Tận dụng nhiệt thừa khi đun bếp làm bình nóng lạnh theo nguyên tắc đối lưu

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH LÀO CAI TRƯỜNG THPT SỐ 4 VĂN BÀN TÊN ĐỀ TÀI “TẬN DỤNG NHIỆT THỪA KHI NẤU ĂN LÀM BÌNH NÓNG LẠNHTHEO NGUYÊN TẮC ĐỐI LƯU” Lĩnh vực: Năng lượng Nhóm nghiên cứu: Trưởng nhóm: Đỗ Việt Đức - 10A1 Thành viên: Hoàng Thị Minh Nguyệt - 10A1 Phạm Nguyễn Lan Anh– 12A1 Đơn vị: Trường THPT số 4 Văn Bàn Năm học: 2013 - 2014 Giáo viên hướng dẫn: Vũ Xuân Quế - GV Vật lí - TTCM Văn Bàn, tháng 12 năm 2013 1

2. MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài 4 II. Ý nghĩa thực tiến của đề tài 6 III. Mục tiêu nghiên cứu 6 IV. Đối tượng nghiên cứu 6 V. Phương pháp, nội dung, thời giannghiên cứu 6 VI. Điểm mới của đề tài 7 PHẦN HAI. NỘI DUNG A. CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. Lý thuyết nhiệt thừa 9 II. Nguyên tắc đối lưu, truyền nhiệt 10 III. Lý thuyết nhiệt học 10 B. KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM CÁC Ý TƯỞNG, BÀN LUẬN I. Thí nghiệm 1. Với bình nước bao quanh 11 1. Mô tả 11 2. Mục đích 11 3. Một số hình ảnh thử nghiệm 11 4. Kết quả 14 5. Bàn luận 14 II. Thí nghiệm 2. Làm bình nóng lạnh theo nguyên tắc đối lưu 15 1. Mô tả 15 2. Đo đạc, bàn luận 19 PHẦN III. KẾT LUẬN I. Một số kết luận 24 II. Kiến nghị 24 Tài liệu tham khảo 26 2

3. LỜI CẢM ƠN! Đầu tiên, nhóm tác giả dự án “TẬN DỤNG NHIỆT THỪA KHI NẤU ĂN LÀM BÌNH NÓNG LẠNH THEO NGUYÊN TẮC ĐỐI LƯU”chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban tổ chức cuộc thi “NCKH dành cho học sinh” của SGD- ĐT tỉnh Lào Cai. Nhờ có cuộc thi này chúng em không những học hỏi thêm được nhiều kiến thức bộ môn mà còn có ý thức hơn đối với cuộc sống, xã hội. Biết được các vấn đề cấp bách mà cuộc sống đặt ra, có ý thức cộng đồng vì những người nghèo khó. Nhóm nghiên cứu chúng em cũngchân thành cảm ơn đến các quý thầy cô trong Ban lãnh đạo trường THPT số 4 Văn Bàn đã ủng hộ nhiệt tình cả về tinh thần lẫn vật chất cho nghiên cứu dự án này. Để biến ý tưởng thành hiện thực, chúng em đã được sự giúp đỡ và hướng dẫn rất nhiệt tình của thầy cô hướng dẫn. Chúng em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới các thầy cô nhóm vật lí đã tận tình chỉ bảo và cố vấn cho nhóm chúng em hoàn thành ý tưởng. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè trong và ngoài lớp đã tin tưởng, tao điều kiện thời gian và luôn động viên khích lệ để nhóm hoàn thành đề tài này. Trân trọng cảm ơn! 3

4. PHẦN 1. MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài: Một trong những vấn đề cấp bách đã và đang đặt ra không chỉ với Việt Nam mà tất cả các quốc gia trên thế giới là vấn đề nhiên liệu hóa thạch ngày một cạn, ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu toàn cầu ngày một phức tạp. Với thực trạng như vậy, việc cần thiết đặt ra là làm sao phát triển được những nguồn năng lượng mới, mặt khác với những nguồn năng lượng và nhiên liệu có sẵn, làm sao sử dụng một cách tiết kiệm, hiệu quả nhất. Câu hỏi đó đã được rất nhiều thầy cố chúng em nhắc nhở trong các tiết dạy. Hàng ngày khi thấy bố mẹ, người thân nấu ăn bằng bếp củi, bếp dạ nhễ nhại mồ hôi hoặc rất bụi em đã nảy ra ý tưởng làm sao phải thu được lượng nhiệt dư thừa tỏa ra môi trường một cách lãng phívà thiết kế bếp làm sao để không bụihoặc ít bụi nhất.Ý tưởng phát sinh và đã được mang ra bàn bạc cùng các bạn trong lớp, đồng thời qua sự gợi ý và hướng dẫn của thầy giáo, chúng em đã đưa ra được một số giải pháp: xây bếp và đặt nhiều nồi xung quanh và cho ống khói hướng ra ngoài bếp; hoặc hàn một bình nước bao quanh bếp; hoặc làm 3 chân kiềng là ba bình nước nhỏ. Cả ba phương án đều được thầy hướng dẫn đánh giá cao về mặt ý thức và tận dụng. Tuy nhiên khi thử nghiệm, những bình nước xung quanh rất nóng nhưng lại phải dùng ngay vì nhanh nguội. Sau một thời gian suy nghĩ, bàn bạc và thầy hướng dẫn, chúng em đã nghĩ đến phương án là làm bình cách nhiệt để dẫn nước vào theo nguyên tắc ủ hoặc nguyên tắc đối lưu. 4

