Chương 4: Tính toán thiết bị sử dụng năng lương mặt trời

49 Ch−ơng 4: TíNH TOáN THIếT Bị Sử DụNG năng l−ợng Mặt trời 4.1. Bếp năng l−ợng mặt trời 4.1.1. Cấu tạo bếp NLMT Hình 4.1. Cấu tạo bếp nấu NLMT 1- Hộp ngoài 2 - Mặt phản xạ 3- Nồi 4- Nắp kính trong 5- G−ơng phẳng phản xạ 6- Bông thủy tinh 7- Đế đặt nồi Bếp NLMT đ−ợc thiết kế nh− hình vẽ, hộp ngoài của bếp đ−ợc làm bằng khung gỗ hình khối hộp chữ nhật bên ngoài đóng 1 lớp ván ép, phía trong là mặt nhôm đ−ợc đánh bóng để phản xạ, biên dạng của mặt phản xạ đ−ợc thiết kế là mặt kết hợp của các parabol tròn xoay (hình 4.1) sao cho nồi nấu có thể nhận đ−ợc chùm tia trực xạ của ánh sáng mặt trời và chùm phản xạ từ g−ơng phẳng khi đặt cố định, g−ơng phản xạ có thể gấp lại khi không dùng, giữa mặt phản xạ và hộp ngoài là lớp bông thủy tinh cách nhiệt, phía trên bếp có một nắp kính nhằm cách nhiệt và tạo hiệu ứng lồng kính. 4.1.2. Tính toán thiết kế bếp Hình 4.2. Kích th−ớc của bếp 1 2 3 6 7 5 4 70 A H a d2 d1 a h A-A a A 50 Bếp gồm mặt kính nhận nhiệt có đ−ờng kính d2, hệ số truyền qua D, g−ơng phản xạ có hệ số phản xạ Rg, mặt phản xạ parabol có hệ số phản xạ Rp, nồi nấu làm bằng Inox sơn đen có hệ số hấp thụ ε, đ−ờng kính d1, chiều dày δo, khối l−ợng riêng ρo, nhiệt dung riêng C, chiều cao h, chứa đầy n−ớc có nhiệt dung riêng Cp , khối l−ợng riêng ρn . Do mặt phẳng qũy đạo của mặt trời tại Đà Nẵng và Quảng Nam nghiêng một góc khoảng 20o so với mặt thắng đứng nên tính toán cho góc tới α = 70o. C−ờng độ bức xạ mặt trời lấy trung bình lúc nấu (11h-12h) ở tỉnh Quảng Nam là E = 940W/m 2. Trong khoảng thời gian τ bếp sẽ thu từ mặt trời 1 l−ợng nhiệt bằng Q1: Q1 = ε.E.sinα .F.τ , [J]. trong đó F = [D.F1 + Rg.D.F1 + Rp.D.F2 + Rp.Rg.D.F2] F1 ≈ 4 2 1dπ , F2 = 4 2 2dπ - F1 , L−ợng nhiệt nhận đ−ợc của bộ thu Q1 dùng để: - Làm tăng nội năng của nồi U = mo.C.(ts - to) - Làm tăng entanpy n−ớc Im = mn.CP(ts - to) - Tổn thất ra môi tr−ờng xung quanh Q2 trong đó m = πd1.h.δo.ρo + 2.δo.ρo. 4 2 1dπ [kg], m = 4 2 1dπ .h.ρn [kg], Do nồi đ−ợc đặt trên đế có diện tích tiếp xúc nhỏ và có vỏ bọc cách nhiệt bên ngoài nên có thể xem Q2 ≈ 0. Vậy ta có ph−ơng trình cân bằng nhiệt cho bếp: Q1 = mo.C.(ts - to) + mn.CP(ts - to) Hay: ε.E.sinα. F.τ =(πd1.h.δo.ρo + 2.δo.ρo. 4 2 1dπ ) C.(ts - to) + 4 2 1dπ .h.ρn CP(ts - to) Thay các giá trị : E = 940 W/m2 , ε = 0,9 , α=70o , D = 0,9, Rg =0,9 , Rp = 0,9, δo =0,001m, ρo =7850kg/m3, ts = 100oC, to = 25oC, C = 460 J/kgđộ, ρn = 1000kg/m3 , Cp = 4200J/kgđộ , d1 = 0,25m, h= 0,2m , tính đ−ợc m =1,75kg mn=9,8kg => F. τ = 3884 hay (1,22d22 +0,08) .