Study of heat transfer in the soil for planting by using hot water from solar energy
โดย ชาติชาย ลีลาสิริวิไล
ปี 2563
บทคัดย่อ
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาการถ่ายเทความร้อนในดินเพาะกล้าไม้โดยใช้พลังงานจากรังสีอาทิตย์ผลิตน้ำร้อนสำหรับนำไปประยุกต์ใช้ยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ในดินเพาะกล้าไม้ ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้เกิดโรคพืช โดยทำการทดสอบแผงรับรังสีอาทิตย์เพื่อหาประสิทธิภาพของแผงรับรังสีอาทิตย์แต่ละแบบ ดังนี้ แผงรับรังสีอาทิตย์พาลาโบลาแบบไม่สมมาตร แผงรับรังสีอาทิตย์แบบท่อสุญญากาศชนิดท่อความร้อน และแผงรับรังสีอาทิตย์แบบแผ่นเรียบ จากนั้นนำแผงรับรังสีอาทิตย์แต่ละแบบมาต่อเพื่อทำระบบผลิตน้ำร้อน โดยมีรูปแบบการจัดวางลำดับตำแหน่งแผงรับรังสีอาทิตย์เป็น 4 รูปแบบ เพื่อทดสอบหาอุณหภูมิน้ำร้อนที่ได้จากระบบผลิตน้ำร้อนจากรังสีอาทิตย์แต่ละแบบ เลือกระบบผลิตน้ำร้อนจากรังสีอาทิตย์ที่สามารถผลิตน้ำร้อนได้อุณหภูมิสูงสุดไปหยดลงดินเพาะกล้าไม้เพื่อศึกษาการถ่ายเทความร้อน
ผลการศึกษาประสิทธิภาพของแผงรับรังสีอาทิตย์พบว่า แผงรับรังสีอาทิตย์แบบท่อสุญญากาศชนิดท่อความร้อน แผงรับรังสีอาทิตย์แบบแผ่นเรียบ และแผงรับรังสีอาทิตย์แบบรางรวมแสงแบบไม่สมมาตร มีประสิทธิภาพ 79.45% 72.25% และ 21.53% ตามลำดับ เมื่อนำแผงรับรังสีอาทิตย์ทั้ง 3 แบบมาต่อเป็นระบบผลิตน้ำพลังงานรังสีอาทิตย์ โดยน้ำอุณหภูมิแวดล้อมเข้าแผงรับรังสีอาทิตย์แบบรางรวมแสงแบบไม่สมมาตรแผงใหญ่เพื่อเพิ่มอุณหภูมิน้ำ นำน้ำร้อนที่ได้ไปเข้าแผงรับรังสีอาทิตย์แบบแผ่นเรียบที่วางอยู่ตรงกลางระหว่างแผงรับรังสีอาทิตย์แบบไม่สมมาตรแผงใหญ่และแผงเล็กเพื่อต้องการรับรังสีอาทิตย์ที่สะท้อนจากแผง นำน้ำร้อนที่ออกจากแผงรับรังสีอาทิตย์แบบแผ่นเรียบไปเข้าแผงรับรังสีอาทิตย์แบบท่อสุญญากาศชนิดท่อความร้อนเพื่อเพิ่มอุณหภูมิ พบว่า สามารถผลิตน้ำร้อนได้อุณหภูมิ 100 oC ที่อัตราการไหลของน้ำ 0.004 kg/s มีค่ารังสีอาทิตย์ 991 W/m2 นำน้ำร้อนที่ได้จากระบบผลิตน้ำร้อนพลังงานรังสีอาทิตย์ไปหยดลงดินเพาะกล้าไม้ พบว่า สามารถเพิ่มอุณหภูมิของดินเพาะกล้าไม้ที่ระดับความลึก 0 5 10 15 20 25 และ 30 cm มีอุณหภูมิ 75.5 oC 75.3 oC 75.1 oC 74.9 oC 74.7 oC 74.5 oC และ 74.1 oC ตามลำดับ ซึ่งอุณหภูมิดินเพาะกล้าไม้ที่เพิ่มขึ้นสามารถยับยั้งการ เจริญเติบโตของเชื้อ R. solanacearum ที่เป็นสาเหตุของโรคพืชได้
Abstract
The objective of this research was to study heat transfer in fertile soil for seedlings using solar energy to heat water for curbing the growth of microorganisms in soil and cultivate seedlings. The efficiency of various solar collectors including an asymmetric compound parabolic concentrator, a heat pipe evacuated tube solar collector, and a flat plate solar collector were determined. Then, the solar collectors were connected in a series circuit to create hot water system. Four arranged patterns of solar collectors were studied. The pattern that could produce the highest water temperature was used to drip hot water into the soil to study heat transfer in the seedling soil.
The results showed that the efficiency of the asymmetric compound parabolic concentrator, the heat pipe evacuated tube solar collector, and the flat plate solar collector were 79.45%, 72.25%, and 21.53%, respectively. When the three solar collectors were connected in a series circuit and produced hot water from solar energy system, the ambient temperature was heated with a large asymmetric compound concentrator to increase the water temperature. The heated water was put into a flat plate solar collector that placed between a large and a small asymmetric compound concentrator to receive solar energy. Then, the water produced with the flat plate solar collector was put into the heat pipe and evacuated tube solar collector to increase the water temperature. It was found that the last pattern could produce hot water of 100 oC at the flow rate of 0.004 kg/s with solar radiation of 991 W/m2. As the result, the temperature of the fertile soil for seedlings could rise at the depth level of 0, 5, 10, 15, 20, 25, and 30 cm, respectively. The water temperature was at 75.5 oC, 75.3 oC, 75.1 oC, 74.9 oC, 74.7 oC, 74.5 oC, and 74.1 oC, respectively. The rise of water temperature could curb R. solanacearum which caused the plant diseases.
Download: Study of heat transfer in the soil for planting by using hot water from solar energy