5. 1. Xây bếp cách nhiệt, kín 2. Đặt nhiều nồi xung quanh hoặc Hàn bình nước bao quanh Thảo luận, đưa các phương án Tận dụng nhiệt thừa như thế nào? Thực nghiệm So sánh ưu, nhược điểm của các phương án Chon phương án tốt nhất Nhận xét tính khả thi của từng phương án Bàn luận, sửa đổi hoặc bổ sung thêm cho phương án đã chọn Kiểm tra lần cuối tính khoa học, tính phổ biến, tính công nghiệp và hoàn thiện báo cáo ( Sơ đồ tư duy quá trình nghiên cứu). 5

6. II. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Sự thành công của đề tài sẽ giúp giải quyết một phần đặt ra trong lý do chọn đề tài: sử dụng tiết kiệm và tận dụng nhiên liệu, hạn chế việc chặt phá rừng. - Trường hợp đề tài được nhân rộng sẽ giúp được rất nhiều hộ gia đình có hoàn cảnh khó khăn có nước ấm dùng trong mùa đôngmà không có tiền lắp nóng lạnh. III. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu của đề tài là phải tận dụng được phần lớn nhiệt lượng dư thừa từ sự tỏa nhiệt, những ngọn lửa thừa để làm nóng được nước phục vụ nhu cầu sinh hoạt: tắm giặt mùa đông, làm nước nóng đun nấu. - Phải đáp ứng được tính thuận tiện, tính thẩm mĩ, thực tiễn và tính công nghiệp - Đáp ứng nhiều loại nhiên liệu chủ yếu cho người nghèo IV. Đối tượng, giới hạn nghiên cứu - Nghiên cứu sự phù hợp của nhiều nhiên liệu hoặc một số loại hình bếp khác nhau phù hợp từng vùng nhiên liệu ,phù hợp với đại đa số nhân dân lao động: đun củi, rơm rạ, than, mùn cưa, lá cây… - Giới hạn: khôngphù hợp với bếp điện. V. Phương pháp, nội dung, thời giannghiên cứu. 1. Phương pháp: - Nhóm phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết nhiệt học về quá trình thu- tỏa nhiệt, hiệu suất sử dụng, thu thập thông tin internet về hiệu suất các kiểu bếp đun nấu. 6

7. - Nhóm phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: nghiên cứu, thử nghiệm thực tế các ý tưởng, đúc rút kinh nghiệm và so sánh giữa các loại hình thử nghiệm để đưa ra sản phẩm hoàn chỉnh 2. Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết của bình nóng lạnh, bình thái dương năng để vận dụng nguyên tắc hoạt động của chúng vào dự án. - Nghiên cứu thực nghiệm một số loại hình tận dụng nhiệt và nguyên tắc đối lưu, bàn luận và đưa ra kết luận về tính khả thi, thực tế của dự án. - Nghiên cứu một số hình thức chế tạo phù hợp thực tiễn của các hộ gia đình nông thôn, miền núi nghèo trong việc giảm giá thành sản phẩm hoặc nhân rộng sản phẩm sau khi được phổ biến. 3. Thời gian nghiên cứu:tháng 10/2013- tháng 12/2013 VI. Những điểm mới của đề tài - Sau khi thống nhất xong về phương án triển khai, nhóm tác giả chúng em đã kiểm tra lại các sáng chế của các đơn vị dự thi các cấp trước đó, kiểm tra quyền sở hữu trí tuệ và sở hữu công nghiệp trên trang của Bộ khoa học công nghệ Việt Namthì thấy không có sự trùng lặp về mặt kiểu dáng, mục đích, nguyên tắc - Theo tìm hiểu rất kĩ trên các loại phương tiện thông tin thì năm 2006, một bác nông dân ở Kinh Môn Hải Dương đã chế ra bình nước quanh bếp than tổ ong, tháng 8 năm 2013, bất chợt thấy trên ti vi một sáng chế tương tự của bác nông dân Hải Dương- nhưng người tỉnh khác, chỉ thay than bằng mùn cưatheo kiểu bếp sinh học dạng đơn giản vẫn bán trên thị trường, xung quanh có bao nước.Mới nhất, kiến trúc sư Nguyễn Văn Xuân (ảnh), giám đốc Công ty TNHH tư vấn - thiết kế - xây dựng Xuân An Khang (TP.HCM) đã sáng chế “Hệ thống đun nước sôi tự động sử dụng kiềng bếp gas” ( Phụ lục) Nhưng qua bàn bạc và phân tích thì cả 3 loại bếp trên đều có chung chung ý tưởng như nhau, ưu điểm giống nhau là tận dụng được nhiệt thừa. 7

