ỦY BAN NHÂN DÂN TP HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH ĐOÀN TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO NGHIỆM THU NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THIẾT BỊ LÀM MÁT KHÔNG KHÍ THEO NGUYÊN LÝ PHỐI HỢP CHU TRÌNH MAISOTSENKO VÀ ỐNG KHÓI NHI[.]
ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH ĐỒN TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO NGHIỆM THU NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH THIẾT BỊ LÀM MÁT KHƠNG KHÍ THEO NGUN LÝ PHỐI HỢP CHU TRÌNH MAISOTSENKO VÀ ỐNG KHĨI NHIỆT NGUYỄN QUỐC Ý CƠ QUAN CHỦ TRÌ: TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 3_/ 2015 _ ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH ĐỒN TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO NGHIỆM THU NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH THIẾT BỊ LÀM MÁT KHƠNG KHÍ THEO NGUN LÝ PHỐI HỢP CHU TRÌNH MAISOTSENKO VÀ ỐNG KHÓI NHIỆT CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI NGUYỄN QUỐC Ý CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐINH XUÂN THẮNG CƠ QUAN QUẢN LÝ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) CƠ QUAN CHỦ TRÌ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 3/ 2015 PHẦN MỞ ĐẦU Tên đề tài/dự án:“Nghiên cứu mơ hình thiết bị làm mát khơng khí theo nguyên lý phối hợp Chu trình Maisotsenko Ống khói nhiệt” Chủ nhiệm đề tài/dự án: Nguyễn Quốc Ý Cơ quan chủ trì:Trung tâm Phát triển Khoa học Công nghệ Trẻ Thời gian thực hiện: 12 tháng, Từ tháng năm 2013 đến tháng năm 2014 Kinh phí duyệt: 80 triệu Kinh phí cấp: theo Thông báo số /TB-SKHCN Mục tiêu: 2.1 Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu phát triển giải pháp làm mát khơng khí phục vụ sản xuất đời sống với đặc tính: - Tiết kiệm lượng, - Khơng làm tăng độ ẩm khơng khí làm mát, - Thân thiện mơi trường (khơng có khí thải gây ô nhiễm), - Giá thành thấp, - Dễ lắp đặt - Phù hợp thời thiết mùa khô Tp HCM 2.2 Mục tiêu cụ thể (Đề tài dự kiến giải-quyết-được-vấn-đề-cụ-thể nào?) o Chế tạo mẫu thiết bị làm mát khơng khí sử dụng kết hợp Chu trình làm mát Maisotsenko Ống khói nhiệt Thử nghiệm đánh giá khả làm mát thiết bị điều kiện thời tiết thực Tp HCM Đánh giá hiệu tiết kiệm lượng thiết bị Nội dung: 3.1 Nội dung thực giai đoạn (đối chiếu với hợp đồng ký): Công việc dự kiến Cơng việc thực - Tính tốn thiết kế chế tạo 02 mơ Nghiên cứu tính tốn thiết kế, chế tạo hình: có bề mặt trao đổi nhiệt dạng khảo nghiệm mẫu thiết bị làm mát không khí sử dụng Chu trình phẳng dạng mặt trụ trịn Maisotsenko: - Khảo nghiệm mơ hình tìm qui - Tính tốn thiết kế mơ hình thiết bị làm luật cho khả làm mát mô mát khơng khí sử dụng Chu trình hình Maisotsenko Được trình bày Chương báo - Chế tạo mơ hình thiết bị làm mát cáo khơng khí sử dụng Chu trình Maisotsenko - Khảo nghiệm mơ hình thiết bị làm mát khơng khí sử dụng Chu trình Maisotsenko để lựa chọn kích thước lưu lượng Q phù hợp Nghiên cứu tính tốn