Thiết kế chế tạo bộ thu không khí năng lượng mặt trời cánh sóng dọc đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật nhiệt

TỔNG QUAN

Sơ lươ ̣c về bức xa ̣ Mă ̣t Trời

1.1.1 Bức xạ Mặt Trời ngoài lớp khı́ quyển

Hı̀nh 1 1 Phân tán lớp bức xạ qua lớp khí quyển

[Nguồn: https://voer.edu.vn/m/nang-luong-mat-troi/b99c6362]

Hằng số Mặt Trời là năng lượng của toàn bộ quang phổ bức xạ Mặt Trời, phụ thuộc vào tần số (hay bước sóng) của bức xạ Phân bố bức xạ năng lượng Mặt Trời ở ngoài lớp khí quyển nằm trong khoảng bước sóng từ 0.2 µm đến 2.6 µm.

Thành phần bức xa ̣ Mă ̣t Trời:

- Bức xa ̣ trực xa ̣ là thành phần bức xa ̣ được truyền thẳng từ Mă ̣t Trời đến mă ̣t đất mà không thay đổi phương truyền

Bức xạ tán xạ hay bức xạ khuếch tán là thành phần bức xạ nhận được từ mặt đất sau khi bị thay đổi phương truyền do gặp các chướng ngại trong khi xuyên qua lớp khí quyển bao quanh trái đất, bao gồm các phân tử khí, hơi nước, bụi, khói hoặc các đám mây.

Khi phân tích các số liệu bức xạ phát ra từ bề mặt Mặt Trời bên ngoài lớp khí quyển trong nhiều năm, cường độ bức xạ Mặt Trời chỉ thay đổi khoảng 1%, có thể coi là không đáng kể Tuy nhiên, khi bức xạ Mặt Trời xuyên qua lớp khí quyển, cường độ sẽ giảm đáng kể do bị hấp thu bởi hơi nước, bị tán xạ khi gặp các phân tử trong không khí, các hạt bụi lơ lửng, và các đám mây.

Bức xạ với bước sóng tương ứng với vùng nhìn thấy và vùng hồng ngoại của quang phổ tương tác với các phân tử khí và hạt bụi trong không khí mà không phá vỡ các liên kết của chúng Khi đó, các photon bị tán xạ khá đều theo mọi hướng, một số photon quay trở lại không gian vũ trụ Sau khi phản xạ từ các phần khác nhau của khí quyển, bức xạ tán xạ đến chúng ta tạo ra màu xanh lam của bầu trời trong sáng, có thể quan sát được ở những độ cao không lớn Các giọt nước cũng tán xạ rất mạnh bức xạ mặt trời.

Cường độ bức xạ mặt trời tại một thời điểm trên trái đất phụ thuộc vào quãng đường mà ánh sáng mặt trời đi qua Sự mất mát năng lượng trong quãng đường này liên quan đến sự tán xạ và hấp thụ bức xạ, đồng thời phụ thuộc vào thời gian trong ngày, mùa và vị trí địa lý Các mùa hình thành do sự nghiêng của trục trái đất so với mặt phẳng quỹ đạo quanh mặt trời Góc nghiêng khoảng 66.5 độ và thực tế không thay đổi trong không gian Sự định hướng của trục quay trái đất trong chuyển động của nó quanh mặt trời tạo ra những biến động quan trọng về độ dài ngày và đêm trong năm.

1.1.2 Bức xạ Mặt Trời ở Viê ̣t Nam

Các tỉnh ở phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra) bình quân trong năm có khoảng 1800-

2100 giờ nắng Trong đó, các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung

Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) được xem là những vùng có nắng nhiều

Các tỉnh phía Nam Việt Nam, từ Đà Nẵng trở vào, có trung bình từ 2000 đến 2600 giờ nắng mỗi năm, với lượng bức xạ Mặt Trời cao hơn 20% so với các tỉnh phía Bắc Khu vực này nhận được ánh sáng Mặt Trời gần như quanh năm, ngay cả trong mùa mưa Vì vậy, nguồn bức xạ Mặt Trời tại Nam Trung Bộ và Nam Bộ được coi là một tài nguyên quý giá để khai thác và sử dụng.

Việt Nam sở hữu nguồn năng lượng mặt trời phong phú với cường độ bức xạ trung bình hàng ngày đạt 3.69 kWh/m² ở phía Bắc và 5.9 kWh/m² ở phía Nam Mức độ bức xạ Mặt Trời có sự biến đổi tùy thuộc vào lượng mây và tầng khí quyển của từng khu vực, dẫn đến sự chênh lệch đáng kể giữa các địa phương Thông thường, cường độ bức xạ ở miền Nam cao hơn so với miền Bắc.

Hı̀nh 1 2 Bản đồ phân bố bức xạ Mặt Trời tại Việt Nam

[Nguồn: http://dattech.com.vn/vn/tin-tuc/tin-moi/Ban-do-buc-xa-mat-troi-va-ban-do-tiem- nang-nang-luong-mat-troi-Viet-Nam/]

Trong các tháng 8, thời gian nắng nhiều, trong khi tháng 4, 5 và tháng 9, 10 là thời gian có nắng dài nhất Ngược lại, tháng 6 và 7 thường hiếm nắng, với nhiều mây và mưa Lượng tổng xạ trung bình hàng ngày cao nhất đạt khoảng 5,234 kWh/m²/ngày, trong khi trung bình năm là 3,489 kWh/m²/ngày.

Vùng núi cao khoảng 1500m thường có ít nắng và chịu ảnh hưởng của mây phủ cùng mưa nhiều, đặc biệt từ tháng 6 đến tháng 1 Cường độ bức xạ trung bình ở đây rất thấp, chỉ dưới 3,489 kWh/m²/ngày.

- Ở Bắc Bộ, nắng nhiều vào tháng 5 Còn ở Bắc Trung bộ càng đi sâu về phía Nam thời gian nắng lại càng sớm, nhiều vào tháng 4

Bắc Bộ ghi nhận tổng bức xạ trung bình cao nhất vào tháng 5, trong khi Bắc Trung Bộ đạt đỉnh vào tháng 4 Tháng 2 và tháng 3 có số giờ nắng trung bình thấp nhất, chỉ khoảng 2 giờ mỗi ngày, trong khi tháng 5 lại có số giờ nắng cao nhất, dao động từ 6 đến 7 giờ mỗi ngày, và mức nắng này tiếp tục duy trì ở mức cao từ tháng 7 trở đi.

- Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều nhất vào các tháng giữa năm với khoảng 8 – 10h/ngày Trung bình từ tháng 3 đến tháng 9, thời gian nắng từ

5 – 6 h/ngày với lượng tổng xạ trung bình trên 3,489 kWh/m 2 /ngày (có ngày đạt 5,815 kWh/m 2 /ngày)

Vùng này có khí hậu nắng quanh năm, với thời gian nắng từ 7h sáng đến 17h trong các tháng 1, 3 và 4 Cường độ bức xạ trung bình đạt trên 3,489 kWh/m²/ngày, đặc biệt tại Nha Trang, nơi cường độ bức xạ có thể vượt quá 5,815 kWh/m²/ngày trong 8 tháng trong năm.

Bảng 1 1 Số liệu về bức xạ Mặt Trời tại VN [Nguồn: https://solarpower.vn/cuong-do-buc-xa-nang-luong-mat-troi-tai-cac-khu-vuc-viet-nam/]

Vùng Giờ nắng trong năm

Cường độ BXMT (kWh/m 2 , ngày) Ứng dụng Đông Bắc 1600 – 1750 3,3 – 4,1 Trung bình

Tây Nguyên và Nam Trung Bộ 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt

Trung bình cả nước 1700 – 2500 4,6 Tốt

Việt Nam sở hữu lượng bức xạ Mặt Trời dồi dào, đặc biệt là tại khu vực phía Nam, trong khi khu vực phía Bắc nhận được bức xạ Mặt Trời ít hơn.

Lượng bức xạ Mặt Trời giữa các vùng miền là khác nhau và nó cũng phụ thuộc vào từng tháng khác nhau

Bảng 1.2 trình bày lượng tổng bức xạ Mặt Trời trung bình hàng ngày trong các tháng của năm tại một số địa phương ở Việt Nam, với đơn vị đo là MJ/m².ngày Dữ liệu này được trích từ nguồn thông tin đáng tin cậy về cường độ bức xạ năng lượng mặt trời tại các khu vực trong nước.

Tổng xạ Bức xạ Mặt Trời của các tháng trong năm (đơn vị: MJ/m 2 ngày)

Như vậy lượng tổng xạ nhận được ở mỗi vùng miền cũng khác nhau ở mỗi tháng Ta nhận thấy rằng các tháng nhận được nhiều nắng hơn là tháng 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời (NLMT) nhờ vị trí địa lý từ 8° Bắc đến 23° Bắc, với cường độ bức xạ Mặt Trời cao, đạt từ 100 – 175 kcal/cm².năm Việc khai thác NLMT không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế lớn mà còn là giải pháp tối ưu, vì đây là nguồn năng lượng sạch, tái tạo và vô tận Phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin Mặt Trời sẽ giúp thay thế năng lượng hóa thạch, giảm phát thải khí nhà kính và bảo vệ môi trường Do đó, NLMT được coi là nguồn năng lượng quý giá, có khả năng thay thế các nguồn năng lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt.

Khu vực Tây Bắc Việt Nam có tiềm năng năng lượng Mặt Trời khá cao, nhờ vào điều kiện khí hậu không bị ảnh hưởng nhiều bởi gió mùa Bức xạ Mặt Trời trung bình hàng năm dao động từ 4,1 đến 4,9 kWh/m²/ngày, với số giờ nắng trung bình từ 1800 đến 2100 giờ Các tỉnh như Điện Biên và Sơn La sở hữu số giờ nắng cao nhất trong khu vực Thời gian khai thác năng lượng Mặt Trời hiệu quả nhất là từ tháng 3 đến tháng 9, trong khi vào mùa đông, hiệu quả khai thác giảm đáng kể.

Giới thiệu hệ thống làm nóng không khí năng lượng Mặt Trời

Nhu cầu về năng lượng tái tạo đang gia tăng, thúc đẩy việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế Năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng bền vững, không gây ô nhiễm và có thể sử dụng mãi mãi Một trong những phương pháp hiệu quả để khai thác năng lượng Mặt Trời là thông qua bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời, chủ yếu là máy thu nhiệt phẳng Thiết bị này sản xuất không khí nóng phục vụ cho nhiều ứng dụng như sấy cây trồng, sưởi ấm công nghiệp, sưởi ấm không gian và sấy gia vị.

Bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời sử dụng vách ngăn để nâng cao hiệu suất, đặc biệt quan trọng trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng hiện nay Thiết kế của bộ thu không khí nhằm thu thập nhiệt bằng cách hấp thụ năng lượng từ Mặt Trời Có ba loại bộ thu chính: bộ thu ống hở, bộ thu phẳng và bộ thu gom tập trung, mỗi loại đều có những ứng dụng riêng trong việc khai thác năng lượng Mặt Trời.

Hình 1 3 Bộ thu không khí ống hở

[Nguồn: https://www.sbz-online.de/Archiv/Heftarchiv/article-199057-101902/solar- kollektor-fuer-rlt-systeme-.html]

Hình 1 4 Bộ thu không khí NLMT tấm phẳng cánh ngang

[Nguồn: https://i.ytimg.com/vi/bRNXf19t8g4/maxresdefault.jpg]

Hình 1 5 Bộ thu không khí NLMT tấm phẳng không cánh

[Nguồn: http://www.scielo.org.za/img/revistas/jesa/v24n3//02f01.jpg]

Sự phát triển bền vững của năng lượng Mặt Trời gặp khó khăn khi thiếu bức xạ Mặt Trời Việc lưu trữ năng lượng nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc khắc phục tình trạng này Phương pháp lưu trữ năng lượng giúp duy trì sự cân bằng giữa cung cấp và nhu cầu năng lượng.

Năng lượng Mặt Trời là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, nhưng phụ thuộc vào thời gian nắng là một thách thức lớn Các ứng dụng như sấy khô và sưởi ấm chỉ hoạt động trong suốt cả ngày và không thể thực hiện vào ban đêm Để khắc phục điều này, cần kết nối thiết bị lưu trữ năng lượng nhiệt với hệ thống năng lượng Mặt Trời, giúp sử dụng năng lượng lưu trữ trong những giờ không có nắng.

Việc chuyển đổi bức xạ Mặt Trời thành năng lượng ở bộ thu phụ thuộc vào hệ số truyền nhiệt giữa tấm hấp thụ và không khí chảy qua kênh Năng lượng Mặt Trời đã được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các bộ thu không khí dạng tấm phẳng có cánh, chiếm ưu thế trong nhiều năm qua Trong loại bộ thu này, năng lượng Mặt Trời được chuyển hóa thành năng lượng nội bộ, sau đó được sử dụng để gia nhiệt không khí thông qua hệ thống kênh dẫn nằm giữa đáy và tấm hấp thụ.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời

Mô hình bộ thu năng lượng Mặt Trời thường bao gồm các thành phần chính như lớp kính phủ trong suốt, tấm hấp thụ nhiệt, lớp cách nhiệt và vỏ bảo vệ.

