Mục đích nghiên cứu của đề tài Xuất phát từ thực tiễn đó chúng em đã nảy sinh ý tưởng chế tạo ra “Hệ thống làm mát nhà mái tôn thông minh, bằng năng lượng sạch”, Hệ thống tự động làm mát
Trang 1A LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
I Cơ sở khoa học của vấn đề nghiên cứu
Hiện nay, rất nhiều hộ gia đình xây dựng nhà, phần mái được lợp bằng tôn
để giảm thiểu chi phí đầu tư Tuy nhiên, tôn là nguyên liệu hấp thụ và bức xạ lượng nhiệt rất lớn nên không khí trong nhà vào mùa hè thường rất nóng, không đảm bảo sức khoẻ cho người dân Do vậy chúng ta cần có những phương án xử
lí làm mát cho nhà cps mái lợp bằng tôn Có nhiều biện php xử lí chống nóng cho nhà lợp bằng mái tôn như: phun nước làm mát nhà mái tôn, làm phun sương, quạt công nghiệp,quạt điều hòa, điều hòa … có nhiều ưu điểm nhưng cũng có nhiều nhược điểm điểm như
1 Điều hoà
- Ưu điểm: làm mát nhanh, làm sạch không khí
- Nhược điểm: tốn điện, cần phải có phòng kín, chi phí đầu tư lớn, trẻ em
và người lớn dễ bị sốc nhiệt
2 Quạt phun sương, quạt điều hoà
- Ưu điểm: Làm mát tức thì
- Nhược điểm: Tốn điện, nước, làm ẩm ướt các thiết bị trong nhà nếu quạt lâu
3 Quạt thường
- Ưu điểm: Giá đầu tư rẻ, dễ sử dụng
- Nhược điểm: Tốn điện, dễ hỏng, không sử dụng được khi mất điện
4 Hệ thống làm mát bằng nước, phun sương
- Ưu điểm: làm mát tự nhiên giống như trời mưa
- Nhược điểm: Tốn điện và nước do bơm trực tiếp lên mái nhà rồi thải ra ngoài
II Mục đích nghiên cứu của đề tài
Xuất phát từ thực tiễn đó chúng em đã nảy sinh ý tưởng chế tạo ra “Hệ thống làm mát nhà mái tôn thông minh, bằng năng lượng sạch”, Hệ thống tự
động làm mát không khí trong nhà khi nhiệt độ trong nhà cao và tự ngắt khi nhiệt độ trong nhà mát theo điều chỉnh, một hệ thống có nhiều tính ưu việt
B Vấn đề nghiên cứu, mục tiêu kĩ thuật, kết quả mong đợi.
Nhóm nghiên cứu chúng em đã đặt câu hỏi: làm thế nào nghiên cứu ra một hệ thống làm mát nhà mái tôn có nhiều tính ưu việt với các mục tiêu sau:
Trang 2Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát nước bằng peltier (sò nóng lạnh)
Nghiên cứu về module mạch công tắc cảm biến nhiệt độ
2 Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn
Nghiên cứu hoạt động của một số hệ thống làm mát nhà mái tôn bằng nước và gió đã có trên thị trường; thử nghiệm khảo sát hiệu quả của hệ thống làm mát nhà mái tôn thông minh và khả năng ứng dụng trong đời sống
III Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 8/2020 đến 12/2020.