8. Chúng cũng có nhược điểm là nhiên liệu đầu vào không đa dạng, giữ nhiệt kém hoặc phải ủ than để giữ nhiệt. Hai loại bếp đều làm theo kinh nghiệm, không theo nguyên tắc đối lưu vật lý như công trình nhóm đang làm. Hơn nữa cả 3 sáng chế trên là độc lập không vi phạm bản quyền của nhau. Vì vậy có thể khẳng định công trình nghiên cứu của nhóm không vi phạm bản quyền tác giả. - Qua phân tích trên, nhóm tác giả và thầy giáo hướng dẫn đã bàn bạc và đưa ra những kết luậnvề ưu, nhược điểm, tính trùng lặp: + Đề tài không vi phạm về bản quyền công nghiệp, bản quyền nhãn mác và nguyên lý hoạt động + Nhiên liệu đầu vào đa dạng: củi, rơm rạ, trấu, mùn cưa, phù hợp với cả nhân dân lao động nghèo miền núi( đun củichủ yếu) và miền xuôi( đun rơm rạchủ yếu). + Giảm bụikhi nấu ăn so với những loại bếp truyền thống sử dụng nhiên liệu tương tự + Giữ nhiệt nước lâu hơn nhờ bình ủ, có thể kết nối với bình nóng lạnh Ariston và các bình nóng lạnh khác. + Về giá thành: tùy loại bếp, nhiên liệuvà hình thức tận dụng. Bộ phận tận dụng có thể dao động từ 250.000đ- 500.000đ 8

9. PHẦN HAI. NỘI DUNG A. Cơ sở lí thuyết I. Lý thuyếtcủa nhiệt thừa khi đun bếp: - Theo lý thuyết tỏa nhiệt và hấp thụ nhiệt khi đun nấu thì với loại bếp kiềng 3 chân thông thường, hiệu suất chỉ khoảng 35-45%. Còn lại là nhiệt thừa tỏa ra môi trường - Đối với các loại bếp cải tiến, tiết kiệm nhiên liệu, hiệu suất cũng chỉ khoảng 45-60% - Khi đun bếp, càng đun to thì càng sôi nhanh, nhưng nhiệt lượng tỏa ra môi trường cũng nhiều hơn do các tia lửa xòe ra. 9

10. II. Nguyên tắc đối lưu, truyền nhiệt - Đối lưu là di chuyển đối lập.ví dụ không khí hay nước(nóng giãn nở và nhẹ hơn nên nổi lên trên để khí lạnh nhẹ hơn chìm xuống) - Cụ thể hơn:Khi có nguồn nhiệt, phần chất gần nguồn nhiệt sẽ nóng hơn các nơi khác, nhiệt độ tăng thì thể tích của phần chất đó cũng tăng và làm cho khối lượng riêng giảm. Lực đẩy Ác-si-mét tác dụng vào phần chất nhẹ, khiến nó nổi lên. Một lượng chất lỏng từ địa điểm gần nơi đun sẽ di chuyển qua bù lại phần chất đã nổi lên.( tham khảo internetvề nguyên tắc đối lưu) - Khi bình nước hoặc chậu nước nóng để ngoài môi trường sẽ truyền nhiệt cho môi trường xung quanh theo 2 nguyên tắc là bức xạ nhiệtvà đối lưu- bay hơi nước. - Vì vậy muốn giữ nhiệt cho nước cần dùng vật liệucách nhiệt. III. Lý thuyết nhiệt học - Khối lượng riêng thay đổi theo nhiệt độ và khí áp. Tuy nhiên cũng như áp suất sự thay đổi của khối lượng riêng của không khí trong thực tế kỹ thuật không lớn nên người ta lấy gần đúng ở điều kiện tiêu chuẩn :to= 200C và P = = 760mmHg, ρ= 1,2 kg/m3 - Nhiệt lượng hấp thụ: Q = m.c.t = m.c.(tlớn– tnhỏ) - Nhiệt dung riêng của nước xấp xỉ 4200J/Kg. oC - C- Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí khô C= 1,005 kJ/kg.oC - Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu: Qtỏa = q.m Q: Nhiệt lượng tỏa ra (J). q: Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (J.kg) m: Khối lượng nhiên liệu bị đốt cháy hoàn toàn (kg) - ĐLBT năng lượng: Qtỏa = Qthu Năng suất tỏa nhiệt (kg Năng suất tỏa nhiệt (kg J J Chất Chất ) ) 10.106 44.106 Củi khô Dầu hỏa 10