Miếng che bóng trong suốt giúp bảo vệ tấm thu nhiệt khỏi tác động của mưa và các yếu tố khác, đồng thời vẫn cho phép ánh sáng Mặt Trời xuyên qua, đảm bảo hiệu quả hấp thụ năng lượng.

Tấm hấp thụ nhiệt là thành phần quan trọng trong bộ thu khí, có chức năng hấp thụ bức xạ Mặt Trời thông qua lớp phủ trong suốt Quá trình này giúp làm nóng luồng không khí trong bộ thu nhiệt, tối ưu hóa hiệu suất thu năng lượng mặt trời.

Lớp cách nhiệt, nằm chủ yếu ở hai bên và phía sau của bộ thu nhiệt, có chức năng quan trọng trong việc giảm thiểu sự mất nhiệt, từ đó nâng cao hiệu quả thu hồi nhiệt của hệ thống.

(4) Vỏ: vai trò của vỏ bộ thu không khí cố định để bảo vệ toàn bộ bộ thu nhiệt, đóng vai trò hỗ trợ

Hình 1 6 Cấu tạo bộ thu không khí năng lượng mặt trời dạng tấm phẳng

Hình 1 7 Nguyên lý hoạt động của bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời cơ bản

Nguyên lý hoạt động cơ bản của bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời là quạt hút không khí ở nhiệt độ môi trường vào bộ thu Tại đây, tấm hấp thụ nhận nhiệt từ năng lượng Mặt Trời, đồng thời thực hiện quá trình trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức với không khí Sau khi được gia nhiệt, không khí nóng sẽ thoát ra khỏi bộ thu.

Ưu điểm và nhược điểm của bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời

- Hệ thống này nhỏ và ít phức tạp

- Không xảy ra hiện tượng ăn mòn thiết bị như những bộ thu chất lỏng

- Sự rò rỉ không khí từ bô ̣ thu không khí Mặt Trời không gây ra vấn đề lớn

- Áp suất bên trong thiết bị không quá cao

- Thiết bị sử dụng vâ ̣t liê ̣u rẻ hơn, ít hơn và nó đơn giản để sử dụng hơn so với máy nước nóng năng lượng Mặt Trời

Bộ thu không khí gặp phải một số bất lợi do tính chất truyền nhiệt kém của không khí Do đó, cần áp dụng một số kỹ thuật để cải thiện khả năng truyền nhiệt hiệu quả hơn.

- Hạn chế khác là cần phải xử lý khối lượng lớn không khí do mật độ thấp của nó

- Không thể sử dụng không khí làm dung dịch lưu trữ do nhiệt độ thấp

- Trong trường hợp không thiết kế hợp lý thì chi phí của bô ̣ thu không khí Mặt Trời có thể rất cao.

Ứng du ̣ng của bộ thu không khí năng lượng Mặt Trời

Bộ thu thu khí là một hệ thống sử dụng năng lượng nhiệt từ Mặt Trời, nơi năng lượng này được hấp thụ và dùng để làm nóng không khí lạnh, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

1.5.1 Sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp

- Gia nhiệt trước cho không khí trong quá trình đốt

- Làm khô khoáng sản, giấy, than đá, các sản phẩm công nghiệp thực phẩm, gạch Việc sấy than nâu sẽ rất quan trọng đối với các nhà máy điện

- Không gian sưởi ấm cho các nhà kho, các nhà máy để sử dụng vv

1.5.2 Sử dụng trong lĩnh vực nông nghiệp

Nông sản sấy khô, bao gồm trái cây, ngũ cốc và rau, mang lại nhiều lợi ích quan trọng khi được thu hoạch bằng năng lượng Mặt Trời Phương pháp này không chỉ giúp bảo vệ nông sản khỏi nấm mốc và loài gặm nhấm mà còn duy trì chất lượng và giá trị dinh dưỡng của sản phẩm Sử dụng năng lượng tái tạo trong quá trình sấy khô không chỉ thân thiện với môi trường mà còn góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế cho người nông dân.

- Sưởi ấm không gian cho nhà kính, kho hàng và trang trại chăn nuôi…

- Sử du ̣ng cho các máy sấy sản xuất khác

1.5.3.Sử dụng trong gia đình

- Máy sấy nhỏ ( làm khô quần áo…).

Tổng quan tı̀nh hı̀nh phát triển bô ̣ thu trong và ngoài nước

1.6.1 Tình hình phát triển ngoài nước

Với tính chất tổng quát và quy mô rộng lớn, quá trình thu nhiệt mặt trời đã được nghiên cứu một cách sâu rộng trên toàn cầu Nhiều nghiên cứu, bài báo và giải pháp đã được công bố liên quan đến vấn đề này Hiện nay, trên thế giới có một số công trình nghiên cứu đáng chú ý trong lĩnh vực làm nóng không khí bằng năng lượng mặt trời.

1.” Research on Structure Optimal Design of Solar Air Collector; 10th International Symposium on Heating, Ventilation and Air Conditioning, ISHVAC2017, 19-22 October

2017, Jinan, China; Liang Wanga,*, Yi Mana,b, Shengyu Shia , Zejiang Wanga”

2.” Testing solar air-heating collectors; SHC 2013, International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry September 23-25, 2013, Freiburg, Germany; Korbinian S Kramer*, Christoph Thoma, Stefan Mehnert, Sven Fahr”

3.”Experimantal investigation of thermal performance of a new solar air collector with porous surface; International Scientific Conference: “Environment and Climate Technologies”, CONET 2016, 12-14 October 2016, Riga, Latvia; Ati G.Devecioglu, Vedat Oruc

Ngoài các nghiên cứu hiện có, nhiều nghiên cứu khác về bộ thu năng lượng mặt trời đang được tiến hành nhằm nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa thiết bị Việc phát triển ứng dụng tiềm năng của các hệ thống thu nhiệt từ mặt trời sẽ được khuyến khích để thúc đẩy điều hòa không khí thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng, và tạo sự thoải mái, góp phần xây dựng một thế giới bền vững hơn.