τ = 3884 51 Quan hệ giữa đ−ờng kính mặt nhận nhiệt d2 và thời gian τ: d2(τ) đ−ợc biểu diễn trên hình 3.3. Từ quan hệ này có thể tính đ−ợc đ−ờng kính mặt thu theo thời gian yêu cầu. Ví dụ: nếu τ = 1h =3600s thì ta có d2 = 0,8m, tức là nếu d2 = 0,8m thì ta có thể đun sôi 9,8 kg n−ớc trong thời gian 1h. Trong thực tế đã chế tạo bếp nấu có kích th−ớc nh− trên và đã đun sôi 9 lít n−ớc sau 55 phút. Ph−ơng pháp tính toán trên đã đ−ợc áp dụng để thiết kế, chế tạo các loại bếp với nồi nấu có dung tích từ 2 đến 10 lít để triển khai ứng dụng vào thực tế. 4.1. Bộ thu năng l−ợng mặt trời để cấp n−ớc nóng 4.2.1. Bộ thu phẳng 4.2.1.1. Cấu tạo và phân loại bộ thu phẳng 1 2 3 4 5 6 7 8 a b 0 2000 4000 6000 8000 1 104 1 2 3 4 5 6 Thời gian [s] Đ −ờ ng k ín h m ặt th u [m ] 5.103076 0.455195 d2 τ .1 10 4100 τ Hình 4.3. Đồ thị quan hệ d2(τ) Hỗnh 4.4. Cỏỳu taỷo Collector hỏỳp thuỷ nhióỷt 1- Lồùp caùch nhióỷt, 2- Lồùp õóỷm tỏỳm phuớ trong suọỳt, 3- Tỏỳm phuớ trong suọỳt, 4 - Âổồỡng nổồùc noùng ra, 5 - Bóử màỷt hỏỳp thuỷ nhióỷt, 6- Lồùp tọn boỹc, 7- Âổồỡng nổồùc laỷnh vaỡo, 8- Khung õồớ Collector 52 Khọng thóứ coù mọỹt kióứu Collector naỡo maỡ hoaỡn haớo vóử moỹi màỷt vaỡ thờch hồỹp cho moỹi õióửu kióỷn, tuy nhión tuỡy theo tổỡng õióửu kióỷn cuỷ thóứ chuùng ta coù thóứ taỷo cho mỗnh mọỹt loaỷi Collector hồỹp lyù nhỏỳt. Trong caùc bọỹ phỏỷn cỏỳu taỷo nón Colletor, bọỹ phỏỷn quan troỹng nhỏỳt vaỡ coù aớnh hổồớng lồùn õóỳn hióỷu quớa sổớ duỷng cuớa Collector laỡ bóử màỷt hỏỳp thuỷ nhióỷt. Sau õỏy laỡ mọỹt sọỳ so saùnh cho vióỷc thióỳt kóỳ vaỡ chóỳ taỷo bóử màỷt hỏỳp thuỷ nhióỷt cuớa Collector maỡ thoớa maợn mọỹt sọỳ chố tióu nhổ: giaù thaỡnh, hióỷu quaớ hỏỳp thuỷ vaỡ mổùc õọỹ thuỏỷn tióỷn trong vióỷc chóỳ taỷo. Sau õỏy laỡ 3 mỏựu Collector coù bóử màỷt hỏỳp thuỷ nhióỷt õồn giaớn, hióỷu quaớ hỏỳp thuỷ cao coù thóứ chóỳ taỷo dóự daỡng ồớ õióửu kióỷn Vióỷt nam. Bóử màỷt trao õọứi nhióỷt daỷng hỗnh ràừn Tỏỳm hỏỳp thuỷ Voỡng dỏy gàừn bóử màỷt hỏỳp thuỷ vaỡo tỏỳm hỏỳp thuỷ d Hỗnh 4.5. Bóử màỷt hỏỳp thuỷ nhióỷt daỷng ọỳng hỗnh ràừn gàừn trón tỏỳm hỏỳp thuỷ Bóử màỷt trao õọứi nhióỷt daỷng daợy ọỳng Tỏỳm hỏỳp thuỷ Hỗnh 4.6. Daới tỏỳm hỏỳp thuỷ õổồỹc õan xen vaỡo bóử màỷt hỏỳp thuỷ daỷng daợy ọỳng Hai tỏỳm gàừn vồùi nhau bàũng caùch duỡng ọỳc vờt hay haỡn õờnh