การเปรียบเทียบสมรรถนะของระบบทำน้ำร้อนที่ใช้แผงรับแสงอาทิตย์แบบแผ่นเรียบกับแบบท่อฮีตไปป์

Abstract

โครงการวิจัยนี้เป็นการเปรียบเทียบสมรรถนะของระบบทำน้ำร้อนที่ใช้แผงรับแสงอาทิตย์แบบแผ่นเรียบขนาด 2 m² กับ ถังเก็บน้ำร้อนขนาด 150 ลิตรและแบบฮีตไปป์ขนาด 1.2 m² กับถังเก็บน้ำร้อน ขนาด 86 ลิตร ระบบประกอบด้วยแผงรับแสงอาทิตย์ ถังเก็บน้ำร้อน เครื่องสูบหมุนเวียนน้ำร้อน และเครื่องควบคุมการทำงานเครื่องสูบ  ระบบทำน้ำร้อนติดตั้งไว้บนดาดฟ้าของอาคารในจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยโดยแผงรับแสงอาทิตย์วางหันหน้าไปทางทิศใต้ และวางทำมุมชัน 15 องศากับแนวระดับสำหรับแผงรับแสงอาทิตย์แบบแผ่นเรียบและ 35 องศาสำหรับแผงรับแสงอาทิตย์แบบท่อฮีทไปป์ พารามิเตอร์ที่ใช้ในการศึกษาได้แก่ ความเข้มแสงอาทิตย์ อุณหภูมิน้ำในถังเก็บน้ำร้อน อุณหภูมิน้ำเข้าและออกจากแผง อุณหภูมิอากาศภายนอกและ ความเร็วลม  ในการทดสอบจะเก็บข้อมูลทุกๆ 2 นาทีตั้งแต่เวลา 8.00-16.00 น. แล้วนำข้อมูลที่ได้มาคำนวณหาปริมาณความร้อนที่เก็บได้ในถังเก็บน้ำร้อนจาก และประสิทธิภาพของระบบทำน้ำร้อนจาก   จากการทดลอง สรุปได้ว่าประสิทธิภาพของระบบทำน้ำร้อนขึ้นอยู่กับ ความเข้มแสงอาทิตย์ อุณหภูมิน้ำในถังเริ่มต้น อุณหภูมิอากาศแวดล้อม และปริมาณน้ำร้อนที่ใช้ เมื่อความเข้มแสงอาทิตย์เฉลี่ยอยู่ในช่วง 384- 602 W/m²และ อุณหภูมิน้ำเริ่มต้นเป็น 29 °C ประสิทธิภาพของระบบทำน้ำร้อนอยู่ในช่วง  39-43 % สำหรับแผงรับแสงอาทิตย์แบบแผ่นเรียบและน้ำร้อนซึ่งมีปริมาตร 150 ลิตรมีพลังงานสะสม 8.7-14.9 MJ/day และสามารถทำให้น้ำร้อนมีอุณหภูมิสูงสุดที่ 53.1 °C เมื่ออุณหภูมิน้ำเข้าแผงรับแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นเป็น 50.2 °C ประสิทธิภาพของระบบจะลดลงเป็น 31.5 %  แต่ถ้ามีการใช้น้ำร้อนปริมาณ 50 % ในตอนบ่ายโมง ประสิทธิภาพของระบบจะเพิ่มขึ้นเป็น 57.3 % ในขณะที่ ประสิทธิภาพของระบบทำน้ำร้อนสำหรับแผงรับแสงอาทิตย์แบบท่อฮีตไปป์ จะอยู่ในช่วง 26-27 % และน้ำร้อนมีพลังงานสะสมอยู่ในช่วง 3.4-5.2 MJ/day สามารถทำให้น้ำร้อนมีอุณหภูมิสูงสุดที่ 43.5 °C  เมื่ออุณหภูมิน้ำเข้าแผงรับแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นเป็น 51 °C ประสิทธิภาพของระบบน้ำร้อนจะลดลงเป็น 19.6 % แต่ถ้ามีการใช้น้ำร้อนปริมาณ 50 %ในตอนบ่ายโมง ประสิทธิภาพของระบบจะเพิ่มขึ้นเป็น 37 % ที่มุมชันของแผงรับแสงอาทิตย์ 35 องศาให้ประสิทธิภาพสูงกว่าที่มุมชัน 55 องศา และ เมื่อใช้แผ่นสะท้อนแสงปิดที่ด้านหลังของแผงรับแสงอาทิตย์ประสิทธิภาพจะสูงกว่าที่ไม่ใช้แผ่นสะท้อนแสงประมาณ 12 % และอุณหภูมิน้ำร้อนสุดท้ายในถังเก็บจะเพิ่มขึ้น 3-5 °C ในระบบน้ำร้อนที่ใช้อุณหภูมิต่ำในงานวิจัยนี้ ประสิทธิภาพของระบบทำน้ำร้อนที่ใช้แผงรับแสงอาทิตย์แบบแผ่นเรียบจะสูงกว่าแบบท่อฮีตไปป์

Comparison of the Performance of Hot Water System using Flat  Plate  and Heat Pipe Solar Collector 

This research is aimed to compare the performance of the hot water system using flat plate solar collector with the size of 2 m² and hot water storage of 150 litres with heat pipe solar collector with the size of 1.2 m² and hot water storage of 86 litres. The system consists of a solar collector, the insulated water storage tank, a circulating pump and the pump controller. The hot water systems are installed on the roof floor of building in Chulalongkorn university. The solar collector is installed at the angle of 15 degrees with a horizontal plane for flat plate and 35 degrees for heat pipe and facing south direction. The operating parameters effecting the system are solar intensity, the initial storage water temperature, the final storage water temperature, the inlet and outlet water temperature of collector, ambient air temperature and wind velocity. The data were collected at the interval of 2 minutes during 8:00 to 16:00 hour basis. The hot water stored energy is calculated by the equation and  the efficiency of hot water system by From the experiment, the system efficiency ,η is depend on solar intensity ,I, initial water temperature T_i, final water temperature in the storage tank ,T_f ,and ambient air temperature ,T_a and the quantity of hot water used. For the range of experiment., when the average solar intensity is 384-602 w/m² and the initial water temperature is 29 °C,the hot water system efficiency with flat plate solar collector ranges from 39-43 % .The energy is accumulated in the hot water storage ranges from 8.7-14.9 MJ/day and the maximum hot water temperature is 53.1 °C .When the initial water temperature is increased to 50.2 °C, the system efficiency is also decreased to 31.5 % .Also if hot water is used 50 % of its volume during 1 pm., the system efficiency is increased to 57.3 % . While the hot water system efficiency with heat pipe solar collector ranges from 22 - 28 % .The energy is accumulated in the hot water ranges from 3.4–5.2 MJ/day and the maximum hot water temperature is 45.4 ° When the initial water temperature is increased to 51 °C, the system efficiency is also decreased to 19.6 % .Also if hot water is used 50 % of its volume during 1 pm., the system efficiency is increased to 37 % The solar collector efficiency at slope 35 ^o is greater than at slope 55 ^o andthe efficiency is increased 9-13 % by inserting an aluminum foil plate at the back of the collector . Also the final  water temperature in the storage tank is increased 3–5 °C .In the hot water system of low temperature in this research,the system efficiency using flat plate solar collector is higher than using heat pipe solar collector.