Vẽ được sơ đồ sử dụng kết hợp giữa bình nước nóng năng lượng mặt trời và bình nước nóng sử dụng điện, thiết kế mô hình thử nghiệm.Lắp ráp mạch điều khiển đảm bảo:+ Nếu nước trong bình nước nóng năng lượng mặt trời đang ở nhiệt độ cao ( 400C trở lên) thì mạch điều khiển sẽ ngắt điện đi vào bình nước nóng sử dụng điện, lúc này bình nước nóng sử dụng điện sẽ không hoạt động. Nước nóng sử dụng được lấy từ bình nước nóng năng lượng mặt trời.+ Nếu nước trong bình nước nóng năng lượng mặt trời đang ở nhiệt độ thấp (dưới 400C) thì mạch điều khiển sẽ cấp điện đi vào bình nước nóng sử dụng điện, lúc này bình nước nóng này sẽ hoạt động bình thường. Nước nóng sử dụng được lấy từ bình nước nóng sử dụng điện.
ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 MỤC LỤC A PHẦN CHUNG .3 I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI II Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .4 III.1 Mục tiêu chung III.2 Mục tiêu cụ thể IV GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU V.1 Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết V.2 Phương pháp thực nghiệm, bao gồm: V.2.1 Thực nghiệm thăm dị, tìm hiểu nghiên cứu có liên quan đến đề tài .5 V.2.2 Thực nghiệm định lượng VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VI.1 Tìm hiểu thiết bị liên quan đến đề tài nghiên cứu VI.2 Giải pháp sử dụng bình nước nóng lượng mặt trời vùng thời tiết (mưa, nắng) không ổn định VI.2.1 Sơ đồ khối sử dụng bình nước nóng lượng mặt trời VI.2.2 Sơ đồ khối kết hợp Bình nước nóng lượng mặt trời với bình nước nóng sử dụng điện 10 VI.2.3 Mạch điều khiển nhiệt độ 12 VI.2.4 Rơ le điều khiển .13 VI.3 Sơ đồ nguyên lý đấu nối hệ thống điên đề tài 14 VI.4 Thực nghiệm .15 B KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA SẢM PHẨM 15 I KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 15 II NHỮNG ƯU ĐIỂM CỦA SẢM PHẨM 16 C KẾT LUẬN KHOA HỌC 17 D TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 A PHẦN CHUNG I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong sống đại phát triển ngày việc sử dụng nước nóng ngày phổ biến tất người sinh hoạt Con người sử dụng nước nóng thường xuyên cho công việc khác như: nấu ăn, vệ sinh cá nhân, giặt giũ,… Việc sử dụng nước nóng việc ngày quen thuộc với người kể vào thời tiết lạnh hay nóng Rất nhiều người có thói quen tắm nước nóng quang năm Đặc biệt với đối tượng trẻ em người lớn tuổi, họ người thuộc nhóm sức khỏe yếu, nhạy cảm nên việc sử dụng nước nóng thường bắt buộc để tránh bệnh cảm cúm, sổ mũi,… người ốm sức đề kháng yếu buộc phải sử dụng nước nóng để tránh làm tình trạng tệ thêm Ngồi việc sử dụng nước có phần an tồn, nhiệt độ nước tăng lên góp phần diệt vơ số vi khuẩn hay có tác dụng làm bề mặt da, vết thương, quần áo, đồ ăn,… Bởi lợi ích nước nóng nên ta khẳng định nước nóng đóng vai trị quan trọng sống người Năng lượng mặt trời nguồn lượng sạch, to lớn, vơ tận, có khắp nơi mà khai thác Nó mang lại nhiều giá trị cho người Những năm gần nước giới khai thác đưa nguồn lượng vào sử dụng Quá trình khai thác không gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường Mà ngược lại lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích khác Một ứng dụng lượng mặt trời bình nước nóng lượng mặt trời Bình nước nóng lượng mặt trời có ưu điểm khơng tốn chi phí điện suốt thời gian sử dụng, độ an toàn cao sử dụng lượng tự nhiên ánh nắng mặt trời, thân thiện với môi trường Do vùng thời tiết ổn định, nhiều nắng (như nam bộ, nam trung bộ) việc sử dụng bình nước nóng lượng mặt trời phổ biến Tuy nhiên vùng thời tiết không ổn định (có thể hơm trời nắng ngày mai lại mưa, …) từ miền trung trung trở miền bắc việc sử dụng bình nước nóng lượng mặt trời bất tiện, không khả thi Để giải vấn đề đội chúng em lựa chọn nghiên cứu đề tài “Giải pháp sử dụng bình nước nóng lượng mặt trời vùng thời tiết (mưa, nắng) không ổn định” ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 II Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Nếu đề tài nghiên cứu chế tạo thành cơng góp phần bảo vệ vệ mơi trường, tiết kiệm chi phí hóa đơn tiền điện hàng tháng Sản phẩm áp dụng rộng rãi vùng thời tiết (mưa, nắng) không ổn định III MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU III.1 Mục tiêu chung Bình nước nóng lượng mặt trời bình nước nóng sử dụng lượng sạch, khơng gây nhiễm mơi trường, sử dụng miễn phí Chính vậy, vùng thời tiết ổn định nắng nhiều miền nam bình nước nóng lượng mặt trời sử dụng phổ biết Tuy nhiên, vùng thời tiết mưa nắng thất thường miền trung việc sử dụng bình nước nóng lượng mặt trời không phát huy tác dụng Nhận thấy yếu điểm này, nhà sản xuất giải cách gắn thêm hệ thống điện dùng để đun sơi nước bình khơng có nắng Tuy nhiên giải pháp không khả khi, không người tiêu dùng đón nhận bình nước nóng lượng mặt trời có dung tích bình chứa từ 150 lít trở lên, sử dụng điện để đun nóng hết số lượng nước lượng điện tiêu tốn nhiều, lượng nước đun nóng sử dụng khơng hết (với gia đình người) gây lãng phí Chính cải tiến sản phẩm khơng người dùng đón nhận Hầu hết gia đình dùng bình nước nóng sử dụng điện, việc kết hợp sử dụng bình nước nóng lượng mặt trời với bình nước nóng sử dụng điện đem lại nhiều lợi ích kinh tế môi trường Những ngày trời nắng sử dụng nước nóng từ bình nước nóng lượng mặt trời, với ngày trời mưa dùng bình nước nóng sử dụng điện để đun sơi nước, dung tích bình nước nóng sử dụng điện khoảng 15 lít nên việc đun nóng nước lần tốn điện hơn, dùng hết bình tự động đun nóng tiếp lượng nước đun nóng vừa đủ cho nhu cầu sử dụng gia đình, tránh lãng phí, tiết kiệm chi phí tiền điện Việc điều khiển đóng ngắt điện bình nước nóng dùng điện hoàn toàn tự động sở nhiệt độ nước bình nước nóng lượng mặt trời Do đội đưa mục tiêu nghiên cứu sau: Nghiên cứu đưa giải pháp sử dụng kết hợp bình nước nóng lượng mặt trời bình nước nóng sử dụng điện đạt hiệu cao, tiết kiệm chi phí Nghiên cứu lắp ráp mạch điều khiển nhỏ gọn, dễ sử dụng, hoạt động tốt với dịng điện có cường độ lớn III.2 Mục tiêu cụ thể Vẽ sơ đồ sử dụng kết hợp bình nước nóng lượng mặt trời bình nước nóng sử dụng điện, thiết kế mơ hình thử nghiệm Lắp ráp mạch điều khiển đảm bảo: ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 + Nếu nước bình nước nóng lượng mặt trời nhiệt độ cao ( 40 C trở