1

บทท 1

บทน า

ทมาและความส าคญของโครงงาน

ดวงอาทตยใหพลงงานจ านวนมหาศาลแกโลกของเรา พลงงานจากดวงอาทตยจดเปน

พลงงานหมนเวยนทส าคญทสด เปนพลงงานสะอาดไมท าปฏกรยาใดๆอนจะท าใหสงแวดลอมเปน

พษ ดงนนหลงจากประสบกบปญหาน ามนแพงกลมประเทศพฒนาแลวจงไดหนมาใหความสนใจ

ทางดานพลงงานแสงอาทตยมากขน ไดมการศกษาและพฒนาอยางจรงจงมาเปนระยะเวลาหนงแลว

ท าใหในปจจบนเทคโนโลยในการกกเกบความรอนจากแสงอาทตยมความกาวหนาอยางมาก

การศกษาเกยวกบปจจยตางๆทมผลตอปรมาณความรอนทกกเกบไดนบวาเปนประโยชนตอการ

พฒนาของเทคโนโลยการกกเกบความรอน ท าใหสามารถกกเกบพลงงานจากแสงอาทตยไดอยางม

ประสทธภาพ

โดยปจจยทมผลตอปรมาณของพลงงานทกกเกบไดจากรางรบแสงอาทตย มหลายประการ

อาทเชน วสดกกเกบความรอน (PCM) , ของไหลทใชรบความรอนจากรางรบแสงอาทตย (สาร

ท างาน) , ระยะเวลาในทดลอง , อตราการไหลของสารท างาน , ระยะเวลาในการทงไวกลางแจง

กอนเกดการหมนเวยนของสารท างาน

ซงปจจยตางๆเหลานหากใชอยางเหมาะสมจะสามารถท าใหกกเกบพลงงานจากรางรบ

แสงอาทตยไดอยางมประสทธภาพ

2

วตถประสงคของโครงงาน

1.ออกแบบและสรางถงส าหรบกกเกบวสดกกเกบความรอน

2.ศกษาระยะเวลาทเหมาะสมในการทดลอง

3.ศกษาอตราการไหลของสารแลกเปลยนความรอนทเหมาะสม

4.ศกษาระยะเวลาททงไวกลางแจงกอนเรมการทดลองทเหมาะสม

ขอบเขตของโครงงาน

1.ใชพาราฟน ชนดฟลลรไฟน (paraffin wax fully refined) ในการทดลอง โดยใชเปนวสด

ในการกกเกบความรอน

2.ใชน าเปนของไหลทไหลหมนเวยนเพอรบพลงงานจากรางรบแสงอาทตย (สาร

แลกเปลยนความรอน) มวล 1 กโลกรม

วธด าเนนการ

1.ศกษาขอมลทเกยวขอกบโครงงาน

2.วเคราะหขอมลและศกษาถงลกษณะเฉพาะของวสดตางๆ เพอเลอกวสดกกเกบความรอน

ทเหมาะสม ในทนคอพาราฟน

3.ออกแบบถงส าหรบบรรจวสดกกเกบความรอน

4.ออกแบบระบบทอทใชในการทดลอง

5.จดซออปกรณทใชในการท าถงบรรจ และอปกรณตางๆในการทดลอง

6.จดท าชนสวนตามทออกแบบ

7.ประกอบอปกรณตางๆเขาดวยกน ไดแก ทอทอแดง ถงบรรจพาราฟน ปม และรางรบ

แสงอาทตย

3

8.ท าการทดสอบการท างานจรงของระบบ และแกไขขอบกพรองตางๆ

9.ทดลองตามวตถประสงคๆของโครงงาน

10.จดท าปรญญานพนธ

ตารางท1.1 แผนการท างาน

ขนตอน

พ.ศ. 2559 พ.ศ. 2560

ส.ค. ก.ย. ต.ค. พ.ย. ธ.ค. ม.ค. ก.พ. ม.ค. เม.ย พ.ค.