1.6.2 Tình hình phát triển trong nước

Trong những năm gần đây, kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí đã phát triển mạnh mẽ, đáp ứng nhu cầu cuộc sống tiện nghi của người dân Sự cải thiện đời sống từ khi mở cửa và đổi mới đã làm tăng sự quan tâm đến hệ thống thu nhiệt từ năng lượng mặt trời Nghiên cứu về năng lượng mặt trời đang được chú trọng nhằm thay thế các nguồn năng lượng hữu hạn như than đá và dầu mỏ Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam rất khả quan, có thể áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống và sản xuất.

LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN

Tı́nh toán sơ bô ̣

2.1.1 Tı́nh các góc tương tác giữa tia bức xạ và kı́nh:

Cos  Cos(  ).Cos Cos Sin(  ).Sin [2.26]

Vı̃ đô ̣ nơi đă ̣t bô ̣ thu: 10,96 0 B

Góc nghiêng của bô ̣ thu: = 30°

Góc lê ̣ch (Độ): 23,45Sin( 284 )360

  n [2.27] n: là số thứ tự ngày tı́nh từ ngày 1 tháng giêng

Ngày và giờ đo: Tháng 12 năm 2017

Góc giờ mă ̣t trời: = (12 − ) 15 ( đô ̣ ) [2.28]

Góc tới trên mă ̣t phẳng nghiêng:   1   ArcCos(Cos )  [2.29]

Góc khúc xa ̣ đi qua hai môi trường không khı́ và kı́nh theo công thức:

I0: Cường đô ̣ bức xa ̣ tới của bức xa ̣ mă ̣t trời

Ir: Cường đô ̣ bức xa ̣ trên mă ̣t kı́nh

2.1.2 Hê ̣ số hấp thụ tı́ch hợp hấp thụ truyền qua

Hệ số phát xạ của tấm hấp thụ: = 0,97

Hệ số phản xạ tra đồ thị 2.1.4 Tài liệu [1]

2.1.3 Lưu lượng không khí qua bộ thu

Lưu lượng thể tích dòng khı́ đi qua bô ̣ thu trong mô ̣t đơn vi ̣ thời gian:

= = = (m 3 /s) Lưu lượng thể tích đi qua bô ̣ thu trong năm phút: G 5  300 G m   3

Lưu lượng khối lươ ̣ng dòng khı́ trong mô ̣t đơn vi ̣ thời gian: = (kg/s)

Lưu lượng khối lượng đi qua bô ̣ thu trong năm phút: m5300 m  kg

Vận tốc không khí khi đi vào bộ thu: V (m/s) Đường kính ống: d (mm)

Cạnh miệng dẫn không khí: a = 80 mm 2.1.4 Sự truyền nhiệt và sụt áp trong kênh dẫn song song

- Vận tốc trung bình dòng khí đi trong kênh dẫn:

Số kênh dẫn: n = 8 (kênh) Nhiệt độ trung bình dòng khí: tfm 0 C Tra bảng 4, tài liệu [2] kết hợp nội suy: Khối lượng riêng của không khí ở trong bộ thu: ( / )

Nhiệt dung riêng khối lượng đẳng áp Cp được đo bằng kJ/kg.độ, trong khi độ nhớt động học được biểu thị bằng ký hiệu (/) Kích thước của kênh dẫn bao gồm chiều rộng W là 7,5 cm và chiều cao L là 8 cm Thêm vào đó, chiều dày của cánh được xác định là 2 cm.

- Đường kính tương đương: = ( ) (cm) [2.22]

Khi đánh giá hiệu suất của bộ thu không khí, cần xem xét các hệ số trao đổi nhiệt đối lưu và độ sụt áp trong dòng chảy khí Thombre và Sukhamate đã phát triển các biểu thức thực nghiệm gần đúng để áp dụng cho các kênh dẫn, dựa trên tỉ số giữa khe hở và khoảng trống giữa hai cánh liền kề (L-Lf)/(W-).

Tỉ số khoảng trống giữa hai cánh liền kề với chiều cao cánh (W- )/ Lf > 1 là một quy định quan trọng, đặc biệt trong các bộ thu năng lượng mặt trời Trong bối cảnh này, số Nusselt được xác định theo công thức cụ thể, giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

= 0,023 , , [2.20] Ở đây, đường kính đặc trưng dùng để tính Nu và Re được lấy theo đường kính tương đương de

Hệ số ma sát: f = M.Re -m Ở đây: Khi Re < 15000 thì:

Trong đó: Chiều dài kênh dẫn: L1 = 215 (cm)

Tính toán nhiệt

2.2.1 Năng lượng bức xạ đã được hấp thụ trên bề mặt hấp thụ

Nhiệt lượng bức xạ đã được hấp thụ trên bề mặt hấp thụ trên một đơn vị mét vuông và thời gian:

Cường độ bức xạ của Mặt Trời tới mặt phẳng: H = (W/ m 2 )

Nhiệt lượng bức xạ đã được hấp thụ trên bề mặt hấp thụ trong một đơn vị thời gian:

Với: F p = 2 (m 2 ) là diê ̣n tı́ch tấm hấp thu ̣

Nhiệt lượng bức xạ đã được hấp thụ trên bề mặt hấp thụ của bô ̣ thu trong năm phút là:

2.2.2 Tı́nh năng lượng có ı́ch Q u

Nhiệt lượng có ích mà bộ collector truyền cho không khí trong đơn vị thời gian:

F = 2 (m 2 ) là diê ̣n tı́ch bô ̣ thu

Nhiệt lượng có ích mà bộ collector truyền cho không khí trong năm phút:

2.2.3 Tı́nh tổn thất nhiê ̣t của bộ thu

2.2.3.1 Tổn thất nhiê ̣t qua mặt đáy Q đ

Tấm hấp thụ và bề mặt đáy được thiết kế đặt sát nhau để tối ưu hóa hiệu suất Điều này giúp cho việc tính toán trở nên dễ dàng hơn, vì có thể xem như hai bề mặt tiếp xúc tốt với nhau.