thiết kế, chế tạo - Đã tính tốn thiết kế chế tạo ống khói nhiệt khảo nghiệm Ống khói nhiệt cho mơ hình thiết bị làm mát Chu - Khảo nghiêm ống khói nhiệt với 03 trình Maisotsenko: kích thước kênh dẫn khí - Tính tốn thiết kế ống khói nhiệt cho Được trình bày Chương báo mơ hình thiết bị làm mát Chu cáo trình Maisotsenko - Chế tạo ống khói nhiệt cho mẫu thiết bị làm mát Chu trình Maisotsenko - Khảo nghiệm ống khói nhiệt cho mẫu thiết bị làm mát Chu trình Maisotsenko Hồn chỉnh thực nghiệm thiết bị làm mát sử dụng chu trình Maisotsenko + ống khói nhiệt: - Hoàn chỉnh thiết bị làm mát sử dụng chu trình Maisotsenko + ống khói nhiệt Thực nghiệm thiết bị làm mát sử dụng chu trình Maisotsenko + ống khói nhiệt điều kiện thời tiết thực tế Tp HCM Tổng hợp, xử lý, phân tích kết quả: Tổng hợp số liệu, phân tích khả làm mát khơng khí theo điều kiện thời tiết, phân tích hiệu tiết kiệm lượng chi phí 3.2 Nội dung cịn lại Khơng có - Đã lắp ráp mơ hình hồn chỉnh kết hợp phận làm mát ống khói nhiệt - Đã thí nghiệm khả làm mát hệ thống điều kiện thời tiết thự Tp HCM Được trình bày Chương báo cáo Đã thực đầy đủ báo cáo Chương CHƯƠNG I - GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan Nhiều giải pháp làm mát khơng khí sử dụng hay khơng sử dụng điện nghiên cứu sử dụng giới: nước, máy lạnh dùng nhiệt mặt trời, địa nhiệt… (Kaliskan et al, 2011 ; Chan et al., 2013 ; Chan et al., 2010 ; Miyaki et al., 2011 ; Goswani et al., 2000 ; Prakash et Gang, 2000 ; Etheridge, 2012 ; Gevorkian, 2010) Trong đó, phương pháp gần chu trình Maisotsenko (M-cycle) Phương pháp có ưu điểm so với phương pháp khác: đơn giản hơn, kích thước nhỏ hơn, tiết kiệm lượng hơn, không làm tăng độ ẩm khơng khí sau làm mát 1.1.1 Các giải pháp làm mát cách phun nước trực tiếp: Các giải pháp làm lạnh cách phun nước trực tiếp như: phun nước lên mái nhà để làm giảm nhiệt độ mái, phun sương trực tiếp vào không khí, thổi dịng khí qua thấm nước… - - - Giải pháp phun nước lên mái nhà: Giải pháp sử dụng nhiều cho nhà xưởng hay cơng trình xây dựng có mái kim loại Nước phun lên bề mặt mái bay hơi, giúp giảm nhiệt độ mái Phương pháp tốn kém, có nhược điểm gây ồn khơng làm mát khơng khí nhà Giải pháp phun sương trực tiếp vào khơng khí: sử dụng phổ biến cho khu vực làm mát trời Nước phun sương khuếch tán khu vực làm mát nhờ quạt Giải pháp tốn có hai hạn chế làm tăng độ ẩm tương đối khơng khí gây tiếng ồn (từ quạt) Giải pháp thổi dịng khí qua thấm nước: Phương pháp dùng để làm mát nhà xưởng hay sử dụng bên quạt làm mát công nghiệp Khi làm mát cho nhà xưởng, thấm nước gắn vách xưởng Quạt thổi hay hút dịng khí xun qua thấm nước đưa vào khơng gian bên cơng trình Các quạt làm mát cơng nghiệp có cấu tạo tương tự Hạn chế phương pháp gây tiếng ồn từ quạt làm tăng độ ẩm khơng khí 1.1.2 Các giải pháp làm mát tự nhiên không làm tăng độ ẩm khơng khí: Hai giải pháp làm mát tự nhiên khơng làm tăng độ ẩm khơng khí tiêu biểu phương pháp phun