ศกษาเอกสารทเกยวของ

สงแบบเสนอหวขอโครงงานฯ

ศกษาทฤษฎทเกยวของ

ออกแบบการทดลอง

สงรายงานความกาวหนา

ทดลอง

จดท าเอกสารโครงรางปรญญานพนธ

สอบโครงรางปรญญานพนธ

4

1.5 ประโยชนทไดรบ

1.ถงบรรจวสดกกเกบความรอน ทใชไดจรงส าหรบการบรรจพาราฟนเพอทดลองกบน า 1

กโลกรม

2.แนวทางในการพฒนาระบบการกกเกบพลงงานความรอนจากรางรบแสงอาทตย ท าให

ทราบถงระยะเวลาทเหมาะสมในการกกเกบ , วธการกกเกบทเหมาะสม และอตราการไหลของสาร

แลกเปลยนความรอนฟทเหมาะสม

5

บทท 2

ตรวจเอกสาร

1. Review on on sustainable thermal energy storage technologies, Part I: heat storage

materials and techniques

S.M.Hasnain 1998 ท าการศกษาเกยวกบการพฒนาการใชประโยชนจากเทคโนโลยการกก

เกบพลงงานความรอน ท าการทดลองโดยน าพาราฟน technical grade ทผานการใชงานในการกก

เกบความรอนในทอรปแบบตางๆมาทดสอบดวยวธ Differential Scanning Calorimetry (DSC) ม

วธการทดลองโดยใสพาราฟนในถาดสองถาดถาดหนงคอพาราฟนใชแลว อกถาดคอพาราฟนใหม

ใหความรอนโดยควบคมใหอตราการเพมขนของอณหภมเทากน พบวา ชวงอณหภมหลอมละลาย

ลดลง 0.2 °C และ ความจความรอนเพมขน 2.3 % เนองมาจากการปนเปอนระหวางการท างาน

รวมทงไดศกษาและวเคราะหถง ขอดขอเสยของวสดชนดตางๆ ในการน ามาใชเปนวสดกกเกบ

ความรอนโดยอาศยหลกการเปลยนเฟส phase change material (PCM) มดงน

1.1 พาราฟน

เปนแวกซทเปนสารประกอบประเภทไฮโดรคารบอน เปนผลตภณฑปโตรเลยมซงกลน

แยกออกจากน ามนดบ มชอสามญวา พาราฟน แวกซ (Paraffin wax) สตรโครงสรางทางเคม คอ

CnH2n+2 จ านวนคารบอนในหวงโซโมเลกล 19-36 อะตอม (C19-C36) ในสภาวะปกตมลกษณะเปน

ของแขง มสเหลองออนถงขาว จดหลอมเหลวประมาณ 47-64 องศาเซลเซยส จดเดอดประมาณ

150-275 องศาเซลเซยส ไมละลายในน า สามารถใชประโยชนไดมากมาย และ มหลายสถานะ

ดวยกน พาราฟนมความเหมาะสมทสดในการน ามาใชเปนวสดกกเกบความรอน ส าหรบการกกเกบ

ความรอนจากพลงงานแสงอาทตย

ขอด: มความรอนในการหลอมเหลวสง, เกด Super Cooling นอย, มความดนไอต า, ไมเกด

การแยกเฟสเปนชนๆ และมราคาทเหมาะสมคมคา

6

ขอเสย: น าความรอนต า (สามารถแกไขปญหานไดโดยการใส Metallic fitters หรอ finned

tube) และปรมาตรเปลยนแปลงคอนขางมากเมอเกดการเปลยนแปลงสถานะ ตองเลอกรปแบบของ

ภาชนะใหเหมาะสม

1.2 กรดไขมน

กรดไขมน (Fatty acid) เปนกรดคารบอกซลก (carboxylic acid) ซงมหางเปนโซแบบอะ

ลฟาตกยาวมทงกรดไขมนอมตว (saturated) และกรดไขมนไมอมตว (unsaturated) กรดไขมนจะม

คารบอน อยางนอย 8 อะตอม และสวนใหญจะเปนจ านวนเลขค

มคณสมบตคอนขางด มความรอนในการหลอมเหลวใกลเคยงพาราฟน แตมขอเสยคอราคา

แพงกวาพาราฟน

1.3 ของผสมยเทคตก

เปนของผสมจ าพวกเกลอ มจดหลอมเหลว/จดเยอกแขงทแนนอน มคณสมบตคอนขางด

ใชในการกกเกบพลงงานความรอน แตเหมาะสมกบการใชงานเฉพาะทมอณหภมต า – กลาง

1.4 น า

ขอด: มคณสมบตทดมากและเหมาะสมทสดในการใชงานทอณหภมต า มคาความรอน

จ าเพาะสง ราคาถก หางาย ขอเสย: ตองใชฉนวน และถงรบแรงดนทราคาคอนขางสง

1.5 ปโตรเลยม

ปโตรเลยม เปนสารประกอบไฮโดรคารบอนอนสลบซบซอน ทเกดขนเองตามธรรมชาต

ในชนหนใตพนผวโลก มธาตทเปนองคประกอบหลกคอ ไฮโดรเจน และคารบอน ไดจากการ

สลายตวของอนทรยสารจ านวนมาก ทบถมกนในหนตะกอน ภายใตความรอนและความดน

มหาศาล เมอน ามากลนจะไดผลตภณฑตาง ๆ เชน กาซหงตม น ามนเบนซน น ามนกาด น ามนดเซล

น ามนเตา ยางมะตอย รวมทงเคมภณฑตาง ๆ เชน ปยเคม ยาปราบศตรพช พลาสตก และยาง

สงเคราะห เปนตน

เมอน ามาใชเปนวสดกกเกบความรอน จะมขอดขอเสยดงน

ขอด: ความดนไอต ากวาน า ด าเนนงานไดทอณหภมสง

7

ขอเสย: มราคาสง

1.6 โลหะ

คอ วสดทประกอบดวยธาตโลหะทมอเลกตรอนอสระอยมากมาย นนคออเลกตรอนเหลาน

ไมไดเปนของอะตอมใดอะตอมหนงโดยเฉพาะ ท าใหมคณสมบตพเศษหลายประการ เชน เปน

ตวน าไฟฟาและความรอนไดดมาก , ผวของโลหะทขดเรยบจะเปนมนวาว โลหะมความแขงแรง

พอสมควรและสามารถแปรรปไดจงถกใชงานในดานโครงสรางอยางกวางขวาง สามารถด าเนนงาน

ในการใชงานเพอกกเกบอณหภมไดทอณหภมสงมาก มากถง 1400 องศาเซลเซยส แตมราคาแพง

ตารางท2.1 เปรยบเทยบคณสมบตขอด-ขอเสย ของวสดชนดตางๆเมอน ามาใชเปน PCM

ชนดวสด ขอด ขอเสย

พาราฟน -ความรอนในการหลอมเหลวสง -เกด Super Cooling นอย -ความดนไอต า -ไมเกดการแยกเฟส -ราคาเหมาะสมคมคา

-น าความรอนต า -ปรมาตรเปลยนแปลงคอนขางมากเมอเกดการเปลยนแปลงสถานะ (ขอเสยทง2ขอ สามารถแกไขได)

กรดไขมน -ความรอนในการหลอมเหลวสง ใกลเคยงพาราฟน

-ราคาสงกวาพาราฟน

ของผสมยเทคตก -มจดหลอมเหลว/จดเยอกแขงทแนนอน

-เหมาะสมกบการกกเกบความรอนทมอณหภมต า - กลาง

น า -คาความรอนจ าเพาะสง -ราคาถก -หาไดงาย -เหมาะสมทสดในการใชงานทอณหภมต า

-ตองใชฉนวนและถงรบแรงดน ท าใหสนเปลอง

8

ตารางท2.1 (ตอ)

ชนดวสด ขอด ขอเสย ปโตรเลยม -ความดนไอต ากวาน า

-ด าเนนงานไดทอณหภมสง -ราคาสง

โลหะ -เปนตวน าไฟฟาและความรอนทดมาก -ด าเนนงานไดทอณหภมสงมาก ถง 1400 องศาเซลเซยส

-ราคาสง

จากผลการศกษาและวเคราะหบทความ พบวาพาราฟนเหมาะแกการกกเกบความรอนมาก

ทสด และน าเหมาะแกการใชเปนสารท างาน (ของไหล) ทไหลหมนเวยนเพอรบพลงงานความรอน

จากรางรบแสงอาทตยมาใหวสดกกเกบ

2. A perspective on thermal energy storage systems for solar energy application

Dincer และ Dost 1996 ท าการศกษาพบวาระบบการกกเกบพลงงานความรอน(TES

Thermal Energy Storage)คอสงจ าเปนตอระบบก าลงของพลงงานแสงอาทตยเพราะการปอน

พลงงานแสงอาทตยเขาสระบบมความผนผวนซงเกดจากปจจยหลายๆอยาง เนองจากประเภทของ

การกกเกบพลงงานมความความหลากหลาย การเลอกใชจงขนอยกบชนดและขนาดของพลงงาน

แสงอาทตยเอง และธรรมชาตทกอใหเกดความสะดวกสบายในชวงนนๆ เชน กลางวน กลางคน

หนาหนาว หนารอน ส าหรบการใชงานความรอนอปกรณทท าใหน ารอนเกดการเปลยนเฟสของ

น าและและการเปลยนเฟสของวสด(PCMs/phase change material) ประกอบดวย สอกลางหลก ใน

การกกเกบ เชน ดน,หน และของแขงอนๆทใชงานไดเปนอยางด

น ามความจ าเปนต ากวา80% ในกระบวนการน ซงน าทมความจ าเปนนนถกใชในทใชส าหรบการ

เปลยนแปลงอณหภม 10 องศาเซลเซยส ซงมนคอความแตกตางของอณหภมเมอชารจพลงงานเตม

กบอณหภมเมอยงชารจพลงงานไมเตมโดยใชถงกกเกบพลงงาน

9

การเปลยนเฟสของบางวสดจะมสมบตอยาง การหนด,การสกกรอน เขามาเปนปจจย สวนนจงท า

ใหเกดการแบงชนภายในภาชนะบรรจตามล าดบ ความแปรปรวนของของแขงทใชกกเกบพลงงาน

เกดจากขนาดของวตถ การออกแบบทดขนาดของของแขงควรมความหลากหลายเพอใหได

คณสมบตทดในการกกเกบพลงงานความ คาสมประสทธการถายโอนความรอนระหวางอากาศและ

ของแขงจะมคาสงกตอเมอวสดทใชในการกกเกบพลงงานราคาถก,การน าความรอนทถงนอยมาก

เมอไมพจารณาการไหลของอากาศและการถายโอนความรอนในพนทใหญๆสามารถท าใหราคาถก

ไดโดยลดขนาดของอนภาคตวกกเกบลง

การใชระบบ TES (Thermal Energy Storage) ยงมขอเสนอแนะเพมเตมส าหรบการกกเกบพลงงาน

ความรอนทอณหภมปานกลาง(38-304 องศาเซลเซยส)และทอณหภมสง(120-566 องศาเซลเซยส)

นนคอการน าความรอนกลบมาใชซ าดวยระบบน ามน-หน น ารอน ซงนเปนตวอยางการกกเกบซง

กกเกบพลงงานไดเพยงทอณหภมปานกลาง ขณะทเกลอไนเตรทสามารถประยกตใชทอณหภมสง

ไดแตของเหลวเกลอไนเตรทเหลานนเมอถกใชแลวจะไมถกน ากลบมาใชซ าไดเพราะเกดปฏกรยา

ทางเคมไดผลตภณฑคอไอน าจะเหนวาระบบกกเกบพลงงานความรอน(TES)โดยใชน ามน-หนถก

กวาระบบทใชของเหลวเกลอไนเตรทเนองจากใชซ าได แตมนถกจ ากดใหใชกกเกบความรอนไดแค

ทอณหภมไมสงมากนก.