Bóử màỷt trao õọứi nhióỷt daỷng tỏỳm ÄÚc vờt coù lồùp õóỷm Mọỳi haỡn õờnh Hỗnh 4.7. Bóử màỷt hỏỳp thuỷ daỷng tỏỳm 53 Sau khi thióỳt kóỳ chóỳ taỷo, õo õaỷc tờnh toùan vaỡ kióứm tra so saùnh ta thu õổồỹc baớng tọứng kóỳt sau: Loaỷi bóử màỷt hỏỳp thuỷ Daỷng ọỳng hỗnh ràừn Daỷng daợy ọỳng Daỷng daợy ọỳng Daỷng tỏỳm Caùch gàừn vồùi tỏỳm hỏỳp thuỷ Âan xen vaỡo nhau Duỡng voỡng dỏy kim loaỷi Âan xen vaỡo nhau Haỡn õờnh Hióỷu suỏỳt hỏỳp thuỷ nhióỷt Giaớm 10% Giaớm 10% Chuỏứn Bàũng chuỏứn Giaù cuớa vỏỷt lióỷu vaỡ nàng lổồỹng ctaỷo Giaớm 4% Tàng 2% Chuỏứn Tàng 4% Thồỡi gian cỏửn gia cọng chóỳ taỷo Giaớm 20% Giaớm 10% Chuỏựn Tàng 50% Tổỡ caùc kóỳt quaớ kióứm tra vaỡ so saùnh ồớ trón ta coù thóứ ruùt ra mọỹt sọỳ kóỳt luỏỷn nhổ sau: 1- Loaỷi bóử màỷt hỏỳp thuỷ daỷng daợy ọỳng coù kóỳt quaớ thờch hồỹp nhỏỳt vóử hióỷu suỏỳt hỏỳp thuỷ nhióỷt , giaù thaỡnh cuợng nhổ cọng vaỡ nàng lổồỹng cỏửn thióỳt cho vióỷc chóỳ taỷo. Tuy nhión nóỳu trong trổồỡng hồỹp khọng coù õióửu kióỷn õóứ chóỳ taỷo thỗ chuùng ta coù thóứ choỹn loaỷi bóử màỷt hỏỳp thuỷ daỷng hỗnh ràừn. Bóử màỷt hỏỳp thuỷ daỷng tỏỳm cuợng coù kóỳt quaớ tọỳt nhổ loaỷi daỷng daợy ọỳng nhổng õoỡi hoới nhióửu cọng vaỡ khoù chóỳ taỷo hồn. 2- Tỏỳm hỏỳp thuỷ õổồỹc gàừn vaỡo ọỳng hỏỳp thuỷ bàũng caùch õan xen tổỡng daớợi nhoớ laỡ coù hióỷu quaớ nhỏỳt. Ngoaỡi ra tỏỳm hỏỳp thuỷ coù thóứ gàừn vaỡo ọỳng hỏỳp thuỷ bàũng phổồng phaùp haỡn, vồùi phổồng phaùp naỡy thỗ hióỷu quaớ hỏỳp thuỷ cao hồn nhổng mỏỳt nhióửu thồỡi gian vaỡ giaù thaỡnh cao hồn. 4.2.1.2. Tờnh toaùn bọỹ thu phàúng Khaớo saùt panel màỷt trồỡi vồùi họỹp thu kờch thổồùc axbxδ, khọỳi lổồỹng mo, nhióỷt dung rióng Co õổồỹc laỡm bàũng theùp daỡy δt, bón trong gọửm chỏỳt loớng tộnh coù khọỳi lổồỹng m, vaỡ lổu lổồỹng G[kg/s] chaớy lión tuỷc qua họỹp. Xung quanh họỹp thu boỹc 1 lồùp caùch nhióỷt, toớa nhióỷt ra khọng khờ vồùi hóỷ sọỳ α. Phờa trón màỷt thu F1= ab vồùi õọỹ õen ε laỡ 1 lồùp khọng khờ vaỡ 1 tỏỳm kờnh coù õọỹ trong D. Chióửu daỡy vaỡ hóỷ sọỳ dỏựn nhióỷt cuớa caùc lồùp naỡy laỡ δc, δk , δK vaỡ λc, λk, λK. Cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ màỷt trồỡi tồùi màỷt kờnh taỷi thồỡi õióứm τ laỡ E(τ) = Ensinϕ(τ , vồùi ϕ(τ ) = ωτ laỡ goùc nghióng cuớa tia nàừng vồùi màỷt kờnh, ω = 2π /τn vaỡ τn = 24 x 3600s laỡ tọỳc õọỹ goùc vaỡ chu kyỡ tổỷ quay cuớa traùi õỏỳt, En laỡ cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ cổỷc õaỷi trong 54 ngaỡy, lỏỳy bàũng