nước nóng vào giờ đi làm về (từ 18 20h hàng ngày) lại trùng hợp với thời gian cao điểm của phụ tải. Do đó, đã góp phần làm tăng công suất đỉnh tại cao điểm buổi tối. Qua phân tích qu[r]
(1)Câu h i c a chỏ ủ ương 4:
1 Anh/ch hãy cho bi t các nguyên lý nhi t đ ng h c?ị ế ệ ộ ọ
2 Anh/ch hãy cho bi t c u t o, nguyên lý ho t đ ng c a máy nị ế ấ ạ ộ ủ ước nóng m t ặ tr i?ờ
(2)2
Chương 4 Nhi t m t tr iệ ặ ờ 4.1B c x m t tr i ứ ạ ặ ờ
Bức xạ mặt trời là dịng vật chất và năng lượng của Mặt Trời phát ra. Đây chính là nguồn năng lượng chính cho các q trình phong hóa, bóc mịn, vận chuyển, bồi tụ trên Trái Đất, cũng như chiếu sáng và sưởi ấm cho các hành tinh trong hệ Mặt Trời
Năng lượng bức xạ Mặt trời thường biểu diễn bằng cal/cm².phút. Năng lượng bức xạ Mặt trời ở gần Trái Đất ở vào khoảng 2 cal/cm².phút (hằng số mặt trời), có phổ nằm trong dải bước sóng 0,174 μm với cực đại ở khoảng 0,475 μm. Tồn bộ Trái Đất nhận được từ Mặt Trời 2,4.1018 cal/phút, gồm 48% năng lượng thuộc dải phổ ánh sáng khả kiến (λ = 0,40,76 μm), 7% tia cực tím (λ < 0,4 μm) và 45% thuộc dải phổ hồng ngoại
và sóng vơ tuyến (λ > 0,76 μm).Năng lượng m t tr i có th chia làm 2 lo i c b n:ặ ể ả
Nhi t năng và Quang năng. Các t bào quang đi n (Photovoltaic cells PV) s d ngệ ế ệ ụ công ngh bán d n đ chuy n hóa tr c ti p năng lệ ẫ ể ể ự ế ượng quang h c thành dịng đi n,ọ ệ ho c tích tr vào pin, c quy đ s d ng sau đó.ặ ữ ắ ể ụ
Nhiệt năng có thể được sử dụng để sưởi nóng các tịa nhà một cách thụ động thơng qua việc sử dụng một số vật liệu hoặc thiết kế kiến trúc, hoặc được sử dụng trực tiếp để đun nóng nước phục vụ cho sinh hoạt hay s n xu t nhi t đi n m t tr i. ả ấ ệ ệ ặ Ở rất nhiều khu vực khác nhau trên thế giới thiết bị đun nước nóng dùng năng lượng mặt trời (bình nước nóng năng lượng mặt trời) hiện đang là một sự bổ sung quan trọng hay một sự lựa thay thế cho các thiết bị cung cấp nước nóng thơng thường dùng điện hoặc gaz
(3)Ngun lý th nh t nhi t đ ng l c h c (NĐLH)
Nguyên lí th nh t c a NĐLH là s v n d ng đ nh lu t b n lồn và chuy n hố năngứ ấ ủ ự ậ ụ ị ậ ả ể lượng vào các hi n tệ ượng nhi t. Sau đây là m t trong nhi u cách phát bi u nguyên líệ ộ ề ể
Đ biên thiên n i năng c a h b ng t ng công và nhi t lộ ộ ủ ệ ằ ổ ệ ượng mà h nh nệ ậ được.
ΔU = A + Q
V i quy ớ ước v d u thích h p, bi u th c trên có th dùng đ di n đ t các q trìnhề ấ ợ ể ứ ể ể ễ truy n và chuy n hoá năng lề ể ượng khác nh v t truy n nhi t, v t th c hi n công, v tư ậ ề ệ ậ ự ệ ậ thu nhi t và th c hi n công ệ ự ệ
Có nh ng cách quy ữ ước v d u c a nhi t lề ấ ủ ệ ượng và công khác nhau. Sau đây là quy c dùng trong sách này
ướ
Q > 0: H nh n nhi t lệ ậ ệ ượng; Q < 0: H truy n nhi t lệ ề ệ ượng; A > 0: H nh n công;ệ ậ
A < 0: H th c hi n công.ệ ự ệ
4.2.2 Nguyên lý th 2 nhi t đ ng l c h c ứ ệ ộ ự ọ
Nguyên lí th hai c a NĐLH cho bi t chi u mà q trình có th t x y ra ho c khơngứ ủ ế ề ể ự ả ặ th t x y ra. Sau đây là hai cách phát bi u đ n gi n nh t.ể ự ả ể ả ấ
a) Cách phát biểu của Clauđiút
(4)4
Mệnh đề trên được Clausius, nhà v t lí ngậ ười Đ c, phát bi u vào năm 1850, sau đóứ ể được coi là m t cách phát bi u c a ngun lí th hai c a NĐLH. M nh đ này khôngộ ể ủ ứ ủ ệ ề ph nh n kh năng truy n nhi t t v t l nh sang v t nóng, ch kh ng đ nh là đi uủ ậ ả ề ệ ậ ậ ỉ ẳ ị ề này không th t xáy ra để ự ược
b) Cách phát bi u c a Cacnơể ủ
Chúng ta đã biết, trong động cơ nhiệt chỉ có một phần nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy cung cấp được chuyển thành cơng cơ học, cịn một phần được truyền cho mơi trường bên ngồi. Cacnơ (Carnot), nhà vật lí người Pháp, đã khái qt hố hi nệ tượng trên trong m nh đ :ệ ề
Động cơ nhiệt khơng thể chuyển hố tất cả nhiệt lượng nhận được thành cơng cơ học.
Chú ý: Người ta có thể chứng minh được hai cách phái biểu trên của ngun lí thứ hai của NĐLH là tương đương
Theo ngun lí II, m i đ ng c nhi t đ u ph i có ba b ph n c b n là:ỗ ộ ệ ề ả ộ ậ ả Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng (Q1)
Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh cơng (A) gọi là tác nhân và các thiết bị phát động
Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng do tác nhân toả ra (Q2)
Khi đó hiệu suất của động cơ nhiệt là:
Trong đó, với Q1 là nhi t lệ ượng c a ngu n nóng, Qủ 2 là nhi t lệ ượng c a ngu n l nh.ủ
Hiệu suất của động cơ nhiệt bao giờ cũng nhỏ hơn 100%. Điều đó có nghĩa là nhi tệ lượng do ngu n nóng cung c p khơng th hồn tồn bi n thành cơng c h cồ ấ ể ế ơ ọ
(5)nước nóng vào giờ đi làm về (từ 18 20h hàng ngày) lại trùng hợp với thời gian cao điểm của phụ tải. Do đó, đã góp phần làm tăng cơng suất đỉnh tại cao điểm buổi tối. Qua phân tích q trình sử dụng điện vì mục đích cấp nước nóng cho thấy, đây là phương án kém hiệu quả kinh tế. Năng lượng mặt trời (NLMT) là nguồn năng lượng thiên nhiên q giá và vơ 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 tồn cầu.Vì vậy, việc tìm kiếm một nguồn năng lượng sạch, dễ sử dụng, nhằm cung cấp nước nóng, phục vụ cho các mục đích cơng nghiệp, sinh hoạt và dịch vụ trong xã hội hiện đại là hết sức cấp bách. Nguồn năng lượng này cần đáp ứng các địi hỏi:
o Có thể thay thế các nguồn năng lượng hiện sử dụng
o Là nguồn năng lượng sẵn có và giàu tiềm năng ở Việt Nam o Là nguồn năng lượng sạch, khơng gây ơ nhiễm mơi trường
o D s d ng và khai thác, Vi t Nam n m khu v c xích đ o, có ti m năng vễ ụ ệ ằ ự ề ề
năng lượng m t tr i, cặ ường đ b c x trung bình vào kho ng 1346,8 ộ ứ ả 2153,5kWh/m2/năm và s gi n ng trung bình t 1.600 2.720h/năm, r t thu nố ắ ấ ậ l i cho vi c phát tri n và s d ng năng lợ ệ ể ụ ượng m t tr i.ặ
(6)6
Ánh sáng mặt trời mang theo một nguồn năng lượng rất lớn và một phần năng lượng này sẽ biến đổi thành nhiệt năng khi gặp các vật có thể hấp thụ và phát sinh nhiệt lượng. Tuỳ thuộc vào mức độ hấp thụ và phản xạ lại tia bức xạ mặt trời của mỗi vật thể mà khả năng tăng nhiệt cũng như giữ nhiệt của mỗi vật thể khác nhau. Để giữ và tận dụng nguồn nhiệt lượng tự nhiên này, người ta chế tạo các thiết bị đặc biệt để hấp thụ nhiều nhất và phản xạ ít nhất lượng nhiệt này, nhằm các mục đích khác nhau, trong đó có việc cấp nước nóng.
Bình nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời trên ngun lý chuyển năng lượng ánh sáng mặt trời(quang năng) thành nhiệt năng (nước nóng) để phục vụ cho cuộc sống. Sử dụng nước nóng bằng năng lượng mặt trời phá bỏ quan điểm sử dụng nước nóng mất tiền, tạo thói quen trong cuộc sống là yếu tố lâu dài giúp tăng cường sức khỏe và nâng cao chất lượng trong cuộc sống hiện đại
M t máy nộ ước nóng năng lượng m t tr i bao g m 3 ph n: collector thu nhi t ( ngặ ầ ệ ố th y tinh chân khơng), bình ch a nủ ứ ước nóng và các ph ki n kèm theo (giá đ , ngụ ệ ỡ ố n i, ).ố
a) B ph n thu nhi t: ộ ậ ệ
(7)Hình 4.2 Máy nước nóng m t tr iặ
Collector c a máy nủ ước nóng có d ng ng th y tinh 2 l p rút chân không v i hi uạ ố ủ ớ ệ su t r t cao (>93%) và tu i th tấ ấ ổ ọ ương đ i cao n u s d ng đúng cách. Giá thành cũngố ế ụ nh chi phí thay th ng r t r , và ng có th ch u đ ng đư ế ố ấ ẻ ố ể ị ự ượ ực s va đ p c a các tr nậ ủ ậ m a đá l n.ư
L p h p th c a ng đớ ấ ụ ủ ố ược được s n b ng cơng ngh phun m do đó tính h p thơ ằ ệ ấ ụ b c x m t tr i cao d n đ n hi u su t thu nhi t c a ng khi ti p xúc v i ánh n ngứ ặ ẫ ế ệ ấ ệ ủ ố ế ắ m t tr i r t cao (95%), hi u su t phát x nhi t khi ti p xúc v i ánh n ng m t tr iặ ấ ệ ấ ệ ế ắ ặ th p 6%.ấ