อยางไรกตามการกกเกบความรอนโดยใชน ามน-หนนไดรบการพสจนแลววาสามารถท าไดโดย

ใชความรอนจากพลงงานแสงอาทตย.สวนชนดตวเลอกในการกกเกบพลงงานความรอนขนอยกบ

หลายๆปจจย เชน ชวงเวลาในการกกเกบ(กลางวนกลางคน-ฤดกาล) ความแปรปรวนของเศรษฐกจ

การท างานภายใตสภาวะตางๆ เปนตน.

ในบทความน เปนการศกษาการกกเกบพลงงานความรอน(รวมถงการศกษาวสดทใชในการกก

เกบพลงงานความรอน)โดยศกษาเฉพาะการกกเกบความรอนจากแสงอาทตย โดยการประเมน

ประสทธภาพการกกเกบพลงงานความรอนนยงอาศย ตนทน ความผนแปลของเศรษฐกจ ความ

สะดวกในการตดตง การรกษาความสะอาด ผลกระทบตอสงแวดลอม คาความปลอดภย การ

กลาวถงการประยกตและใชงานเทคโนโลย

วนนการพฒนาของการจดเกบพลงงานความรอน (TES) ของระบบยงถอวาเปนเทคโนโลย

พลงงานขนสง การใชงานระบบกกเกบพลงงานความรอนจากแสงอาทตย ไดรบความสนใจและถก

ใชเพมขน เชนการใชท า น ารอน การท าความเยนและเครองปรบอากาศ นนแสดงถงศกยภาพอน

10

มหาศาลของพลงงานความรอนโดยการใชงานอปกรณทมประสทธภาพและศกยภาพในการอ านวย

ความสะดวกแทนพลงงานขนาดใหญในมมมองทางเศรษฐกจ

TES (Thermal Energy Storage)คอการจดเกบชวคราวของพลงงานทอณหภมสงหรอต าเพอใชใน

ภายหลง ตวอยางเชน การจดเกบพลงงานแสงอาทตยเพอใหความรอนในชวงกลางคน การกกเกบ

ความรอนในชวงฤดรอนส าหรบใชงานในชวงฤดหนาว การกกเกบของน าแขงในชวงฤดหนาวเพอ

เปนทระบายความรอนในชวงฤดรอนและการเกบรกษาความรอนหรอความเยนทสรางดวยระบบ

ไฟฟาในชวงเวลาไมพค เพอใชในชวงพคในเวลาตอมา พลงงานแสงอาทตยไมเหมอนกบพลงงาน

จากเชอเพลงฟอสซล คอไมสามารถใชไดตลอดเวลา แมโหลดระบายความรอนมคาเขาใกลระดบ

ความรอนสงสดของการแผรงสของดวงอาทตยแตมกจะพบหลงจากพระอาทตยตกดน ดงนนการ

กกเกบพลงงานแสงอาทตยจงเปนกลไกส าคญทจะชดเชยความไมตรงกนของความพรอมและความ

ตองการน

ในงานเกบความรอนโดยใชพลงงานแสงอาทตย สามารถใหประหยดทงเครองท าความ

รอนและความเยนในชวงเวลาทแตกตางกนของป. พลงงานความรอนทมากทสดทไดจากการกกเกบ

พลงงานความรอนแบบชวคราว เพอใชภายหลง Thermal Energy Storage เกดจาก วฏจกรการ

จดเกบพลงงานแบบรายวน แตการกกเกบพลงงานความรอนแบบรายสปดาหและแบบฤดกาลกยง

ถกใชอย การใชพลงงานแสงอาทตยในการกกเกบพลงงานความรอนยงจ าเปนตองมการกกเกบใน

ชวงเวลาตงแตเวลาวฏจกรสนๆ (เชน จดเกบบฟเฟอรเปนนาทส าหรบแผนการใชพลงงานความรอน

จากแสงอาทตย)จนถงการกกเกบของวฏจกรตอป วงจรทถกใชในการกกเกบพลงงานความรอนมาก

ทสดคอวฏจกรแบบชวงสนซงพลงงานจะถกสะสมไวนานสด 1-2 วน

การกกเกบพลงงานความรอนแบบ วฏจกรชวงเวลาสนๆ มขอดหลายอยาง ไดแก

1.ในการกกเกบน การลงทนและการสญเสยพลงงานมกจะต า

2. อปกรณมขนาดเลกกวาท าใหงายตอใหผลผลตนอกสถานท

3. การปรบขนาดของการกกเกบชวงสนส าหรบแตละการใชงานไมส าคญตอการกกเกบพลงงานท

มขนาดใหญในวงจรแบบรายป

อยางไรกตามการกกเกบทมขนาดใหญมการสญเสยความรอนตอหนวยนอยกวาเนองจาก

การทอตราสวนพนผวตอปรมาตรมคาต ากวาความจ าเปนทจะตองมระบบส ารองเพราะสามารถขจด

11

ปญหาไดตงแตชวงเวลาของอากาศทเลวรายมผลเพยงเลกนอยกบความพรอมใชงานพลงงานความ

รอน เชนพนทของตวสะสมลดลงในชวงฤดหนาว และความเมอยลาสะสมจะลดลง ในชวงฤดรอน

นอกจากนระบบกกเกบพลงงานแบบวงจรรายปเปนการออกแบบการจดการพลงงานทด

เพอรกษาระบบในการทความรอนสวนเกนหรอความเยนสวนเกนของโครงสรางทอยตดกนซงจะ

ถกคดรวมเมอตองการหาคาพลงงานหรออณหภม โดยเฉพาะอยางยงเมอระบบตองการออกแบบให

ความประหยดมากอนปจจยอนๆ พลงงานอาจจะแพงระบบการกระจายพลงงานอาจถกตองการ

เจาของผลงาน เจาของกจการและนกลงทน อาจจะตองมการวางแผนรบมอกอน

นกออกแบบระบบพลงงานแสงอาทตยจะตองแสวงหาค าตอบใหกบค าถามพนฐาน

บางอยางเกยวกบการจดเกบพลงงานกอนทจะด าเนนโครงการเชน

ประเภทของการจดเกบขอมลทมอย

ความตองการการจดเกบพลงงานปรมาณมากๆ

วธการรวมของการกกเกบจะมผลตอการท างานของระบบ

ความนาเชอถอและคาใชจาย

ระบบอะไรทใชกกเกบพลงงานหรอออกแบบอย

การกกเกบพลงงานความรอนเปนปจจบนทประหยดทสด คอ เทคโนโลยการจดเกบส าหรบการ

สรางความรอนความเยนและการใชงานเครองปรบอากาศ

ตอไปนจะแสดงใหเหนถงความส าคญของเรองนอยางชดเจน ทมศกยภาพพลงงานแสงอาทตยของ

แคนาดากเปรยบไดกบของยโรปและทางตอนเหนอของประเทศสหรฐอเมรกา ยกตวอยางเชน

พลงงานแสงอาทตยทวโลกประจ าปในชวง 5-2 GJ ∙ m−2 ในเลทบรจ ถง 4-6 GJ ∙ m−2 ในโตรอน

โตถง 40 GJ ∙ m−2 ในเซนตจอหน.พนทสะสม 4-5 m−2เพยงพอเพอจดใหครงหนงของแตละ

ครอบครวในแคนนาดา

ระบบการกกเกบพลงงานความรอนแบบรวมความรอนจากแสงอาทตย การกกเกบพลงงานแบบน า

รอนและอปกรณท าความเยน เพงไดรบความสนใจเมอไมกปมาน มการศกษาวจยเปนจ านวนมาก

12

ใน US , Europe, Scandinavia and Japan ซงเทคนคใหมๆมาจากแนวคดใหมๆและความตองการ

ของมนษยทเพมมากขน

ขอมลทวไปและกระบวนการทเกยงของกบโครงรางของระบบการกกเกบพลงงานความรอน

ตารางท2.2 การจ าลองพลงงานความรอนทเกดขนจากแสงอาทตย

Item System with storage System without storage Heating demand 26,472 KWh 26,472 KWh Auxiliary energy 9,639KWh 22,250 KWh Fraction solar 64% 16%