lên) mạch điều khiển ngắt điện vào bình nước nóng sử dụng điện, lúc bình nước nóng sử dụng điện khơng hoạt động Nước nóng sử dụng lấy từ bình nước nóng lượng mặt trời + Nếu nước bình nước nóng lượng mặt trời nhiệt độ thấp (dưới 400C) mạch điều khiển cấp điện vào bình nước nóng sử dụng điện, lúc bình nước nóng hoạt động bình thường Nước nóng sử dụng lấy từ bình nước nóng sử dụng điện IV GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đề tài nghiên cứu phạm vi kiến thức học sinh cấp trung học phổ thông V PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU V.1 Phương pháp phân tích tổng hợp lý thút Thơng qua sách tham khảo hệ thống Intener, đội tìm hiểu, nghiên cứu loại linh kiện điện tử loại mạch điện tử có liên quan đến đề tài Nghiên cứu loại mạch điều khiển sử dụng cảm biến nhiệt độ Nghiên cứu loại rơ le điện có cơng suất khác Nghiên cứu, tìm hiểu cấu tạo nguyên tắc hoạt động loại bình nước nóng lượng mặt trời, bình nước nóng sử dụng điện V.2 Phương pháp thực nghiệm, bao gồm: V.2.1 Thực nghiệm thăm dị, tìm hiểu nghiên cứu có liên quan đến đề tài Thông qua hệ thống internet chúng tơi tìm hiểu số sản phẩm có liên quan đến đề tài như: Các loại bình nước nóng lượng mặt trời, bình nước nóng lượng mặt trời euro tech 130l, bảo hành năm có giá bán 3,2 triệu đồng (https://www.lazada.vn/products/may-nuoc-nongnang-luong-mat-troi-euro-tech-130l) ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 Trang web tiki.vn có bán bình nước Nnng sử dụng điện Ariston AN2 15 R - 2.5 FE (2500W) với giá 2,2 triệu đồng Thiết bị hỗ trợ điện cho máy nước nóng lượng mặt trời (http://www.nuocnongbinhminh.com/chi-tiet-tu-van/lap-thiet-bi-ho-trodien-cho-may-nuoc-nong-nang-luong-mat-troi) có giá giao động từ 500 000 đồng đến vài triệu tùy theo loại Qua tìm hiểu, thị trường chưa có sản phẩm có chế hoạt động giống với sản phẩm đề tài mà nhóm nghiên cứu V.2.2 Thực nghiệm định lượng Nhóm tiến hành nghiên cứu cấu tạo, ngun tắc hoạt động bình nước nóng lượng mặt trời bình nước nóng sử dụng điện, từ đưa giải pháp sử dụng kết hợp hai loại bình nước nóng đạt hiệu cao Tiến hành vẽ sơ đồ nguyên lý giải pháp Xây dựng mơ hình sản phẩm, lắp ráp mạch, chạy thử nghiệm sản phẩm mơ hình VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VI.1 Tìm hiểu thiết bị liên quan đến đề tài nghiên cứu VI.1.1 Bình nước nóng lượng mặt trời ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 Cấu tạo máy nước nóng lượng mặt trời gồm phận ống hấp thụ nhiệt chân khơng, bình chứa nước nóng giá đỡ a Ống hấp thụ nhiệt chân không Đây phận quan trọng máy nước nóng lượng mặt trời Ống hấp thụ nhiệt máy nước nóng lượng mặt trời gồm có hai lớp với khả chịu va đập cao lớp chân không Tác dụng phận hấp thụ truyền nhiệt để làm nóng nước Bề mặt thân ống tráng lớp màng kim loại đặc biệt với lớp lớp chống tản nhiệt, lớp hấp thụ nhiệt lớp truyền dẫn nhiệt hấp thụ để làm nóng nước bên b Bình chứa nước nóng Bình chứa nước nóng bình bảo ơn lớp, thường chế tạo từ chất liệu inox SUS 304 cao cấp với ưu điểm vơ bền bỉ Ngồi ra, bình cịn có khả cách nhiệt tốt nhờ vào hợp chất bảo ơn phức hợp Hơn nữa, bình chịu nhiệt độ lên tới 160 độ C có khả giữ nhiệt kéo dài tới 72 c Giá đỡ Giá đỡ máy nước nóng lượng mặt trời làm từ thép không gỉ inox Bộ phận thiết kế cách đặc biệt với góc nghiêng thích hợp để đón lấy ánh sáng mặt trời vị trí tốt nhất, giúp hấp thụ nhiệt tối ưu Ngồi ra, giá đỡ cịn có tác dụng gắn kết phận khác máy, tạo cấu trúc chắn đồng thời đảm bảo an tồn q trình sử dụng * Ngun lí hoạt động máy nước nóng lượng mặt trời Hoạt động máy nước nóng lượng mặt trời dựa nguyên ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 lý đối lưu nhiệt tự nhiên hiệu ứng lồng kính giúp biến đổi quang thành nhiệt Đầu tiên nước vào ống chân khơng Sau đó, có ánh nắng mặt trời lên, chất liệu hấp thụ nhiệt bên mặt ống thủy tinh làm ống thủy tinh nóng lên truyền nhiệt độ cho nước bên ống Theo nguyên lý đối lưu nhiệt, nước nóng có xu hướng di chuyển lên bồn chứa nước lạnh di chuyển xuống ống chân khơng để làm nóng Cứ ln phiên nhiệt độ nước bình chứa ống chân khơng q trình kết thúc VI.1.2 Bình nước nóng sử dụng điện Cấu tạo máy nước nóng gián tiếp (1) Vỏ nhựa: Thơng thường vỏ nhựa bình tắm nóng lạnh làm từ chất liệu nhựa chuẩn chống thấm IPX Tùy theo hãng mà có tiêu chuẩn khác như: IPX1, IPX4,… (2) Lớp cách nhiệt (bảo ôn): Lớp cách nhiệt giúp giảm thiểu tổn thất nhiệt, đảm bảo nước giữ nóng lâu sau máy hoạt động Lớp cách nhiệt mật độ cao, dày kéo dài thời gian giữ nhiệt, tiết kiệm tối đa tiêu hao lượng (3) Ruột bình chứa: Là phận trữ nước sau gia nhiệt Để giảm thiểu tình trạng đóng cặn bẩn ruột bình gây suy giảm chất lượng nước bảo vệ linh kiện khỏi nguy hư hỏng, chập mạch nước bình bị rị rỉ, ruột bình tráng lớp men bảo vệ Thiết kế có khác hãng như: men Titan, men Titanium, men kim cương nhân tạo, (4) Núm điều chỉnh: Tùy ý lựa chọn, thay đổi nhiệt độ làm nóng nước Ở số dịng máy nước nóng gián tiếp đời mới, núm điều chỉnh thay bảng điều khiển dạng nút nhấn cảm ứng đại (5) Thanh magie: Ruột bình tắm nóng lạnh tồn điểm nhỏ không tráng men dễ bị gỉ ăn mòn tiếp xúc với nước mơi trường nhiệt độ cao Vì vậy, việc trang bị Magie hạn chế trình han gỉ điểm hở bảo vệ ruột bình chứa khơng bị thủng (6) Đườngnước nóng (7) Đường nước lạnh vào ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 (8) Rơ le nhiệt: Khi nhiệt độ đạt mức cài đặt, Rơ Le nhiệt cảm biến tự động ngắt tính làm nóng máy để đảm bảo an toàn Nguyên lý hoạt động máy nước nóng gián tiếp Nguyên lý hoạt động máy nước nóng gián tiếp giống ấm đun nước điện , tức làm nước nóng dây điện trở cơng suất lớn (1500W, 2500W đến 6000W) Khác với máy nước nóng trực tiếp có đường nước đầu ra, máy nước nóng gián tiếp sử dụng nhiều đường nước đầu vô tiện lợi đa dạng Bạn thêm đường nước dẫn bồn rửa mặt, vòi rửa tay, đánh răng, rửa chén, rửa rau, để tận dụng hết tính diệt khuẩn bình tắm nóng lạnh Nước bình máy nước nóng gián tiếp ln đầy máy không hoạt động nhằm ngăn chặn nguy cháy nổ vô nguy hiểm Trong trình vận hành, nhiệt độ nước bình đạt mức cài đặt, cảm biến TBSE tự động ngắt tính làm nóng để tiết kiệm điện Lúc bạn sử dụng nước nóng Nước nóng đưa đến vịi chia pha với nước lạnh cho nước ấm Lúc này, để thay đổi nhiệt độ nước (muốn nóng nhiều