Thiết kế chế tạo bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP.HCM
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ THU KHÔNG KHI
NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CÁNH SÓNG DỌC
GVHD: Ts. Lê Minh Nhựt
SVTH:
Nguyễn Trọng Nghĩa
13147042
Dương Huỳnh Minh Nhựt
13147046
Nguyễn Văn Tấn
13147060
Trần Thanh Tuấn
13147081


NỘI DUNG CHINH

1.TỔNG
QUAN

2.LÝ
THUYẾT
TINH TOÁN

4.KẾT QUA
2

3.MÔ HÌNH
THI
NGHIỆM

5.KẾT
LUẬN


1. TỔNG QUAN
Nguồn Bức
Xạ Mặt Trời
Bộ thu khơng
khí NLMT

Bộ thu khơng khí
NLMT cánh sóng
dọc
3

Ưu Điểm
Nhược Điểm

Ứng Dụng


1.1. NG̀N BỨC XẠ MẶT TRỜI
• Phân bớ bức xạ năng lượng Mặt
Trời ở ngoài lớp khí quyển trong
khoảng bước sóng từ 0.2-2.6m.

• Thành phần bức xạ Mặt Trời:
 Bức xạ trực xạ
 Bức xạ khuếch tán
 Bức xạ tán xạ

4

Hình 1.1. Phân tán bức xạ mặt trời


1.2. BỢ THU KHƠNG KHI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
• Bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời chủ yếu là máy thu nhiệt phẳng sử dụng
để sản xuất không khí nóng. Chúng có thể được chia thành ba loại chủ yếu là:
bộ thu ống hở, bộ thu phẳng, và bộ thu gom tập trung.

Hình 1.2. Hệ thống bộ thu không khí NLMT
5


1.2.1. BỢ THU KHƠNG KHI NLMT CÁNH SÓNG DỌC
Cấu tạo:
•
•
•
•
•
•
•
•
•

1: Lớp kính
2: Lớp cánh sóng dọc
3: Cửa ra không khí
4: Cửa vào không khí
5: Tấm hấp thụ
6: Lớp cách nhiệt
7: Lớp vỏ thiết bị
8: Khung đỡ
9: Quạt thổi
Hình 1.3. Cấu tạo bộ thu NLMT

6


1.2.1. BỘ THU KHÔNG KHI NLMT CÁNH SÓNG DỌC
Nguyên lý hoạt động:
Không khí ở nhiệt độ môi
trường được quạt hút và thổi vào
bộ thu.
Bên trong bộ thu, tấm hấp thụ
nhận nhiệt từ năng lượng Mặt
Trời và trao đổi nhiệt đối lưu
cưỡng bức với không khí.
Không khí sau khi được gia
nhiệt nóng lên và ra khỏi bộ thu.

7

Hình 1.4. Nguyên lý hoạt động của bộ thu

1.2.2. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM
• Ưu điểm:
 Hệ thớng nhỏ, ít phức tạp và dễ sử dụng.
 Không xảy ra hiện tượng ăn mòn thiết bị.
 Sự rò rỉ không khí không gây ra vấn đề lớn.
 Áp suất bên trong thiết bị không quá cao.
 Thiết bị sử dụng vật liệu rẻ hơn, ít hơn bộ thu nước nóng.
• Nhược điểm:
 Bất lợi về tính chất truyền nhiệt kém của không khí.
 Khó lưu trữ nhiệt của không khí hơn chất lỏng.
Chi phí cao trong 1 số trường hợp.
8


1.2.3. ỨNG DỤNG

Gia nhiệt cho không khí
trước quá trình đốt
 Làm khô khoáng sản,
giấy, than đá, các sản
phẩm công nghiệp thực
phẩm, gạch ...
Không gian sưởi ấm cho
các nhà kho, các nhà
máy để sử dụng...vv
9

 Nông sản sấy khô: trái

cây, ngũ cốc, rau
 Mặt Trời để bảo vệ nó
khỏi nấm mốc, loài gặm
nhấm,...
 Sưởi ấm không gian cho
nhà kính, kho hàng và
trang trại chăn nuôi…
 Sử dụng cho các máy sấy
sản xuất khác.

Sưởi
gian.

ấm

không

Máy sấy nhỏ ( làm
khô quần áo…).


2. TÍNH TỐN
2.1. Tính sơ bộ
• Góc tương tác giữa tia bức xạ và kính.
• Hệ sớ hấp thụ tích hợp hấp thụ truyền qua.
• Lưu lượng khơng khí qua bộ thu.