trở trung bỗnh trong nàm taỷi vộ õọỹ õang xeùt. Luùc màỷt trồỡi moỹc τ = 0, nhióỷt õọỹ õỏửu cuớa panel vaỡ chỏỳt loớng bàũng nhióỷt õọỹ to cuớa khọng khờ ngoaỡi trồỡi. Cỏửn tỗm haỡm phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ chỏỳt loớng trong panel theo thồỡi gian τ vaỡ tỏỳt caớ caùc thọng sọỳ õaợ cho: t = t (τ, abδδt, mo.Co, m.Cp, ε D F1 , G, δc, δk , δK, λc, λk, λK , α, to , ω, En ). Caùc giaớ thióỳt khi nghión cổùu: - Panel õổồỹc õàỷt cọỳ õởnh trong mọựi ngaỡy, sao cho màỷt thu F1 vuọng goùc vồùi màỷt phàúng quyợ õaỷo traùi õỏỳt. - Taỷi mọựi thồỡi õióứm τ, coi nhióỷt õọỹ chỏỳt loớng vaỡ họỹp thu õọửng nhỏỳt, bàũng t(τ). Lỏỷp phổồng trỗnh vi phỏn cỏn bàũng nhióỷt cho họỹp thu: Khi panel õàỷt cọỳ õởnh (tộnh). Xeùt cỏn bàũng nhióỷt cho hóỷ gọửm chỏỳt loớng vaỡ họỹp kim loaỷi, trong khoaớng thồỡi gian dτ kóứ tổỡ thồỡi õióứm τ. Màỷt F1 hỏỳp thuỷ tổỡ màỷt trồỡi 1 lổồỹng nhióỷt bàũng: δQ1 = ε1DEnsinωτ. F1.sinωτ.dτ, [J]. Lổồỹng nhióỷt δQ1 õổồỹc phỏn ra caùc thaỡnh phỏửn õóứ: - Laỡm tàng nọỹi nàng voớ họỹp dU = mo.Codt, - Laỡm tàng entanpy lổồỹng nổồùc tộnh dIm = m.Cpdt , - Laỡm tàng entanpy doỡng nổồùc dIG = Gdτ Cp (t - to) , - Truyóửn nhióỷt ra khọng khờ ngoaỡi trồỡi qua õaùy F3 = ab vaỡ caùc màỷt bón F2 = 2δ(a+b) vồùi hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt k3 = k2 = 1 1 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + αλ δ c c , qua màỷt thu F1= ab vồùi k1 = 1 3,1 1 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++ αλ δ λ δ K K k k ϕo ϕ(τ) GCP to ot ot α α 1,3αD ε F = ab1 1 E(τ) t D, δΚ , λΚ δκ , λκ δ , m , Cp mo , Co δc , λc τn ω Hỗnh 1: Mọ taớ baỡi toaùn panel lọửỡng kờnh , abδ Hỗnh 4.8. Mọ hỗnh tờnh toaùn bọỹ thu phàúng 55 Vỏỷy coù tọứng lổồỹng nhióỷt bàũng δQ2 = (k1F1 + k2F2 + k3F3) (t - to) dτ ; Do õoù, phổồng trỗnh cỏn bàũng nhióỷt: δQ1 = dU + dIm + dIG + δQ2 seợ coù daỷng: ε1DEt Ft sin2 ϕ(τ) dτ = dt ∑miCi + (GCp + ∑ ki Fi) (t - to) dτ. Sau pheùp õọứi bióỳn T(τ) = t(τ) - to vaỡ õàỷt a = C P Cm FDE ii n =∑ 1 ε , [K/s], b = C W Cm FkGC ii iip =+∑ ∑ , [s-1] thỗ phổồng trỗnh cỏn bàũng nhióỷt cho panel tộnh laỡ: T’(τ) + bT(τ) = a sin2(ωτ) (4.1) vồùi õióửu kióỷn õỏửu T(0) = 0 (4.2) Khi panel õọỹng õổồỹc quay õóứ dióỷn tờch hổùng nàừng luọn bàũng F1, thỗ màỷt F1 hỏỳp thuỷ õổồỹc: δQ1 = ε1DEnsinωτ. F1.dτ, [J]. Do õoù, tổồng tổỷ nhổ trón, phổồng trỗnh cỏn bàũng nhióỷt cho panel õọỹng coù daỷng: T’(τ) + bT(τ) = a sin(ωτ) (4.3) vồùi