Bài giảng Chương 13: Thiết kế tòa nhà sử dụng ít năng lượng và năng lượng mặt trời thụ động - Hồ Sỹ Mão

Chia sẻ: Gió Biển | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

113
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Chương 13: Thiết kế tòa nhà sử dụng ít năng lượng và năng lượng mặt trời thụ động" cung cấp cho người đọc các kiến thức: Đốt nóng sử dụng năng lượng mặt trời bị động, đốt nóng bằng năng lượng mặt trời chủ động, quang Vontaic, làm mát bằng năng lượng mặt trời bị động,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chương 13: Thiết kế tòa nhà sử dụng ít năng lượng và năng lượng mặt trời thụ động - Hồ Sỹ Mão

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA NĂNG LƯỢNG BỘ MÔN THỦY ĐIỆN & NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO BÀI GIẢNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG GIẢNG VIÊN: HỒ SỸ MÃO
Chương XIII THIẾT KẾ TÒA NHÀ SỬ DỤNG ÍT NĂNG LƯỢNG VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THỤ ĐỘNG Bộ Môn Thủ Thủy Điệ Điện & NLTT Khoa Năng Lượ Lượng
13.1 Giới thiệu - Khái niệm năng lượng mặt trời thụ động thích hợp với việc khai thác năng lượng mặt trời để đốt nóng, sưởi ấm, thông gió và chiếu sáng tòa nhà mà không sử dụng thiết bị cơ khí. - Thiết kế mà tìm kiếm để tạo ra những tòa nhà có năng lượng thấp, chúng hòa nhập với môi trường tự nhiên. - Các tòa nhà sử dụng năng lượng mặt trời bị động xu hướng có mặt tiền phức tạp, mặt tiền này hợp thành các đặc điểm như vật che ngoại thất, các cửa sổ mở và các ngăn ánh sáng - Để thiết kế được một tòa nhà sử dụng năng lượng bị đông tốt, người thiết kế phải có một kiến thức và sự hiểu biết toàn diện về di chuyển nhiệt và cơ học chất lỏng
13.2 Đốt nóng sử dụng năng lượng mặt trời bị động - Năng lượng mặt trời là nguồn đốt nóng bức xạ mà mọi cuộc sống phụ thuộc vào nó một cách cơ bản - VD: ở vĩ độ 45 độ Bắc và 45 độ Nam cường độ năng lượng mặt trời vào buổi trưa vào giữa đông lên kính thẳng đứng mặt hướng nam là 595W/m2 - Các công nghệ đốt nóng bằng năng lượng mặt trời bị động đáp ứng nhu cầu tốt cho các ứng dụng mà trải qua cả khi nhiệt độ không khí mùa đông thấp - Dưới điều kiện này, bức xạ năng lượng mặt trời nhiều hơn cần thiết sẵn sàng để dùng trong suốt cả ngày có thể được thu và trữ lại để dùng về đêm khi việc đốt nóng được yêu cầu
13.2 Đốt nóng sử dụng năng lượng mặt trời bị động - Có bốn cách tiếp cận cơ bản tới việc đốt nóng sử dụng năng lượng mặt trời bị động: + Các hệ thống thu trực tiếp + Các hệ thống thu gián tiếp + Các hệ thống thu độc lập + Các hệ thống xi phông nhiệt - Tất cả bốn công nghệ này mục đích là để trữ năng lượng mặt trời trong ngày theo nhiều cách khác nhau để sưởi vào ban đêm khi nhiệt độ không khí ngoài trời thấp - các hệ thống đốt nóng bằng năng lượng mặt trời dựa vào việc sử dụng diện tích kính lắp lớn để thu được bức xạ mặt trời.
13.2 Đốt nóng sử dụng năng lượng mặt trời bị động - Kính chuyển bức xạ năng lương mặt trời sóng tương đối ngắn với bước sóng từ 380 đến 2500mm, nhưng lại hạn chế bức xạ ở bước sóng vượt quá 2500mm. - kính cho phép bức xạ mặt trời chiếu vòa không gian phòng, nhưng nó lại ngăn rất nhiều bức xạ sóng dài được phát ra khi bề mặt của phòng nóng - kính lắp cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc tự điều tiết hơi nóng mặt trời thu được
13.2 Đốt nóng sử dụng năng lượng mặt trời bị động Hình 13.1: Sự phản xạ năng lượng mặt trời trên kính lắp Hình 13.2: Góc tia mặt trời và diện tích tiếp xúc
13.2.1 Các công nghệ thu trực tiếp - Việc tận dụng năng lượng mặt trời thu được có thể là cách tiếp cận đơn giản nhất tới việc đốt nóng bằng năng lượng mặt trời thụ động. - Việc sử dụng không gian thực tế bên trong một tòa nhà như vật thu năng lượng mặt trời - Để thu được giá trị cực đại lượng bức xạ mặt trời trong suốt các tháng mùa hè thì các phòng nên có một diện tích lớn kính lắp mặt hướng về phía Nam - Sàn nhà và tường của phòng nên được xây dựng từ các vật liệu đặc một khả năng chứa nhiệt cao
13.2.1 Các công nghệ thu trực tiếp Hình 13.3: Việc sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời thu trực tiếp