2.2. Tính nhiệt lượng
• Năng lượng bức xạ đã được hấp thụ trên bề mặt hấp thụ.
• Tính năng lượng có ích Qu

• Tính tơn thât nhiêt cua bơ thu.

2.3. Tính hiệu suất
10


2. TÍNH TỐN
2.1. Tính sơ bộ
•

Góc tương tác giữa tia bức xạ và kính.

Cos   Cos(   ).Cos  .Cos   Sin(   ).Sin 
Góc lêch (Độ):   23, 45Sin(
Góc giơ măt trơi:

284  n
)360
365

  10,960 B

n: là số thứ tự ngày tính từ ngày 1 tháng giêng

: giơ đo

Góc tơi trên măt phăng nghiêng: 1    Arc Cos(Cos  )
Góc khúc xạ đi qua hai mơi trương khơng khí và kính:
Góc phản xạ:

2
2
I r 1 �sin   2  1  tg   2  1  �
  � 2
 2
�
�
I0 2 �
sin



tg







2
1
2
1 �
�

I0: Cương đô bức xạ tơi cua bức xạ măt trơi
11

Ir: Cương đô bức xạ trên măt kính

�
n1 Sin 1
Sin 1.n1 �

�  2  Arc Sin �
�
n2 Sin  2
� n2
�


2. TÍNH TỐN
2.1. Tính sơ bộ
•

Hệ số hấp thụ tích hợp hấp thụ truyền qua

   
1   1    Pd

: hệ số hấp thụ toàn phần
Hê số hâp thu cua tâm hâp thu:
Hệ số phát xạ cua tâm hâp thu:

•

Lưu lượng khơng khí qua bộ thu.
G=V.S

12

V: vận tốc đầu vào m/s
S: Diện tích miệng thổi vào


2. TÍNH TỐN
2.2. Tính nhiệt lượng
•

Năng lượng bức xạ đã được hâp thu trên bề mặt hâp thu.
Q = S.Fp (W)

Fp = 2 (m2) là diên tích tâm hâp thu.
S  H .( )  W / m 2 

Nhiệt lượng bức xạ đã được hâp thu trên bề mặt hâp thu

H: Cường độ bức xạ W/ m2

•

Tính năng lượng có ích Qu
Qu  m.F .C p .(tra  t f )  W 

•

Tính tơn thât nhiêt cua bơ thu.

t pm  tđ

(W)
Tôn thât nhiêt qua măt đáy: Qđ  Fđ .  

1
 2 3
1 2 3
Tôn thât nhiêt qua các thành bên thừa nhận bằng không.
1
Tôn thât nhiêt qua măt trên:

13

�
�
�
�
 .(Tpm  Ta ).(Tpm 2  Ta 2 )
n
1�
�
Ut  �
 �
0,31
1
hw
�2n  f  1 �
T

T
�

�
�344 . pm a
� �
�


0,0425.
n
.(1


)

�
� n
p
p
�
�
�
�

�
�
T
n

f
� k
�

�
� pm �
�


2. TÍNH TỐN
2.2. Tính nhiệt lượng
Qt = Fk.Ut.

Tơn thât nhiệt lên mặt trên:

(tpm-ta) Q

Tôn thât nhiệt toàn phần:

= Qđ +
Qt

2.3. Tính hiệu suất
Hiệu suât tức thơi: tt 

Qu
 %
Q

 gio 

Quh
(%)
Qh

 day 

�Q
�Q

Hiêu
suât giơ:
Hiêu suât ngày:

uday
day

14

(%)


3.MÔ HÌNH THI NGHIỆM

15


3.1.MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM

Hình 3.1. Mơ hình thực tế bộ thu NLMT
16


3.1.MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM

Kích thước bộ thu: 1000x2000x135 mm
Sớ kênh dẫn: 8 kênh
Kích thước cửa ra vào của không khí: 80x80 mm
Số lớp kính: 1, chiều dày kính: 5 mm
Vật liệu hấp thụ: kim loại sơn đen mờ trộn bột sắt
Chiều dày lớp cách nhiệt: 50 mm
Quạt loại điều chỉnh được lưu lượng bằng dimmer.
Hình 3.1. Mô hình thực tế bộ thu NLMT
17


3.2.THIẾT BỊ ĐO VÀ CÁCH ĐO
Thang đo: 4000W / m2, 634Btu / (ft2 * h)
Độ phân giải: 1W / m2, 1Btu / (ft2 * h)
Độ chính xác: thường trong vòng 10W / m2 [± 3 Btu
/ (ft2 * h)] hoặc ± 5%, giá trị lớn hơn trong ánh sáng
Mặt Trời;
Nhiệt độ bù trừ: gây ra lỗi 0.38W / m2 / ºC [± 0.12
Btu / (ft2 * h) / ºC] từ 25ºC

Hình 3.2. Thiết bị đo BXMT
18

Đặt máy đo vuông góc với mặt phẳng của bộ thu,
đầu cảm biến của máy hướng lên bầu trời để thu
nhận năng lượng bức xạ Mặt Trời.


