PowerPoint Các thiết bị đun nước nóng (tiếp theo)

Các thiết bị
đun nước
nóng
TIẾP

NHĨM 3


Các phần chính
01/03

02/03

03/03

PHẦN 1

PHẦN 2

PHẦN 3

Máy nươc nóng Các thiết bị
năng lượng
đun nước bằng
mặt trời
bơm điện

Các thiết bị
đun bằng điện

NHĨM

Phần 1: Máy nước
nóng năng lượng mặt
trời
Khái niệm
Ngun lý hoạt động
Các bộ phận
Phân loại
Ưu nhược điểm so với bình nóng lạnh

3


KHÁI NIỆM
• Bình nước nóng năng lượng mặt trời là một thiết bị cung cấp
nước nóng cho sinh hoạt gia đình.
• Bản chất thì máy nước nóng năng lượng mặt trời cũng giống
như một sản phẩm bình nóng lạnh mà bạn vẫn thường thấy
trong nhà tắm.
• Điểm khác biệt là nó dùng quang năng (năng lượng từ ánh
sáng mặt trời) để làm nóng nước.
• Nước nóng này sẽ được chứa trong một bình bảo ơn cách nhiệt
cực tốt và nhiều sản phẩm có thể giữ nhiệt tới 96 giờ, để cung
cấp dần cho các hoạt động sinh hoạt hàng ngày trong gia đình
như tắm nóng lạnh, rửa bát, nước nóng để đun nấu.

NHÓM 3

NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG

• Máy nước nóng mặt trời khơng dùng điện, được thiết kế dựa trên các nguyên lý hấp thu nhiệt
từ mặt trời, các nguyên lý đối lưu và bức xạ nhiệt.
• Một sản phẩm máy nước nóng năng lượng mặt trời hoàn chỉnh sẽ bao gồm ba bộ phận chính
là bộ phận hấp thu nhiệt từ ánh sáng mặt trời, hệ thống ống dẫn nhiệt và bình chứa nước.
• Ở một sản phẩm bình nước nóng năng lượng mặt trời phổ thơng như hình dưới đây, ánh sáng mặt trời sẽ
chiếu vào các tấm/ống thu nhiệt. Nhiệt này được truyền vào các ống dẫn nước và làm cho nước nóng lên.
Theo ngun lý đối lưu thì nước nóng sẽ trở lên nhẹ hơn và nổi lên trên. Nước lạnh sẽ chảy từ bình chứa
vào các ống nhiệt thay thế nước nóng.
• Q trình đối lưu cứ tiếp diễn như vậy liên tục.
Nước nóng nổi lên trên, chảy về van trên cao
của bình chứa nước. Cịn nước lạnh trong bình
chìm xuống, chảy vào hệ thống ống dẫn nhiệt
và lại được đốt nóng. Van dẫn nước màu xanh
(đưa nước lạnh) vào trong bình chứa là van một
chiều. Khi bình đã đầy nước thì van này được
coi là đã khố lại hồn tồn, giữ cho nước nóng
khơng bị thốt ra ngoài.


BỘ PHẬN HẤP THỤ NHIỆT
• Bộ phận hấp thu nhiệt từ ánh sáng mặt
trời có thể nói là bộ phận quan trọng nhất
trong hệ thống máy nước nóng năng
lượng mặt trời. Bộ phận này thường được
thiết kế dạng tấm hoặc ống thuỷ tinh
nhiều lớp. Loại ống thuỷ tinh nhiều lớp tuy
có hiệu quả hấp thu nhiệt năng kém hơn
dạng tấm phẳng nhưng có ưu điểm là chi

phí sản xuất rẻ hơn rất nhiều. Chính vì
vậy mà phần lớn các sản phẩm máy nước
nóng năng lượng mặt trời hiện nay ở Việt
Nam đều dùng loại ống thuỷ tinh chân