11. 14.106 27.106 34.106 44.106 46.106 120.106 Than bùn Than đá Than gỗ Khí đốt Xăng Hidro B. KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM CÁC Ý TƯỞNG VÀ BÀN LUẬN. I. THÍ NGHIỆM 01. Đặt nhiều nồi xung quanhhoặc hàn bình bao quanh để tận dụng nhiệt 1. Mô tả: - Bố trí nhiều kiềng xung quanh bếp chính( H. ảnh dưới) - Hoặc thay thếxung quanh bằngphần tận dụng dung tích 18 lít 2. Mục đích:tận dụng nhiệt thừa và những ngọn lửa thừa 3. Một số hình ảnh thực nghiệm:Monday, October 28, 2013, 9:03:23 PM 11

12. Bếp chính Phần tận dụng nhiệt Bình nước tận dụng bao quanhdo thầy trò tự xây. Đáy bằng kim loại, 2 thành bê tông. 12

13. Quá trình thử nghiệm 4. Kết quả: với ấm nước 3 lít, sau 10- 13 phút nướcsôi. Khi đun được 6 ấm nước 3 lít thì nhiệtđo được phía bình tận dụng( 18 lít) là 480 5. Bàn luận: - Kết quả thử nghiệm cho thấy thành công bước đầu của dự án. Lượng nước tận dụngtrong thời gian 6x12 = 72 phút là 480( 18 lít) - Tuy nhiên vẫn có những nhược điểm như: chỉ với đáy kim loại, khả năng hấp thụ nhiệt thừa chậm, bếp khá cồng kềnh. Ngoài ra khả năng mất nhiệt sau khi đun xong nhanh( sau 3h, nhiệt độ phần tận dụng chỉ còn 280/240môi trường) Vấn đề đặt ravới nhóm là làm sao giữ được lượng nhiệt được lâu, có thể qua đêm, khả năng hấp thụ nhiệt thừa phải nhanh hơn và tiện dụng hơn. Nhưng cũng phải đảm bảo tính thẩm mỹ và tính công nghiệp khi sản xuất * Kết luận: dạng bếp vừa nêu đã tận dụng được một phần nhiệt thừa để đun nóng nước. Tuy nhiên hiệu suất tận dụng chưa cao, cồng kềnh, chưa thẩm mỹ. 13

14. II. THÍ NGHIỆM 02. Ý tưởng chính hình thành,khảo sát vàbàn luận kết quả Kết quả khá khả quan của ý tưởng thứ 2 là động lực giúp nhóm chúng em tiếp tục nghiên cứu, bàn bạc và khắc phục tiếp những nhược điểm hoặc những điều dự án chưa đạt được.Trong lúc bàn bạc, nhóm đã léo lên một ý tưởng là bình năng lượng mặt trời. Tiếp tục lên mạng tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của bình và đi đến thống nhất sẽ vận dụng nguyên tắc đối lưu của nước giống như bình năng lượng mặt trời. Từ đó ý tưởng “BÌNH NƯỚC NÓNG TỪ NHIỆT THỪA KHI NẤU ĂN THEO NGUYÊN TẮC ĐỐI LƯU”chính thức được nghiên cứu và đặt tên. 1. Mô tả - Về mặt nguyên lý: bình nước nóng được chế tạo theo nguyên tắc hoạt động của bình thái dương năng( nguyên lý đối lưu nước). Nước nóng nhẹ sẽ nổi lên, lạnh đi xuống. - Về mặt thiết kế, được lấy ý tưởng từ chiếc kiềng 3 chân. Thay thế kiềng 3 chân bằng 3 bình nước cao 15-20cm, dung tích mỗi bình 3-5 lít tùy kích cỡ bếp. Với mục đích hấp thụ nhiệt thừa tỏa ra xung quanh. Để tận dụng những ngọn lửa xèo xung quanh, bếp được bổ sung thêm một vành khuyên nước phía trên dày 5-8cm. Giữa 3 chân bếp và vành nước phía trên được kết nối thông nhau. Tổng dung tích của thiết kế đã thực hiện là 18 lít. Bình nước đối lưu hiện tại được làm tạm bằng thùng sơn 20 lít. Vị trí đặt bếp tại bếp ký túc xá trường THPT số 4 Văn Bàn( Do ký túc sắp xây mới nên nhóm chúng em không xây bể nước đối lưu). Ngoài ra để đáp ứng được các loại nhiên liệu và tiết kiệm nhiên liệu , bếp có thêm một phễu phía trong( kiểu bếp tiết kiệm củi của bác Thân Xuân Trường- Bắc Giang) và một ống khò điện khi đun trấu, mùn cưa. - Về mặt vật liệu, giá thành: có thể dùng tôn 1mm, inox, gang đúc. Với bếp hiện tại khoảng 15kg x giá 12.000đ/kg = 180.000đ; gia công 500.000đ => gần 700.000đ. Trường hợp làm công nghiệp, giá thành có thể hạ còn 2/3. Một số hình ảnh trong quá trình thiết kế 14

15. Một học sinh trong ký túc xá đang nấu rau với nhiên liệu củi và mùn cưa kết hợp 15

16. 2. Quá trình đo đạc, kết quả và bàn luận: Thí nghiệm 2.1:Khảo sát nhiệt độ của nước tận dụng khi chưa cóbình đối lưu:( Kết quả ngày 25/11/2013) * Thông số:xoong dung tích 15 lít nước; bình tận dụng đổ đầy- 18 lít, nhiệt độ ban đầu của nước máy là 230C. * Kết quả: Kí hiệu: nhiệt độnước trong xoong (1); nhiệt độ nước phía trên bình tận dụng (2); nhiệt độ nước phía dưới( vòi xả kiệt phía dưới) (3) TG 14h40’14h50’15h00’15h10’15h20’ 15h26’ 230 580 730 920 1010 1 440 230 350 560 640 770 2 280 230 310 430 570 650 3 250 NHIỆT ĐỘ CỦA NƯỚC Ở CÁC VỊ TRÍ THEO THỜI GIAN 120 100 80 Nhiệt độ( độ C) 60 40 20 0 0 10 20 30 40 46 Thời gian( phút) Nước trong xoong Nước trong ống kẽm Nước đáy bình tận dụng 16

17. * Hiệu suất bếp của dự án: tính cho một xoong nước 15 lít, bình tận dụng 18 lít ( 46 phút nước sôi, hết gần 0,7kg củi+ 0,4kg mùn cưa khô) Qtỏa = m.q = 1,1.107 (J) - Nhiệt lượng hấp thụ: Qnước xoong = 15.4200.(101-23) = 4.914.000 (J) = 44,5%Qtỏa Qtận dụng = 18.4200.(65-23) = 3.175.200 (J) = 29%Qtỏa A A ích => Hiệu suấtH = = 73,5% TP * Hiệu suất của bếp tiết kiệm củi bác Thân Xuân Trường- Bắc Giang: tính cho một xoong nước 15 lít( 35 phút nước sôi, hết gần 1kg củi) - Nhiên liệu gỗ khôchắc: 1kg - Nhiên liệu thừa tính từ lúc nước trong xoong sôi: chỉ còn than hồng 17

18. Qtỏa = m.q = 1.107 (J) - Nhiệt lượng hấp thụ: Qthu = Qnước xoong = 15.4200.(101-23) = 4.914.000 (J) => Hiệu suất khoảng 49%. Hiệu suất này cao hơn so với các bếp truyền thống-35% * Bàn luận: - Nhiệt độ của bình tận dụng cao hơn rất nhiều so với bếp xây, đáy kim loạitrong thí nghiệm 01. - Trong khoảng thời gian như nhau( 10’), nhệt độ tăng không đều giữa các lần đocó thể do tốc độ cháy của nhiên liệu lúc to lúc nhỏ. - Nhiệt độ phía dưới bình tận dụng( sát đáy) thấp hơn một chút so với nhiệt độ bề mặt là do hiệu ứng đối lưu, phần nước có nhiệt độ cao nổi lên trên. - So với việc đun xoong nước cùng dung tích như trên bằng kiềng 3 chân cổ điển- 45 phút nước sôi thì thời gian nước sôi trong thí nghiệm trên là tương đương. Tuy nhiên so sánh tổng thể có thể thấy trong thí nghiệmđã tận dụng được 29% nhiệt thừalà một sự tiết kiệm rất nhiều. -So sánh với bếp tiết kiệm củi của bác Thân Xuân Trường, có thể thấy hiệu suất bếp chính(44,5%) gần bằng với bếp của bác Trường(49%). Tuy nhiên về tổng thể, tính cả lượng nhiệt thừa thu được thì hiệu suất chung là 73%. Và điều này đã đáp ứng phần lớn tiêu chí đề ra của giải pháp. Tuy nhiên vẫn còn một tiêu chí khác cần phải khắc phục đó chính là bình nước tận dụng vẫn chưa được ủ hoặc bảo ôn nhiệt độ. Trong quá trình bàn luận nhóm, chúng em đã đưa ra một số giải pháp: hoặc là xả nước nóng vào bình ủ, hoặc chứa bằng phích nước. Tuy nhiên cả 2 phương án này mới chỉ giữ được nhiệt lâu chứ chưa đáp ứng tính thuận tiện. 18

19. Thí nghiệm 2.2:Khảo sát nhiệt độ của nước tận dụng khi có bình đối lưu: ( Kết quả 19h10 phút ngày 01/12/2013) * Thông số:giống các thông số trong thí nghiệm 1( 2.1). Bổ sung thêm bình nước đối lưu gần 20 lít( Ảnhdưới), nhiệt độ ban đầu của nước máy là 200C. 19

20. Ảnh. Cả nhóm đang thí nghiệm trong bếp ký túc xá * Kết quả: Kí hiệu: nhiệt độnước trong xoong (1); nhiệt độ nước trong bình đối lưu(2); nhiệt độ nước phía dướibình tận dụng (3) TG 19h10’ 19h20’ 19h30’ 19h40’ 20h50’ 20h58’ 21h25’ 200 430 620 810 980 1020 1 Xoong 2 200 230 250 290 340 410 750 2 200 300 390 450 490 610 860. 3 20

21. NHIỆT ĐỘ NƯỚC TẠI CÁC BÌNH THEO THỜI GIAN 120 100 Nhiệt độ( độ C) 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 48 Thời gian( phút) Nước trong xoong Bình đối lưu Bình tận dụng * Bàn luận: - Qua bảng số liệu thu được thấy rất rõ, nhiệt độ bình đối lưu luôn thấp hơn nhiệt độ bình sắt hàn, nhất là giai đoạn đầu. Điều này có thể do tốc độ đối lưu chậm hơn so với tốc độ hấp thụ nhiệt - Lúc đầu nhiệt độ của bình 2 và 3 chênh nhau nhiều. Khi nhiệt độ của bình 3 càng cao thì sự chênh nhau đó ít đi, rõ nhất sau khoảng 40 phút. Điều này có thể giải thích qua đoạn video( minh chứngđi kèm). Qua quan sát chúng em thấy khi nhiệt độ bình sắt bao quanh bếp tăng cao thì ngoài thấy sự đối lưu lên bình 2, còn xuất hiện hiện tượng đẩy khí, đẩy nước mạnh lên bình 2 thông qua ống đối lưu. Đây có thể là nguyên nhân dẫn đến nhiệt độ bình 2 tăng nhanh hơn lúc đầu. - Kết quả thu được là một niềm vui rất lớn cho các thành viên nhóm chúng em. Sự truyền nhiệt theo nguyên tắc đối lưu qua ống lên bình cao thành công đã giải quyết được điều còn tồn tại trong thí nghiệm 2.1. Là cơ sở kết nối bình nóng lạnh Ariston hoặc các loại bình nóng lạnh khác với bếp tận dụng nhiệt này. Với các hộ gia đình chưa có bình nóng lạnh có thể làm bình ủ cách nhiệt bằng cách xây 2 lớp, dùng bông cách nhiệtnhư ủ ấm chè. 21

22. PHẦN BA. KẾT LUẬN I. Một số kết luận - Thiết kế bếp tận dụng trong thí nghiệm 2.2 đã đáp ứng được các mục tiêu đặt ra của nhóm lúc ban đầu: tận dụng được phần lớn nhiệt lượng dư thừa từ sự tỏa nhiệt, những ngọn lửa thừa để làm nóng được nước phục vụ nhu cầu sinh hoạt: tắm giặt mùa đông, làm nước nóng đun nấu. Đáp ứng nhiều loại nhiên liệu chủ yếu cho người nghèo. Sản phẩm thuận tiện cho việc tạo nước nóng để tắm vào mùa đông theo kiểu bình nóng lạnh mà không cần bê đi bê lại dễ gây bỏngvà mùa hè, có thể lấy nước nấu ăn giúp tiết kiệm khá nhiều nhiên liệu. Vì sản phẩm nghiên cứu hướng về người nghèo, người dân nông thôn, miền núi nên tínhthực tiễn cao. Do tính toán đến độ bền vững lâu dài nên sản phẩm được làm chắc chắn, mang tính công nghiệp cao - Thiết kế đáp ứng được nhiều loại nhiên liệu như củi, rơm rạ và cả những nhiên liệu tận dụng như mùn cưa, trấu … - Với giá thành dao động từ 250.000đ- 500.000đtùy kích cỡ, mục đích, hoàn cảnh. Chúng em hy vọng sẽ giúp cho rất nhiều hộ dân lao động không có đủ điều kiện mua bình nóng lạnh chạy điện ấm áp trong những mùa đông năm sau. - Tồn tại: với mẫu thiết kế như ảnh chụp trên chưa nhỏ gọn và hơi cầu kì. Để sản phẩm gọn nhẹ hơn mà vẫn đảm bảo nguyên tắc, tác dụng. Chúng em đã thiết kế thêm một số mẫu mô hình phù hợp( kèm theo tại gian trưng bày). II. Kiếnnghị Trong một thời gian nghiên cứu không dài, là học sinh kinh phí và thời gian còn hạn hẹp. Để ý tưởng đi vào phục vụ đời sống của nhân dân, đặc biệt là nhân dân lao động trong mùa đông giá rét, chúng em mong: 22

23. phí triển khai rộng tới các hộ dân - Có sự hỗ trợ từ các tổ chức từ thiện, các cơ quan chức năng để có kinh đề tài được hoàn thiện hơn - Sự góp ý sâu sắc của các thầy cô giám khảo sẽ là bài học quý giá để thầy giáo hướng dẫn, Ban giám hiệu nhà trường đã động viên giúp chúng em hoàn thành ý tưởng này.Kính chúc sức khỏe ban giám khảo, quý thầy cô. - Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình giúp đỡ của 23