IV Cơ sở lí thuyết
1 Lý thuyết về hệ thống điện năng lượng mặt trời
a) Cấu tạo của hệ thống điện mặt trời độc lập
Một hệ thống điện năng lượng mặt trời theo mô hình độc lập bao gồm các phần sau:
- Tấm pin năng lượng mặt trời ( Solar Panels PV ) là một trong những thành phần chính của hệ thống, các tấm pin có nhiệm vụ hấp thụ ánh nắng mặt trời và biến đổi chúng thành điện năng Điện từ pin mặt trời là dòng điện một chiều DC
- Bộ điều khiển sạc ( Charge controller) thiết bị này được sử dụng để sạc
ắc quy và bảo vệ hệ thống pin năng lượng mặt trời Dòng điện một chiều (DC) sau khi được tạo ra từ tấm pin mặt trời sẽ được đưa vào ắc quy để lưu trữ thông qua bộ điều khiển sạc
- Hệ thống dự trữ (ắc quy hoặc pin sạc) thiết bị này vô cùng quan trọng trong hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập bởi nó giúp lưu trữ nguồn điện
để sử dụng trong những ngày ánh sáng yếu, ban đêm hoặc những ngày mưa gió khi nguồn điện lưới bị ngắt để bảo đảm an toàn
- Bộ chuyển đổi inverter dòng điện 1 chiều (DC) được tích điện ở ắc quy hoặc pin sạc sẽ đi qua bộ chuyển đổi nguồn AC/DC, để chuyển đổi dòng điện một chiều DC sang dòng điện xoay chiều (AC) Dòng điện này được dùng như nguồn điện lưới quốc gia, để thắp sáng bóng đèn và sử dụng cho các thiết bị điện trong gia đình
b) Nguyên lý hoạt động
Trang 3Các tấm pin năng lượng mặt trời có nhiệm vụ hấp thụ bức xạ mặt trời và chuyển thành dòng điện một chiều (DC) Dòng điện DC này được nạp vào hệ thống lưu trữ ( ắc quy ) thông qua bộ điều khiển sạc Cuối cùng thông qua bộ chuyển đổi điện áp DC – AC ( inverter ) Dòng điện một chiều được chuyển đồi thành dòng điện xoay chiều để cung cấp và sử dụng cho các thiết bị điện dân dụng thường ngày
2 Hệ thống làm mát bằng sò nóng lạnh
a)Sò nóng lạnh - chip peltier là gì: Tấm bán dẫn siêu công nghệ hay còn
gọi là sò nóng - lạnh hay chip peltier là cấu kiện bán dẫn có tính chất làm lạnh một mặt mặt còn lại được làm nóng Nói rõ hơn là miếng bán dẫn nhỏ, nhẹ và công suất mạnh này giúp hút nhiệt, mặt có chữ kí hiệu phía trên và thải qua bề mặt bên kia => lượng nhiệt năng ở bề mặt bên kia sẽ bằng tổng nhiệt năng hút từ
bề mặt có chữ và lượng nhiệt năng chuyển từ điện năng mà ta đặt vào 2 đầu dây của miếng bán dẫn này
Do đó, trong ứng dụng làm lạnh thì ta tản nhiệt tốt cho mặt nóng càng tốt thì mặt bên kia sẽ càng lạnh, có thể xuống âm độ luôn và đóng tuyết Nếu đặt vào 2 đầu dây 1 điện áp lớn khiến bề mặt bên kia rất nóng mà không có tản nhiệt
đủ thì miếng bán dẫn này (Peltier) sẽ bị hỏng do quá nhiệt
Nguyên lý và hiệu năng của sò nóng lạnh – Peltier
b) Hệ thống làm mát nước bằng sò nóng lạnh
Cấu tạo gồm:
+ 1 tản nhiệt bằng ống đồng kèm 2 quạt
+ 1 tản nhiệt nhôm nhỏ
+ sò nóng lạnh 12706
+ 1 tản nhiệt nước nhỏ
+ Sò được lắp ghép hoàn chỉnh như hình
cc) Nguyên lý hoạt động:Bộ làm mát nước dựa trên nguyên lý làm việc
Trang 43 Module mạch công tắc cảm biến nhiệt độ
a) Cấu tạo: Module mạch công tắc cảm biến nhiệt độ W1401 với 3 màn
hình hiển thị nhiệt độ, đầu cảm biến rời có thể ngâm trong nước: 1 màn hình thể hiện nhiệt độ hiện tại, 1 màn hình hiển thị nhiệt độ bắt đầu (start) và 1 màn hình thể hiện nhiệt độ dừng (Stop) Đầu cảm biến rời có thể ngâm trong nước giúp bạn có nhiều lựa chọn trong ứng dụng tự động hóa Tự động bật tắt thiết bị theo nhiệt độ do ta tự cài đặt phù hợp với mục đích sử dụng
b) Nguyên lý hoạt động:
- Nối nguồn điện 12VDC vào mạch điện (Cực dương +; cực âm -), đèn sẽ sáng
- Cài đặt các ngưỡng nhiệt độ thiết bị tác động: Đặt nhiệt độ start > stop, khi nhiệt độ >= Start công tắc sẽ bật (thiết bị làm mát hoạt động) và khi nhiệt độ giảm tới khi <=stop công tắc sẽ ngắt (thiết bị làm mát ngắt)
V Cơ sở thực tiễn:
Dựa trên hệ thống làm mát nhà mái tôn bằng nước, hệ thống làm lạnh nước
Trang 5PHẦN II: XÁC ĐỊNH GIẢI PHÁP VÀ PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH
1 Xác định các vật liệu, thiết bị để làm Hệ thống làm mát nhà mái tôn thông minh.
- 10 thanh nhôm, 02 tấm alu, tôn thường 2.4 m2, 2 ống nước (phi 75,21) và các cút nối, 01 phao nước tự động, 01 bình chứa nước
- 01 tấm pin năng lượng mặt trời 110W, 01 bộ điều khiển sạc năng lượng mặt
trời, 01 ắc quy, 01 át tô mát
Pin năng lượng mặt trời bộ điều khiển sạc năng
- 02 Module mạch công tắc cảm biến nhiệt độ, 01 bộ làm mát nước bằng sò
Trang 62 Xây dựng và phát triển mô hình:
- Quá trình làm mô hình nhà mái tôn:
- Quá trình hoàn thiện hệ thống làm mát nước:
Trang 7- Sản phẩm sau khi được hoàn thiện:
PHẦN III: THỰC NGHIỆM, KIỂM TRA SẢN PHẨM
1 Thực nghiệm 1: Sử dụng béc nước phun sương, bình nước 16 lít, năng
lượng pin ắc quy 90ha 100%, thời gian làm mát 60 phút, nhiệt độ đóng mạch trong nhà
36 o C, ngắt 34 o C, nhiệt độ nước trong bình chứa 16 o C.
* Quá trình lắp ráp hệ thống ngoài trời.
Trang 8Hệ thống điện năng lượng mặt trời hoạt động như sau: Tấm pin năng lượng mặt trời có nhiệm vụ hấp thụ bức xạ mặt trời và chuyển thành dòng điện một chiều (DC) Dòng điện DC này được nạp vào hệ thống lưu trữ ( ắc quy ) thông qua bộ điều khiển sạc Hệ thống lưu trữ (ắc quy) cung cấp toàn bộ điện cho hệ thống làm mát bình chứa nước và
hệ thống bơm nước tự động lên mái nhà.
+ Hệ thống làm mát nước: Khi cảm biến nhiệt độ ở nước ở bình chứa đo được cao hơn 16 o C, module cảm biến sẽ đóng mạch điện để sò nóng lạnh chạy làm mát nước, và mát bơm sẽ bơm nước được làm mát tuần hoàn lên bình chứa Khi nhiệt độ nước làm mát dưới, hoặc bằng 15 o C module cảm biến sẽ ngắt mạch điện để sò nóng lạnh và máy bơm ngừng hoạt động.
+ Hệ thống bơm nước tưới mát tự động: Khi nhiệt độ trong nhà đo được khoảng
36 o C module cảm biến nhiệt độ sẽ đóng mạch điện cung cấp điện cho máy bơm hút nước mát từ bình chứa lên mái nhà, làm mát cho toàn bộ nhà, sau đó nước chảy xuống mái sẽ được hệ thống máng nước thu hồi vào bình chứa và lại được làm mát tuần hoàn Khi nhiệt độ trong nhà đo được giảm xuống 34 o C thì module cảm biến nhiệt độ sẽ ngắt điện hệ thống bơm nước làm mát tuần hoàn lên mái nhà.
* Kết quả thực nghiệm lần 1:
- Ưu điểm: Hệ thống năng lượng mặt trời làm việc tốt, hệ thống làm lạnh bình chứa nước hoạt động hiệu quả như cài đặt, module đóng và ngắt mạch điện hệ thống bơm nước lên mái nhà hoạt động.