• Ống thuỷ tinh chân không thu nhiệt được cấu tạo nhiều lớp có vai trị hấp thu ánh sáng và biến
thành nhiệt năng. Cấu tạo của ống thuỷ tinh chân không bao gồm 2 lớp thuỷ tinh (lớp bên trong
và lớp thuỷ tinh bên ngoài) và các lớp phủ kim loại.
• Lớp thuỷ tinh bên ngồi thường được làm từ thuỷ tinh borosilicate (hoặc loại tương tự), là loại thuỷ tinh gần
như trong suốt hoàn toàn để cho ánh sáng đi qua để chiếu tới mặt ngoài của ống thuỷ tinh bên trong. Không
gian giữa hai ống thuỷ tinh được hút chân không để đảm bảo cách nhiệt (gần như tuyệt đối) giữa ruột ống và
lớp thuỷ tinh ngoài cùng.
• Để có thể hấp thu nhiệt từ ánh sáng mặt trời, mặt ngoài của ống thuỷ tinh bên trong được phủ các lớp hợp
kim/kim loại có khả năng hấp thu ánh sáng và chuyển thành nhiệt năng. Tuỳ theo chất liệu, các lớp phủ hợp
kim/kim loại trên bề mặt của ống thuỷ tinh bên trong có thể hấp thu tới 98% lượng ánh sáng chiếu vào.
• Các lớp phủ kim loại này cũng được thiết kế, sản xuất để hạn chế tối đa khả năng bức xạ ngược nhiệt ra bên
ngồi. Mơi trường giữa các lớp phủ kim loại này với ống thuỷ tinh bên ngồi là mơi trường chân không nên
nhiệt được giữ lại ở các lớp phủ kim loại này, sau đó sẽ được truyền vào bên trong.


• Lớp thuỷ tinh bên trong thường được pha thêm kim loại nên có khả năng dẫn
nhiệt tốt. Nó hấp thu nhiệt từ các lớp phủ kim loại. Ở các sản phẩm ống chân
khơng thu nhiệt đơn giản thì ống thuỷ tinh bên trong sẽ truyền nhiệt trực tiếp
vào nước (được dẫn vào) bên trong ống. Ở môi trường nắng liên tục, nhiệt độ
trong ống này có thể lên tới trên 90 độ C.

• Thêm một vài nội dung cho thân văn bảnNgoài việc dẫn nước trực tiếp vào ống
chân khơng để thu nhiệt thì ở Trung Quốc rất phổ biến loại ống chân khơng có các
lá nhơm ở mặt trong như dưới đây. Nhơm/hợp kim nhơm có khả năng hấp thu cực

tốt ánh sáng mặt trời, được thiết kế để hấp thu gần như hoàn toàn nhiệt năng từ
ánh sáng. Nhiệt năng này sau đó được truyền vào một ống dẫn nhiệt bằng đồng và


• Những thí nghiệm thơng thường với loại ống chân khơng này cho thấy, nhiệt độ
của thanh đồng có thể lên tới trên 100 độ C. Vấn đề còn lại chỉ là cách sử dụng
nhiệt toả ra từ đầu thanh đồng này để đốt nóng nước. Hình thức có thể là gắn
trực tiếp đoạn thanh đồng này vào bình chứa nước hoặc vào một đường ống dẫn
nước lạnh chạy qua để đun nước nóng lên.

Loại ống chân khơng thu nhiệt phổ biến ở Trung Quốc Nhiệt độ thanh đồng lên tới 130 độ C và làm sôi nước khi

nhỏ vào trong thí nghiệm


Bình chứa nước nóng
• Bình chứa nước nóng ở máy nước nóng năng lượng mặt trời là một bình
chứa tương tự như bình chứa ở các sản phẩm bình nước nóng chạy
điện. Nhưng khơng phải lúc nào nước cũng có thể nóng tới mức như
được đun bằng điện nên loại bình chứa nước nóng ở máy nước nóng
năng lượng mặt trời gia đình thường có dung tích lớn từ 150 lít - 200 lít
hoặc hơn nữa
• Cấu tạo các sản phẩm phổ biến hiện nay ở Việt nam là nước trong bình
chứa sẽ chảy trực tiếp vào trong các ống thu nhiệt để hấp thu nhiệt từ
ruột ống (ống thuỷ tinh). Khi nào nước trong ống nóng lên thì q trình
đối lưu xảy ra. Nước nóng sẽ nhẹ hơn và nổi lên trên, nhường chỗ cho
nước lạnh chảy vào bên trong ống. Các ống thu nhiệt từ mặt trời lại
đun nóng nước và q trình này cứ liên tục lặp đi lặp lại.
• Ngồi việc chứa nước thì bình chứa này có cấu tạo rất đặc biệt và
thường bao gồm ba lớp. Lớp trong cùng và lớp ngoài cũng được làm từ

