TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI CƠ SỞ II KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD : ThS LÊ LĂNG VÂN SINH VIÊN THỰC HIỆN : PHẠM THANH Ý LỚP KHÓA : CƠ - ĐIỆN TỬ : 47 HCM – 5/2011 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Thiết kế hệ thống cung cấp nước nóng sử dụng lượng mặt trời (NLMT) cho gia đình (3-4 người) đơn giản, rẻ tiền, dễ chế tạo mà người bình thường tự làm NỘI DUNG BÁO CÁO Giới thiệu sơ lược NLMT Ứng dụng NLMT Tính toán thiết kế hệ thống nước nóng sử dụng NLMT cho gia đình 3-4 người Mô hệ thống phần mềm SOLIDWORD đánh giá hệ thống GiỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NLMT 1.1 MẶT TRỜI:  Mặt trời trung tâm Hệ Mặt Trời, chiếm khoảng 99,86% khối lượng Hệ Mặt Trời  Trái Đất thiên thể khác hành tinh, tiểu hành tinh, thiên thạch, chổi, bụi quay quanh Mặt Trời  Ánh sáng Mặt Trời cần phút 19 giây đến Trái Đất GiỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NLMT   Nhiệt độ bề mặt mặt trời khoảng 5762K  Mỗi ngày mặt trời sản xuất nguồn lượng qua phản ứng nhiệt hạch lên đến 9.1024Kwh (tức chưa đầy phần triệu giây mặt trời giải phóng lượng lượng tương đương với tổng số điện sản xuất năm Trái Đất) Nguồn lượng xạ chủ yếu mặt trời phản ứng nhiệt hạch tổng hợp hạt nhân Hydro, phản ứng đưa đến tạo thành Hêli 4H => He + Neutrino + γ GiỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NLMT 1.2 BỨC XẠ MẶT TRỜI  Bức xạ mặt trời xạ điện từ bề mặt nóng sáng mặt trời chiếu lên hấp thu xạ mặt trời đặt bề mặt trái đất  Bức xạ mặt trời bao gồm xa tử ngoại (tia cực tím) , tia sáng thường, vùng hồng ngoại gần ỨNG DỤNG CỦA NLMT 2.1 Thiết bị đun nước nóng NLMT: Ứng dụng phổ biến, góp phần tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường ỨNG DỤNG CỦA NLMT 2.2 Thiết bị sấy khô dùng lượng mặt trời: Hiện NLMT ứng dụng phổ biến nông nghiệp để sấy sản phẩm ngũ cốc, thực phẩm ỨNG DỤNG CỦA NLMT 2.3 Pin Mặt Trời: Pin mặt trời phương pháp sản xuất điện trực tiếp từ NLMT qua thiết bị biến đổi quang điện ỨNG DỤNG CỦA NLMT 2.4 Đèn tín hiệu giao thông chạy NLMT Hệ thống sử dụng pin mặt trời để cấp điện cho đèn tín hiệu giao thông Một số tỉnh Việt Nam lắp đặt hệ thống đèn tín hiệu giao thông sử dụng NLMT : Đông Nai, Đà Nẵng… 10 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 34 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 35 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 36 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 37 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 38 Sơ đồ lắp ráp hệ thống gia đình 39 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG Bảng báo giá STT Tên chi tiết Số lượng Đơn vị tính Đơn giá (VND) Thành tiền Ống kẽm 15 dài 0.9m đầu ren 18 30000 540000 Ống PPR nóng Ф20 dài 1.2m 40000 40000 Cut T PPR dài 35mm dài 25mm 36 4500 162000 ống kẽm có ren Ф15 dài 25mm 36 5000 180000 Ống nhựa PVC dài 4m 40000 80000 Thùng nhựa 160 lit 250000 250000 Van phao 40000 40000 Tôn bọc 10 m2 35000 350000 40 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG STT Tên chi tiết Số lượng Đơn vị tính Đơn giá (VND) Thành tiền Bông thủy tinh m2 25000 225000 Khung gỗ 1x1m cao 70mm dày 20mm 150000 150000 Tấm kính 0.99x0.99m dày 2mm 90000 90000 Giá đỡ 200000 200000 Giá đỡ bình chứa bảo ôn 150000 150000 Keo silicon Cái 20000 40000 co 7000 28000 Bình chứa inox 500lit 1.375000 1.375000 Khoảng 3.900000 10 11 12 13 14 15 16 17 TỔNG ~ 41 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG Bảng so sánh Mục Hệ thống lượng mặt trời Bình nóng lạnh Số người sử dụng 3-4 (02 phòng tắm + bếp) 3-4 (02 phòng tắm) Công suất sử dụng 120 lít/ngày 120 lít/ngày Số phòng sử dụng máy / phòng máy/ phòng Nhiệt độ trung bình o 50 C o 65 C Chi phí sử dụng/tháng Không 1.25 kw x máy x 1000đ x 1hx30 ngày =75.000 đ Chi phí sử dụng/năm Không 75.000 x 12 tháng =900.000đ Chi phí điện 15 năm Không 13.500.000 đ 42 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG Mục Hệ thống lượng mặt trời Bình nóng lạnh Rủi ro sử dụng Không Có nguy giật điện, cháy nổ Ảnh hưởng đến môi trường Không Có Sửa chữa hư hỏng Dễ dàng Khó khăn Tuổi thọ máy ~15 năm ~5 năm Chi phí đầu tư ban đầu ~ 3.900.000/máy / phòng 2.000.000/máy x phòng= 4.000.000 đ Chi phí đầu tư 10 năm Không lần thay x máy x 2.000.000= 8.000.000 đ Tổng chi phí 15 năm ~ 3.900.000đồng 21,5 triệu đồng Số tiền tiết kiệm 15 năm 17,6 triệu đồng 43 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 5.1 Thời gian thu hồi vốn: Số tiền tiết kiệm ngày sử dụng máy nước nóng lượng mặt trời là: Vậy thời gian hoàn vốn là: 44 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 5.2 Ưu điểm hệ thống: Tiết kiệm điện năng, tiết kiệm chi phí sinh hoạt Giảm lượng khí thải trình đun nấu Cung cấp nguồn nước nóng dồi dào, an toàn, không tiếng ồn, độ bền lâu dài, chi phí bảo trì hệ thống thấp Các chi tiết thiết kế riêng, vận chuyển lắp ghép không cần phải trình độ cao 45 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 5.3 Nhược điểm hệ thống: Chi phí lắp đặt ban đầu cao Hệ thống hoạt động phụ thuộc vào hoàn toàn vào thời tiết Khi trời nắng nóng, máy hoạt động hiệu nhu cầu sử dụng nước nóng lại thấp Trong ngày đông giá lạnh, u ám, nhu cầu nước nóng cao máy lại đáp ứng nhu cầu sử dụng nước nóng Hiệu suất hệ thống thấp 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Năng lượng mặt trời lý thuyết ứng dụng, PGS.TS Nguyễn Bồn & T.S Hoàng Dương Hùng (2000), Tập chí khoa học công nghệ trường Đại học kỹ thuật số 25+26 Khoa học kỹ thuật phục phụ nông thôn- Năng lượng, Võ Đình Diệp & Nguyễn Thiện Tống (1984), Nhà xuất Thành Phố Hồ Chí Minh Điện mặt trời, Trịnh Quang Dũng(1992), Nhà xuất khoa học kỹ thuật Một số loại collector hấp thụ lượng mặt trời tính toán so sanh hiệu chúng, T.S Hoàng Dương Hùng & Phan Quang Xưng(1998), Tập chí khoa học công nghệ Nhiệt số 47 Cảm ơn thầy cô bạn ý lắng nghe! 48 [...]... động cơ stirling 14 2 ỨNG DỤNG CỦA NLMT 2.7 Tính cấp thiết của đề tài: NLMT là nguồn năng lượng sạch và dồi dào, đang được loài người thực sự quan tâm Do đó việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng NLMT và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế là vấn đề có tính cấp thiết Trong các ứng dụng về NLMT thì đun nước nóng sử dụng NLMT là phổ biến nhất Thiết kế ra một thiết bị đơn giản với chi... xạ mặt trời nơi lắp đặt, lấy trung bình theo ngày từ thống kê của trung tâm khí tượng thủy văn (KWh/m2) 18 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÙNG CHO GIA ĐÌNH TỪ 3-4 NGƯỜI Q : Lượng nhiệt cần thiết (KWh), được tính theo công thức: • • • • G: là lượng nước nóng cần thiết, Kg tnn: Nhiệt độ nước nóng yêu cầu, tnn = 50oC tnl:: Nhiệt độ nước lạnh cung cấp, tnl = 25oC Cn: Nhiệt dung riêng trung bình của nước, ... TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÙNG CHO GIA ĐÌNH TỪ 3-4 NGƯỜI Công thức và thông số tính toán cho bộ thu Ở đây ta thiết kế lượng nước nóng một ngày cần là G = 120Kg, ở nhiệt độ 50 0C, Kích thước của Collector được xác định nhờ công thức: ( Công thức 4.73, Năng lượng mặt trời- lý thuyết và ứng dụng, TS Hoàng Dương Hùng) • • • F : Diện tích bề mặt Collector cần thiết (m 2) η : Hiệu suất của hệ thống (%)... đơn giản với chi phí thấp sẽ giúp cho việc sử dụng NLMT ở nước ta trở lên rộng rãi hơn, giúp giảm phụ thuộc vào năng lượng điện Đồng thời, nó