0.3 Tính toán thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời  (Page 11/12)

q = mc (T- T1). (4.25)

So sánh công thức 4.24 và 4.25 ta có lưu lượng dòng khí có thể tính được là:

mc = k hay m = k/c. (4.26)

Ví dụ: với nhiệt dung riêng của không khí là c = 0.28 Wh/kgK, và với trường hợp hệ số truyền nhiệt k = 4W/m2K, thì m = 14.3 kg/m2h.

Bây giờ chúng ta giả sử rằng dòng không khí đối lưu chuyển động tương tự và cùng tốc độ khi chúng chứa đầy hơi ẩm. Sự giả thiết này rất phổ biến khi phân tích quá trình truyền chất nhưng chỉ có thể đúng khi quá trình truyền chất xảy ra với tốc độ nhỏ.

Hơn nữa chúng ta có thể cho rằng khi không khí rời khỏi mỗi bề mặt mang tổng lượng hơi nước phù hợp để cân bằng với nhiệt độ tương ứng của bề mặt, ở trạng thái cân bằng thì trong một đơn vị thời gian có bao nhiêu phân tử nước rời khỏi bề mặt mặt thoáng thì cũng có bấy nhiêu phân tử nước quay trở lại. Sau đó sự tập trung của các phân tử lỏng hay hơi nước trong không khí gần bề mặt mặt thoáng cũng đạt đến giá trị cân bằng và gọi là độ ẩm tương đối, w. Độ ẩm tương đối là khối lượng của hơi nước trong 1kg không khí, w phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, xem hình 4.19

***SORRY, THIS MEDIA TYPE IS NOT SUPPORTED.*** Hình 4.19. Độ ẩm tương đối của không khí ở áp suất khí quyển.

Tiếp theo, nếu ta miêu tả quá trình đối lưu bởi sự chuyển động đồng thời của 2 dòng không khí, mỗi một dòng có lưu lượng m trên một đơn vị diện tích, lượng nước vận chuyển ra ngoài sẽ là mw và lượng nước vào trong là mw1. Vậy lượng nước đi ra m(w – w1), đây cũng chính là lượng nước được sản xuất ra bởi thiết bị lọc nước trong một đơn vị diện tích bề mặt, M.

Tương tự như quá trình trao đổi nhiệt giữa 2 tấm phẳng ta có thể viết phương trình cân bằng năng lượng trong thiết bị chưng cất có dạng:

P = k (T-T1) + es (T4-T41) + m r(w-w1), (4.27)

Trong đó: P(W/m2) là năng lượng bức xạ mặt trời đến, e là độ đen của tổ hợp bề mặt hấp thụ và nước, r (Wh/kg) là nhiệt hoá hơi của nước.

Với r = 660 Wh/kg, e = 1 và độ chênh nhiệt độ trung bình của thiết bị khoảng 40K thì ta có thể xác định lượng nước sản xuất được của thiết bị có thể xác định theo công thức:

M = (P-160)/660 (kg/m2h) (4.28)

Ở Đà Nẵng với cường độ bức xạ trung bình P = 850 W/m2 thì từ công thức (4.28) ta tính được M = 1.0 kg/m2h hay với 6giờ nắng trong ngày thì mỗi ngày 1m2 bề mặt hấp thụ thiết bị sản xuất được M = 6kg nước.

Hình 4.20. Các dòng năng lượng chính trong thiết bị chưng cất nước kiểu bể. Đối với các hệ thống lớn thường đặt cố định với diện tích lớn thì các dòng năng lượng chủ yếu trong một thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời khi nó hoạt động có thể biểu diễn như hình 4.20.

Mục đích của việc thiết kế một thiết bị chưng cất nước là làm sao cho nhiệt lượng dùng cho nước bay hơi Qbh là lớn nhất. Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời đã được hấp thụ đến bề mặt ngưng xảy ra bởi hơi nước, và quá trình này tỷ lệ thuận với nước ngưng thu được. Hơn nữa tất cả các phần năng lượng khác truyền từ đáy đến phần xung quanh phải hạn chế càng nhiều càng tốt.

Hình 4.21. Sơ đồ mạng nhiệtHầu hết các dòng năng lượng có thể được xác định theo các nguyên lý cơ bản, nhưng sự rò rỉ và các tổn thất qua các góc cạnh rất khó xác định và có thể gộp lại và được xác định bằng thực nghiệm bằng các thiết bị chưng cất thực tế.