ระบบกกเกบพลงงานแสงอาทตย

Jansen, 1985 and Hsieh ศกษาเกยวกบคณสมบตทางฟสกสใหมๆของวสดกกเกบความ

รอน, เกณฑในการเลอกใช, และการบรณาการระบบกกเกบพลงงานความรอนดวยโรงงานไฟฟา

พลงงานแสงอาทตย คณสมบตของความรอน เศรษฐกจ และผลกระทบตอสงแวดลอม นอกจากน

ไดศกษาเกยวกบความรอนสมผสของการกกเกบมการน าความรอนในอปกรณและคณสมบตทาง

ความรอนของภาชนะทใชสะสมความรอน, การใชระบบกอนน าแขงขนาดใหญกกเกบพลงงาน

ความรอน การใชน ากกเกบความรอน ระบบบอรบแสง และการประเมนการท างานตามเงอนไข

ผลกระทบ เศรษฐกจ

TES System

ในกระบวนการกกเกบความรอน พบความรอนอย3ชนด คอ ความรอนสมผส ความรอน

แฝง และจากปฏกรยาเคม สอในการกกเกบแบบตางๆถกใชในความรอนแตละประเภท .ความ

หลากหลายของสบเซตของกระบวนการท าใหเกดความแปรปรวนและการพฒนาระบบขนซงสนใจ

เพยงการประยกตกกเกบความรอนในการสรางความรอนความเยน, ประสทธภาพของพลงงานใน

อตสาหกรรม, ประโยชนทจะไดรบและความสามารถในการท างานไดของระบบ

13

Sensible heat

ความรอนสมผส (Sensible Heat) : เปนปรมาณความรอนทท าใหสสารมอณหภมเปลยนแปลงไป

แตสถานะยงคงเดม เชน น ามสถานะเปนของเหลว เมอถกเพมปรมาณความรอนเขาไป ท าใหน านน

มอณหภมสง และสงขนเรอยๆจนถง 100 องศาเซยลเซยส หรอเรยกวา "จดเดอดของน า" ปรมาณ

ความรอนนท าใหน ามอณหภมสงขนจนถงจดเดอด เรยกวา "ความรอนสมผส"

Latent heat storage

ความรอนแฝง (latent heat) คอปรมาณความรอนจ านวนหนงทใหสารหนงๆ (หรอดงออกจากสาร)

แลวท าใหสารนนเปลยนแปลงสถานะภายใตอณหภมคงท ชนดของวสด คอ น า/น าแขง,เกลอไฮ

เดรต และพอลเมอรอนๆ ความหนาแนนของพลงงานส าหรบความรอนแฝงในการกกเกบมคา

มากกวาความรอนสมผสในการกกเกบ ซงเกดจากในอปกรณขนาดเลกกวา แสงมากกวาและการกก

เกบสญเสยต ากวาอยางไรกตามแตการใชความจความรอนแฝงของวสดกกเกบจะแปลผนกบ

ปรมาตรกกเกบทเลกกวา การกกเกบทอณหภมคอนขางคงท ตวสะสมสามารถใหประสทธภาพมาก

สดและความรอนสญเสยมคานอยสด ประโยชนส าคญของความรอนแฝงกกเกบใน PCM คอมนให

พลงงานสง

ความรอนจากปฏกรยาเคม คอ พลงงานความรอนของสารเชอเพลง ขณะสารเชอเพลงเผาไหมจะ

ปลดปลอยพลงงานความรอนออกมา

ตารางทสอง แสดงความสามารถของตวกลางทใชกกเกบพลงงานความรอน โดยทวไปซงพบวา

ความรอนสมผสพบไดทงในการกกเกบในชวงเวลาสนๆและแบบรายปและความรอนแฝงพบแคใน

การกกเกบพลงงานในชวงสนๆเทานน

14

ตารางท2.3 Available media for TES

Category Storage Duration Storage Technology Sensible

Short term -rock bins -earth beds -water tank

Annual -solar ponds -large tanks -earth -rock beds aquifers

Latent Short term -salt hydrates Organic materials

Chemical -chemical heat -pump

PCM ในอดมคตควรมเปนไปตามเงอนไขดงน

1.มอณหภมในการเปลยนเฟสทเหมาะสม

2.ความรอนแฝงมคาสง

3.คาใชจายต า

4.พรอมส าหรบใชงาน

5.ไมเปนพษและไมตดไฟ

6.มรปแบบการเปลยนแปลงคณสมบตเหมอนกน(ไมมการระบายความรอนยอยหรอการแยกตวกน)

7.มอายนานโดยการเปลยนเฟสซ าไปซ ามา

วสดสองชนดพนฐานทใชส าหรบเปลยนเฟสสนๆ คอ สารประกอบอนทรยและเกลอไฮ

เดรต ตวอยางทดของสารประกอบอนทรยคอ พาราฟน มนเหมอนกบอนทรยวตถอนคอมขอจ ากด

15

บางประการ เชน ตดไฟได, การน าความรอนต าและมการเปลยนแปลงปรมาตรในระหวางเปลยน

สถานะ(สาเหตจาก การแยกตวจากผนงภาชนะ)นนท าใหวสดมนมความแตกตางกนทงการรบความ

รอนเขาและออก

ในงานPCM จะสนใจเกลอไฮเดรต ในตารางท3 เปนพนฐานของความจความรอนสะสมใน

1GJ ทอณหภมมากวา 30K ส าหรบวสด ขอดของทงมวลและปรมาตรในโซเดยมซลเฟตมากกวาใน

หนหรอน าอยางเหนไดชด(Anon.,1988)

นาเสยดายทเกลอนตองเผชญกบอปสรรคมากมายทเพมขนจากการเปลยนแปลงพฤตกรรม

ของมน มนถกพจารณาวาไมเหมาะสมกบการน ามาเปนวสด เพราะมนสามารถหลอมเหลวเมอใดก

ได สองขนตอนมความแตกตางเนองจากเกลอละลายในน าและสวนเกนของการละลายกตกตะกอน

(มการแยกตวเกดขน)

16

บทท3

การออกแบบทางกล ไฟฟา คอมพวเตอร ทเกยวของกบโครงงาน

การออกแบบทางกล

1.การค านวณ

1.1 หามวลของพาราฟน

1.1.1 ทรางรบแสงอาทตย

เมออณหภมของน าขาเขาคอ 25 องศาเซลเซยส และตองการอณหภมของน าทขา

ออก 100 องศาเซลเซยส เมอใชน า 1 กโลกรม จะไดปรมาณความรอนดงน

Q1 = mcp∆T

Q1 = (1kg) × (4.187kJ

kg) × (100 − 25 °c)

Q1 = 314.025 kJ

17

1.1.2 ทถงบรรจพาราฟน

ใหปรมาณความรอนทถงพาราฟนมคาเทากบปรมาณความรอนทไดจากรางรบ

แสงอาทตย (ไมคดปรมาณความรอนสญเสย) โดยมสมการในการค านวณหาคาความรอนท

ถงบรรจพาราฟนดงน

Q2 = m cp Tm − T1 + m ∆hm + m cp Tf − Tm

โดยพาราฟนทเลอกใช ผจ าหนายไดก าหนดคณสมบตของพาราฟนไวดงน

จดเดอด 58-60 °c

ความหนาแนน 0.9 cm3

ความรอนในการหลอมละลาย 200-220 J

g

ความจความรอน 2.9 J

g∙K

ดงนนจะได

Q2 = m 2.9j

g ∙ k 60 − 25 °c + m 220

J

g + m 2.9

j

g ∙ k 100 − 60 °c

314.025 × 1000 J = m 321.5 + 116 J

g

314.025 × 1000 J = m × 437.5 J

g

m = 717.7714 g

ดงนนตองใชพาราฟน 0.71777 กโลกรม ตอ น า 1 กโลกรม

18

1.2 หาปรมาตรของถงบรรจพาราฟน

V =m

ρ

V =717.7714 g

0.9 g

cm3

V = 797.5238 cm3

ปรมาตร 800 ลกบาศกเซนตเมตร

คาเผอการออกแบบ 15 %

จะได = 800 + 800 × 0.15

= 920 cm3

1.3 หาปรมาตรถงนอก (ถงทางเดนน า)

