การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์โดยใช้แผงรับแบบฮีตไปป์

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของระบบทำน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์โดยใช้แผงรับแบบฮีตไปป์ แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ซึ่งสามารถใช้ได้ง่ายและสะดวกด้วยโปรแกรม Microsoft excel ซึ่งประกอบด้วย 3 สมการหลักได้แก่ สมการการถ่ายเทความร้อนผ่านกระจกทั้งสองชั้นจนถึงพื้นผิวฮีตไปป์ สมการการถ่ายเทความร้อนผ่านฮีตไปป์ไปยังน้ำระบายความร้อนและสมการส่วนระบบถังน้ำ ตัวแปรต้นในสมการได้แก่อุณหภูมิกระจกชั้นนอกสุด อุณหภูมิสิ่งแวดล้อม ค่าความเข้มแสง ค่าการส่งผ่าน ค่าการดูดซับ และค่าการสะท้อนแสง ผลลัพธ์ที่ได้คือ อุณหภูมิกระจกชั้นใน อุณหภูมิพื้นผิวฮีตไปป์ อุณหภูมิส่วนต่าง ๆ ของฮีตไปป์เช่นอีวาเพอเรเตอร์และคอนเดนเซอร์ อุณหภูมิของน้ำในถังสูงสุด ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน พลังงานที่ถ่ายเทสู่น้ำต่อวัน ต่อเดือนและต่อปี โดยได้นำข้อมูลที่ได้จากการทดลองที่กรุงเทพมหานคร ในช่วงเวลา 8.00 น. ถึง 16.00 น. ณ วันที่ 20 พฤศจิกายน 2550 (ฟ้าครึ้ม) และ 22 พฤศจิกายน 2550 (ฟ้าโปร่ง) มาใส่ในแบบจำลองแล้วคำนวณ วิเคราะห์ และหาความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปร จากการคำนวณโดยใช้แบบจำลองที่พัฒนาได้พบว่าประสิทธิภาพเฉลี่ยของระบบในวันฟ้าครึ้มเท่ากับ 43 % และวันฟ้าโปร่งเท่ากับ 39 % อุณหภูมิสูงสุดของน้ำ 87 ลิตรในถังเก็บในวันฟ้าครึ้มมีค่าเท่ากับ 36.98 ºC ส่วนวันฟ้าโปร่งมีค่าเท่ากับ 41.15 ºC ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับการทดลองจริงทั้งในวันฟ้าครึ้มและวันฟ้าโปร่ง อุณหภูมิน้ำต่างกัน 1-4% ส่วนค่าประสิทธิภาพนั้นต่างกัน 4-11% การคำนวณประสิทธิภาพของระบบและอุณหภูมิของน้ำเป็นรายเดือนนั้น พบว่าเมื่อปริมาตรน้ำลดลงอุณหภูมิของน้ำจะสูงขึ้น และเมื่อปริมาตรของน้ำเพิ่มมากขึ้นประสิทธิภาพของแผงรับแสงจะเพิ่มขึ้น ทั้งอุณหภูมิน้ำที่แผงรับแสงที่ทำได้สูงสุดและพลังงานความร้อนในถังน้ำร้อนสูงสุดพบในเดือนมีนาคมส่วนอุณหภูมิน้ำที่แผงรับแสงที่ทำได้ต่ำสุดและพลังงานความร้อนในถังน้ำร้อนต่ำสุดพบในเดือนพฤษภาคม นอกจากนี้ยังพบว่าในเดือนพฤษภาคมระบบมีประสิทธิภาพสูงสุดและในเดือนกุมภาพันธ์ระบบมีประสิทธิภาพต่ำสุด เมื่อปรับแผงรับแสงในมุมเอียงที่ต่างกันพบว่าในเดือนมกราคม มิถุนายน และตุลาคม แผงให้ค่าอุณหภูมิน้ำ และพลังงานในถังน้ำร้อนสูงสุดที่มุมเอียงของแผง 45 องศา 0 องศาและ 30 องศาตามลำดับ เมื่อปริมาตรน้ำมากจะประหยัดค่าไฟได้มาก ในการคำนวณที่มุมเอียงของแผง 15 องศาเดือนที่ประหยัดไฟได้สูงสุดคือเดือนมีนาคม และประหยัดไฟได้น้อยที่สุดอยู่ในเดือนพฤษภาคม ผลงานวิจัยนี้จะสามารถนำไปใช้ได้โดยง่ายเพื่อการประหยัดพลังงานและการประยุกต์ในการออกแบบระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์โดยใช้ แผงรับแสงแบบฮีตไปป์ในเชิงพาณิชย์ได้ต่อไป