sương – hút ẩm dùng địa nhiệt - Giải pháp phun sương – hút ẩm: Giải pháp thông thường sử dụng thiết bị làm lạnh cỡ lớn hay tích hợp vào kết cấu cơng trình xây dựng, Trung Đông Nguyên lý chung giải pháp thổi dịng khí qua màng ẩm hay qua bên đường ống phun sương Sau đó, khơng khí mát ẩm qua lớp hút ẩm để giảm độ ẩm tới mức mong muốn trước cấp vào cơng trình Giải pháp cịn sử dụng số máy ấp trứng gia cầm để tạo ẩm điều ẩm khơng khí cung cấp cho q trình ấp trứng hay điều tiết khơng khí chuồng chăn ni - Giải pháp dùng địa nhiệt: Nhiệt độ nước hay đất ẩm bên mặt đất ổn định thấp nhiệt độ khơng khí bên Ví dụ, bên mặt đất khoảng 1m, nhiệt độ nước thấp khơng khí bên mặt đất khoảng oC vào mùa hè (Gevorkian, 2010) Một số cơng trình nhà (chủ yếu Mỹ Châu Âu) chôn đường ống cấp khí cho nhà bên mặt đất Đầu hút khí đặt bên nhà Chiều dài đường ống tính tốn thích hợp cho khơng khí qua đường ống làm mát đủ cho nhu cầu sử dụng nhà Một dạng khác giải pháp dùng địa nhiệt làm hầm chứa đá bên cơng trình Khơng khí quạt từ bên xuống, qua tảng đá làm mát trước cấp vào nhà Giải pháp dùng địa nhiệt cịn sử dụng số cơng cụ ấp trứng gia cầm thủ công để tạo ẩm không khí cung cấp cho q trình ấp trứng Hạn chế chủ yếu giải pháp khó khăn thi cơng địi hỏi khơng gian việc tích hợp vào kết cấu cơng trình 1.1.3 Chu trình làm lạnh Maisotsenko (M-cycle): Chu trình làm lạnh Maisotsenko đề xuất gần (Kaliskan et al, 2011) Mô tả chu trình Hình Việc làm lạnh dựa nguyên tắc bay - hấp thụ nhiệt nước: trình bay hơi, nước hấp thụ nhiệt từ môi trường hay từ bề mặt tiếp xúc Hình 1.1: Chu trình làm lạnh Maisotsenko (M-Cycle) đến 2: khơng khí từ mơi trường bên ngồi, làm lạnh, cấp vào nhà vào kênh bay đến 3: khí lạnh vào kênh bay hơi, ngậm nước thải mơi trường ngồi.[nguồn: http://media.godashboard.com/gti/EndUse_Cooling_Towers_Brochure_Sep2010.pdf] Trên Hình 1, khơng khí di chuyển kênh ướt hấp thụ ẩm, làm nước bay hấp thụ nhiệt từ thành kênh ướt Khi khơng khí di chuyển kênh khô kênh làm lạnh, nhiệt truyền từ khơng khí vào thành kênh Do vậy, khơng khí khỏi kênh làm lạnh làm mát có độ ẩm không đổi Khác với giải pháp làm mát cách phun nước trực tiếp, chu trình khơng làm tăng lượng nước khơng khí nên độ ẩm khơng khí làm mát khơng đổi Vì vậy, thích hợp cho việc điều hịa nhiệt độ khơng khí cho cơng trình địi hỏi độ ẩm không cao: nhà ở, nhà xưởng may, nhà máy thực thẩm Chu trình Maisotsenko áp dụng nhiều công nghiệp xây dựng Các ứng dụng tiêu biểu bao gồm: Máy lạnh Colorado, làm lạnh tháp tản nhiệt, làm lạnh turbine khí… Trong máy lạnh Colorado thương mại hóa phổ biến Mỹ Tuy nhiên, loại chủ yếu sử dụng cho tòa nhà lớn siêu thị, trung tâm thương mại… Do sử dụng quạt để tạo dịng khí nên gây tiếng ồn lớn 1.1.4 Ống khói nhiệt mặt trời (solar chimney): Ống khói nhiệt thiết bị thơng gió cho nhà thay hồn tồn cho quạt điện để tạo luồng khí lưu thơng nhà Thiết bị hoạt động nhờ nhiệt mặt trời tạo hiệu ứng ống khói để tạo dịng