õióửu kióỷn õỏửu T(0) = 0 (4.4) Xaùc õởnh haỡm phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ: Haỡm nhióỷt õọỹ trong panel tộnh seợ õổồỹc tỗm ồớ daỷng T(τ) = A(τ) e-bτ. Theo phổồng trỗnh (3.1) ta coù: A (τ) = a∫ ebτ sin2ωτ.dτ = 2 a ∫ ebτ (1- cos2ωτ)dτ = b a 2 ( ebτ - I ) vồùi: I = ∫ cos2ωτ .debτ = I b b b eb 22)2cos2sin2( ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛−+ ωωτωτω τ tổùc laỡ: I = 224 b beb +ω τ [2ωsin2ωτ + bcos 2ωτ] + C1 Hàũng sọỳ C1 õổồỹc xaùc õởnh theo õióửu kióỷn õỏửu T(0) = 0 hay A(0) = 0, tổùc laỡ C1 = 2)2/(1 1 ωb+ . Do õoù, haỡm phỏn bọỳ nhióỷt õọỹ chỏỳt loớng trong panel tộnh coù daỷng: T(τ) = b a 2 [1- 224 b b +ω (2ωsin2ωτ + bcos2ωτ) - 2)2/(1 ω τ b e b + − ] (4.5) Nóỳu duỡng pheùp bióỳn õọứi (Asinx + Bcosx) = 22 BA + sin (x + artg A B ) thỗ haỡm (3.5) seợ coù daỷng: T(τ) = b a 2 [1- 22 4ω+b b sin(2ωτ + artg ω2 b ) - 2)2/(1 ω τ b e b + − ] (3.6) Sọỳ haỷng cuọỳi cuớa tọứng coù giaù trở nhoớ hồn 1 vaỡ giaớm rỏỳt nhanh, nón khi τ >1h coù thóứ boớ qua. Haỡm nhióỷt õọỹ trong panel õọỹng laỡ nghióỷm cuớa hóỷ phổồng trỗnh (4.3), (4.4), õổồỹc tỗm nhổ caùch trón, seợ coù daỷng: 56 Tõ(τ) = 2)/(1 bb a ω+ [sin(ωτ + artg b ω ) - 2)/(1 ω τ b e b + − ] (4.7) Sọỳ haỷng sau cuớa tọứng luọn nhoớ hồn 1 vaỡ giaớm khaù nhanh, nón khi τ >2h coù thóứ boớ qua. Caùc haỡm phỏn bọỳ (4.6) vaỡ (4.7) seợ õổồỹc mọ taớ ồớ hỗnh 4.9 vaỡ hỗnh 4.10. Lỏỷp cọng thổùc tờnh toaùn cho panel tộnh vaỡ õọỹng: Sổớ duỷng caùc haỡm phỏn bọỳ (4.6) vaỡ (4.7) dóự daỡng lỏỷp õổồỹc caùc cọng thổùc tờnh caùc thọng sọỳ kyợ thuỏỷt õàỷc trổng cho panel tộnh vaỡ õọỹng. Panel tộnh õaỷt nhióỷt õọỹ cổỷc õaỷi Tm = b a 2 (1+ 22 4ω+b b ) luùc τm = τn( ωπ 24 1 8 3 bartg− ). Panel õọỹng õaỷt nhióỷt õọỹ cổỷc õaỷi Tõm = 2)/(1 bb a ω+ > Tm luùc τõm = τn( bartg ω π2 1 4 1 + ). Sau khi tờnh nhióỷt õọỹ trung bỗnh trong 1 ngaỡy nàừng cho mọựi panel theo cọng thổùc: Tn = ∫ 2/0 )(2 n dT n τ τττ , Vaỡ dóự daỡng tỗm õổồỹc cọng suỏỳt nhióỷt hổợu ờch trung bỗnh Qn= GCpTn, [W], lổồỹng nhióỷt thu õổồỹc mọựi ngaỡy Q = nnQτ2 1 , [J], .v.v. Hióỷu suỏỳt nhióỷt panel η = 1FE Qn vồùi E = n n n n EdEn∫ =2/0 22sin2 τ πτττπτ . Caùc cọng thổùc cuỷ thóứ cho caùc loaỷi panel õổồỹc giồùi thióỷu ồớ baớng 4.2. Caùc sọỳ lióỷu tờnh toaùn cho panel 1 m2 tộnh vaỡ õọỹng: Trong baớng 4.1 giồùi thióỷu caùc sọỳ lióỷu tờnh toaùn cho mỏựu panel 1m2 vồùi họỹp thu kờch thổồùc abδ = 1 x 1 x 0,01 m3, õổồỹc laỡm bàũng theùp tỏỳm