Báo cáo khoa học: Bước đầu nghiên cứu ứng dụng năng l-ợng mặt trời trong đun n-ớc nóng dùng cho sinh hoạt

Tuyển tập báo cáo nghiên cứu khoa học của trường đại học nông nghiệp 1 đề tài: Bước đầu nghiên cứu ứng dụng năng l-ợng mặt trời trong đun n-ớc nóng dùng cho sinh hoạt...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo khoa học: "Bước đầu nghiên cứu ứng dụng năng l-ợng mặt trời trong đun n-ớc nóng dùng cho sinh hoạt" B−íc ®Çu nghiªn cøu øng dông n¨ng l−îng mÆt trêi trong ®un n−íc nãng dïng cho sinh ho¹t An initial study on utilization of solar energy in heating water for household use Phan V¨n Th¾ng1 Summary Solar energy is a clean and infinite energy source. Transformation of this energy for utilization is one of the research orientations for satisfaction of the growing need of the societyfor energy as the conventional sources of energy are gradually exhausting. In the present study a solar energy water heater was designed and manufactured based on a principle of trapping heat from solar radiation owing to a greenhouse effect, using cheap and locally available materials. It was shown that different materials used as the covering layer of the heat absorption panel resulted in different temperatures of the efluent water. As a result, the best covering material was chosen for the heater. The water heater had a rational design, simple manufacturing techniques with a price lower than that of other water heaters available for sale in the market. The present water heater should have an essential practical significance for its low fuel expenses and high environmental sustainablity. Key words: Solar energy, water heater, temperature, environment 1. §Æt vÊn ®Ò C¸c thiÕt bÞ ®un n−íc b»ng n¨ng l−îng mÆt trêi lµ lo¹i h×nh c«ng nghÖ ®−îc sö dông réng r·i ë trªn thÕ giíi. Gi¸ thµnh cña c¸c thiÕt bÞ nµy ë NhËt B¶n lµ 300-400 USD, ë Nepal, Zimbabwe: 600-800 USD, ë Israel: 500-600 USD, ë Kenya: 1100 USD, Trung Quèc: tõ 1200-1400 NDT… cho mét bé thiÕt bÞ cã dµn thu 2 m2 vµ dung tÝch b×nh chøa 200 lÝt (NguyÔn Duy ThiÖn, 2001), ë n−íc ta míi chØ cã mét sè c¬ së s¶n xuÊt thiÕt bÞ ®un n−íc b»ng n¨ng l−îng mÆt trêi víi gi¸ thµnh tõ 3 ®Õn 4 triÖu ®ång. ViÖt Nam n»m ë vïng cã tæng l−îng bøc x¹ mÆt trêi kh¸ cao: tõ 1700 - 1900 kWh/m2, tøc lµ b×nh qu©n kho¶ng 4,9 kWh/m2/ngµy so víi mét sè n−íc cã c−êng ®é bøc x¹ cao kho¶ng 8 kWh/m2/ngµy nh−: Israel, óc, Ai CËp, Pªru; ë Tanzania: 4,8-6,2 kWh/m2/ngµy; Th¸i Lan: 4,8-5,3 kWh/m2/ngµy; Pakistan: 3,8-8,2 kWh/m2/ngµy; §øc: 0,8-5,2 kWh/m2/ngµy; Nairobi, Kenya: 5,7 kWh/m2/ngµy (NguyÔn Duy ThiÖn, 2001)…d©n sè kho¶ng h¬n 80 triÖu, nhu cÇu n−íc nãng dïng cho sinh ho¹t hµng n¨m rÊt lín, nªn viÖc nghiªn cøu øng dông n¨ng l−îng mÆt trêi ®Ó phôc vô nhu cÇu s¶n xuÊt vµ ®êi sèng ë ViÖt Nam lµ mét thùc tÕ cÇn thiÕt trong mét sè lÜnh vùc: ®iÖn mÆt trêi, sÊy, ®un n−íc nãng,…. Sö dông thiÕt bÞ ®un n−íc nãng b»ng n¨ng l−îng mÆt trêi gãp phÇn gi¶m mét l−îng lín nhiªn liÖu vµ chi phÝ cho viÖc ®un n−íc nãng, ®Æc biÖt gi¶m bít t×nh tr¹ng qu¸ t¶i cho