24. TƯ LIỆU INTERNET Đăng ngày: 10/05/2013; 159 lần đọc Kiến trúc sư Nguyễn Văn Xuân (ảnh), giám đốc Công ty TNHH tư vấn - thiết kế - xây dựng Xuân An Khang (TP.HCM) đã sáng chế “Hệ thống đun nước sôi tự động sử dụng kiềng bếp gas” hoạt động tiện lợi, an toàn, tiết kiệm. Việc sáng chế ra hệ thống nước sôi cũng giúp ích cho mọi người có nguồn nước tốt nhất để sử dụng. Ngoài ra, hệ thống đun nước này có ưu điểm tiết kiệm 4 trong 1: Điện, gas, nước, thời gian. Theo kết quả nghiên cứu của KTS. Nguyễn Văn Xuân và các cộng sự, mức tiết kiệm gas khoảng 75% Tác giả và hệ thống đun nước sôi tự động sử dụng kiềng bếp gas. 24

25. nếu đun nấu nước sôi khoảng 300C, trong trường hợp nếu là nước năng lượng mặt trời 550C còn tiết kiệm 35% gas khi dùng kiềng bếp để đun nước sôi. Bếp gas thông thường của mọi nhà là kiềng ba chân dùng để nấu. Sáng chế này thay thế kiềng ba chân thành kiềng vòng kim loại dẫn nước xoắn ốc bằng inox. Có đầu nối để lấy nước vào bộ phận điều khiển nước chứa sẵn, để lấy nước sôi ra ba đường dẫn: nước sôi trực tiếp để sử dụng, nước sôi vào bình chứa có bộ phận lọc nước, lấy nước nóng lạnh cho mùa đông (dành cho miền Bắc, miền Trung). Khi bật gas để đun nấu như bình thường, tác động của lượng nhiệt thừa sẽ làm nước trong vòng xoắn ốc tự động sôi. Tùy theo việc điều chỉnh gas mà cho ra lượng nước theo nhiệt độ khác nhau. Trong hệ thống nước có ống an toàn nhiệt độ cho đun sôi nước hai lần bảo đảm sức khỏe. Sau khi nấu xong, vẫn có thể tiết kiệm lượng nhiệt thừa cho ra nước ấm. KTS. Nguyễn Văn Xuân cho biết, giải pháp sáng chế này là ban đầu khi nấu nướng bình thường cho ra nước nóng. Sau đó, với phương châm tiết kiệm thời gian, an toàn và dễ sử dụng, anh đã sáng chế ra thêm một kiềng bên trên trong hệ thống nước để dành cho những người bận rộn mà cần uống nước đun sôi, nấu ăn nhanh. Kiềng trên chỉ cần úp xuống kiềng dưới và bật gas tùy theo điều chỉnh thì đã có lượng nước nóng chảy ra theo ý muốn. Trung bình nấu 0,5 lít nước sôi trên nồi trong khoảng thời gian 5 phút thì kiềng trên bếp sẽ cho ra 0,5 lít nước sôi trong vòng 2 phút. KTS. Nguyễn Văn Xuân sẽ tiếp tục nghiên cứu để sản phẩm này ngày càng hoàn chỉnh về tính thẩm mỹ có thể tách ra làm từng hệ thống riêng biệt dễ sử dụng và có giá bán hợp lý. Tại Chợ Thiết bị công nghệ năm 2012 (Techmart 2012) vừa qua, sản phẩm hệ thống đun nước sôi tự động sử dụng kiềng bếp gas đã được tặng cúp vàng của Bộ Khoa học và Công nghệ. Ngọc Thảo BÌNH NƯỚC NÓNG DÀNH CHO NGƯỜI NGHÈO (22/08/2006) Không tốn một xu tiền điện, chi phí để có một bình nước nóng chạy bằng bếp than lại rẻ hơn nhiều so với giá của một bình nước nóng chạy bằng điện hay gas thông thường. Hơn thế, nó còn tuyệt đối an toàn cho người sử dụng. Đó là “Bình nước nóng dành cho người nghèo”, sản phẩm của anh Đỗ Xuân Long, một nông dân ở Phú Thứ, Kinh Môn, Hải Dương. Sáng kiến này đã được dư luận đánh giá cao về tính thiết thực và hữu ích của nó đối với những người dân nghèo. Thương vợ con, làm bình nước nóng... Sau khi tốt nghiệp phổ thông trung học, Đỗ Xuân Long (sinh năm 1967) xây dựng gia đình và sinh sống bằng nghề nông kiêm chạy xe ôm. Thu nhập không ổn định, cuộc sống của gia đình anh còn rất khó khăn, không đủ tiền mua một chiếc bình nước nóng chạy bằng điện để dùng vào mùa đông. Một lần, vào năm 2000, khi nhờ con dịch chuyển vị trí của bếp than tổ ong, thấy con kêu nóng, anh chợt nhớ đến lời dạy của thầy giáo khi còn đi học: Hiệu suất sử dụng nhiệt của bếp đun chỉ là 27-30%, còn lại khoảng 70% là hao phí ra bên ngoài. Từ đây, ý tưởng làm bình nước nóng dựa vào bếp than tổ ong đã bắt đầu được nhen nhóm. “Nhưng làm thế nào để đặt được bếp than vào bình nước?”, câu hỏi này luôn thường trực trong đầu anh. Nhiều đêm đang ngủ, nghĩ ra một chi tiết nhỏ, anh lại thức dậy ghi chép, vẽ, xóa... “Có đêm anh ấy thức dậy đến hàng chục lần. Không tin rằng sẽ thành công, nhưng tôi biết anh làm vì thương vợ con nên không nỡ cản” - chị Nhinh, vợ anh tâm sự. ... “chạy” bằng bếp than Năm 2003, khi kinh tế gia đình đã khấm khá hơn một chút, có điều kiện làm khu công 25