daỡy δt = 0,001m, Co= 460 J/kgK , màỷt thu F1 = 1m2 , õọỹ õen ε = 0,95, lồùp khọng khờ daỡy δk = 0,01m, tỏỳm kờnh daỡy δK = 0,005 m , λK = 0,8 W/mK , õọỹ trong D = 0,95, lồùp caùch nhióỷt bọng thuớy tinh daỡy δC = 0,02 m, λC = 0,055W/mK, doỡng nổồùc qua panel coù G = 0,002 kg/s vồùi nhióỷt õọỹ to = 30oC. Cổồỡng õọỹ bổùc xaỷ cổỷc õaỷi En, lỏỳy trung bỗnh trong nàm taỷi Âaỡ nàụng, ồớ vộ õọỹ 16o bàừc, laỡ En = ∑ niE3651 = 940 W/m2. 57 Hỗnh 4.9. Haỡm nhióỷt õọỹ khi tộnh t(τ) vaỡ khi õọỹng tõ(τ) cuớa panel 1m2 coù W > WS Baớng 4.1. Caùc sọỳ lióỷu tờnh toaùn cho panel 1m2 Thọng sọỳ tờnh toaùn Cọng thổùc tờnh Giaù trở Âồn vở Hóỷ sọỳ toớa nhióỷt ra khọng khờ α = i k δ λ Σ C(GrPr) n 8,5 W/m2K Hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt lón trón k1 = 1 3,1 1 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ++ αλ δ λ δ K K k k 2,2 W/m2K Hóỷ sọỳ truyóửn nhióỷt qua lồùp caùch nhióỷt k2 = 1 1 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ + αλ δ C C 2,1 W/m2K Khọỳi lổồỹng voớ họỹp thu m0 = ρt δt (2F1 + 4 δ) 16 kg Khọỳi lổồỹng nổồùc tộnh m = ρ F1 (δ - 2 δt) 8 kg Nhióỷt dung họỹp nổồùc C = m0Co + mCp 40752 J/K Doỡng nhióỷt dung qua họỹp W = GCP + ∑ki Fi 12,7 W/K Cọng suỏỳt hỏỳp thuỷ max P = ε D EnF1 853,8 W Tọỳc õọỹ gia nhióỷt max a = C P 0,021 K/s t τmτ 6 8 10 12 12,9 14 16 18h 0 20 40 60 80 100 Co 30 õ(τ)t (τ)t 95,4 C o94 C o 72 Co 45 Co 64 Co 36 Co 58 Tỏửn sọỳ dao õọỹng rióng cuớa panel b = C W 3,13.10 -4 s-1 Tọỳc õọỹ goùc tia nàừng ω = nτ π2 7,27.10-5 rad.s-1 Baớng 4.2. Cọng thổùc chung tờnh caùc thọng sọỳ kyợ thuỏỷt õàỷc trổng vaỡ caùc sọỳ lióỷu cho panel nổồùc noùng 1m2 coù W > WS. Panel tộnh Panel õọỹng Thọng sọỳ õàỷc trổng Cọng thổùc tờnh Sọỳ lióỷu Cọng thổùc tờnh Sọỳ lióỷu Âọỹ gia nhióỷt max Tm = ) 4 1( 2 22 ω++ b a b a 64 oC Tõm = 2)/(1 bb a ω+ 65,4 oC Nhióỷt õọỹ max tm=to+ 22 4 1( 2 ω++ b b b a ) 94 oC Tõm = to+ 2)/(1 bb a ω+ 95,4 oC Thồỡi õióứm õaỷt Tm τm=τn ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ − ωπ 24 1 8 3 bartg 6,8h τõm=τn ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + b artg ωπ2 1 4 1 6,9h Nhióỷt õọỹ cuọỳi ngaỡy tc = to + )4( 2 22 2 bb a +ω ω 36 oC tõc = to + 22 b a +ω ω 45 oC Âọỹ gia nhióỷt TB Tn= b a 2 34 oC Tõn= ( )( )22 22 2 bb ba + + ωπ ω 42 oC Cọng suỏỳt hổợu ờch TB Qn= b a 2 GCp 280 W Qõn= GCp ( )( )22 22 2 bb ba + + ωπ ω 349 W Saớn lổồỹng nhióỷt 1 ngaỡy Q = b a n 4 τ GCp 12MJ Qõ=GCp 2 nτ ( )( )22 22 2 bb ba + + ωπ ω 15MJ Saớn lổồỹng nổồùc noùng M = Gn 2 τ , tn = to + Tn 86kg ồớ 64oC M = Gn 2 τ , tõn = to + Tõn 86kg ồớ 72oC Hióỷu suỏỳt nhióỷt panel η= 14bEnF aGCpπ 46% η= ( )( )221 22 2 2 bbEnF baGC p + + ω ω 58% Âióửu kióỷn õóứ chỏỳt loớng sọi trong panel: Âóứ thu õổồỹc nổồùc sọi coù nhióỷt õọỹ ts cỏửn coù õióửu kióỷn tm ≥ ts hay Tm ≥ ts - to = Ts. Âióửu kióỷn sọi trong panel õọỹng laỡ: Tõm = 22 ω+bC P ≥ Ts hay b = C W ≤ 2 2 ω−⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ sCT P 59 Do õoù cỏửn choỹn C vaỡ W sao cho thoớa maợn 2 õióửu kióỷn: C = ∑ miCi ≤ sT P ω = )(2 1 os nn tt FDE −π τε = CS , [J/K] W = GCp+ ∑ kiFi ≤ 2 2 )( ωC T P s −⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ = 22 CCS −ω = WSõ , [W/K] Âióửu kióỷn thổù 2 seợ õổồỹc õaùp ổùng nóỳu ∑ kiFi < WSõ vaỡ choỹn G ≤ pC 1 (WSõ - ∑ kiFi). Âióửu kióỷn sọi trong panel tộnh laỡ: Tm = ) 4 1( 2 22 ω++ b a b a ≥ TS hay W ≤ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ + + 2)/2(1 11 2 WCT P S ω . Âióửu kióỷn naỡy seợ õổồỹc õaùp ổùng nóỳu choỹn: C < CS , ∑ kiFi < WS vaỡ G < pC 1 (WS - ∑ kiFi). = GS, vồùi WS laỡ nghióỷm cuớa phổồng trỗnh WS = ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ++ 2)/2(1 11 2 SS WCT P ω Vồùi panel 1 m2 õàỷt taỷi Âaỡ nàụng, thỗ CS = 167 kJ/K, WSõ = 11,8 W/K, Ws=11,5W/K, GS = pC 1 (WS - ∑ kiFi) = 0,0017 kg/s. Cọng thổùc tờnh thồỡi gian vaỡ lổồỹng nổồùc sọi: Thồỡi õióứm õaỷt nhióỷt õọỹ sọi tS õổồỹc xaùc õởnh bồới phổồng trỗnh t(τS) = tS hay T(τS) = tS-to = TS. Giaới phổồng trỗnh T(τS) = TS cho mọựi loaỷi panel, seợ thu õổồỹc 2 nghióỷm τS1, vaỡ τS2. Thồỡi gian sọi seợ laỡ ∆τ = τS2 - τS1 vaỡ lổồỹng nổồùc sọi thu õổồỹc laỡ GS = G∆τS. Caùc cọng thổùc tờnh τS1,τS2, ∆τS, GS seợ õổồc giồùi thióỷu ồớ baớng 3.3. Vồùi panel ồớ trón , õaợ coù C < CS , ∑ kiFi < WS , nóỳu choỹn G =0,001kg/s <GS thỗ seợ õaỷt õổồỹc õióửu kióỷn sọi caớ khi tộnh vaỡ khi õọỹng, caùc quaù trỗnh sọi õổồỹc mọ taớ ồớ hỗnh 2.10. Baớng 4.3. Caùc cọng thổùc nhióỷt vaỡ caùc sọỳ lióỷu cho panel nổồùc sọi1m2 coù W < WS. Panel tộnh Panel õọỹng Thọng sọỳ õàỷc trổng Cọng thổùc tờnh Sọỳlióỷu Cọng thổùc tờnh Sọỳ lióỷu Thồỡi õióứm bàừt õỏửu sọi τs1= +− ωππ τ 2 [ 4 bartgn ] 4)2( sin 22 ab babTar S ω+−+ 5,1h τõs1= +bartg n ω π τ [ 2 ]sin 22 a bT ar S ω++ 4,5h 60 Thồỡi õióứm kóỳt thuùc sọi τs2= −− ωππ τ 2 2[ 4 bartgn 4)2( sin 2 ab babT ar S ω+−− 9,2h τõs2= −+ bartg n ωππ τ [ 2 ]sin 22 a bT ar S ω+− 10,1h Thồỡi gian