệt độ, rơle…

2.3.2 Nghiên cứu chip peltier

2.3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý cơ bản

Hiệu ứng nhiệt điện là hiện tượng nếu cho dòng điện một chiều đi quavòng dây dẫn kín gồm hai kim loại khác nhau thì một đầu mối sẽ nóng lên vàmột đầu mối sẽ lạnh đi (hiệu ứng Peltier)

Trong thực tế đã có những thiết bị ứng dụng hiệu ứng này cho mục đíchlàm lạnh hay sưởi ấm, đó là chip peltier (sò nóng lạnh).

Hình 2 7 Chip Peltier (Sò nóng lạnh)

Ưu điểm của thiết bị này là nhỏ gọn, nhẹ Thiết bị này cũng không có bộphận chuyển động nào nên hoạt động rất yên tĩnh, có độ tin cậy cao Ngoài rathiết bị không sử dụng bất kỳ môi chất làm lạnh nào nên tránh được sự rò rỉmôi chất, làm hỏng các thiết bị điện tử

Hình 2 8 Cấu tạo của chip Peltier