26. trình phụ, cũng chính là lúc ý tưởng của Đỗ Xuân Long được thực hiện. Không có nhiều tiền mua I-nốc hoặc nhôm để làm như trong bản tự thiết kế, anh bèn xây một cái bể gạch vuông đựng nước. Trong lòng bể, anh dùng một tấm tôn gò tròn vừa với kích thước của một bếp than tổ ong. Sau đó, anh làm kín mạch không cho nước thấm vào lõi trong của bể rồi đặt bếp than vào đó. Để khắc phục hiện tượng thiếu ôxy có thể làm tắt bếp, anh tạo một ống thông dẫn từ cửa bếp than ra ngoài. Khi đốt cháy viên than, ngoài lượng nhiệt tỏa lên phía trên để đun nấu, lượng nhiệt tỏa ra xung quanh sẽ làm nóng tấm tôn và làm nóng nước. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là phải thiết kế làm sao cho “bình nước nóng” này vừa đảm bảo đủ thấp để thuận tiện cho việc nấu nướng, vừa có thể đẩy được nước lên vòi hoa sen ở một độ cao nhất định để phục vụ cho việc tắm rửa. Sau nhiều đêm trăn trở suy nghĩ, cuối cùng anh đã tìm ra giải pháp xây bể chứa trên cao để nước có thể tự chảy xuống “bình nước nóng”, còn một đầu “bình” được nối với hệ thống cấp nước cho khu công trình phụ. Để có thể điều chỉnh nhiệt độ nước theo ý muốn sử dụng, anh đã lắp thêm một đường ống dẫn nước lạnh từ trên bể chứa xuống. Nguyên lý hoạt động của bình chỉ đơn giản như thế và nó đã giải quyết được vấn đề nước nóng trong mùa đông. Điểm đặc biệt của chiếc bình nước nóng này chính là sự tiết kiệm tối đa nhiệt năng của bếp than tổ ong, không tốn điện, gas, độ bền cao, chi phí rất thấp: “Xây một bình nước nóng như của tôi chỉ mất khoảng 200.000-300.000đ”, anh cho biết. Khi ủ bếp lò sẽ tiết kiệm được 1/3 lượng than (trước đây anh dùng 3 viên than/ngày, nay chỉ cần 2 viên/ngày) do sức nóng của bình giữ nhiệt “hộ” lò, tiết kiệm được nhiệt và thời gian đun nấu. “Ngày trước, nấu một nồi cơm mất 17 phút thì bây giờ chỉ còn 11 phút” - cháu Lý, con anh Long tâm sự. Bình luôn ở trạng thái nóng khi bếp than được đốt cháy. Anh Long cho biết, nhiệt độ của bình nước nóng luôn ở mức 50-700C khi than cháy tốt. Với bình chứa khoảng 120 lít nước như của nhà anh thì có thể đáp ứng đủ và thừa nhu cầu sử dụng của 4 người trong mùa đông. Từ khi có bình nước nóng, nhà anh đông khách hẳn lên, lũ trẻ con trong xóm chiều chiều lại sang tắm nhờ. Mọi người quý mến gọi công trình của anh là “bình nước nóng dành cho người nghèo”. Theo anh, nếu “bình nước nóng” này được làm bằng I-nốc hoặc nhôm thì nước sẽ được làm nóng nhanh hơn, nhiệt độ nước sẽ cao hơn so với bể gạch. Nói về vấn đề bản quyền, anh Long bộc bạch: “Mình có làm được cái gì đâu, chỉ là cái sáng kiến nhỏ giúp chính đời sống của mình thôi... Bà con làng xóm muốn làm thì đến xem là có thể bắt chước được ngay”. Giờ đây, nhà khoa học chân đất kiêm xe ôm ấy còn ấp ủ nhiều ý tưởng như: Thoát nước siêu tốc cho khu đô thị... Hy vọng rằng, với sự say sưa sáng tạo, anh sẽ thành công, đem lại lợi ích thiết thực cho xã hội. Nguồn: Theo TCHĐKH 26