sọi ∆τs= −ππ τ [ 4 n ] 4)2( sin2 22 ab babT ar S ω+−− 4,1h ∆τõs= −ππ τ [ 2 n ]sin2 22 a bT ar S ω+− 5,6h Lổồỹng nổồùc sọi GS= −ππ τ [ 4 nG ] 4)2( sin2 22 ab babT ar S ω+−− 1 4,8kg Gõs= −ππ τ [ 2 nG ]sin2 22 a bT ar S ω+− 20kg Hióỷu suỏỳt panel η = n ssp EnF TGC τ τπ 1 ∆ 26% ηõ= n õssp EnF TGC τ τπ 1 ∆ 36% Hỗnh 4.10. Haỡm nhióỷt õọỹ tộnh t(τ) vaỡ õọỹng tõ(τ) cuớa panel nổồùc sọi1m2 coù W<WS Caùc haỡm phỏn bọỳ lỏỷp õổồỹc õaợ mọ taớ tổồng õọỳi õỏửy õuớ vaỡ chờnh xaùc sổỷ phuỷ thuọỹc cuớa nhióỷt õọỹ chỏỳt loớng vaỡo thồỡi gian vaỡ hỏửu hóỳt caùc thọng sọỳ cuớa panel. Noù cho pheùp suy ra caùc cọng thổùc tờnh nhióỷt vaỡ caùc õióửu kióỷn cỏửn phaới õaùp ổùng khi muọỳn tàng nhióỷt õọỹ hoàỷc laỡm sọi chỏỳt loớng trong panel. τ õt (τ) 6 8 10 12 13,2 14 16 18h 0 20 40 60 80 100 124 C 46 C o o 120 121 Co τs1õ τs1 140 Co o61 C s2õτs2τ12,6 100 C = to s o30 C ∆τõs ∆τst (τ) 61 Caùc cọng thổùc õổa ra coù thóứ duỡng khi tờnh thióỳt kóỳ hoàỷc kióứm tra panel õóứ gia nhióỷt hay õun sọi caùc chỏỳt loớng khaùc nhau, ồớ vộ õọỹ tuỡy yù, ổùng vồùi caùc giaù trở thờch hồỹp cuớa caùc thọng sọỳ ρ , Cp , tS vaỡ En , to. 4.2.2. Bọỹ thu kióứu ọỳng coù gổồng phaớn xaỷ daỷng parabol truỷ 4.2.2.1. Bộ thu đặt nằm ngang Module bộ thu nằm ngang có cấu tạo nh− hình 4.11, gồm một ống hấp thụ sơn màu đen có chất lỏng chuyển động bên trong, bên ngoài là hai ống thuỷ tinh lồng vào nhau, giữa hai ống thuỷ tinh là lớp không khí hoặc đ−ợc hút chân không. Tất cả hệ ống hấp thụ và ống thuỷ tinh đ−ợc đặt trên máng parabol trụ, ph−ơng trình biên dạng của parabol trụ là: p xy 4 2 = Trong đó: p là khoảng cách đ−ờng tiêu điểm đến đáy parabol. Theo cách bố trí trên dễ dàng thấy rằng tất cả thành phần vuông góc của tia bức xạ mặt trời sau khi đến g−ơng parabol thì phản xạ đến tâm của ống hấp thụ. y x y= x 4p 2 p N L Lớp kính ngoài ống hấp thụ dẫn môi chất Lớp kính trong Parabol trụ phản xạ Cánh nhận nhiệt Hình 4.11. Cấu tạo loại module bộ thu đặt nằm ngang 62 Vấn đề là cần xác định các thông số kích th−ớc các bộ phận của module bộ thu và mối quan hệ giữa các thông số sao cho bộ thu có hiệu quả nhất về mặt hấp thụ nhiệt và về mặt kinh tế. Các thông số bộ thu và cơ sở tính toán Khảo sát một bộ thu năng l−ợng mặt trời (module) kiểu ống có g−ơng parabol trụ nh− hình 4.12. Bộ thu gồm một ống đồng ở giữa có đ−ờng kính d dày δo, khối l−ợng riêng ρo nhiệt dung riêng Co, hai bên ống có hàn thêm 2 cánh đồng phẳng có chiều dà