การเพิ่มสมรรถนะทางความร้อนของระบบทำน้ำร้อนแสงอาทิตย์ที่มีปั๊ม ความร้อนเสริมโดยการใช้สารละลายเงินนาโนในตัวรับรังสีอาทิตย์

Abstract

งานวิจัยนี้ ได้ใช้สารละลายเงินนาโน ความเข้มข้น 10,000 ppm เป็นของไหลในตัวรับรังสีอาทิตย์ ของระบบทำน้ำร้อนแสงอาทิตย์ที่มีปั๊มความร้อนให้ความร้อนเสริม ในกรณีที่ระดับความเข้มรังสีอาทิตย์ไม่เพียงพอ การศึกษาจะใช้ข้อมูลสมรรถนะของตัวรับรังสีอาทิตย์แบบแผ่นเรียบเมื่อใช้สารละลายเงินนาโน ขนาดพื้นที่รับรังสีประมาณ 2.16 m² จำนวน 2 แผง ต่อขนานกัน โดยมีคุณลักษณะของตัวรับรังสีอาทิตย์ ได้แก่ F_R()_e และ F_RU_L  มีค่า 0.816 และ 7.123 W/m²K เทียบกับค่า 0.723 และ 8.314 W/m²K ในกรณีที่ใช้น้ำเป็นสารทำงาน ตัวรับรังสีนี้จะให้ความร้อนแก่ถังน้ำร้อนหุ้มฉนวนอย่างดี ขนาด 500 liter ซึ่งมีปั๊มความร้อนที่ใช้สารทำงาน R134 a ที่มีความต้องการกำลังไฟฟ้า 380 W ในการให้ความร้อนเสริม ในกรณีที่อุณหภูมิน้ำในถังต่ำกว่า 45^oC การเปรียบเทียบ จะใช้การจำลองทางคณิตศาสตร์ ภายใต้สภาพการใช้น้ำของอาคารแห่งหนึ่ง ในจังหวัดเชียงใหม่ การศึกษาจะคำนวณความร้อนที่ได้จากตัวรับรังสีอาทิตย์ และปริมาณไฟฟ้าที่ใช้ในระบบปั๊มความร้อน จากผลการศึกษาพบว่า ระบบที่ที่ใช้สารละลายเงินนาโน ตัวรับรังสีอาทิตย์จะสามารถทำงานโดยมีประสิทธิภาพสูงขึ้นกว่ากรณีที่ใช้น้ำเป็นสารทำงาน เนื่องจากสารละลายเงินนาโนสามารถดึงความร้อนจากตัวรับรังสีอาทิตย์ได้ดีกว่า ส่งผลให้ความต้องการความร้อนเสริมจากปั๊มความร้อนลดลง ซึ่งมีผลกระทบโดยตรงในการลดแก๊สเรือนกระจกที่เกิดจากผลิตไฟฟ้าได้ปีละ 2,727.81 kg_CO2

Thermal Performance Improvement of Solar Hot Water System Having Assisted Heat Pump with Silver Nano-Fluid in Solar Collector

This study used 10,000 ppm silver nano-fluid as the working fluid in the solar collector of a hot water system which utilized a heat pump as an auxiliary during periods of inadequate solar radiation level. The solar collector was a 2.16 m² flatplate type, of which the thermal characteristics F_R()_e and F_RU_L were 0.816 and 7.123 W/m² K for silver nano-fluid compared with 0.723 and 8.314 W/m² K for water. The collectors were connected in parallel and delivered heated water to a 500 liter well-insulated storage tank, which had a R134 heat pump as an auxiliary. The heat pump, which consumed 380 W of electrical power, was turned on when the water temperature in the storage tank was lower than 45 ^oC. The system performance was tested with different working fluids in the solar collector in a simulation using the hot water demand of a building in Chiang Mai. The study considered the heat gain from the solar collector and the electrical consumption of the heat pump. It was found that the system with silver nano-fluid extracted the most heat from the solar collector, which resulted in lower consumption of electrical energy in the heat pump and thus lower greenhouse gas emissions were generated; this was estimated to be 2,727.81 kg_CO2/year.