1 I. Tình hình năng lượng:
Khi cuộc khng hoảng giá dầu mỏ trên toàn thế giới chưa có
dấu hiệu bình ổn, nhiều quốc gia đã ưu tiên sử dụng nguồn năng lượng
tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Việt Nam là nước rất có tiềm
năng về năng lượng mặt trời, nhưng ứng dụng lại rất hạn chế. Bức xạ
tổng: 85 – 190 kcal/cm
2
/năm. Số giờ nắng: 1400 – 3000 giờ/năm.
Nhiệt độ trung bình: 27,5
0
C.
Theo tính toán ca các nhà khoa học, mỗi năm 1m
2
thiết bị đun
nước nóng bằng năng lượng mặt trời có thể tiết kiệm năng lượng được
từ khoảng 500-900 kWh tùy theo vùng khí hậu và hiệu suất thiết bị.
Như vậy, trung bình 1m
2
mỗi năm giảm được khoảng 150kg khí thải
CO2 so với dùng than đá, dầu hỏa hay khí đốt. Điện năng lượng mặt
trời có lợi thế cung cấp cho các hộ gia đình, khu vực dân cư nông thôn
biệt lập mà truyền tải lưới điện quốc gia rất tốn kém. Cho dù chương
trình phát triển mở rộng lưới điện được thực hiện khẩn trương thì đến
năm 2015 nước ta vẫn còn khoảng 1100 xã, làng vùng sâu, vùng xa và
miền núi với 500.000 hộ gia đình (khoảng 3 triệu dân) được ngành
điện xác định là lưới điện chưa thể kéo tới được. Cũng có khoảng
500.000 hộ khác trong các xã có điện vẫn được xem là không thể có

lớn như Long An, Bạc Liêu, Đồng Tháp thì hiện nay đang thiếu nước
nóng, nước sạch để uống, sinh hoạt trầm trọng. Còn ở các thành phố
lớn thì ô nhiễm nguồn nước sạch đang là một vấn đề đau đầu đối với
người dân và các ngành có liên quan.
Rõ ràng là nước sạch để uống và nước nóng để sinh hoạt từ NLMT
có giá thành rẻ hơn nhiều so với sử dụng các nguồn năng lượng khác.
giá năng lượng ca nước nóng mặt trời chỉ bằng 5-15% ca điện hoặc
gas. Đúng hơn, NLMT là miễn phí, giá ca nó là do thu hồi tiền đầu tư
ban đầu vào thiết bị.
Những lợi ích môi trường mà NLMT mang lại là rất lớn. nó không
hề đòi hỏi thay đổi địa chất do khai khoáng. Không hề thải ra các chất
khí hay các chất thải rắn. Không phát sinh thêm nhiệt. Về lâu dài
NLMT sẽ phải đóng vai trò chính trong cán cân năng lượng ca công
nghiệp.
III. Đối tượng nghiên cứu:
Nhằm góp phần vào việc nghiên cứu chế tạo, hình thành ý
tưởng về thiết bị chưng cất nước ngọt kết hợp sản xuất nước nóng
phục vụ cho nhu cầu hàng ngày ca người dân (nhất là những khu vực
xa xôi hẻo lánh); góp phần vào công tác giảng dạy ca một số môn
năng lượng mới, năng lượng mặt trời.
Do đó, việc hình thành ý tưởng, nghiên cứu chế tạo thiết bị
chưng cất nước ngọt và sản xuất nước nóng là nhu cầu cấp thiết. Nước
cấp vào ở đây là nước tương đối sạch, không bị ô nhiễm, có thể sử
dụng được trong sinh hoạt. Mô hình này có thể cung cấp nước ngọt và
nước nóng cho một hộ gia đình có từ 3-4 người. Đó cũng chính là đối
tượng nghiên cứu ca đề tài.

4
IV. Mục đích, giới hạn nghiên cứu
Đề tài “Nghiên cứu chế tạo mô hình chưng cất nước ngọt kết

5.8
5.3
5.0
5.8
4.1
5.1
7.0
5.9
1995
6.8
8.4
7.3
8.4
6.3
6.2
6.0
4.8
3.1
5.2
4.0
4.9
1996
4.7
6.7
8.3
7.0
5.7
5.3
3.9
5.2

1999
5.3
6.9
7.8
5.2
5.4
5.0
4.6
5.4
6.0
4.7
5.4
4.9
2000
6.2
6.7
6.0
6.4
5.9
5.4
5.4
4.5
6.0
3.4
5.5
4.4
2001
5.6
6.0
6.5

5.8
5.4
4.4
5.6
4.7
Trun
g
bình
6.3
7.2
7.6
7.1
6.0
5.5
5.3
5.2
4.9
4.7
5.2
5.2


p
(kg/m
2
)
7.9
Nhiệt dung riêng
ca tấm hấp thụ
C
p
(j/kg.K)
477
Hệ số hấp thụ ca
tấm hấp thụ


0.96
Hệ số bức xạ ca
tấm hấp thụ
p


0.08
Khối lượng ca
kính
M
g
(kg/m
2
)
2.7

Khối lượng ca
không khí
M
a
(kg/m
2
)
0.24
Nhiệt ẩn hóa hơi
ca nước
h
fg
(j/kg)
2400.10
3

Tính cường độ bức xạ lên mặt phẳng nằm nghiêng I
t
(j/m
2
.h)
I
t
= I.R
b

I: cường độ bức xạ lên mặt phẳng nằm ngang (j/m
2
.h).
R

0
≤  ≤ 90
0
)
 : góc lệch ở các ngày bất kỳ trong năm -23,45
0
≤  ≤ 23,45
0
.
 : góc nghiêng ca Collector 0 ≤  ≤ 90
0
.
 : góc phương vị (-180
0
≤  ≤ 180
0
)
 : góc giờ
 : góc tới ca tia bức xạ lên mặt phẳng nghiêng.

z
: góc thiên đỉnh. 