Xem tổn thất nhiệt qua bề mặt đáy là tổn thất nhiệt qua lớp hấp thụ, lớp bông khoáng và lớp kim loại nhôm mạ chất chống rỉ sét:

Nhiê ̣t lươ ̣ng tổn thất qua bề mă ̣t đáy trong mô ̣t đơn vi ̣ thời gian:

Nhiê ̣t lươ ̣ng tổn thất qua bề mă ̣t đáy trong năm phút:

Fđ = 2 (m 2 ) là diê ̣n tı́ch bề mă ̣t đáy tpm = ( 0 C) nhiê ̣t đô ̣ trung bı̀nh tấm hấp thu ̣

Tđm = ( 0 C) nhiê ̣t đô ̣ trung bı̀nh bề mă ̣t đáy

Chiều dày tấm hấp thụ:  1  2mm

Chiều dày lớp bông khoáng:  2  50mm

Chiều dày lớp vỏ kim loại nhôm:  3 2mm

Hệ số dẫn nhiệt tấm hấp thụ:  1 (W / m C 0 )

Hệ số dẫn nhiệt lớp bông khoáng:   2 0,034(W / ) m C 0

Hệ số dẫn nhiệt lớp vỏ kim loại nhôm:  3 (W / ) m C 0

2.2.3.2 Tổn thất nhiê ̣t qua các thành bên Q b

Việc đánh giá tổn thất nhiệt qua thành bên của các bộ thu là một quá trình phức tạp Tuy nhiên, trong thực tế, tổn thất này thường rất nhỏ so với tổn thất nhiệt qua mặt trên và có thể được coi là không đáng kể.

2.2.3.3 Tổn thất nhiê ̣t qua mă ̣t trên Ut

Tổn thất nhiệt qua bề mặt trên của bộ thu là một quá trình phức tạp, bao gồm việc tính toán tổn thất nhiệt từ tấm hấp thụ ra môi trường Hiện tượng này bao gồm đối lưu và bức xạ giữa tấm hấp thụ có nhiệt độ Tp và nhiệt độ bầu trời Tbt, trong đó nhiệt độ bầu trời có thể được gần đúng bằng nhiệt độ môi trường.

Ta) Ở trạng thái cân bằng nhiệt thì nhiệt độ tấm hấp thụ truyền cho kính bằng với nhiệt độ từ kính truyền cho môi trường

Hệ số trao đổi nhiệt trên bề mặt của kính ra môi trường được biểu diễn bằng công thức:

Hệ số phát xạ của kính dày 5mm: Tra bảng 4.3 tài liệu [4,tr.153]: = 0.96

Hằng số Stéfan – Boltzmann:  5,67.10 ( /  8 W m K 2 4 ) = 5,67 10 ( / ) Nhiệt độ môi trường và nhiệt độ trung bình tấm hấp thụ:

Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu giữa mặt trên của kính đậy với môi trường có gió thổi trên bè mặt kính: hw = 5,7 + 3,8v (W/m 2 K) [2.8]

Lấy vận tốc dòng khí trên mặt kính: v m/s

Tổn thất nhiệt lên mặt trên trong mô ̣t đơn vi ̣ thời gian:

Qt = Fk.Ut.(tpm-ta) (W)

Tổn thất nhiệt lên mặt trên trong năm phút:

2.2.3.4 Tổn thất nhiệt toàn phần của bộ thu

Tổn thất nhiê ̣t toàn phần của bô ̣ thu trong năm phút:

Tính hiệu suất

Cách tăng hiệu suất cho thiết bị

Hiệu quả của bộ thu không khí được xác định bằng tỷ lệ giữa sản lượng nhiệt trong một đơn vị thời gian và bức xạ Mặt Trời mà bộ thu nhận được trong trạng thái ổn định.

Trong đó: η: Hiê ̣u suất của bô ̣ thu

Qo: Nhiê ̣t lươ ̣ng có ı́ch

A: Diê ̣n tı́ch bô ̣ thu

I: cường đô ̣ bức xa ̣ Đối với bộ thu không khí Mặt Trời, điều quan trọng nhất là nâng cao hiệu quả của bộ thu Hiệu quả thu gom có thể được cải thiện từ các khía cạnh sau:

+ Lớp kı́nh được cải thiện: một tấm kính giúp tăng cường hấp thu ̣ bức xa ̣ nhiê ̣t và giảm sự tổn thất nhiê ̣t qua bề mă ̣t

Cải thiện lớp cách nhiệt là rất quan trọng để ngăn ngừa sự mất nhiệt quá mức Các vật liệu cách nhiệt như len đá, len khoáng sản, bọt polyurethane và polystyrene được chấp nhận rộng rãi Những vật liệu này không chỉ có khả năng bảo quản nhiệt tốt mà còn hoạt động ổn định, không bay hơi và không phát sinh khí độc hại, góp phần nâng cao hiệu quả năng lượng cho công trình.

Cải thiện lớp vỏ của bộ thu bằng cách tối ưu hóa lối vào và đầu ra để tăng cường hiệu quả trao đổi nhiệt là rất cần thiết Điều này giúp giảm hiện tượng không khí và nhiệt chuyển giao không đồng đều, từ đó hạn chế vùng nhiệt độ chết Mô hình cần được tính toán kỹ lưỡng để gia tăng lượng không khí và diện tích trao đổi nhiệt, đảm bảo rằng không khí và tấm hấp thụ nhiệt có thể trao đổi nhiệt một cách hoàn toàn, góp phần giảm nhiệt độ vùng chết.

Cải thiện hiệu suất hấp thụ nhiệt và lớp vỏ bên trong là rất quan trọng Khoảng cách giữa luồng không khí giữa tấm phủ và tấm hấp thụ nhiệt giúp giảm nhiệt độ không khí thoát ra nhờ vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí nóng và không khí lạnh Sự chuyển động của nhiệt đối lưu và lớp phủ góp phần vào việc duy trì nhiệt độ ổn định cho tấm cách nhiệt và tấm hấp thụ nhiệt Bằng cách tăng khoảng cách giữa tấm che và tấm hấp thụ nhiệt, chúng ta có thể giảm nhiệt độ không khí và hạn chế sự mất nhiệt hiệu quả.

Cải tiến tấm hấp thụ nhiệt là rất quan trọng, vì tấm này có khả năng hấp thụ bức xạ Mặt Trời và chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành nhiệt năng Việc sử dụng các vật liệu phủ trong tấm hấp thụ cũng như chất phủ bề mặt có thể nâng cao hiệu suất và độ bền của sản phẩm.

MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM

Giới thiệu mô hình thí nghiệm

3.1.1 Giới thiệu mô hình thí nghiệm

Hı̀nh 3 1 Mô hı̀nh thực tế bộ thu

Bộ thu đặt ngoài trời, không gian thông thoáng, không bị che khuất bởi cây cối và nhà cao tầng Có thể nhận ánh sáng cả ngày từ 8:00-16:00

Hı̀nh 3 2 Mô hình thực tế bộ thu

Hı̀nh 3 3 Kênh dẫn của bộ thu

Hı̀nh 3 4 Quá trình chế tạo bộ thu

Hı̀nh 3 5 Vị trí đặt mô hình thực nghiệm

Bộ thu năng lượng mặt trời có kích thước tương đương với máy nước nóng, nhưng dễ chế tạo và giá thành rẻ hơn Đối với bộ thu phẳng, người dùng có thể đặt trực tiếp trên mái nhà mà không cần quan tâm đến góc nghiêng.

Hı̀nh 3 6 Mặt trên và mặt bên của bộ thu

Bộ thu không khí cánh sóng dọc, hay còn gọi là bộ thu không khí, bao gồm các thành phần chính như tấm kính đậy, kênh dẫn khí dạng sóng dọc, tấm hấp thụ, đáy cách nhiệt, lớp vỏ bộ thu, khung đỡ và quạt đẩy Nguyên lý hoạt động của bộ thu này dựa trên cấu tạo và sự tương tác giữa các bộ phận nhằm tối ưu hóa hiệu suất thu nhiệt.

Hı̀nh 3 7 Cấu tạo bộ thu

1: Lớp kính 6: Lớp cách nhiệt

2: Lớp cánh sóng dọc 7: Lớp vỏ thiết bị

3: Cửa ra không khí 8: Khung đỡ

4: Cửa vào không khí 9: Quạt thổi

- Vật liệu: Thủy tinh trong suốt

- Các thông số vật liệu:

Hệ số phát xạ = 0,96 Chiết xuất thủy tinh: n = 1,526

Chưa uốn sóng: 2150x80 mm Đã uốn: 1750x80 mm

 Chất hấp thụ: Sơn đen mờ trộn bột sắt

 Hệ số phát xạ: = 0,97 [1,Tr.40]

 Chất hấp thụ: Sơn đen mờ trộn bột sắt

 Kích thước mặt bên: 80x2000; 80x900 mm

3.1.2.6 Cửa ra vào không khı́

- Điều chỉnh vận tốc bằng Dimmer

- Vật liệu: Kim loại chống ăn mòn

3.1.3 Nguyên lý hoạt động mô hình thí nghiệm:

Sơ đồ nguyên lý bộ thu không khí cánh sóng dọc bằng năng lượng mặt trời trên hình

Bộ thu năng lượng mặt trời ngoài trời hoạt động bằng cách cho bức xạ mặt trời xuyên qua lớp kính phủ, truyền nhiệt đến tấm hấp thụ Không khí từ môi trường được quạt hút đẩy vào bộ thu, di chuyển giữa lớp kính và tấm hấp thụ qua các kênh dẫn, nhận nhiệt từ tấm hấp thụ nhờ quá trình trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức Trong quá trình này, nhiệt độ không khí tăng dần và thoát ra ngoài qua cửa ra ở phía trên bộ thu.

Hı̀nh 3 8 Nguyên lý hoạt động của bộ thu

Vị trí lắp đặt: Thành phố Biên Hòa, Đồng Nai

- Hướng lắp đặt: Bắc-Nam

- Góc nghiêng so với mặt đất: 30 o

- Thông tin khí hâ ̣u tỉnh Đồng Nai:

Khí hậu Đồng Nai thuộc loại khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, với hai mùa rõ rệt là mùa khô và mùa mưa Mùa khô kéo dài từ tháng 12 đến tháng 3 hoặc tháng 4 năm sau, chiếm khoảng 5 đến 6 tháng, trong khi mùa mưa diễn ra từ tháng 5 đến tháng 11, kéo dài khoảng 6 đến 7 tháng Thời điểm kết thúc mùa mưa thường dao động từ đầu tháng 10 đến tháng 12.

Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm dao động từ 25,7 đến 26,7 độ C, với sự chênh lệch không lớn giữa các năm Mức chênh lệch nhiệt độ cao nhất giữa tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất chỉ là 4,2 độ C.

Mùa khô có nhiệt độ trung bình dao động từ 25,4 đến 26,7 độ C, với sự chênh lệch giữa tháng cao nhất và tháng thấp nhất là 4,8 độ C Trong khi đó, mùa mưa có nhiệt độ trung bình từ 26 đến 26,8 độ C, cho thấy mức dao động không lớn, chỉ khoảng 0,8 độ C so với mùa khô.

Phương pháp thực nghiệm

3.2.1 Giới thiệu thiết bị đo

3.2.1.1 Thiết bị đo bức xạ Mặt Trời

Máy đo bức xạ Mặt Trời Tenmars TM-750:

Hı̀nh 3 9 Máy đo bức xạ

Công dụng: đo năng lượng bức xạ từ Mặt Trời

Thang đo: 4000W / m2, 634Btu / (ft2 * h) Độ phân giải: 1W / m2, 1Btu / (ft2 * h) Độ chính xác: thường trong vòng 10W / m2 [± 3 Btu / (ft2 * h)] hoặc ± 5%, giá trị lớn hơn trong ánh sáng Mặt Trời;

Nhiệt độ bù trừ: gây ra lỗi 0.38W / m2 / ºC [± 0.12 Btu / (ft2 * h) / ºC] từ 25ºC Độ chính xác góc: Cosine corrected ºC

Thời gian lấy mẫu: Khoảng 0,25 giây

Hãng sản xuất: Tenmars- Đài Loan

Phương pháp đo năng lượng bức xạ Mặt Trời được thực hiện bằng cách đặt máy đo vuông góc với mặt phẳng của bộ thu, với đầu cảm biến hướng lên bầu trời để tối ưu hóa việc thu nhận năng lượng.

Hı̀nh 3 10 Phương pháp đo bức xạ

3.2.1.2 Máy đo vận tốc gió

Máy đo vận tốc gió HT-81

Công dụng: đo nhiệt độ không khí trung bình, đo tốc độ gió, mô phỏng phản ứng của gió

Hı̀nh 3 11 Máy đo vận tốc gió

Dải đo gió: 196 - 4900 ft/min, 1.00 - 25.00 m/s, 3.6 - 90.0 km/h

Dải đo nhiệt độ của thiết bị nằm trong khoảng từ 32°F đến 122°F (0°C đến 50°C), với độ phân giải đo gió là 1 ft/min, 0.01 m/s và 0.1 km/s Độ phân giải đo nhiệt độ đạt 0.1°F (0.1°C), mang lại độ chính xác ±(3% ở 40 ft/min), ±(3% ở 0.20 m/s) và ±(3% ở 0.8 km/h) Đối với đo nhiệt độ, độ chính xác là ±4.0°F (2°C).

Để đo vận tốc gió, hãy đặt máy đo ngay trước đầu thổi của quạt, đảm bảo chong chóng của máy đo hướng về phía quạt và song song với hướng gió.