V =m

ρ

V =1 kg

1000 kgm3

V = 0.001 m3

V = 1000 cm3

1.4 หาความกวางของถงดานใน

V = a2 × L

ก าหนดความสง 1 ft ≈ 30.5 cm

920 cm3 = a2 × 30.5 cm

a2 = 30.16393 cm2

a = 5.49217 ≈ 5.5 cm

จะไดถงดานในเปนถงรปทรงสเหลยมจตรส ทมความกวางดานละ 5.5 cm

19

1.5 หาความกวางถงรวม

Vถงพาราฟน + Vถงน า = a + b 2 × L

1000 + 920 cm3 = 5.5 + b 2 cm2 × 30.5 cm

1920

30.5 cm2 = 5.5 + b 2cm2

7.934155 cm = b + 5.5 cm

b = 7.934155 − 5.5 cm

b = 1.377503 ≈ 1.4 cm

ดงนนถงจะมความกวางรวมเทากบ a + b = 5.5 + 1.4 cm = 6.9 cm

รปท1 รปจากการออกแบบ

20

รปท2 รปภาพแสดงลกษณะของถงทออกแบบ ซายขางในถงกกเกบ ขวาลกษณะภายนอก

ถงกกเกบ

21

บทท 4

อปกรณและวธการทดลอง

อปกรณ

1. วสดกกเกบความรอน พาราฟน 1 กโลกรม

ภาพท3 การชงมวลพาราฟน

2. สารท างาน น า 1 กโลกรม

22

3. รางรบแสงอาทตย

ท าจากสแตนเลสมระยะโฟกส 30 เซนตเมตร แผนรบแสง1แผนมขนาด กวาง 81

เซนตเมตร ยาว 122 เซนตเมตร มพนทรบแสงรวม 19764 ตารางเซนตเมตร

ภาพท4 รางรบแสงอาทตย

4. กระดาษฟอยลบใยแกว

ภาพท5 มวนกระดาษฟอยดบใยแกว

23

5. ทอทองแดง ขนาด 1

2 นว ยาว 4 เมตร

ภาพท6 ทอทองแดง

6. วาลวน าแรงดน600 PSI 1 ชน

ภาพท7 วาลวน าแรงดน 600 PSI

7. หวแฟร 4 ตว

ภาพท8 หวแฟร

24

8. ปมน า

ภาพท9 ปมน าส าหรบตปลา

9. แผนแสตนเลสขนาด1×1เมตร

ภาพท 10 แผนแสตนเลส

25

10. เทอรโมคปเปล type k 3 ชด

ภาพท11 เทอรโมคปเปล type k

11. มลตมเตอร

ภาพท 12 การวดอณหภมดวยเทอรโมคปเปลรวมกบมลตมเตอร

12.สายยาง

26

งบประมาณ

ตารางท 4.1 รายการวสดอปกรณ

ล าดบ อปกรณ จ านวน ราคาตอหนวย ราคารวม 1 แผนสแตนเลส 1 720 720 2 ทอทองแดง 4 60 240 3 วาลวทองเหลองแรงดน600PSI 2 300 600 4 ปมน า 1 280 280 5 พาราฟน 1 85 85 6 หวแฟร 4 55.0 220 7. เทปพนเกยว 4 20 80 8. ตวลอคสายยาง 2 32 32

รวม 2,257

27

วธการ

ถงบรรจวสดกกเกบความรอนทสรางขนมลกษณะดงรปภาพท

ภาพท 13 แสดงถงบรรจวสดกกเกบความรอน

ชดการทดลองการกกเกบความรอนจากรางรบแสงอาทตยจะมลกษณะดงภาพท 14

28

ภาพท 14 แสดงการประกอบอปกรณตางๆเขาดวยกนเพอเตรยมการทดลอง

จากภาพจะเหนวาการไหลของสารท างาน (ในทนคอน า) ไหลวนหมนเวยน โดยไหลผาน

ถงชนนอกเพอถายเทความรอนแกพาราฟน จากนนไหลออกเพอวนกลบไปทรางรบแสงอาทตย

ใหม สวนวสดกกเกบความรอน (ในทนคอพาราฟน) ถกบรรจอยในถงชนใน

จะแบงการทดลองออกเปน 2 การทดลอง

1.การศกษาระยะเวลาในการกกเกบทมผลตอปรมาณความรอนทได

2.การศกษาอตราการไหลของสารท างานทมผลตอปรมาณความรอนทได

29

การเตรยมการทดสอบ

ภาพท 15 การปรบวาลวเพอทดสอบอตราการไหล

ภาพท 16 ตดตงปมเขาสระบบ

30

การตดตงอปกรณ ดงภาพท แสดงการประกอบอปกรณตางๆเขาดวยกนเพอเตรยมการ

ทดลอง ใสน า 1 กโลกรม แลวทดลองเปดปม เพอปรบอตราการไหลใหไดตามตองการ บนทกคา

อณหภมพาราฟนกอนการทดลองโดยใชมลตมเตอร

การทดสอบ

1.การศกษาระยะเวลาในการกกเกบทมผลตอปรมาณความรอนทได

1.1 วตถประสงค เพอศกษาหาระยะเวลาทมผลตอปรมาณความรอนทได โดย

เปรยบเทยบระยะเวลาททดลอง 3 ระยะเวลาไดแก 11.00-12.00 น. , 13.00 น-14.00 น. และ 15.00–

16.00 น. เพอหาระยะเวลาทเหมาะทสดในการกกเกบความรอน

1.2 วธการทดลอง

1.2.1 ตดตงถงกกเกบพลงงานความรอน ปม วาลวปรบอตราการไหล และทอ

ทองแดงเขากบรางรบแสงอาทตย

1.2.2 ท าการหมฉนวนถงกกเกบความรอนและทอทองแดงดวยกระดาษฟอยดหอ

ใยแกว

1.2.3 ปรบอตราการไหลไปท 0.0031 กโลกรมตอวนาท

1.2.4 เรมทดลองทเวลา 11.00 น. โดยเปดปมทตดตงไวเปนเวลา 1 ชวโมง บนทก

อณหภมเรมตนการทดลองโดยอานอานจากเทอรโมมเตอร

1.2.5 บนทกคาอณหภมทกๆ 20 นาท โดยอานคาจากมลตมเตอร จนครบ 1

ชวโมง

1.2.6 ทดลองซ าโดยเปลยนเวลาเรมทดลองเปน 12.00-13.00 น.

1.2.7 ทดลองซ าโดยเปลยนเวลาเรมทดลองเปน 13.00-14.00 น.

1.2.8 ทดลองซ าโดยเปลยนเวลาเรมทดลองเปน 15.00-16.00 น.