13.2.2 Các công nghệ thu gián tiếp - Trong một hệ thống thu gián tiếp, một pin với khối nhiệt cao được đặt giữa mặt trời và không gian phòng - Năng lượng mặt trời chiếu vào khối nhiệt đều bị thu lại vì thế nó đốt nóng lên trong suốt thời gian ban ngày.Vào buôit tối và ban đêm, hơi nóng được chuyển tới phòng từ khối nhiệt bằng việc kết hợp việc dẫn nhiệt, đối lưu và tỏa nhiệt. - Kết cấu tường Trombe bao gồm một tường công trình dày tới 600mm, được đặt trực tiếp phía sau mặt chính của kính lắp hướng Nam
13.2.2 Các công nghệ thu gián tiếp Hình 13.4: Sự làm việc của tường Trombe
13.2.3 Các công nghệ thu độc lập - Đốt nóng bằng năng lượng mặt trời thụ động bằng thu độc lập là một sự kết hợp của hệ thống thu trực tiếp và gián tiếp là cần thiết và bao gồm công trình của phòng mặt trời riêng biệt gần sát với không gian sống chính - Trong hệ thống thu độc lập, bức xạ mặt trời vào phòng mặt trời được giữ lại trong khối nhiệt của sàn và tường vách. - Hơi nóng từ phòng mặt trời truyền qua không gian sống bằng việc dẫn nhiệt qua tường chung ở phía sau phòng mặt trời và bằng sự đối lưu qua các lỗ thông hoặc các cửa ở tường chung
13.2.3 Các công nghệ thu độc lập Hình 13.5: Sự làm việc của hệ thống thu độc lập
13.2.4 Các hệ thống xiphông nhiệt - Nếu một vật thu năng lượng mặt trời chứa nước hoặc không khí được đặt bên dưới một vật trao đổi nhiệt thì sẽ tạo ra một xiphông nhiệt - Chất lỏng nóng lên trong thiết bị thu năng lượng mặt trời, chất lỏng trở nên ít đặc hơn và sôi nhiều hơn và vì thế nó bay hơi nên vật trao đổi hơi nóng - Chất lỏng nóng chảy qua vật trao đổi hơi nóng nên nó được làm mát và vì vậy chất lỏng bị rơi xuống vật thu năng lượng mặt trời, ở đó quá trình bắt đầu lại
13.2.4 Các hệ thống xiphông nhiệt
13.3 Đốt nóng bằng năng lượng mặt trời chủ động - Đốt nóng bằng năng lượng mặt trời chủ động là sử dụng năng lượng mặt trời để cấp năng lượng đun nóng các hệ thống máy bơm nước nóng - Dạng thiết bị thu năng lượng mặt trời chủ động đơn giản nhất có thể là thiết bị thu đĩa phẳng bao gồm một ống kim loại uốn khúc được ghép với một đĩa kim loại và được đặt trong một hộp có kính ở phía trước. - Công suất nung nóng từ các thiết bị thu bằng đĩa phẳng có thể được xác định băng việc sử dụng phương trình Hottel-Whilier Q = PH [(τα) I – U (tw –ta)] (13.1)
13.3 Đốt nóng bằng năng lượng mặt trời chủ động - Trong đó: Q là mức nhận năng lượng hữu ích (W/m2), I là cường độ bức xạ năng lượng mặt trời, τ là hệ số phản xạ, α là hệ số hấp thụ, U là hệ số chuyển toàn bộ hơi nóng tới không khí (W/m2K), PH là hệ số hiệu quả của thiết bị thu năng lượng mặt trời, tw nhiệt độ trung bình của nước (độ C) và ta là nhiệt độ không khí bao quanh (độ C) - Hiệu suất thiết bị thu năng lượng mặt trời là tỷ số của công suất hơi nóng hữu ích trên công suất hơi nóng từ năng lượng mặt trời. Hiệu suất η = Q/I (13.2) = PH [(τα) – U (tw – ta)/I] (13.2)
13.3 Đốt nóng bằng năng lượng mặt trời chủ động
13.4 Quang Vontaic - Có thể sản xuất ra điện bằng cách tận dụng quá trình quang điện - Có 3 quá trình quang điện chính: quang xạ, quang dẫn và hiệu ứng quang vontaic + Quang xạ xảy ra khi các vật liệu phát ra các electron dưới dạng ánh sáng + Hiệu ứng quang dẫn là hiện tượng nhờ đó một dòng điện chạy qua một chất tăng lên dẫn đến kết quả là hình thành ánh sáng + hiệu ứng quang vontaic được siử dụng rộng rãi nhất để sản xuất ra điện năng từ ánh sáng mặt trời
13.4 Quang Vontaic - Hiệu ứng quang vontainc xảy ra khi ánh sàng rơi vào ranh giới giữa 2 chất và tạo ra các electron chuyền từ mặt này của đường biên tới mặt kia của đường biên - Kết quả của quá trình chuyển của electron này, một vật liệu thu được một lượng electron vượt quá và trở thành cực âm trong khi chất còn lại bị mất electron và trở thành cực dương - Các tế bào quang vontaic được phát triển lần đầu tiên vào những năm 1950 trong công nghiệp không gian dùng trong các vệ tinh - Các tế bào quang vontaic bao gồm các tế bào điện bán dẫn được lai ghép từ việc sử dụng các miếng tròn silicon kết tinh như một chất nền kim loại