3.2.1.3 Thiết bị đo nhiệt độ

Máy đo nhiệt độ AmPe kìm VC3267

Hình 3 13 Máy đo vận tốc

Công dụng: Đo dòng, trở, nhiệt độ, tần số, điện dung Đặc biệt: Đo nhiệt độ với dây can nhiệt tích hợp đi kèm

• Kích thước: 183mm x 66mm x 35mm

Bảng 3 1 Thông số kỹ thuật thiết bị đo nhiệt đo

Tham số Dải đo Sai số % sai số Điện áp DC 400mV~600V 100uV (1.0% + 3d) Điện áp AC 4V~600V 1mV (1.5% + 3d)

Dòng điện xoay chiều 40A/400A 10mA (3.0% + 3d) Điện trở 400[Omega~40mOhm 100m (1.0% + 3d)

Nhiệt độ Deg.]C – 10~ 400 o ]C 1 o C (1.0% + 3d) Điện dung 40nF~100uF 10pF (4.0% + 3d)

Tần số 10Hz~5MHz 0.001Hz (1.0% + 3d)

Để đo điện, hãy cắm que đo vào hai chân đo của Ampe kìm theo đúng cực (-) và (+) Đặt đầu dò vào vị trí cần đo cho đến khi số hiển thị trên màn hình ổn định Khi đo nhiệt độ của kính, nên sử dụng thêm keo tản nhiệt để cải thiện độ tiếp xúc.

Hình 3 14 Phương pháp đo nhiệt độ dòng khı́

Hı̀nh 3 15.Phương pháp đo nhiệt độ bề mặt kı́nh

Phương pháp tiến hành thực nghiệm mô hình:

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã thực hiện các thí nghiệm mô hình với các lưu lượng gió đầu vào khác nhau Cụ thể, trường hợp 1 sử dụng lưu lượng gió G1=0,005 m³/s, trường hợp 2 với G2=0,0096 m³/s, trường hợp 3 có G3=0,0101 m³/s, trường hợp 4 áp dụng G4=0,0128 m³/s, và cuối cùng, trường hợp 5 với lưu lượng gió G5=0,016 m³/s Những thí nghiệm này nhằm đánh giá hiệu quả của mô hình dưới các điều kiện gió khác nhau.

- Thông số lưu lượng từng trường hợp: Đo vận tốc đầu vào của không khí, sau đó tính ra giá trị lưu lượng đầu vào

Tiến hành đo và lấy thông số bộ thu 5 phút một lần từ 8:00 đến 16:00

Để đo nhiệt độ trong bộ thu, cần thực hiện các bước sau: Đo nhiệt độ không khí đầu vào và đầu ra tại cửa vào và cửa ra của bộ thu Tiến hành đo nhiệt độ không khí tại 8 điểm trong bộ thu và tính giá trị trung bình Đo nhiệt độ tấm hấp thụ tại 5 điểm và lấy giá trị trung bình Tương tự, đo nhiệt độ kính phủ và mặt đáy bộ thu tại 5 điểm mỗi loại, sau đó tính giá trị trung bình cho cả hai.

- Thông số bức xạ: Đo thông số bức xạ cùng thời điểm đo thông số nhiệt độ.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Kết quả

Dựa trên lý luận từ chương 2 và các thông số thực nghiệm, quá trình tính toán các thông số của bộ thu được thực hiện với các lưu lượng G1 = 0,005 m³/s, G2 = 0,0096 m³/s, G3 = 0,01 m³/s, G4 = 0,0128 m³/s và G5 = 0,016 m³/s Kết quả tính toán được thiết lập bằng phần mềm Excel 2013.

Những số liệu thu thập được trình bày ở phụ lục

4.1.1.Trường hợp lưu lượng G1 = 0.005 m 3 /s Đồ thi ̣ 4 1 Quan hệ giữa cường độ bức xạ và hiệu suất tức thời của bộ thu ứng với lưu lượng 0.005 m 3 /s

Cường độ bức xạ Mặt Trời trong đồ thi ̣ 4.1 tăng dần từ 8 giờ sáng đến 12 giờ 30 phút trưa, sau đó giảm dần cho đến khi kết thúc quá trình đo lúc 4 giờ chiều Giá trị cường độ bức xạ đạt đỉnh vào khoảng giữa buổi trưa.

11 giờ 30 phút đến 13 giờ 30 phút và cao nhất lúc 12 giờ 30 phút là 1407 W/m 2 Vì bộ thu đặt hướng Bắc - Nam, Mặt Trời di chuyển theo hướng Đông - Tây

Hiệu suất của bộ thu giảm do tổn thất lớn khi lưu lượng không khí là 0.005 m³/s Vào buổi sáng, hiệu suất có xu hướng tăng, nhưng lại giảm vào buổi trưa, thời điểm có bức xạ cao nhất Buổi chiều, hiệu suất lại tăng trở lại Sự giảm hiệu suất vào buổi trưa xảy ra do dòng khí bên trong bộ thu không đủ để hấp thụ lượng nhiệt cao, dẫn đến tổn thất lớn trong quá trình trao đổi nhiệt Đồ thị 4.2 thể hiện mối quan hệ giữa cường độ bức xạ và nhiệt độ đầu vào - ra của thiết bị.

Trong đồ thi ̣ 4.2, giá trị nhiệt độ đầu vào và đầu ra tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ Mặt Trời Vào buổi sáng, nhiệt độ thấp do cường độ bức xạ yếu, sau đó tăng dần đến trưa và đạt đỉnh vào lúc 12 giờ 30 phút với nhiệt độ 106°C, khi cường độ bức xạ đạt giá trị cao nhất trong ngày Từ đó, nhiệt độ giảm dần vào buổi chiều do sự suy giảm của bức xạ Mặt Trời.

Với lưu lượng G 1 = 0.005 m³/s, độ chênh nhiệt đạt giá trị cao nhất 64°C vào lúc 12 giờ 30 phút Tuy nhiên, do lưu lượng dòng khí quá nhỏ và tổn thất lớn trong quá trình tính toán, nhóm nghiên cứu nhận thấy không nên sử dụng lưu lượng này Đồ thị 4.3 thể hiện mối quan hệ nhiệt độ giữa tấm hấp thụ, dòng khí và bề mặt kính trong thiết bị ứng với lưu lượng 0.005 m³/s.

Trong đồ thi ̣ 4.3, nhiệt độ trung bình của tấm hấp thu, dòng khí và bề mặt kính tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ Mặt trời Nhiệt độ thấp vào buổi sáng do cường độ bức xạ thấp, sau đó tăng dần đến trưa, đạt đỉnh cao nhất vào lúc 12 giờ 30 phút với nhiệt độ tấm hấp thu là 119°C, dòng khí 102°C và bề mặt kính 69°C Sự chênh lệch lớn giữa nhiệt độ tấm hấp thu và dòng khí cho thấy khả năng trao đổi nhiệt của không khí kém Nhiệt độ sẽ giảm dần vào buổi chiều khi bức xạ Mặt trời giảm.

Với lưu lượng G 1 = 0.005 m³/s, nhiệt độ tấm hấp thu, dòng khí và kính cao cho thấy sự không hiệu quả Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng lưu lượng dòng khí quá nhỏ và tổn thất lớn, do đó không nên sử dụng với lưu lượng này.

Bảng 4.1 trình bày nhiệt lượng hấp thụ và nhiệt lượng có ích với lưu lượng 0.005 m³/s Đồ thị 4.4 thể hiện cường độ bức xạ ứng với lưu lượng 0.005 m³/s.

Thời gian Nhiệt lượng hấp thụ

08:00-16:00 43002 15653 36.40 Đồ thi ̣ 4 5 Quan hệ giữa nhiệt lượng hấp thụ và nhiệt lượng có ích ứng với lưu lượng 0.005 m 3 /s

Trong đồ thị 4.4 và 4.5, lượng nhiệt hấp thụ trên tấm hấp thụ tăng dần từ sáng đến trưa và giảm dần từ trưa đến chiều, tương ứng với cường độ bức xạ Mặc dù nhiệt lượng hấp thụ trên tấm cao, nhưng nhiệt lượng có ích truyền cho dòng khí lại tăng chậm do quá trình trao đổi nhiệt kém, dẫn đến tổn thất lớn ở bộ thu và giảm hiệu suất của bộ thu.

Sự thay đổi năng lượng hữu ích theo giờ được minh họa trong hình 4.4, cho thấy nhiệt lượng hữu ích Qu có sự biến thiên tương đối cao ở các mức lưu lượng khác nhau.

Nhiệt lượng có ích tăng dần cho đến khoảng giữa trưa và sau đó giảm xuống Đồ thị cho thấy nhiệt lượng đạt đỉnh vào buổi trưa, cụ thể là từ 11h đến 13h.

Có thể nói rằng nhiệt lượng hữu ích tỷ lệ thuận với lưu lượng của dòng khí trong bộ thu

4.1.2 Trường hợp lưu lượng G2 = 0.0096 m 3 /s Đồ thi ̣ 4 6 Quan hệ giữa cường độ bức xạ và hiệu suất tức thời của bộ thu ứng với lưu lượng 0.0096 m 3 /s

Cường bức xạ Mặt Trời tại đồ thi ̣ 4.6 có sự thay đổi đáng kể theo thời gian Cụ thể, cường bức xạ tăng dần từ 8 giờ sáng đến 12 giờ trưa, đạt giá trị cao nhất từ khoảng 11 giờ đến 13 giờ Đặc biệt, cường bức xạ cao nhất được ghi nhận vào lúc 11 giờ 50 phút với giá trị lên đến 1415 W/m2 Sau đó, cường bức xạ giảm dần đến lúc kết thúc quá trình đo vào 4 giờ chiều.

Với lưu lượng 0.0096 m³/s, hiệu suất của bộ thu giảm do tổn thất lớn, đặc biệt vào buổi trưa khi bức xạ đạt đỉnh Hiệu suất có xu hướng tăng vào buổi sáng và chiều, nhưng vào giữa trưa, dòng khí bên trong bộ thu không đủ để hấp thụ lượng nhiệt cao, dẫn đến giảm hiệu suất trao đổi nhiệt Đồ thị 4.7 thể hiện mối quan hệ giữa cường độ bức xạ và nhiệt độ đầu vào-ra của thiết bị.

Trong đồ thi ̣ 4.7, có thể thấy rằng giá trị nhiệt độ đầu vào và đầu ra tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ Mặt Trời Nhiệt độ thấp vào buổi sáng do cường độ bức xạ tại thời điểm này còn nhỏ, sau đó tăng dần cho đến trưa và đạt mức cao nhất vào lúc 12 giờ với nhiệt độ 85°C, khi cường độ bức xạ đạt giá trị lớn nhất trong ngày Sau đó, nhiệt độ giảm dần vào buổi chiều do sự suy giảm cường độ bức xạ Mặt Trời.

Với lưu lượng G2 = 0.0096 m³/s, độ chênh nhiệt đạt giá trị cao nhất là 46°C, cao hơn so với lưu lượng G1 = 0.005 m³/s Đồ thị 4.8 thể hiện mối quan hệ nhiệt độ giữa tấm hấp thụ, dòng khí và bề mặt kính trong thiết bị ứng với lưu lượng 0.0096 m³/s.

Thảo luận

Lắp đặt các tấm sóng dọc bên trong không chỉ kéo dài thời gian lưu động không khí trong bộ thu mà còn tăng cường sự xáo trộn dòng khí, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động Tuy nhiên, sự hiện diện của các sóng cũng gây ra phân tách, dẫn đến một mức độ tổn thất dòng chảy nhất định.

Tổn thất nhiệt do đối lưu chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng lượng nhiệt mất mát Vì vậy, việc thiết kế thiết bị nhằm giảm thiểu tổn thất này là rất quan trọng, chẳng hạn như sử dụng nhiều lớp kính hoặc tăng độ dày của khoảng không khí một cách hợp lý.

Cường độ bức xạ mặt trời và nhiệt độ xung quanh ảnh hưởng đến sự gia tăng nhiệt độ nhưng ít tác động đến hiệu quả thu hồi nhiệt Loại MV-SAC có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Khi tăng dần lưu lượng của bộ thu, hiệu suất cũng tăng theo, cho phép điều chỉnh lưu lượng phù hợp với nhu cầu sử dụng và nhiệt độ đầu ra Tuy nhiên, khi tốc độ dòng chảy tăng, hiệu quả trao đổi nhiệt cải thiện nhưng nhiệt độ đầu ra lại giảm, do đó cần cân bằng để đạt hiệu quả tối ưu.

Do thời gian thực nghiệm có hạn nên nhóm chưa tìm được hiệu suất tối ưu của bộ thu ứng với trường hợp 7 cánh

Ngoài ra có thể tăng giảm số lượng cánh để so sánh được các hiệu suất với nhau.