Inox để khơng bị gỉ hay Oxy hố. Lớp ở giữa là một lớp bảo ôn được
làm từ vật liệu đặc biệt có chức năng cách nhiệt. Lớp bảo ôn này càng
chất lượng thì khả năng giữ nhiệt càng cao. Và có nhiều sản phẩm trên
thị trường được quảng cáo là có khả năng giữ nhiệt tới 72h, thậm chí


Ưu và nhược điểm so với bình nóng lạnh
Ưu điểm

• Tiết kiệm tiền điện: Ưu điểm lớn nhất của loại
máy nước nóng năng lượng mặt trời là tiết
kiệm điện.
• An tồn: Sử dụng bình nước nóng năng lượng
mặt trời cực kỳ an tồn. Bạn sẽ khơng phải lo
vấn đề rị điện như khi dùng bình nóng lạnh
thơng thường.
• Bảo vệ mơi trường :Các sản phẩm bình nước
nóng năng lượng mặt trời cũng rất thân thiện
với mơi trường.Xét về tính thân thiện mơi
trường thì dùng máy nước nóng năng lượng
mặt trời hồn tồn khơng tạo khí CO2 nên nó
rất thân thiện với mơi trường.
• Giá bán : hợp lí so với thời gian sử dụng

Nhược điểm
• Đầu tiên là chi phí đầu tư ban đầu sẽ lớn hơn so
với các sản phẩm bình nóng lạnh chạy điện.
• Khơng phải gia đình nào cũng có thể dùng sản
phẩm này. Do sử dụng năng lượng mặt trời, nên
bạn cần có vị trí có nhiều ánh nắng và không bị

che chắn để lắp đặt. Sản phẩm này khơng phù
hợp với các gia đình ở chung cư ở các khu đơ thị
lớn.
• Nhược điểm cuối cùng và cũng là nhược điểm
lớn nhất là khi thời tiết xấu (mưa hoặc trời nhiều
mây). Mùa đông ở các tỉnh phía Bắc thường có
những thời gian nhiều ngày liên tục có mưa hoặc
khơng có ánh mặt trời. Khi đó, bạn sẽ khơng có
nước nóng để sử dụng. Lúc này có thể bạn sẽ
phải bổ sung thêm bộ hỗ trợ điện (điện trở) cho
bình nước nóng năng lượng mặt trời hoặc có giải


PHÂN LOẠI CÁC LOẠI
BÌNH ĐUN NƯỚC
NĂNG LƯỢNG MẶT
TRỜI
Yếu tố đầu tiên quyết định bình nước nóng năng lượng
mặt trời có hiệu năng chuyển hoá quang năng tốt là
đến từ bộ phận hấp thu nhiệt. Hiện nay có ba dịng sản
phẩm phổ biến với các cấu tạo ống chân không (dẫn
nước), loại ống dầu (dẫn dầu), và loại tấm phẳng


Máy nước nóng năng lượng mặt trời ống chân khơng
• Máy nước nóng năng lượng mặt trời có dạng ống chân không là loại phổ biến nhất trên thị trường hiện nay. Lý do chính là giá
sản xuất các sản phẩm ống chân không này đang là rẻ nhất hiện nay. Về giá thành sản xuất thì những sản phẩm này rẻ hơn rất
nhiều so với loại tấm phẳng hay loại ống dầu.
• Giữa các nhà sản xuất khác nhau thì các sản phẩm máy nước nóng năng lượng mặt trời ống chân khơng có thể khác nhau đơi
chút về loại hợp kim/kim loại được mạ bên trong. Nhưng nguyên lý hoạt động sẽ giống nhau ở chỗ đây là loại ống rỗng và nước