1.2.9 ท าการทดลองซ าทงหมด 3 รอบ เปนเวลา 3 วน

31

2.การศกษาอตราการไหลของสารท างานทมผลตอปรมาณความรอนทได

2.1 วตถประสงค เพอศกษาอตราการไหลของสารท างานทมผลตอปรมาณความ

รอนทได โดยเปรยบเทยบอตราการไหลของสารท างาน 3 คา ไดแก 0.0031 กโลกรมตอวนาท ,

0.02 กโลกรมตอวนาท , 0.03 กโลกรมตอวนาท

2.2 วธการทดลอง

2.2.1 ตดตงถงกกเกบพลงงานความรอน ปม วาลวปรบอตราการไหล

และทอทองแดงเขากบรางรบแสงอาทตย

2.2.2 ท าการหมฉนวนถงกกเกบความรอนและทอทองแดงดวยกระดาษ

ฟอยดหอใยแกว

2.2.3 ปรบอตราการไหลไปท 0.0031 กโลกรมตอวนาท

2.2.4 เรมทดลองทเวลา 13.00 น. โดยใชเวลาทดลอง 1ชวโมง เปดปมท

ตดตงไว บนทกอณหภมเรมตนการทดลองโดยอานจากเทอรโมมเตอร

2.2.5 บนทกคาอณหภมทกๆ 20 นาท โดยอานคาจากเทอรโมมเตอร จน

ครบ1 ชวโมง

2.2.6 ทดลองซ าขอ 1-5 โดยใชคนละวนในการทดลองและเปลยนอตรา

การไหลเปน 0.02 กโลกรมตอวนาท

2.2.7 ทดลองซ าขอ 1-5โดยใชคนละวนในการทดลองและเปลยนเปลยน

อตราการไหลเปน 0.03 กโลกรมตอวนาท

2.2.8 ทดลองซ าขอ 1-7 อก 2 รอบ รวมทงหมดเปน 9 วน

32

บทท5

การทดลองและผลการทดลอง

การทดลองท 1 การศกษาระยะเวลาในการกกเกบทมผลตอปรมาณความรอนทได

ตารางท 5.1 แสดงผลการวดอณหภมของพาราฟนโดยเฉลยจากการทดลอง 3 ครง

หมายเหต: วดอณหภม 3 จด T1 คออณหภมทต าแหนงกงกลางพาราฟน T2 คออณหภมทต าแหนง

ขาเขาของการไหลของน าทถงชนนอก T3 คออณหภมทต าแหนงขาออกของการไหลของน าทถง

ชนนอก โดย T1 , T2 และ T3 วดทระดบความลกเทากนคอ 8 เซนตเมตร โดยวดทกๆ 20 นาท จน

ครบ 1 ชวโมง

จากผลการทดลองเฉลยจากการทดลอง 3 ครง จะเรมทดลองดวยอณหภมเรมตนใกลเคยง

กนคอ 30-32 องศาเซลเซยส โดยในชวงเวลา 11.00 -12.00 น. บรเวณกงกลางพาราฟนมอณหภม

11.00 – 12.00 น. 13.00 – 14.00 น. 15.00 – 16.00 น.

เวลา

(นาท)

T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3

0 40.30 30.93 30.02 30.83 41.50 31.60 31.80 31.83 41.33 31.53 32.00 32.00

20 48.93 35.17 37.97 37.07 59.60 38.83 47.90 47.13 48.77 34.50 37.43 37.17

40 49.77 36.10 38.80 38.30 60.10 39.57 48.90 48.80 49.60 35.13 38.50 38.03

60 50.30 37.00 39.57 39.00 60.57 41.00 49.90 49.60 50.27 36.07 39.90 39.13

33

สงสด 37.00 องศาเซลเซยส บรเวณฝงขาเขาของการไหลของน ามอณหภมสงสด 39.57 องศา

เซลเซยส บรเวณฝงขาออกของการไหลของน ามอณหภมสงสด 39.00 องศาเซลเซยส ในชวงเวลา

13.00 –14.00 น. บรเวณกงกลางพาราฟนมอณหภมสงสด 41.00 องศาเซลเซยส บรเวณฝงขาเขาของ

การไหลของน ามอณหภมสงสด 49.90 องศาเซลเซยส บรเวณฝงขาออกของการไหลของน าม

อณหภมสงสด 49.60 องศาเซลเซยส ในชวงเวลา 15.00 –16.00 น. บรเวณกงกลางพาราฟนม

อณหภมสงสด 36.07 องศาเซลเซยส บรเวณฝงขาเขาของการไหลของน ามอณหภมสงสด 39.90

องศาเซลเซยส บรเวณฝงขาออกของการไหลของน ามอณหภมสงสด 39.13 องศาเซลเซยส โดย

อณหภมจะเพมสงขนอยางรวดเรวในชวง 20 นาทแรก

การทดลองท 2 การศกษาอตราการไหลของน าหมนเวยนในระบบกกเกบทมผลตอปรมาณความ

รอนทไดรบ

ตารางท 5.2 แสดงผลการวดอณหภมของพาราฟนโดยเฉลยจากการทดลอง 3 ครง(ทดลองวนละ1

อตราการไหล วนละ1ครง)

อตราการไหล (kg/s)

จดวดอณหภม

เวลาทบนทกขอมลการทดลอง 1 ชม.(นาท) 0 20 40 60

0.0031 kg/s T0 41.90 48.50 49.50 50.63 T1 32.97 36.40 38.37 40.13 T2 33.30 37.27 39.27 40.80 T3 33.50 37.07 38.77 40.23

0.02 kg/s

T0 41.60 47.80 48.50 49.07 T1 33.03 36.43 37.17 38.50 T2 32.87 36.73 37.70 38.80 T3 31.13 35.97 37.13 38.60

0.03 kg/s

T0 42.20 46.43 47.03 47.90 T1 33.17 35.10 36.97 37.27 T2 32.80 35.57 36.17 36.73 T3 32.80 35.37 36.33 36.87

34

หมายเหต: วดอณหภม 3 จด T1 คออณหภมทต าแหนงกงกลางพาราฟน T2 คออณหภมทต าแหนง

ขาเขาของการไหลของน าทถงชนนอก T3 คออณหภมทต าแหนงขาออกของการไหลของน าทถง

ชนนอก โดย T1 , T2 และ T3 วดทระดบความลกเทากนคอ 8 เซนตเมตร โดยวดทกๆ 20 นาท จน

ครบ 1 ชวโมง

จากการทดลองอณหภมเรมตน ณ เวลา13.00 น. ของทกการไหลมคาใกลเคยงกนคออย

ในชวง 32°c - 33.5 องศาเซลเซยส ส าหรบอณหภมเฉลยทอตราการไหล

0.0031 กโลกรมตอวนาท ความแตกตางของอณหภมระหวางเวลา13.00 น. – 13.20 น. = 3.6555°c

,13.20 น. – 13.40 น. = 1.8889°c ,13.40 น. – 14.00 น. = 1.5889°c

0.02 กโลกรมตอวนาท ความแตกตางของอณหภมระหวางเวลา13.00 น. – 13.20 น. = 4.0334°c,

13.20 น. – 13.40 น. = 0.9555°c, 13.40 น. – 14.00 น. = 1.3000°c

0.03 กโลกรมตอวนาท ความแตกตางของอณหภมระหวางเวลา13.00 น. – 13.20 น. =2.4223°c ,

13.20 น. – 13.40 น. = 1.1444°c , 13.40 น. – 14.000น. = 0.4667°c

และอณหภมทสะสมไดภายใน 1 ชวโมง คอ

0.0031 กโลกรมตอวนาท = 40.3889 องศาเซลเซยส

0.02 กโลกรมตอวนาท = 38.6333 องศาเซลเซยส

0.03 กโลกรมตอวนาท = 36.9556 องศาเซลเซยส

ซงจะเหนวาท อตราการไหล 0.0031 กโลกรมตอวนาท สะสมไดมากกวาท อตราการไหล 0.02 =

1.4222 องศาเซลเซยส และทอตราการไหล 0.02 กโลกรมตอวนาท สะสมไดมากกวาท อตราการ

ไหล 0.03 กโลกรมตอวนาท = 1.6777 องศาเซลเซยส

35

กราฟแสดงผลการทดลองท1

ภาพท 17 กราฟแสดงผลการทดลองท1โดยเปรยบเทยบอณหภมของแตละชวงเวลา

กราฟเปรยบเทยบอณหภมของแตละชวงเวลา

ภาพท 18 กราฟแสดงผลการทดลองท2 โดยเปรยบเทยบอณหภมเฉลยของจดวดแตละอตราการไหล

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60

อณหภ

ม(°c

)

กราฟเปรยบเทยบอณหภมทอตราการไหลทแตกตางกน

อตราการไหล 0.0031 kg/s

อตราการไหล0.02 kg/s

อตราการไหล0.03 kg/s

อณหภมผวทอเฉลย

(นาท)