PY hình chiếu của tia nắng lên mặt phẳng nằm ngang.
Hình 1.6
: Góc tới và góc tầm. Góc tới thể hiện cho mặt bất kỳ.

GÓC TỚI (cho mặt phẳng bất kỳ là góc giữa tia nắng với pháp
tuyến của mặt phẳng đó.
GÓC THIÊN ĐỈNH (
z
) là góc tới trong trường hợp mặt phẳng
nằm ngang. Trong ví dụ trên nó chính là góc giữa I
b
và một đường
thẳng vuông góc với mặt phẳng nằm ngang tại P. điều này được chỉ
rõ trong hình 1.7

9

I
b
là tia mặt trời và PX là đường thẳng đứng với mặt phẳng nằm
ngang.
PY là hình chiếu của tia nắng lên mặt phẳng nằm ngang.
Hình 1.7
: góc thiên đỉnh, góc tầm và phương vò

GÓC TẦM () là góc giữa tia nắng và hình chiếu của nó lên trên
mặt phẳng ngang.
 = 90 - 
z


b,h
- Hình chiếu của tia mặt trời trên mặt phẳng ngang.
Hình 1.8 : Góc nghiêng và góc phương vò của mặt phẳng nghiêng
không chính Nam

GÓC MẶT PHƯƠNG VỊ (
) là góc đo trên mặt phẳng nằm
ngang giữa hướng Nam và hình chiếu của pháp tuyến bề mặt lên
mặt phẳng nằm ngang (hình 1.8). Nó còn được hiểu là góc giữa
đường kinh tuyến đòa phương với hình chiếu lên mặt phẳng nằm
ngang của pháp tuyến bề mặt.

- Hệ số xun qua bầu khí quyển ca các tia trực xạ:

z
k
b
eaa


cos
10



Với a
0
= 0,95[0,4237 – 0,00821(6 – A)
2
]



30
0

=> góc bức xạ khuyếch tán mặt đất:

2
002693,05788,090


e

góc bức xạ khuyếch tán bầu trời:

2
001497,01388,068,59


e

Từ góc tới

, KL tra đồ thị
=>
nnn

01,1)( 

+ ng với góc tới phần trực xạ:

+ ng với góc tới phần tán xạ:

d

tra đồ thị =>

n
g
)(
)(



g
)(


Vậy:
)
2
cos1
())(()
2
cos1
()()(






1
)(


Khối lượng nước thu được:
Lmmm
evapinex
12
Khối lượng hơi thu được:
fg
evap
evap
h
Q
m 

Phương trình cân bằng nhiệt tại tấm kính:
agcagrcondgpr
g
gg
QQQQ
dt
dT
CM


,,,






























 1

1
11
)((
2
22
,
CmW
TTTT
h
cp
cpcp
cpr








)/)()(.(.
222
,
CmWTTTTh
acaccacr











)/(
2
CmW
L
K
U
b
13
)/(
)(
2
CmW
A
UA
U
edge
e


U
L
= U

cond
(kg/h)
t
w
(
0
C)
8-9
0.172
32.3
9-10
0.226
35.7
10-11
0.293
38.0
11-12
0.337
40.1
12-13
0.356
45.5
13-14
0.341
44.2
14-15
0.303
41.1
15-16
0.204


15
12-13
0.415
42.1
13-14
0.361
42.0
14-15
0.279
39.5
15-16
0.154
37.6
16-17
0.138
32.1

- Ngày 15/10/2008, thời gian đo từ 8h – 17h:

Thời gian (h)
Lưu lượng nước cấp 3.6
(kg/h)
m
cond
(kg/h)
t
w
(
0

- Ngày 20/10/2008, thời gian đo từ 8h – 17h:

Thời gian (h)
Lưu lượng nước cấp 5.4
(kg/h)
m
cond
(kg/h)
t
w
(
0
C)
8-9
0.125
30.3
9-10
0.174
33.9
10-11
0.235
39.0

16
11-12
0.293
40.2
12-13
0.335
43.5

0.153
31.7
10-11
0.207
36.0
11-12
0.274
39.2
12-13
0.349
40.5
13-14
0.349
40.8
14-15
0.307
35.4
15-16
0.202
30.3
16-17
0.158
29.9

- Ngày 21/10/2008, thời gian đo từ 8h – 17h:

Thời gian (h)
Lưu lượng nước cấp 5.4
(kg/h)
m

15-16
0.208
30
16-17
0.115
29
VI. Kết luận – kiến nghị:
Theo kết quả thực nghiệm trên, ta có thể kết luận được rằng, hệ
thống chưng cất nước ngọt và sản xuất nước nóng trên có hiệu suất tạo
ra nước ngọt tương đương hoặc cao hơn (0.238 - 0.285 kg/h) so với hệ
thống đơn giản mà ta thường sử dụng basin type (0.205-0.247 kg/h),
đồng thời có thể tạo ra nước nóng với nhiệt độ trung bình khoảng
40.5-42.7
0
C (25-40 lít/ngày), tùy theo nhu cầu sử dụng nước ngọt hay
nước nóng ca từng hộ gia đình.
Mô hình trên nếu có thể trang bị thêm một bơm để hệ thống
hoạt động theo chế độ cưỡng bức thì hiệu suất sẽ cao hơn.
Tài liệu tham khảo:

1. TS. Hoàng Dương Hùng - Năng lượng mặt trời Lý thuyết và các ứng
dụng- NXB Khoa học và Kỹ thuật.

2. Yunus a Cengel – Heat Transfer: A practical approach – University of
Nevada.
S K L 0 0 2 1 5 4