- Tồn tại: Module cảm biến nhiệt trong nhà không ngắt được mạch điện như nhiệt độ ngắt mạch đã cài đặt
+ Lượng nước tuần hoàn về bình chứa chỉ được 1 lít.
+ Điện trong bình ắc quy còn lại 90%
* Thảo luận:
- Hệ thống năng lượng mặt trời làm việc tốt, hệ thống làm lạnh bình chứa nước hoạt động hiệu quả như cài đặt, module đóng và ngắt mạch điện hệ thống bơm nước
Trang 9- Hướng giải quyết: Thay béc phun sương bằng béc tưới cây với dung tích tưới
và bán kính tưới lớn hơn.
2 Thực nghiệm lần 2: Sử dụng béc nước tưới cây với dung tích tưới và bán
kính tưới lớn hơn, bình nước 16 lít, năng lượng pin ắc quy 90ha 100%, , nhiệt độ đóng mạch trong nhà 36 o C, ngắt 34 o C, nhiệt độ nước trong bình chứa 16 o C.
Béc tưới Pin năng lượng mặt trời
Đường ống nước tuần hoàn
Bình chứa nước lạnh
Cảm biến nhiệt đóng ngắt hệ thống làm mát bình chứa
nước
Cảm biến nhiệt đóng hệ thống bơm nước đã được làm mát lên mái nhà
Trang 10- Ưu điểm: Hệ thống năng lượng mặt trời làm việc tốt, hệ thống làm lạnh bình chứa nước hoạt động hiệu quả như cài đặt, module đóng và ngắt mạch điện hệ thống bơm nước lên mái nhà hoạt động theo nhiệt độ đã cài đặt.
- Tồn tại:
+ Lượng nước lạnh ban đầu tuần hoàn về chậm, do đó nguồn nước bơm bổ sung phải làm lạnh.
+ Lượng nước tuần hoàn về thừa pải thải ra ngoài bình chứa
+ Hệ thống chỉ làm mát vào mùa hè.
* Thảo luận:
+ Hệ thống năng lượng mặt trời làm việc tốt, hệ thống làm lạnh bình chứa nước hoạt động hiệu quả như cài đặt, module đóng và ngắt mạch điện hệ thống bơm nước lên mái nhà hoạt động theo nhiệt độ đã cài đặt Tuy nhiên vẫn còn vài hạn chế.
+ Hướng giải quyết: Mùa đông, điện năng lượng mặt trời sẽ làm điện thắp sáng
PHẦN III: KẾT LUẬN VỀ TÍNH SÁNG TẠO.
1 Tạo ra được một hệ thống làm mát nhà mái tôn thông minh, sản phẩm chưa
có trên thị trường.
2 Hệ thống làm mát nhà tự động thông minh nhờ sử dụng các module mạch đóng ngắt tự động theo nhiệt độ do người dùng cài đặt.
3 Nước được làm mát tuần hoàn sau đó mới được phun lên mái nhà, do đó làm
mát nhanh.
4 Hệ thống sử dụng năng lượng sạch và tiết kiệm điện nhờ sử dụng năng lượng
mặt trời.
5 Tiết kiệm nước thông qua hệ thống máng nước tuần hoàn.
6 An toàn với sức khoẻ, phù hợp với mọi người dựa trên nguyên lí làm mát tự nhiên giống trời mưa.
7 Hệ thống được sử dụng ngay cả khi mất điện, đặc biệt sử dụng để thắp sáng
khi mùa đông
D TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 https://maylocnuocviet.com/tin/tuoi-mat-mai-nha-xuong-chong-nong-tuoi-mai-tone
2 https://www.tieuam.com/vi/lam-mat-nha-xuong-hieu-qua-va-chi-phi-thap-tv108.html
3 https://mysolar.vn/he-thong-dien-mat-troi-doc-lap-la-gi
4 https://dienlanhmiennam.com/item/so-nong-lanh-va-ung-dung-cua-no.html
5 https://bigomart.info/product-detail/sendo/module-mach-cong-tac-cam-bien- nhiet-do-w1401-voi-3-man-hinh-hien-thi-nhiet-do-dau-cam-bien-roi-co-the-ngam-trong-nuoc-17848051