Đang tải... (xem toàn văn)
Cho đến ngày nay, nước nóng mặt trời sử dụng cho nhu cầu sinh hoạt là một trong những ứng dụng rộng rãi và thành công nhất của năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng mặt trời nói riêng. Đã có rất nhiều nghiên cứu, cả lý thuyết lẫn thực nghiệm, cho các hệ thống nước nóng mặt trời cho cả 2 loại: loại đối lưu tự nhiên và loại đối lưu cưỡng bức. Qua kết quả của đề tài, ta có thể kết luận là việc sử dụng công nghệ nước nóng bằng năng lượng mặt trời tại Việt Nam là hoàn toàn khả thi. Các bộ đun nước nóng bằng NLMT vẫn có thể cung cấp nước nóng cho sinh hoạt ngay cả trong những ngày trời đầy mây. Bởi vì ngay trong những ngày trời mây, thành phần trực xạ của mặt trời vẫn đủ để đun nóng nước trong các bộ đun nước nóng bằng NLMT này. Với điều kiện khí hậu như ở Việt Nam, việc sử dụng nước nóng để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày như tắm giặt… là thiết yếu. Khi mức sống của người dân càng cao, nhu cầu này càng lớn. Nếu không có giải pháp thích hợp ngay từ bây giờ, lưới điện quốc gia sẽ phải gánh chịu sự gia tăng tải để phục vụ cho nhu cầu đun nước nóng do người dân gia tăng việc sử dụng các bình nước nóng dùng điện. Việc gia tăng sử dụng các bình đun nước nóng bằng điện đã, đang và sẽ gây nên những vấn đề đáng quan tâm sau: • Như đã nói trên, việc dùng điện để đun nước nóng sẽ gia tăng. Trong khi đó, Việt Nam vẫn đang còn thiếu rất nhiều điện. Việc thiếu hụt điện này chưa thể giải quyết triệt để trong vòng 10 năm tới, khi mà tốc độ tăng trưởng kinh tế của nước ta đang rất cao. • Nhu cầu điện gia tăng cũng đồng nghĩa với việc gia tăng đốt cháy các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt dần như: than, dầu, khí đốt… Hơn nữa, việc đốt cháy các nguồn năng lượng nói trên còn làm gia tăng các vấn đề về môi trường như: khí thải nhà kính và sự gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển, mưa acid, ô nhiễm không khí, nguồn nước… • Việc sử dụng các bình nước nóng bằng điện làm gia tăng các quan ngại về an toàn điện.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI : ĐUN NƯỚC NĨNG BẰNG ỐNG CHÂN KHƠNG Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Khố: ThS HỒNG TRÍ NGUYỄN CƠNG CHIẾN 11243005 112430B 2011-2015 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2014 LỜI CẢM ƠN Kính thưa quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung thầy khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy nói riêng tận tình dạy truyền đạt kiến thức bổ ích, tạo cho em hành trang cần thiết để hồn thành báo cáo Để nâng cao hiểu biết làm tảng vững cho nghiệp em tương lai Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồng Trí người hết lịng giúp đỡ, hướng dẫn tận tình cho em bổ xung kiến thức hữu ích cho em suốt q trình học tập Tuy nhiên thời gian có hạn, hạn chế mặt kiến thức kinh nghiệm nên báo cáo nhiều thiếu sót Rất mong đóng góp nhận xét quý thầy cô để báo cáo em hoàn chỉnh Thời gian làm báo cáo kết thúc, lần em xin chân thành cảm ơn gửi lời chúc sức khỏe đến nhà trường thầy khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy Em xin chân thành cảm ơn NGUYỄN CÔNG CHIẾN MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG .1 I II Lý sử dụng máy nước nóng lượng mặt trời Mục tiêu đề tài CHƯƠNG II: NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI I II Vấn đề nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG III: CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MÁY NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BẰNG ỐNG CHÂN KHÔNG Bộ phận thu nhiệt .5 Bình bảo ôn Giá đỡ máy CHƯƠNG IV: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BẰNG ỐNG CHÂN KHÔNG CHƯƠNG V: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ TIỆN ÍCH KHI SỬ DỤNG MÁY NƯỚC NĨNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BẰNG ỐNG CHÂN KHÔNG 11 I II III IV Cách sử dụng lắp đạt 11 Hướng dẫn sử dụng 12 Sự cố thường gặp Phương pháp xử lý .13 Tiện ích sử dụng máy nước nóng lượng mặt trời ống chân không .13 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 15 I II III Kết luận 15 Kiến nghị .15 Kiến nghị giải pháp kinh tế xã hội 16 DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình vẽ trang Bộ phận thu nhiệt Cấu tạo ống chân không .5 Nguyên lý hoạt động bình lượng Sơ đồ lắp đặt mái nhà DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT o NLMT .Năng lượng mặt trời MSSV .Mã số sinh viên CHƯƠNG I : I GIỚI THIỆU CHUNG LÝ DO SỬ DỤNG MÁY NƯỚC NÓNG NĂNG LƯƠNG MẶT TRỜI Cho đến ngày nay, nước nóng mặt trời sử dụng cho nhu cầu sinh hoạt ứng dụng rộng rãi thành công lượng tái tạo nói chung lượng mặt trời nói riêng Đã có nhiều nghiên cứu, lý thuyết lẫn thực nghiệm, cho hệ thống nước nóng mặt trời cho loại: loại đối lưu tự nhiên loại đối lưu cưỡng Qua kết đề tài, ta kết luận việc sử dụng cơng nghệ nước nóng lượng mặt trời Việt Nam hoàn toàn khả thi Các đun nước nóng NLMT cung cấp nước nóng cho sinh hoạt ngày trời đầy mây Bởi ngày trời mây, thành phần trực xạ mặt trời đủ để đun nóng nước đun nước nóng NLMT Với điều kiện khí hậu Việt Nam, việc sử dụng nước nóng để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt ngày tắm giặt… thiết yếu Khi mức sống người dân cao, nhu cầu lớn Nếu khơng có giải pháp thích hợp từ bây giờ, lưới điện quốc gia phải gánh chịu gia tăng tải để phục vụ cho nhu cầu đun nước nóng người dân gia tăng việc sử dụng bình nước nóng dùng điện Việc gia tăng sử dụng bình đun nước nóng điện đã, gây nên vấn đề đáng quan tâm sau: Như nói trên, việc dùng điện để đun nước nóng gia tăng Trong đó, Việt Nam thiếu nhiều điện Việc thiếu hụt điện chưa thể giải triệt để vòng 10 năm tới, mà tốc độ tăng trưởng kinh tế nước ta cao Nhu cầu điện gia tăng đồng nghĩa với việc gia tăng đốt cháy nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt dần như: than, dầu, khí đốt… Hơn nữa, việc đốt cháy nguồn lượng nói cịn làm gia tăng vấn đề môi trường như: khí thải nhà kính gia tăng nhiệt độ bầu khí quyển, mưa acid, nhiễm khơng khí, nguồn nước… Việc sử dụng bình nước nóng điện làm gia tăng quan ngại an toàn điện Vì vậy, việc tìm kiếm giải pháp tiết kiệm, an tồn để cung cấp nước nóng cho sinh hoạt người dân việc làm cấp thiết có ý nghĩa lớn mặt chiến lược Chính vậy, việc tìm giải pháp mang tính phát triển bền vững cho vấn đề sử dụng máy nước nóng lượng mặt trời ống chân không II MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Phát triển hệ thống thiết bị thu nhiệt mặt trời dùng đun nước nóng thích hợp với điều kiện Việt Nam nhằm tiết kiệm lượng Việc sử dụng thiết bị đun nước nóng dùng lượng mặt trời cịn mang lại an tồn cho người sử dụng (do không sợ bị điện giựt sử dụng bình nước nóng điện) an tồn cho mơi trường giảm khí thải nhà kính sinh đốt dạng nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện Đề xuất với quyền địa phương chế mặt sách tài nhằm phát triển việc ứng dụng cơng nghệ đun nước nóng sinh hoạt lượng mặt trời CHƯƠNG II: I NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Khảo sát, đánh giá tiềm phân tích hiệu việc ứng dụng cơng nghệ đun nước nóng NLMT phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt Việt Nam nhằm tiết kiệm lượng Viết chương trình máy tính (simulation program) để sử dụng cơng tác mơ tính tốn thiết kế hệ thống đun nước nóng dùng NLMT Lắp đặt đun nước nóng dùng NLMT sử dụng công nghệ khác cho nhiều đối tượng nhà trẻ, hộ gia đình khách sạn… Nhằm khảo sát đo đạc suất hiệu suất đun nước nóng đó, từ rút loại thiết bị phù hợp cho điều kiện khí hậu Việt Nam Nghiên cứu khảo sát kết cấu cách lắp đặt bình chứa nước nóng cho nước nóng trữ lâu hiệu ứng với điều kiện khí hậu Tổ chức hội thảo khoa học nhằm phổ biến kết đạt được, từ nhân rộng việc ứng dụng cơng nghệ đun nước nóng NLMT phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt nhằm tiết kiệm lượng II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Các nước nóng dùng lượng mặt trời lắp đặt đo đạc đồng thời thông số: Bức xạ mặt trời: thành phần trực xạ, tán xạ trực xạ ghi tự động thiết bị đo xạ mặt trời Pyranometer