sẽ được dẫn trực tiếp vào bên trong ống chân không như trong mô tả ở phần nguyên lý hoạt động bên trên.
• Đây là loại cơng nghệ sản xuất với chi phí thấp và cũng không tốn nhiều tiền khi bạn cần thay thế sản phẩm
mới. Khả năng hấp thu nhiệt cũng tốt không kém hơn so với các sản phẩm ống dầu.
• Nhược điểm của loại ống này là sau một thời gian sử dụng, trong thân ống
sẽ bắt đầu bám cặn khiến hiệu quả hoạt động của ống kém đi. Các cặn kim
loại bám vào mặt trong của ống sẽ khiến quá trình dẫn nhiệt ngày càng kém
đi. Đặc biệt với các nguồn nước khơng sạch (như nước giếng khoan, giếng
khơi) thì q trình bám cặn này diễn ra rất nhanh. Nó giống như khi bạn
đun nước nóng trong siêu nước vậy. Các loại nước nhiễm kim loại nặng
được đun nóng trong ống chân không thuỷ tinh khiến cặn dày lên rất nhanh
và sẽ làm hỏng ống.
• Nếu bạn muốn mua sản phẩm thuộc nhóm này thì nhớ đảm bảo là nguồn
nước nhà bạn là nước máy sạch. Nếu khơng thì sẽ rất tốn kém chi phí thay
ống thường xuyên

Nước được dẫn vào bên trong ống chân


Máy nước nóng năng lượng mặt trời ống dầu

• Về cơ bản, loại ống dầu này cũng có cấu tạo tương tự với loại ống chân khơng. Chỉ có điều là trong ống chứa dầu chứ
không phải rỗng để cho nước chảy vào. Dầu trong thân ống được ngăn không tiếp xúc với bình chứa nước. Thơng
thường có thể dùng các ống đồng chứa dầu với một đầu đặt bên trong bình nước như hình dưới đây.
• Ban ngày, nhiệt được hấp thu qua ống chân khơng và làm nóng dầu bên trong. Loại dầu được sử dụng thường là
những loại có nhiệt độ sơi thấp (để tăng tính dẫn nhiệt nhờ đối lưu). Đây là tính năng cũng rất giống ở các sản phẩm
máy sưởi dầu. Khi dầu được làm nóng thì nó đối lưu và phần nóng nổi lên trên, truyền nhiệt vào thanh dẫn nhiệt (thanh
đồng) được đặt trong bình chứa và đun nóng nước.
• So với nước thì dầu truyền nhiệt nhanh và hiệu quả hơn,
đồng thời cũng giữ nhiệt tốt hơn. Do đó, q trình đun
nóng nước sẽ xảy ra nhanh hơn và kết thúc muộn vì dầu

có thể giữ nhiệt được thêm 1-2h sau khi mặt trời đã nặn
và tiếp tục truyền nhiệt vào bình chứa nước.
• Ngồi ra, có một điều chắc chắn là ống dầu sẽ khơng bị đóng
cặn do nước khơng tiếp xúc với thành ống. Chính vì vậy mà tuổi
thọ của ống dầu sẽ lâu hơn so với loại ống chân không khi sử
dụng các loại nguồn nước không phải là nước máy. Tuy nhiên,
sản phẩm bình nước nóng dùng công nghệ này sẽ đắt hơn các
sản phẩm máy nước nóng ống chân khơng khoảng vài triệu/sản
phẩm.

Dầu được ngăn để không tiếp xúc với
nước


Máy nước nóng năng lượng mặt trời loại tấm phẳng
• Ưu điểm nổi bật nhất của dòng sản phẩm này là khả năng hấp thụ nhiệt cực tốt. So với cơng nghệ ống chân
khơng thì dịng máy năng lượng mặt trời tấm phẳng này có khả năng hấp thu nhiệt tốt hơn khoảng 25 - 30%
trên cùng một diện tích lắp đặt máy. Cấu tạo của sản phẩm này cũng có những khác biệt so với hai dịng máy
năng lượng mặt trời ống dầu và ống chân khơng.
• Điểm cốt lõi trong sự khác biệt là hệ thống dẫn nước. Ở đây, nhiệt độ được hấp thu từ tất cả các vị trí trên tấm
phẳng. Chính vì vậy, để chuyển tối đa phần nhiệt này vào nước thì bên dưới tấm phẳng sẽ được đặt các
đường dẫn nước dạng Zic Zắc tương tự như hệ thống thoát nhiệt ở mặt sau của các sản phẩm tủ lạnh vậy. Và
hệ thống này thì lại sinh ra một vấn đề đó là nó cản trở hồn tồn q trình đối lưu (Xem thêm nguyên lý đối
lưu nhiệt trong vật lý).