36

บทท 6

สรปผลการทดลองและขอเสนอแนะ

6.1 สรปผลการทดลอง

จากการทดลองท 1 การศกษาระยะเวลาในการกกเกบทมผลตอปรมาณความรอนทได จะ

เหนไดวาชวงระยะเวลาทเหมาะสมทสดในการกกเกบพลงงานจากรางรบแสงอาทตยคอชวง 13.00 -

14.00 น. อณหภมทไดจากทงสามจด สงกวาอกสองชวงเวลาทท าการทดลอง โดยไดอณหภม

บรเวณกงกลางพาราฟน 41.00 องศาเซลเซยส บรเวณทางเขาของการไหลของน า 49.90 องศา

เซลเซยส บรเวณทางออกของการไหลของน า 49.60 องศาเซลเซยส โดยในชวงเวลา 11.00 -12.00

น. และ 15.00 -16.00 น. ไดผลใกลเคยงกน โดยทดลองทอณหภมใกลเคยงกน และหากเปรยบเทยบ

ทต าแหนงตางๆ จะพบวา ทบรเวณกงกลางพาราฟนมอณหภมนอยทสด ทบรเวณขาเขาของการไหล

ของน าอณหภมสงทสด เนองมาจากน าอณหภมสงทรบความรอนจากรางรบแสงอาทตย จะไหลเขา

มาทฝงขาเขา กอนจะแลกเปลยนความรอนใหแกพาราฟนและไหลออกทฝงขาออก โดยอณหภมจะ

เพมสงขนอยางรวดเรวในชวง 20 นาทแรก และคอยๆเพมสงขนเรอยๆ

จากการทดลองท 2 การศกษาอตราการไหลของน าหมนเวยนในในระบบกกเกบทมผลตอ

ปรมาณความรอนทไดรบ พบวาความตางของอณหภมเฉลยทเวลา 13.00น. - 14.00น. เมอ

เปรยบเทยบกนในแตละอตราการไหล พบวาทเวลาเรมตนอณหภมเรมตนมคาใกลเคยงกนคอจะอย

ในชวง 32 - 33.5 องศาเซลเซยส แตเมอเวลาผานไปปรมาณอณหภมในแตละอตราการไหลกเพม

สงขน โดยอตราการไหลทเวลา 14.00 น. อตราการไหล0.0031 กโลกรมตอวนาท ใหอณหภมเฉลย

สงทสด 0.02 กโลกรมตอวนาท ใหอณหภมเฉลยสงรองลงมาและ 0.03 กโลกรมตอวนาท ให

อณหภมเฉลยต าทสด และจะเหนวา ความแตกตางของอณหภม ของเวลาเรมการทดลองกบท

ทดลองไปแลว 20 นาทแรก มคาอณหภม ตางกน ซงอาจจะเนองมาจากอณหภมกอนเขากบอณหภม

ในถงกกเกบพลงงานความรอนมคาตางกนมาก จงเกดการแลกเปลยนความรอนมากตามไปดวย นน

37

ยอมสมพนธกบความตางของอณหภมทเวลาอนๆดวย โดยความตางของอณหภมทเวลา13.00 -

13.20 น. มความตางอณหภม มากกวาความตางของอณหภมทเวลา13.20 – 13.40 น.และความตาง

ของอณหภมทเวลา13.20 - 13.40 น. มความตางมากกวาความตางของอณหภมทเวลา13.40 - 14.00

น.

6.2 ขอเสนอแนะ

1.ปรบองศาของรางรบแสงอาทตยทกๆ 20 นาท (ทกครงทวดอณหภม) เพอใหรางรบ

แสงอาทตยไดอยางเตมท

2.เนองจากทดลองในชวงทอากาศแปรปรวน จงควรทดลองซ าแลวหาคาเฉลย (ในทน

ทดลอง 3 ครง)

3.การขาดประสบการณในการท างาน อาจจะท าใหท างานไดลาชา

4.ปญหาดานปจจยภายนอกทเขามารบกวน เชน เกดฝนตก หรอเมฆบงดวงอาทตยถามเวลา

ควรเลอกวนทสภาพอากาศใกลเคยงกนกวาน

5.การรวไหลของน า (ปรมาณเลกนอย) และการสญเสยของความรอน อาจสงผลตอผลการ

ทดลอง (ในการทดลองมการหมฉนวนฟอยลใยแกว)

38

เอกสารอางอง

1. S.M.Hasnain. Review on on sustainable thermal energy storage technologies, Part I: heat

storage materials and techniques. Saudi Arabia ; 1997

2. Dincer, Dost. A perspective on thermal energy storage systems for solar energy application.

Canada : Department of Mechanical Engineering University of Victoria ; 1996

3. สวรรณ หอมหวน. การออกแบบเครองจกรกล 2. มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขต

ก าแพงแสน ; 2551

4. วกพเดย สารานกรมเสร. 2560. Enthalpy of fusion. แหลงทมา:

https://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy_of_fusion, 3 มกราคม 2560

5. NEWTON. 1991. Heat of Fusion for Paraffin. แหลงทมา: https://stab-iitb.org/newton-

mirror/askasci/chem03/chem03408.htm, 5 มกราคม 2560

6. ดร.ประกอบ สรวฒนาวรรณ, ธรภทร หลมบญเรอง. Mathematical Modeling and the Design of

Solar Parabolic Trough. กรงเทพฯ : คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

39

ภาคผนวก ก

ผลการทดลอง

40

ผลการทดลองท 1 การศกษาระยะเวลาในการกกเกบทมผลตอปรมาณความรอนทได

ตารางท 7.7 แสดงผลการวดอณหภมของพาราฟน

วนท 6 พฤษภาคม 2560

11.00 – 12.00 น. 13.00 – 14.00 น. 15.00 – 16.00 น.

เวลา

(นาท)

T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3

0 39.5 30.1 30.4 31.1 40.2 30.8 31.6 31.2 40.9 31.2 32.1 32.3

20 49.1 35.4 38.3 37.7 59.4 39.4 47.9 46.6 49.2 34.8 37.9 37.2

40 49.8 36.8 39.7 38.2 59.9 40.1 48.7 49.2 49.7 35.7 38.8 38.5

60 50.1 37.2 40.1 39.2 60.2 42.0 50.2 49.9 49.9 36.1 39.2 38.9

41

วนท 7 พฤษภาคม 2560

11.00 – 12.00 น. 13.00 – 14.00 น. 15.00 – 16.00 น.

เวลา

(นาท)

T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3

0 41.3 31.2 30.0 30.3 42.0 31.0 32.1 32.2 41.4 31.3 32.5 31.9

20 47.6 34.4 35.8 35.2 59.2 37.4 46.0 45.6 47.8 33.8 35.9 35.4

40 48.2 35.3 36.7 37.2 59.7 38.2 47.9 47.3 48.3 34.5 36.6 36.1

60 49.1 36.0 38.1 37.9 60.1 39.3 48.1 48.2 49.0 35.2 38.2 37.5

42

วนท 8 พฤษภาคม 2560

เมอ T0 คออณหภมทผวของทอทองแดง T1 คออณหภมทต าแหนงกงกลางพาราฟน T2 คอ

อณหภมทต าแหนงขาเขาของการไหลของน าทถงชนนอก T3 คออณหภมทต าแหนงขาออกของการ

ไหลของน าทถงชนนอก โดย T1 , T2 และ T3 วดทระดบความลกเทากนคอ 8 เซนตเมตร โดยวด

ทกๆ 20 นาท จนครบ 1 ชวโมง

11.00 – 12.00 น. 13.00 – 14.00 น. 15.00 – 16.00 น.

