Tính toán bộ thu tấm phẳng dựa trên định luật bảo toàn năng lượng. Sơ đồ nhiệt của bộ thu tấm phẳng như hình 2.2.
Hình 2.2 Mạng lưới nhiệt trở trong bộ thu tấm phẳng[19]
Giả sử bộ thu có diện tích Ac, năng lượng bức xạ mặt trời tự mọi phương chiếu tới mặt phẳng bộ thu là ItRb, năng lượng hữu ích mà không khí nhận được là Qu, năng lượng để làm nóng vật liệu của bộ thu là Qs và phần năng lượng tổn thất ra môi trường xung quanh là QL, vậy phương trình cân bằng năng lượng của bộ thu không khí năng lượng mặt trời được viết như sau [18-20]:
ItRb Ac = QU + QL + QS (2.1) Trong đó:
It: năng lượng bức xạ đến bộ thu trên một đơn vị diện tích bề mặt nằm ngang (W/m2). Rb: hệ số chuyển đổi từ mặt phẳng nằm ngang sang mặt phẳng nằm nghiêng
Ac: diện tích của bộ thu tấm phẳng (m2)
QU, QL và QS tương ứng với năng lượng hữu ích, năng lượng tổn thất và năng lượng tích trữ loại vật liệu cấu tạo bộ thu, (W).
26
𝑄𝑢 = 𝐴𝐶𝐹𝑅((𝛼𝜏)𝐼𝑡 − 𝑈𝐿(𝑇𝑐𝑖− 𝑇𝑎)) = 𝑚𝑐𝑝(𝑇𝑐𝑜 − 𝑇𝑐𝑖) (2.2) Trong đó:
(τα) là hệ số truyền qua và hệ số hấp thụ, Tco và Tci là nhiệt độ không khí ra và nhiệt độ không khí vào bộ thu (oC), Ta là nhiệt độ môi trường (oC), m(kg/s) và cp (kJ/kgK) là lưu lượng không khí qua bộ thu.
Hiệu suất thoát (hệ số dịch chuyển nhiệt) FR được tính như sau:
1 exp p c L R c L p mc A U F F A U mc (2.3)
Trong đó: F’ hiệu suất hiệu dụng của bộ thu được tính Hệ số tổn thất nhiệt tổng của bộ thu UL được tính theo:
L t b e
U U U U (2.4)
Tổn thất nhiệt ở bề mặt trên Ut được tính :
(2.5)
Tổn thất nhiệt qua mặt đáy bộ thu Ub :
𝑈𝑏 =𝐾
𝐿 (2.6)
Trong đó:
K- hệ số truyền nhiệt của lớp cánh nhiệt(W/m2K) L- chiều dày của lớp cách nhiệt(m)
Tổn thất nhiệt qua các thành bên Ue:
𝑈𝑒 =(𝑈𝐴)𝑒𝑑𝑔𝑒
𝐴𝑐 (2.7)
Để tính tổn thất nhiệt qua các thành bên của bộ thu rất phức tạp và khó khăn. Tuy nhiên, trong thực tế các tổn thất này rất nhỏ so với tổn thất nhiệt qua mặt trên nên thưởng bỏ
27
qua. Qua nghiên cứu thực nghiệm Tabor đã đề nghị rằng nếu chiều dày lớp cách nhiệt thành bao quanh bằng chiều dày lớp cách nhiệt đáy, thì có thể tính tổn thất nhiệt từ trong ra ngoài cho toàn bộ chu vi bộ thu giống như khi tính cho mặt đáy.
Hiệu suất bộ thu được tính như sau:
𝜂 = 𝑄𝑢
𝐴𝑐𝐼𝑡 (2.8)