45
Hệ thống cung cấp nớc nóng dùng NLMT hiện nay ở Việt nam cũng nh trên
thế giới chủ yếu dùng bộ thu cố định kiểu tấm phẳng hoặc dãy ống có cánh
nhận nhiệt, với nhiệt độ nớc sử dụng 60
o
C thì hiệu suất của bộ thu khoảng
45%, còn nếu sử dụng ở nhiệt độ cao hơn thì hiệu suất còn thấp.
Thiết bị làm lạnh và điều hoà không khí dùng NLMT
Trong số những ứng dụng của
NLMT thì làm lạnh và điều hoà
không khí là ứng dụng hấp dẫn
nhất vì nơi nào khí hậu nóng nhất
thì nơi đó có nhu cầu về làm lạnh
lớn nhất, đặc biệt là ở những vùng
xa xôi héo lánh thuộc các nớc
đang phát triển không có lới điện
quốc gia và giá nhiên liệu quá đắt

thiên nhiên và ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trớc
nguy cơ thiếu hụt năng lợng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng
lợng mới nh năng lợng hạt nhân, năng lợng địa nhiệt, năng lợng gió và
năng lợng mặt trời là một trong những hớng quan trọng trong kế hoạch phát
triển năng lợng, không những đối với những nớc phát triển mà ngay cả với
những nớc đang phát triển.
Năng lợng mặt trời (NLMT)- nguồn năng lợng sạch và tiềm tàng nhất
- đang đợc loài ngời thực sự đặc biệt quan tâm. Do đó việc nghiên cứu nâng
cao hiệu quả các thiết bị sử dụng năng l
ợng mặt trời và triển khai ứng dụng
chúng vào thực tế là vấn đề có tính thời sự.
Việt Nam là nớc có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8 Bắc đến
23 Bắc, nằm trong khu vực có cờng độ bức xạ mặt trời tơng đối cao, với trị

Hình 3.11 Hệ thống lạnh hấp thụ dùng NLMT47
số tổng xạ khá lớn từ 100-175 kcal/cm
2
.năm (4,2 -7,3GJ/m
2
.năm) do đó việc sử
dụng NLMT ở nớc ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Thiết bị sử dụng năng
lợng mặt trời ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là hệ thống cung cấp điện dùng pin
mặt trời, hệ thống nấu cơm có gơng phản xạ và đặc biệt là hệ thống cung cấp
nớc nóng kiểu tấm phẳng hay kiểu ống có cánh nhận nhiệt. Nhng nhìn chung
các thiết bị này giá thành còn cao, hiệu suất còn thấp nên cha đợc ngời dân
sử dụng rộng rãi. Hơn nữa, do đặc điểm phân tán và sự phụ thuộc vào các mùa
trong năm của NLMT, ví dụ: mùa đông thì cần nớc nóng nhng NLMT ít, còn

48
phẳng đặt cố định bình thờng có hiệu suất rất thấp, do đó thiết bị lắp đặt còn
cồng kềnh cha phù hợp với nhu cầu lắp đặt và về mặt thẩm mỹ. Các bộ thu có
gơng parabolic hay máng parabolic trụ phản xạ bình thờng thì thu đợc
nhiệt độ cao nhng vấn đề định vị hớng hứng nắng theo phơng mặt trời rất
phức tạp nên không thuận lợi cho việc vận hành.
- Việc triển khai ứng dụng thực tế còn hạn chế: về mặt lý thuyết, NLMT là một
nguồn năng lợng sạch, rẻ tiền và tiềm tàng, nếu sử dụng nó hợp lý sẽ mang
lại lợi ích kinh tế và môi trờng rất lớn. Việc nghiên cứu về lý thuyết đã tơng
đối hoàn chỉnh. Song trong điều kiện thực tiễn, các thiết bị sử dụng NLMT lại
có quá trình làm việc không ổn định và không liên tục, hoàn toàn biến động
theo thời tiết, vì vậy rất khó ứng dụng ở quy mô công nghiệp. Đặc biệt là trong
kỹ thuật lạnh và điều tiết không khí, vấn đề nghiên cứu đa ra bộ thu năng
lợng mặt trời để cấp nhiệt cho chu trình máy lạnh hấp thụ đã và đang đợc
nhiều nhà khoa học quan tâm nhằm đa ra bộ thu hoàn thiện và phù hợp nhất
để có thể triển khai ứng dụng rộng rãi vào thực tế.
41

Chơng 4.
định luật nhiệt động II

Định luật nhiệt động I chính là định luật bảo toàn và biến hoá năng lợng
viết cho các quá trình nhiệt động, nó cho phép tính toán cân bằng năng lợng trong
các quá trình nhiệt động, xác định lợng nhiệt có thể chuyển hoá thành công hoặc
công chuyển hoá thành nhiệt. Tuy nhiên nó không cho ta biết trong điều kiện nào
thì nhiệt có thể biến đổi thành công và liệu toàn bộ nhiệt có thể biến đổi hoàn toàn
thành công không.

ở chu trình này môi chất nhận nhiệt sinh công, nên công có dấu dơng (1 >
0) . Các thiết bị nhiệt làm việc theo chu trình này đợc gọi là động cơ nhiệt.
Nếu chu trình tiến hành theo chiều ngợc chiều kim đồng hồ thì gọi là chu
trình ngợc chiều (hình 4.2). ở chu trình này môi chất tiêu hao công hoặc nhận
năng lợng khác, do đó công có dấu âm (1 < 0) . Các thiết bị nhiệt làm việc theo
chu trình này đợc gọi là máy lạnh hoặc bơm nhiệt.

4.1.1.1. Chu trình thuận nghịch và không thuận nghịch

Công của chu trình là công mà môi chất sinh ra hoặc nhận vào khi thực hiện
một chu trình.
Công của chu trình đợc ký hiệu là L khi tính cho Gkg môi chất hoặc l khi
tính cho 1kg môi chất.
Nhiệt lợng và công của chu trình bằng tổng đại số nhiệt lợng và công của
các quá trình trong chu trình đó.

== Tdsqq
iCT
(4-1)



== pdvll
iCT
(4-2)
Lợng biến thiên u, i, s của chu trình đều bằng không vì u, i, s là các
thông số trạng thái, mà chu trình thì có trạng thái đầu và cuối trùng nhau.

1
ct
q
qq
q
l

==
(4-4)
ở đây: q
1
là nhiệt lợng mà môi chất nhận đợc từ nguồn nóng,
q
2
là nhiệt lợng mà môi chất nhả ra cho nguồn lạnh,
l là công chu trình sinh ra, hiệu nhiệt lợng mà môi chất trao đổi với nguồn
nóng và nguồn lạnh. Theo (4-3) ta có: l = q
1
- |q
2
|, vì u = 0.

4.1.3. Chu trình ngợc chiều

* Định nghĩa:
Chu trình ngợc chiều là chu trình mà môi chất nhận công từ bên ngoài để
lấy nhiệt từ nguồn lạnh nhả cho nguồn nóng, công tiêu tốn đợc qui ớc là công
âm, l < 0.
* Đồ thị:
Trên đồ thị hình 4.2, chu trình ngợc chiều có chiều ngợc chiều kim đồng


Chu trình carno thuận nghịch là Chu trình ly tởng, có khả năng biển đổi
nhiệt lợng với hiệu quả cao nhất. Tuy nhiên, nếu áp dụng vào thực tế thì nó có

44
những nhợc điểm khác về giá thành và hiệu suất thiết bị, do đó xét về tổng thể thì
hiệu quả kinh tế không cao. Chính vì vậy nó không đợc áp dụng trong thực tế mà
nó chỉ làm mục tiêu để hoàn thiện các chu trình khác về mặt hiệu quả nhiệt, nghĩa
là ngời ta phấn đấu thực hiện các chu trình càng gần với chu trình Carno thì hiệu
quả chuyển hoá nhiệt năng càng cao.
Chu trình carno thuận nghịch làm việc với hai nguồn nhiệt có nhiệt độ khác
nhau T
1
và T
2
, nhiệt độ các nguồn nhiệt không thay đổi trong suốt quá trình trao
đổi nhiệt. Môi chất thực hiện 4 quá trình thuận nghịch liên tiếp nhau: hai quá trình
đẳng nhiệt và hai quá trình đoạn nhiệt tiến hành xen kẽ nhau. Sau đây ta xét hai
chu trình Carno thuận nghịch gọi tắt là chu trình Carno thuận chiều và chu trình
carno ngợc chiều.

4.2.1. Chu trình carno thuận nghịch thuận chiều

Đồ thị p-v và T-s của chu trình Carno thuận chiều đợc biểu diễn trên hình
4.3. ab là quá trình nén đoạn nhiệt, nhiệt độ môi chất tăng từ T
2
đến T
1
; bc là quá
trình dãn nở đẳng nhiệt, môi chất tiếp xúc với nguồn nóng có nhiệt độ T

Hình 4.3. Đồ thị p-v và T-s của chu trình Carno thuận chiều

Hiệu suất nhiệt của chu trình thuận chiều đợc tính theo công thức (4-4) .
Khi thay các giá trị q
1
và |q
2
| vào ta có hiệu suất nhiệt của chu trình Carno thuận
nghịch thuận chiều là:

(
)
(
)
()
1
2
bc1
ad2bc1
1
21
1
ct
T
T
1
ssT
ssTssT
q
qq

Đồ thị p-v và T-s của chu trình Carno ngợc chiều đợc biểu diễn trên hình
4.4. ab là quá trình dãn nở đẳng nhiệt, môi chất tiếp xúc với nguồn lạnh có nhiệt
độ T
2
không đổi và nhận từ nguồn lạnh một nhiệt lợng là q
2
= T
2
(s
b
- s
a
); bc là quá
trình nén đoạn nhiệt, tiêu tốn công nến là l, nhiệt độ môi chất tăng từ T
2
đến T
1
; cd
là quá trình nén đẳng nhiệt, môi chất tiếp xúc với nguồn nóng có nhiệt độ T
1

không đổi và nhả cho nguồn nóng một nhiệt lợng là q
1
= T
1
(s
d
- s
c
); da là quá



=

==

1
T
T
1
TT
T
2
1
21
2

=

=
(4-7)

* Nhận xét:

Từ biểu thức (4-7) ta thấy:
- Hệ số làm lạnh của chu trình Carno ngợc chiều chỉ phụ thuộc vào nhiệt
độ nguồn nóng T
1
và nhiệt độ nguồn lạnh T
2

2
> 0, do đó
ct
<
ctCarno
< 1, nghĩa là không thể biến hoàn toàn nhiệt thành công.
- Chu trình Carno là chu trình có hiệu suất cao nhất,
max
1
2
ctCarnoct
T
T
1==
,
- Hiệu suất nhiệt của chu trình không thuận nghịch nhỏ hơn hiệu suất nhiệt
của chu trình thuận nghịch.

kTN
<
TN
./.