khí, Hình Khi nhiệt xạ từ mặt trời xuyên qua kính hấp thụ tường hay bề mặt kim loại có khả hấp thụ nhiệt xạ Nhiệt từ bề mặt hấp thụ truyền cho khơng khí bên thiết bị dạng đối lưu Khơng khí nóng lên có khối lượng riêng giảm, nên di chuyển lên, ngồi, tạo dịng khí lưu thơng qua thiết bị nhà Hình 1.2: Ống khói nhiệt mặt trời (solar chimney) [Nguồn: Khana R., Lei C., Solar chimney- A passive strategy for natural ventilation, Energy and Buildings 43 (2011), 1811-1819] Đã có nhiều nghiên cứu ống khói nhiệt công bố giới, tiêu biểu Mathur et al (2005, 2006), Khan & Lei (2011)… Tuy nhiên, đặc tính làm việc ống khói nhiệt phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện thời tiết địa phương Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng ống khói nhiệt cần nghiên cứu riêng cho địa phương hay khu vực có điều kiện thời tiết tương tự 1.1.5 Nguyên tắc làm việc kết hợp Chu trình Maisotsenko Ống khói nhiệt: Trong sơ đồ Hình 1, quạt dùng để thổi dịng khí hai kênh, nên yêu cầu điện để hoạt động Do ống khói nhiệt tạo dịng khí thay cho quạt, nên hồn tồn kết hợp ống khói nhiệt chu trình Maisotsenko để làm mát khơng khí mà khơng cần dùng quạt điện Một thiết bị gồm hai phần chính: - Phần làm lạnh khơng khí: dựa theo chu trình Maisotsenko - Phần tạo dịng khí: dựa ống khói nhiệt mặt trời 1.1.6 Tính cấp thiết: - Trong điều kiện biến đổi khí hậu nhiệt độ bầu khí ngày tăng, môi trường sống làm việc bên nhà ngày nóng Do vậy, nhu cầu máy điều hịa nhiệt độ khơng khí cho nhà tiếp tục tăng - Tuy nhiên, việc thiếu hụt lượng, lượng hóa thạch dẫn đến thiếu hụt điện ngày trầm trọng Việc gia tăng sử dụng máy điều hòa nhiệt độ góp phần làm tăng việc thiếu hụt điện - Trong gia đình có mức thu nhập trung bình cao có khả mua máy điều hịa nhiệt độ để sử dụng, hộ nghèo, công nhân khu cơng nghiệp, khơng thể có điều kiện nên phải sống mơi trường nóng ngột ngạt Điều ảnh hưởng đến sức khỏe đại đa số người dân, ảnh hưởng đến suất lao động, làm gia tăng bệnh tật làm tăng gánh nặng cho xã hội - Do vậy, tình hình đó, nhu cầu giải pháp làm mát khơng khí cho cơng trình xây dựng sử dụng lượng tự nhiên, thân thiện với môi trường, có giá thành thấp cao Thiết bị góp phần tiết kiệm điện dùng phổ biến, góp phần bảo vệ sức khỏe dân chúng 1.1.7 Ý nghĩa khoa học: - Thiết bị làm mát khơng khí mà chúng tơi đề xuất nghiên cứu đề tài sử dụng nguồn nhiệt mặt trời để hoạt động, kết hợp chu trình nhiệt Maisotsenko Đây chu trình nên nghiên cứu ứng dụng cơng trình xây dựng cịn ít, ứng dụng thiết bị công nghiệp Mỹ - Hơn nữa, chưa có cơng trình nghiên cứu việc kết hợp chu trình Maisotsenko với nguồn nhiệt mặt trời để làm mát khơng khí cơng bố Do vậy, theo chúng tôi, nghiên cứu giới ứng dụng 1.1.8 Tính thực tiễn khả thi: Tính thực tế khả thi nghiên cứu cao vì: - Thiết bị hồn tồn thương mại hóa phát triển thành sản phẩm thương mại hoàn chỉnh Một ví dụ tính khả thi sản phẩm tương tự thiết bị mà nghiên cứu máy lạnh, sử