lưu tự động Datalogger Nhiệt độ: nhiệt độ môi trường, nhiệt độ nước vào thiết bị đun nước nóng ghi tự động Thermocouples lưu tự động Datalogger Lưu lượng nước nóng: lưu lượng nước nóng sinh từ thiết bị đun nước nóng đo đạc với nhiều chế độ xả tải khác nhau: xả tải liên tục, xả tải theo biểu đồ tải định sẵn… Việc đo đạc tiến hành điều kiện thời tiết khác nhau: ngày nắng tốt, nắng diệu, mây mù, mưa… Từ đo đạc nêu trên, suất hiệu suất chủng loại thiết bị đun nước nóng xác định Các kết đo đạc tính tốn nói đưa vào chương trình máy tính (simulation program) để kiểm chứng độ tin cậy xác chương trình viết CHƯƠNG III: CẤU TẠO CƠ BẢN CỦA MÁY NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BẰNG ỐNG CHÂN KHƠNG Một máy nước nóng lượng mặt trời bao gồm phần: collector thu nhiệt (ống thủy tinh chân khơng), bình chứa nước nóng phụ kiện kèm theo (giá đỡ, ống nối, ) 1) Bộ phận thu nhiệt (collector): Collector thu nhiệt có vai trò quan trọng Trước phổ biến loại collector phẳng làm kim loại (dạng ống cánh với ống đồng cánh đồng nhôm) Gần đây, loại collector phẳng nhựa (PPR có độ dẫn nhiệt cao) loại collector sử dụng ống thủy tinh lớp rút chân không phổ biến Như có loại collector thu nhiệt: loại phẳng dạng ống cánh kim loại, dạng phẳng nhựa dạng ống chân khơng Collector máy nước nóng có dạng ống thủy tinh lớp rút chân không với hiệu suất cao (>93%) tuổi thọ tương đối cao sử dụng cách Giá thành chi phí thay ống rẻ, ống chịu đựng va đập trận mưa đá lớn Lớp hấp thụ ống được sơn cơng nghệ phun mạ tính hấp thụ xạ mặt trời cao dẫn đến hiệu suất thu nhiệt ống tiếp xúc với ánh nắng mặt trời cao (95%), hiệu suất phát xạ nhiệt tiếp xúc với ánh nắng mặt trời thấp 6% Nhược điểm đòi hỏi nguồn nước cung cấp đảm bảo phải liên tục có chất lượng tốt, nhằm tránh gây phá hủy ống thu nhiệt “sốc nhiệt” hay đóng bẩn làm giảm hiệu suất CẤU TẠO ỐNG CHÂN KHÔNG Mỗi ống chân khơng bao gồm hai ống kính làm từ thủy tinh borosilicate bền Ống bên suốt cho phép tia sáng qua phản chiếu tối thiểu Ống bên phủ lớp phủ chọn đặc biệt (Al-N/Al) có tính hấp thụ xạ mặt trời tuyệt vời phản chiếu tối thiểu Phía hai ống đúc kín lại với khơng khí khoảng hai lớp kính bơm ngồi đưa ống tiếp xúc với nhiệt độ cao "Việc hút chân khơng" chất khí tạo thành chân không, yếu tố quan trọng hoạt động ống chân không Tại chân không? Như bạn biết bạn sử dụng bình giữ nhiệt lót kính, chân khơng chất cách nhiệt tuyệt vời Điều quan trọng ống chân không hấp thụ xạ từ mặt trời chuyển thành nhiệt, không muốn để nó! Chân khơng giúp đạt điều Các tính chất cách nhiệt tốt nên bên ống 150oC / 304oF, ống bên lạnh để chạm vào Điều có nghĩa máy nước nóng ống chân khơng hoạt động tốt thời tiết lạnh thu nhiệt phẳng hoạt động tổn thất nhiệt (trong điều kiện Delta-T cao) Để trì chân khơng hai lớp kính, chất thu khí barium sử dụng (tương tự ống truyền hình) Trong trình sản xuất ống chân khơng, chất thu khí tiếp xúc với nhiệt độ cao làm cho bên ống chân không phủ lớp barium tinh khiết Lớp barium chủ động hấp thụ CO, CO2, N2, O2, H2O H2 thải từ ống chân khơng q trình lưu trữ hoạt động, giúp trì chân khơng Lớp barium thể tình trạng chân khơng rõ ràng hình ảnh Lớp barium màu bạc chuyển sang màu trắng chân không bị Điều giúp dễ dàng xác định ống tình trạng tốt hay khơng Xem hình Chất thu khí chất thu khí Ống bên trái = ống chân khơng nằm bên ống chân không Ống bên phải = Lỗi Ống chân không xếp thẳng hàng song song, góc gắn kết phụ thuộc vào vĩ độ vị trí bạn Theo hướng Bắc Nam, ống theo dõi thụ động nhiệt từ mặt trời ngày Theo định hướng Đông Tây, ống chân khơng dõi theo hướng mặt trời quanh năm Hiệu suất máy nước nóng chân khơng phụ thuộc vào số yếu tố, yếu tố quan trọng mức độ xạ chân không (sự hấp thu nhiệt) khu vực bạn Thông số kỹ thuật ống chân không Thông số Giá trị Chiều dài (danh nghĩa) 1500mm /1800mm Đường kính bên ngồi ống 58mm Đường kính bên ống 47mm Độ dày kính 1.6mm Nhiệt mở rộng 3.3x10-6 Oc Vật liệu kính borosilicate 3.3 Lớp phủ hấp thu Coating Loại Al-N/Al Độ hấp thu >92% (AM1.5) Khí thải