3.2.THIẾT BỊ ĐO VÀ CÁCH ĐO
• Thơng Số Kỹ Thuật

• Dải đo gió: 196 - 4900 ft/min, 1.00 - 25.00 m/s, 3.6 90.0 km/h
• Dải đo nhiệt độ: 32oF - 122oF (0oC - 50oC)
• Độ phân giải đo gió: 1 ft/min, 0.01 m/s, 0.1 km/s
• Độ phân giải đo nhiệt độ: 0.1oF (0.1oC)
• Độ chính xác: ± (3% 40 ft/min), ± (3% 0,20 m/s), ±
(3% 0,8 km/h)
• Phương pháp đo
Đặt máy đo ngay trước đầu thổi của quạt, chong chóng
của máy đo hướng về phía quạt thổi, song song với
hướng gió.
Hình 3.3. Thiết bị đo vận tốc gió
19


3.2.THIẾT BỊ ĐO VÀ CÁCH ĐO
Tham số

Dải đo

Sai số

% sai số

Điện áp DC

400mV~600V

100uV

(1.0% + 3d)

Điện áp AC

4V~600V

1mV

(1.5% + 3d)

Dòng điện xoay chiều

40A/400A

10mA

(3.0% + 3d)

Điện trở

400[Omega~40mOhm

100m

(1.0% + 3d)

Nhiệt độ

Deg.]C – 10~ 400o.]C

Điện dung

40nF~100uF

10pF

(4.0% + 3d)

Tần số

10Hz~5MHz

0.001Hz

(1.0% + 3d)

1o C

(1.0% + 3d)

Phương pháp đo:

Hình 3.4. Thiết bị đo nhiệt độ
20

Sử dụng que đo cắm vào 2 chân đo của Ampe kìm theo
đúng cực (-) và cực (+). Đặt đầu dò que đo vào vị trí cần đo
đến khi số hiển thị trên màn hình ổn định. Đối với đo nhiệt
độ kính thì dùng thêm keo tản nhiệt để độ tiếp xúc tốt hơn.

3.3.PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
Thực nghiệm mô hình với từng trường hợp lưu lượng:
Trường hợp 1: G1=0,005 m3/s.
Trường hợp 2: G2=0.0096 m3/s.
Trường hợp 3: G3=0.0101 m3/s.
Trường hợp 4: G4=0.0128 m3/s.
Trường hợp 5: G5=0.016 m3/s.
Tiến hành đo và lấy thông số bộ thu 5 phút một lần từ 8:00 đến 16:00

21


3.3.PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
Tiến hành đo và lấy thông số bộ thu 5 phút một lần từ 8:00 đến 16:00
Đo lưu lượng:
Đo vận tốc đầu vào của khơng khí, sau đó tính ra giá trị lưu lượng đầu vào.
Đo nhiệt độ:
Đo nhiệt độ đầu vào, ra của khơng khí.
Đo nhiệt độ khơng khí trong bộ thu.
Đo nhiệt độ tấm hấp thụ.
Đo nhiệt độ kính phủ.
Đo nhiệt độ mặt đáy.
Đo bức xạ:
22

Đo thông số bức xạ cùng thời điểm đo thông số nhiệt độ.


4.KẾT QUA VÀ THAO LUẬN

23


4.2. KẾT QUẢ
• Trường hợp lưu lượng G1 = 0.005 m3/s

24

Đồ thị 4. 1 Quan hệ giữa cường độ bức xạ và hiệu suất tức thời của bộ thu ứng với lưu lượng
0.005 m3/s.


4.2. KẾT QUẢ
• Trường hợp lưu lượng G1 = 0.005 m3/s

25

Đồ thị 4. 2 Quan hệ giữa cường độ bức xạ và nhiệt độ đầu vào - ra của thiết bị ứng với
lưu lượng 0.005 m3/s.