เวลา

(นาท)

T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3

0 40.1 31.5 30.2 31.1 42.3 33.0 31.7 32.1 41.7 32.1 31.4 31.8

20 50.1 35.7 39.8 38.3 60.2 39.7 49.8 49.2 49.3 34.9 38.5 38.9

40 51.3 36.2 40.0 39.5 60.7 40.4 50.1 49.9 50.8 35.2 40.1 39.5

60 51.7 37.8 40.5 39.9 61.4 41.7 51.4 50.7 51.9 36.9 42.3 41.0

43

ผลการทดลองท 2 การศกษาอตราการไหลของน าหมนเวยนในในระบบกกเกบทมผลตอปรมาณ

ความรอนทไดรบ

ตารางท 7.2 แสดงขอมลดบผลการวดอณหภมของพาราฟน

ทอตราการไหล 0.0031 กโลกรมตอวนาท

วนททดลอง จดวดอณหภม

เวลาทบนทกขอมลการทดลอง 1 ชม.(นาท) 0 20 40 60

วนท 9

พฤษภาคม 2560

T0 40.8 48.1 48.9 49.3 T1 32.6 34.1 35.4 35.8 T2 33.7 36.9 37.9 37.1 T3 33.8 35.5 36.3 36.4

วนท 10 พฤษภาคม

2560

T0 42.1 49.9 50.2 50.7 T1 33.6 39.5 39.4 41.2 T2 32.8 38.7 39.6 42.2 T3 32.7 39.9 39.6 41.6

วนท 11 พฤษภาคม

2560

T0 42.8 47.5 49.4 51.9 T1 33.7 35.6 40.3 43.4 T2 33.4 36.2 40.3 43.1 T3 34.0 35.8 40.4 42.7

44

ทอตราการไหล 0.02 กโลกรมตอวนาท

วนททดลอง จดวดอณหภม

เวลาทบนทกขอมลการทดลอง 1 ชม.(นาท) 0 20 40 60

วนท 12 พฤษภาคม

2560

T0 40.9 47.5 48.1 48.9 T1 32.9 36.9 37.4 38.5 T2 32.8 36.6 37.6 39.1 T3 33.6 36.1 37.0 38.5

วนท 13 พฤษภาคม

2560

T0 41.8 47.7 48.5 49.1 T1 33.4 35.9 36.7 38.4 T2 32.6 36.8 37.2 38.3 T3 32.9 35.6 36.6 38.7

วนท 14 พฤษภาคม

2560

T0 42.1 48.2 48.9 49.2 T1 32.8 36.6 37.4 38.6 T2 33.2 36.8 38.3 39.0 T3 32.9 36.2 37.8 38.6

45

ทอตราการไหล 0.03 กโลกรมตอวนาท

อตราการไหล(kg/s)

จดวดอณหภม

เวลาทบนทกขอมลการทดลอง 1 ชม.(นาท) 0 20 40 60

วนท 17 พฤษภาคม

2560

T0 42.2 47.1 47.8 48.3 T1 34.0 35.4 37.3 37.5 T2 33.7 36.3 36.2 36.3 T3 33.9 36.7 36.7 37.1

วนท 18 พฤษภาคม

2560

T0 42.5 46.5 47.1 47.9 T1 32.4 34.7 36.8 37.1 T2 32.0 35.6 36.6 37.5 T3 32.0 34.6 36.4 36.8

วนท 19 พฤษภาคม

2560

T0 41.9 45.7 46.2 47.5 T1 33.1 35.2 36.8 37.2 T2 32.7 34.8 35.7 36.4 T3 32.5 34.8 35.9 36.7

46

กราฟแสดงผลการทดลอง

ภาพท 19 กราฟผลการทดลองท1เปรยบเทยบ ณ เวลา 11.00น.-12.00น.

11.00น.-12.00น.

ภาพท 20 กราฟผลการทดลองท1เปรยบเทยบ ณ เวลา 13.00น.-14.00น.

13.00น.-14.00น.

47

ภาพท 21 กราฟผลการทดลองท1เปรยบเทยบ ณ เวลา 15.00น.-16.00น.

ภาพท 22 กราฟแสดงผลการทดลองท1โดยเปรยบเทยบอณหภมของแตละชวงเวลา

กราฟเปรยบเทยบอณหภมในแตละชวงเวลา

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 20 40 60

อณหภม(°

c)

15.00น.-16.00น.

T1

T2

T3

48

ภาพท 23 กราฟแสดงผลการทดลองท2 โดยเปรยบเทยบอณหภมของจดวด ณ อตราการไหล

0.0031 กโลกรมตอวนาท

ภาพท 24 กราฟแสดงผลการทดลองท2 โดยเปรยบเทยบอณหภมของจดวด ณ อตราการไหล 0.02

กโลกรมตอวนาท

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60

อณหภ

ม(°c

)

กราฟทอตราการไหล 0.0031 kg/s

T1

T2

T3

อณหภมผวทอเฉลย

(นาท)

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60

อณหภ

ม(°c

)

กราฟทอตราการไหล 0.02 kg/s

T1

T2

T3

อณหภมทผวทอ

(นาท)

49

ภาพท 25 กราฟแสดงผลการทดลองท2 โดยเปรยบเทยบอณหภมของจดวด ณ อตราการไหล 0.03

กโลกรมตอวนาท

ภาพท 26 กราฟแสดงผลการทดลองท2 โดยเปรยบเทยบอณหภมเฉลยของจดวดแตละอตราการไหล

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60

อณหภ

ม(°c

)

กราฟทอตราการไหล0.03 kg/s

T1

T2

T3

อณหภมผวทอเฉลย

(นาท)

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60

อณหภ

ม(°c

)

กราฟเปรยบเทยบอณหภมทอตราการไหลทแตกตางกน

อตราการไหล 0.0031 kg/s

อตราการไหล0.02 kg/s

อตราการไหล0.03 kg/s

อณหภมผวทอเฉลย

(นาท)

50

ภาคผนวก ข

แบบอปกรณทดสอบ

51

ภาพท 27 แสดงแบบรางของถงบรรจพาราฟน

52

ภาพท 28 แสดงแบบรางของถงบรรจพาราฟน

53

ภาพท 29 แสดงแบบรางของฝาถงบรรจพาราฟน

54

ภาคผนวก ค

การค านวณคาความรอนจรง

55

การค านวณคาความรอนทไดจรงจากการทดลอง (ไมคดปรมาณความรอนสญเสย)

โดยมสมการในการค านวณหาคาความรอนทถงบรรจพาราฟนดงน

Q2 = m cp Tm − T1 + m ∆hm + m cp Tf − Tm

แทนคาจรงทไดจากการทดลอง

การทดลองท 1 การหาเวลาทเหมาะสมตอการกกเกบความรอนจากรางรบแสงอาทตย

ทต าแหนง T1 (กงกลางพาราฟน)

Q2 = 717.77 g 2.9j

g ∙ k 41 − 31.6°c

Q2 = 19566.41 J

ทต าแหนง T2 (ขาเขาของการไหลของน า)

Q2 = 717.77 g 2.9j

g ∙ k 49.9 − 31.8°c

Q2 = 37675.75 J

ทต าแหนง T3 (ขาออกของการไหลของน า)

Q2 = 717.77 g 2.9j

g ∙ k 49.6 − 31.83°c

Q2 = 36988.84 J

56

การทดลองท 2 การหาอตราการไหลทเหมาะสมตอการกกเกบความรอนจากรางรบแสงอาทตย

ทต าแหนง T1 (กงกลางพาราฟน)

Q2 = 717.77 g 2.9j

g ∙ k 40.13 − 32.97°c

Q2 = 14903.78 J

ทต าแหนง T2 (ขาเขาของการไหลของน า)

Q2 = 717.77 g 2.9j

g ∙ k 40.8 − 33.3°c

Q2 = 15611.50 J

ทต าแหนง T3 (ขาออกของการไหลของน า)

Q2 = 717.77 g 2.9j

g ∙ k 40.23 − 33.5°c

Q2 = 14008.72 J

จากการค านวณเพอการออกแบบในบทท 3 คาดวาจะไดปรมาณความรอนทงสน 314025 J

ในการทดลองท 1 จะเหนไดวามคาใกลเคยงจากทคาดการณไวในบางต าแหนง คอ T2 และ T3 สวน

ในบรเวณ T1 มคานอยกวาคอนขางมาก

ในการทดลองท 2 จะเหนไดวาคาความรอนทไดมคานอยกวาทคาดไวคอนขางมากทง 3 ต าแหนง

เพราะอณหภมทไดนอยกวาทคาดไวคอนขางมาก