Ống nhiệt dẫn nước bên dưới tấm
phẳng

• Để giải quyết vấn đề này, các sản phẩm máy năng lượng mặt trời tấm phẳng được trang bị

thêm một chiếc bơm có khả năng đẩy nước liên tục di chuyển qua hệ thống ống dẫn này. Vì
nước liên tục được dẫn qua ống nên khả năng làm nóng nước trong bình trở nên rất hiệu quả
và nhanh hơn các dòng sản phẩm ống dầu/ống chân khơng.
• Sau khi đã được trang bị bơm thì dịng sản phẩm này cịn thường được trang bị thêm một bộ phận cảm
biến nhiệt nữa. Hệ thống cảm biến nhiệt này có vai trị điều khiển hoạt động của bơm. Đó là vào ban đêm,
khi nhiệt độ nước ở trong hệ thống đường ống thấp hơn nhiệt trong bình chứa thì bơm sẽ dừng lại, khố
nước trong bình khơng chảy vào ống dẫn gây hao hụt nhiệt năng


• Nhờ hệ thống cảm biến này, các sản phẩm máy nước
nóng năng lượng mặt trời dạng tấm thu nhiệt còn xử lý
được một vấn đề quan trọng nữa mà các dịng sản phẩm
ống thu nhiệt chân khơng/ống dầu khơng xử lý được, đó là
vấn đề "quá nhiệt". Với các sản phẩm ống chân khơng
hay ống dầu thì nước sẽ cứ nóng lên mãi cho đến khi sơi
nếu mặt trời cứ chiếu liên tục. Việc này khiến cho tuổi thọ
của bồn chứa nước sẽ giảm đi rất nhanh.
• Các sản phẩm bình nước nóng năng lượng mặt trời dạng
tấm với các hệ thống cảm biến có khả năng làm hạ nhiệt
nước trong bình chứa theo nhiều cách khác nhau nhờ vào
các hệ thống vi mạch điều khiến các hoạt động của bơm.

Máy nước nóng năng lượng mặt trời dạng tấm
phẳng

• Ví dụ khi nước trong bình trở nên q nóng, bơm/các van xả phụ có thể được kích hoạt để đưa nước
nóng qua một hệ thống đường ống toả nhiệt ra mơi trường bên ngồi và bơm thêm nước lạnh vào bình
để hạ bớt nhiệt của tồn hệ thống. Hoặc bơm nó cũng có thể hoạt động để đưa nước chảy qua các ống
dẫn vào ban đêm để hạ nhiệt trong bình chứa.
• Tuy vậy, các hệ thống bổ sung này bạn sẽ ít gặp trong các hệ thống sản phẩm dùng trong dân dụng vì nó

khiến cho giá bán các sản phẩm bình năng lượng mặt trời tấm phẳng đã cao lại càng cao thêm. Ở quy
mơ gia đình, bạn sẽ chọn mua các sản phẩm ống chân không/ống dầu để tiết kiệm chi phí


Phần 2: Các thiết bị
đun nước nóng bằng
bơm nhiệt
Tổng
quan
Cấu
tạo
Nguyên lý hoạt
động
Ưu và nhược

N HÓM

3

điểm
Ứng
dụngsố loại
Một
máy


TỔNG QUAN
Máy bơm nhiệt (tiếng Anh:
heat pump, tiếng Pháp:
pompe à chaleur) là một thiết

bị hoạt động theo nguyên lý
Nhiệt động lực học nhằm mục
đích vận chuyển một nhiệt
lượng từ mơi trường này sang
môi trường khác.


CẤU TẠO: 4 THÀNH PHẦN CHÍNH
•
•
•
•

Dàn ngưng tụ (Bộ trao đổi nhiệt giữa Khơng khí – Chất tải nhiệt)
Máy nén
Dàn bay hơi (Bộ trao đổi nhiệt giữa Chất tải nhiệt – Nước)
Van tiết lưu