hay lạnh nhiều) bạn gạt cần vịi chia sang trái phải tương ứng Thơng thường người tiêu dùng đợi máy nước nóng gián tiếp đun xong nước tắt nguồn điện dùng hết số nước nóng có bình Nhưng bạn có nhu cầu sử dụng nhiều khơng có thời gian chờ đợi vừa cho máy đun nước, vừa sử dụng Việc làm tiện lợi, tốn thời gian bạn phải chấp nhận nhiệt độ nước nóng khơng xác mong muốn nước xả liên tục ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 VI.2 Giải pháp sử dụng bình nước nóng lượng mặt trời vùng thời tiết (mưa, nắng) không ổn định VI.2.1 Sơ đồ khối sử dụng bình nước nóng lượng mặt trời BỒN CHỨA NƯỚC BÌNH NƯỚC NĨNG NLMT VỊI NƯỚC Nguyên tắc hoạt động: Nước lạnh đưa từ bồn chứa nước vào bình nước nóng lượng mặt trời Nước nóng từ bình nước nóng lượng mặt trời đưa xuống vòi nước kết hợp với nước lạnh để sử dụng Ưu điểm: Sử dụng nguồn lượng để làm nóng nước, khơng gây nhiễm môi trường Do vùng thời tiết ổn định nắng nhiều miền nam sử dụng phổ biến Nhược điểm: Những ngày trời mưa nước nóng để dùng Chính nhược điểm nên vùng thời tiết mưa nắng thất thường miền trung miền bắc bình nước nóng lượng mặt trời sử dụng VI.2.2 Sơ đồ khối kết hợp Bình nước nóng lượng mặt trời với bình nước nóng sử dụng điện CẢM BIẾN NHIÊT ĐỘ ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 ỐNG THÔNG HƠI BỢ ĐIỀU KHIỂN BỒN CHỨA NƯỚC TÍN HIÊU ĐIỀU KHIỂN BÌNH NƯỚC NĨNG NLMT 220V ~ 220V ~ RƠ LE CƠNG SUẤT LỚN 220V ~ BÌNH NƯỚC NĨNG DÙNG ĐIỆN VÒI NƯỚC PHÒNG TẮM Sơ đồ khối kết hợp Bình nước nóng lượng mặt trời với bình nước nóng sử dụng điện 10 ĐINH NGỌC TRAI - 0912777259 Nguyên tắc hoạt động: Đầu nước bình nước nóng lượng mặt trời đưa qua đầu vào bình nước nóng sử dụng điện, đầu bình nước nóng sử dụng điện đưa xuống vòi nước để sử dụng Điện cung cấp cho Bình nước nóng sử dụng điện điều khiển điều khiển có cảm biến nhiệt độ Đầu cảm biến nhiệt độ đặt lịng bình nước nóng lượng mặt trời Nếu nhiệt độ bình nước nóng lượng mặt trời đạt từ 40 0C trở lên (giá trị nhiệt độ điều chỉnh được) điều khiển điều khiển rơ le ngắt điện vào bình nước nóng sử dụng điện Lúc nước nóng từ bình nước nóng lượng mặt trời chảy qua bình nước nóng sử dụng điện chảy xuống vòi nước để sử dụng Nếu nhiệt độ bình nước nóng lượng mặt trời thấp 40 0C điều khiển điều khiển rơ le đóng điện vào bình nước nóng sử dụng điện Lúc nước từ bình nước nóng lượng mặt trời chảy qua bình nước nóng sử dụng điện, nước đun nóng đến nhiệt độ định (tùy theo người dùng điều chỉnh) chảy xuống vòi nước để sử dụng Lượng điện sử dụng để đun nóng nước thân nước bình nước nóng lượng mặt trời đun nóng nước bình thường (trong ngày trời hửng nắng nhiệt độ oi bức) VI.2.3 Mạch điều khiển nhiệt độ Trong đề tài đội chọn điều khiển sử dụng cảm biến nhiệt độ XHW3001 sử dụng điện áp xoay chiều 220V Bộ điều khiển nhỏ gọn dễ sử dụng Để đảm bảo đo nhiệt độ chuẩn xác, đầu cảm biết nhiệt độ đặt lịng bình nước nóng lượng mặt trời thơng qua đường ống thơng bình Thơng số kỹ thuật cách sử dụng sau: Thông số kỹ thuật: - Điện áp vào : 220VAC - Điện áp : 220VAC - Phạm vi nhiệt độ : -50C - 110C - Độ xác: 0.1C - Cảm biến đo lường : NTC 10k không thấm nước - Công suất dầu ra: