69
Cờng độ bức xạ mặt trời tới mặt kính tại thời điểm là E() = E
n
sin(),
với () = . là góc nghiêng của tia nắng với mặt kính, = 2/
n
và
n
= 24 x
3600s là tốc độ góc và chu kỳ tự quay của trái đất, E
n
là cờng độ bức xạ cực đại
trong ngày, lấy bằng trị trung bình trong năm tại vĩ độ đang xét E
n
=

ni
E
365
1
.
Lúc mặt trời mọc = 0, nhiệt độ đầu của bộ thu và chất lỏng bằng nhiệt độ t
o
của
không khí môi trờng xung quanh.
Phơng trình vi phân cân bằng nhiệt của bộ thu
Ta giả thiết rằng tại mỗi thời điểm , xem nhiệt độ chất lỏng và ống hấp thụ
đồng nhất và bằng t(). Xét cân bằng nhiệt cho hệ bộ thu trong khoảng thời gian
d kể từ thời điểm . Mặt module bộ thu hấp thụ từ mặt trời 1 lợng nhiệt bằng

D
2
3
.F
3
+ R. f
c
.D
1
D
2
.F
4
, (4.17)
trong đó: F
1
= L.d , F
2
= 2L.W
c
, F
3
= L(d
2
- d
1
), F
4
= L(N - d
2

2
= K
tt
.L(t - t
o
)d
trong đó: m
o
= Ld.
o
.
o
, [kg]
m
c
= 3LW
c
.
c
.
c
, [kg],
m =
4

d
2
.L. [kg],
K
tt

d
, [W/m
2
K]
70
hệ số truyền nhệt bằng đối lu và dẫn nhiệt K
L
=.
1
4
1
1
2
ln.
2
1
.
1

=
+







1
1122
1
21
1
111















+









o
.C
o
+m.C
P
+m
c
.C
c
)dt +(GC
P
+ K
tt
.L)(t - t
o
)d (4.19)
Biến đổi bằng cách thay T() = t() - t
o
và đặt:
a =
C
P
CmmCCm
EF
ccPoo
nD
=
++
.



+b
b
sin(2 + artg

2
b
) -
2
)2/(1


b
e
b
+

] (4.23)
Trong đó a và b đợc xác định theo công thức 4.20a và 4.20b
Công thức tính toán bộ thu
Từ hàm phân bố (4.23) ta dễ dàng lập đợc các công thức tính các thông số
kỹ thuật đặc trng cho bộ thu nh bảng 4.5. T() + b.T() = a.sin
2
() (4.21)

Với điều kiện đầu T(0) = 0 (4.22)


t
m
= t
o
+
22
4
1(
2

+
+
b
b
b
a
) [
o
C]
Thời điểm đạt nhiệt độ cực đại

m


m
=
n




=
b
a
2
[
o
C]
Nhiệt độ trung bình
t
tb
t
tb
= t
o
+
b
a
2
[
o
C]
Công suất hữu ích trung bình
P
tb
P
tb
=
b
a
2

0
.)2sin(
2






=
on
p
FbE
aGC
.4


Gơng phản xạ của loại bộ thu này có cấu tạo hơi phức tạp hơn, nhng hệ
thống làm việc theo nguyên tắc đối lu tự nhiên nên không cần phải có thêm bơm
tuần hoàn môi chất, do đó rất thích hợp cho việc triển khai sử dụng ở các vùng sâu
vùng xa không có điện lới.
Tính toán chọn kích thớc bộ thu
Các kích thớc module bộ thu cần phải chọn hoặc tính toán sao cho bộ thu
đạt đợc hiệu quả cao nhất về mặt kinh tế cũng nh khả năng hấp thụ nhiệt từ
NLMT, đồng thời đảm bảo các yêu cầu về mặt cấp nhiệt. Các kích thớc của
module bộ thu có ảnh hởng đến hiệu suất bộ thu cần phải tính chọn là: 72
- Đờng kính ống hấp thụ chứa môi chất d

tt
.
2/1







< 0,5
lúc đó hiệu suất cánh f
c
> 0,95. Ví dụ: Cánh làm bằng đồng có hệ số dẫn nhiệt
=25W/m.độ, chiều dày cánh = 0,001m, cánh đợc gắn trên ống đồng đờng
kính d =0,01m. Với trao đổi nhiệt đối lu tự nhiên ta lấy K
tt
=10W/m
2
độ ta có biểu
thức chọn chiều rộng cánh là:

W
K
tt
.
2/1



73
- Đờng kính ống thuỷ tinh ngoài d
2
: ống thuỷ tinh ngoài làm nhiệm vụ cách nhiệt
chống tổn thất ra môi trờng xung quanh. Theo nguyên tắc thì d
2
càng lớn (lớp
không khí giữa 2 ống thuỷ tinh càng lớn) thì tổn thất nhiệt càng ít, nhng thực tế
với loại bộ thu kiểu ống này nếu d
2
tăng thì theo công thức 4.9 và 4.17 ta thấy F
D
giảm nhất là với bộ thu đặt nghiêng, do đó tốc độ gia nhiệt a giảm và hiệu suất bộ
thu giảm. Do vậy ta chọn d
2
càng nhỏ càng tốt (nhng tất nhiên phải lớn hơn d
1
),
nhất là đối với bộ thu đợc hút chân không giữa 2 ống thuỷ tinh.
- Chiều rộng gơng trụ phản xạ N: Theo công thức 4.9 và 4.17 ta thấy rằng N
càng tăng thì F
D
tăng, mà F
D
tăng thì tốc độ gia nhiệt a tăng và hiệu suất bộ thu
tăng và nhiệt độ môi chất thu đợc cũng tăng. Đối với bộ thu nằm ngang trong hệ
thống đối lu tuần hoàn tự nhiên thì sự ảnh hởng của chiều rộng gơng trụ N đến
hiệu suất bộ thu và nhiệt độ thu đợc của môi chất sẽ đợc khảo sát kỹ ở phần sau.