hÖ thèng ®iÖn, gi¶m « nhiÔm m«i tr−êng sinh th¸i. Môc ®Ých cña nghiªn cøu nµy nh»m t×m ra quy tr×n h chÕ t¹o thiÕt bÞ thu nhiÖt mÆt trêi phï hîp víi c«ng nghÖ cña ViÖt Nam dùa trªn c¸c nguyªn vËt liÖu cã s½n ë trong n−íc, víi gi¸ thµnh h¹ vµ ®¶m b¶o hiÖu suÊt thu nhiÖt cao. 2. c¬ së lý thuyÕt vµ Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu øng dông nguyªn lý bÉy nhiÖt nhê hiÖu øng lång kÝnh ®Ó thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o thiÕt bÞ ®un n−íc nãng dïng n¨ng l−îng mÆt trêi. Do bé phËn thu nhiÖt lµ mét hép cã phÇn n¾p ®Ëy lµ vËt liÖu trong suèt nh− kÝnh hoÆc vËt liÖu tæng hîp, mÆt ®¸y lµ kim lo¹i ®−îc b«i ®en. Khi bøc x¹ mÆt trêi 1 Khoa C¬ §iÖn- Tr−êng §HNNI 231 chiÕu qua mÆt trong suèt th× hÇu nh− toµn bé phæ bøc x¹ xuyªn qua vµo trong hép lµm nãng bÒ mÆt b«i ®en. MÆt ®en hÊp thô nhiÖt vµ ph¸t bøc x¹ nhiÖt, nÕu kh«ng cã n¾p trong suèt ng¨n l¹i th× bøc x¹ nhiÖt sÏ t¶n ra m«i tr−êng vµ nhiÖt ®é cña mÆt hÊp thô sÏ æn ®Þnh ë nhiÖt ®é kh«ng cao kho¶ng 700C. Nhê cã n¾p trong suèt ng¨n bøc x¹ cã b−íc sãng dµi nªn nhiÖt ®é trong hép t¨ng cao dÇn. NÕu t¨ng sè n¾p trong suèt lªn hai hoÆc ba n¾p th× nhiÖt ®é trong hép cµng cao. ThiÕt bÞ ®un n−íc nãng b»ng n¨ng l−îng mÆt trêi theo kiÓu ®èi l−u tù nhiªn, cã cÊu t¹o ®¬n gi¶n, Ýt tèn kÐm. ThiÕt bÞ nµy dùa trªn mét thùc tÕ lµ n−íc ®−îc lµm nãng trong dµn thu nhiÖt, d©ng lªn trong thïng chøa n−íc. N−íc nãng d©ng lªn ®Èy n−íc l¹nh tõ thïng tr÷ vµo dµn thu nh− mét si ph«ng nhiÖt (v× ch©n kh«ng kh«ng cßn tån t¹i) n−íc l¹nh ®−îc h©m nãng qua dµn thu nhiÖt vµ cø thÕ chu tr×nh kÕ tiÕp theo. L−u chuyÓn cø tiÕp tôc nh− vËy khi nµo nhiÖt ®é trong dµn thu nhiÖt cao h¬n nhiÖt ®é ë phÇn thÊp cña thïng tr÷ n−íc. C¸c bé phËn cña thiÕt bÞ ®un n−íc nãng b»ng n¨ng l−îng mÆt trêi: KiÓu dµn thu nhiÖt vµ hÖ thèng èng dÉn trªn dµn thu VËt liÖu lµm dµn thu nhiÖt (bao gåm d¹ng dµn vµ d¹ng èng) cã thÓ lµ s¾t, nh«m, ®ång. Dµn thu nhiÖt chuyÓn tia bøc x¹ mÆt trêi tËp trung thµnh nhiÖt n¨ng vµ dÉn tíi hÖ thèng èng dÉn. Dµn thu nhiÖt cã thÓ ë d¹ng kiÓu cã èng dÉn uèn h×nh con r¾n (H×nh 1) hoÆc dµn thu nhiÖt kiÓu èng th¼ng (H×nh 2). . H×nh 1. Dµn thu nhiÖt h×nh con r¾n H×nh 2. Dµn thu nhiÖt kiÓu èng th¼ng Dùa vµo møc sö dông n−íc nãng cña ng−êi tiªu dïng vµ l−îng bøc x¹ mÆt trêi cña vïng ®−îc l¾p ®Æt thiÕt bÞ ®Ó tÝnh to¸n ®−îc kÝch th−íc cÇn thiÕt cña dµn thu nhiÖt. TÝnh to¸n kÝch th−íc cña dµn thu nhiÖt dùa vµo c¸c th«ng sè sau: - L−îng n−íc nãng yªu cÇu L (lÝt); - NhiÖt ®é n−íc nãng yªu cÇu t2 (0C); - NhiÖt ®é ban ®Çu cña n−íc l¹nh t1 (0C); - C−êng ®é bøc x¹ nhiÖt cña mÆt trêi R (kWh/m2); - HiÖu suÊt cña dµn thu nhiÖt E (%); Dµn thu nhiÖt ®−îc thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o cho mét gia ®×nh cã 4 ng−êi, l−îng n−íc nãng cÇn dïng lµ L=160 lÝt, nhiÖt ®é n−íc nãng: t2=400C, nhiÖt ®é ban ®Çu cña n−íc l¹nh: t1= 200C, c−êng ®é bøc x¹: R= 4,5 kWh/m2, hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ: E= 40%. Líp phñ lªn dµn thu nhiÖt Sö dông mét líp phñ mµu ®en b»ng vËt liÖu chän läc lªn dµn th ...