cũng giúp người dân tiết kiệm chi phí sinh hoạt trong khi giá cả đang leo thang như hiện nay 15 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG DÙNG CHO GIA ĐÌNH TỪ 3-4 NGƯỜI Nguyên lý hoạt động: 16 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÙNG CHO GIA ĐÌNH TỪ 3-4 NGƯỜI 3.1... TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÙNG CHO GIA ĐÌNH TỪ 3-4 NGƯỜI 3.5 Khung gỗ: Được làm bằng gỗ có tính năng cách nhiệt và độ bền cao Sơn lớp sơn mỏng ở ngoài để tăng tuổi thọ cho khung 25 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 26 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 27 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 28 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 29 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN... NGƯỜI 3.3 Ống nối dẫn nước: Ống nước nóng và ống nước lạnh được sử dụng là ống nhựa PPR 20mm Trên các ống nối của đường nước lên và xuống bình chứa đều có rắc-co để dễ dàng trong lắp đặt 23 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÙNG CHO GIA ĐÌNH TỪ 3-4 NGƯỜI 3.4 Giá đỡ: Giá đỡ được hàn từ các thanh thép rỗng như hình vẽ sao cho bề mặt đỡ song song với khung gỗ collector và tạo với mặt phẳng nằm ngang một... BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 29 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 30 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 31 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 32 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 33 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 34 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 35 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORD 36 ... 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÙNG CHO GIA ĐÌNH TỪ 3-4 NGƯỜI Tổn thất nhiệt qua bình chứa khi đã bọc lớp cách nhiệt: Q2 = k2.F.∆t2 (W) (3.5) Với Q2 là lượng nhiệt tổn thất qua bông thủy tinh, W k2: hệ số truyền nhiệt qua bông thủy tinh, k = 0,033W/m2.K ∆t2: độ chênh lệch nhiệt độ giữa 2 bề mặt, oC ∆t2 = (50-25) = 25oC = 298 K ⇒ Q2 = 0,033.2,4.289 = 23W 22 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÙNG CHO...2 ỨNG DỤNG CỦA NLMT 2.5 Bếp nấu dùng NLMT: 2.5.1 Bếp hình hộp: o Có nhiệt độ khoảng 150 C được chế tạo từ các vật liệu rẻ tiển như các tấm cactông cách nhiệt bằng các loại giấy báo, vài vụn, trấu 11 2 ỨNG DỤNG CỦA NLMT 2.5.2 Bếp Parabol: Được sử dụng nhiều vì bếp tạo được nhiệt độ o cao khoảng 400 C nhưng cần phải chỉnh mặt chảo xoay theo ánh nắng mặt trời và khó chế tạo 12 2 ỨNG DỤNG CỦA NLMT... lớp nồi, nồi phía trong màu đậm để hút sức nóng mặt trời, lớp vỏ ngoài để cho nắng rọi vào và giữ lại sức nóng không cho thoát đi Đáy nồi phía trong bầu, nên nắng cũng soi vào được Nắp nồi trong, người ta có thể quan sát thức ăn trong khi nấu 13 2 ỨNG DỤNG CỦA NLMT 2.6 Động cơ Stirling chạy bằng NLMT Là thiết bị có cấu tạo đơn giản Một đầu động cơ được đốt nóng, phần con flaij để nguội và công hữu ích ... x máy x 2.000.000= 8.000.000 đ Tổng chi phí 15 năm ~ 3.900.000đồng 21,5 triệu đồng Số tiền tiết kiệm 15 năm 17,6 triệu đồng 43 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 5.1 Thời gian thu hồi vốn: Số tiền tiết kiệm ngày... dọc nối với ống gốp Ф20 cut T Sau tính toán ống dọc cách 30mm 17 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÙNG CHO GIA ĐÌNH TỪ 3-4 NGƯỜI Công thức thông số tính toán cho thu Ở ta thiết kế lượng nước nóng... C Chi phí sử dụng/tháng Không 1.25 kw x máy x 1000đ x 1hx30 ngày =75.000 đ Chi phí sử dụng/năm Không 75.000 x 12 tháng =900.000đ Chi phí điện 15 năm Không 13.500.000 đ 42 ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG Mục