dụng chu trình bay ống thổi, dùng lượng mặt trời Trung Quốc bán nhiều Mỹ Việt Nam có điều kiện nắng với cơng suất nhiệt xạ lớn nên việc sử dụng lượng nhiệt vơ thuận lợi - Thiết bị có giá thành thấp, dễ lắp đặt, bảo trì, thân thiện môi trường 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Xuất phát từ hai vấn đề quan tâm nay: biến đổi khí hậu với việc nhiệt độ khơng khí nóng dần lên nhu cầu tiết kiện lượng, đề tài nghiên cứu giải pháp làm mát thân thiện môi trường Giải pháp phát triển thoả mãn yêu cầu sau: - Tiết kiệm lượng, - Không làm tăng độ ẩm khơng khí làm mát, - Thân thiện mơi trường (khơng có khí thải gây nhiễm), - Giá thành thấp, - Dễ lắp đặt - Phù hợp thời thiết mùa khô Tp HCM Để đáp ứng yêu cầu đó, chúng tơi lựa chọn giải pháp làm mát khơng khí dựa ngun lý Maisotsenko, ngun lý bay – làm mát gián tiếp, kết hợp với ống khói nhiệt Ống khói nhiệt giúp tạo dịng khí lưu thơng qua phận làm mát Hình 3.8b Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường lên khả làm mát Kết hai hình 3.8a 3.8b cho thấy khả làm mát khơng khí thiết bị tăng nhiệt độ môi trường tăng Trên Hình 3.8b, nhiệt độ mơi trường tăng từ 31oC lên 35,5oC, nhiệt độ khơng khí giảm từ 1,5oC đến 4,0oC Hơn nữa, ΔT hàm tuyến tính theo nhiệt độ mơi trường Kết cho thấy khả làm mát khơng khí thiết bị tăng vận tốc khơng khí hút ngồi giảm Nói cách khác, vận tốc khơng khí lưu thông qua bề mặt trao đổi nhiệt bên thiết bị giảm Điều tương đồng với kết cho trường hợp bề mặt trao đổi nhiệt dạng phẳng Mục 3.1 Hình 3.8c Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường lên khả làm mát (tổng hợp hình 3.8a 3.9b) Để mơ tả ảnh hưởng nhiệt độ môi trường lên khả làm mát giải pháp thí nghiệm, kết đo Hình 3.8a 3.8b tổng kết Hình 3.8c Đường hồi qui dạng hàm mũ đơn giản số liệu đo trình bày Hình 3.8c 26 b Theo độ ẩm mơi trường Hình 3.9a 3.9b cho thấy thay đổi độ giảm nhiệt độ không khí lưu thơng qua thiết bị độ ẩm khơng khí đầu vơ thay đổi với giá trị vận tốc dịng khí hút ngồi Độ ẩm môi trường thay đổi từ 50% đến khoảng 80% Kết cho thấy ΔT giảm độ ẩm tương đối khơng khí đầu vơ tăng lên Điều hiểu khả bay hấp thụ nhiệt dịng khí kênh ướt giảm độ ẩm tương đối dịng khí tăng lên Hình 3.9a Ảnh hưởng củađộ ẩm mơi trường lên khả làm mát Hình 3.9b Ảnh hưởng củađộ ẩm mơi trường lên khả làm mát 27 Hình 3.9c Ảnh hưởng củađộ ẩm môi trường lên khả làm mát (tổng hợp hai hình 3.9a 3.9b) Để mơ tả ảnh hưởng độ ẩm môi trường lên khả làm mát giải pháp thí nghiệm, kết đo Hình 3.9a 3.9b tổng kết Hình 3.9c Đường hồi qui dạng hàm mũ đơn giản số liệu đo trình bày Hình 3.9c 28 3.4 Tóm tắt Chúng tơi tiến hành thực nghiệm để tìm hiểu đặc tính làm việc phận làm mát khơng khí dựa chu trình Maisosenko Các thông số khảo sát bao gồm: loại bề mặt trao đổi nhiệt (tấm phẳng dạng ống), kích thước bề mặt trao đổi nhiệt, góc nghiêng bề mặt trao đổi nhiệt, nhiệt độ môi trường, độ ẩm mơi trường, vận tốc dịng khí lưu thơng qua bề mặt trao đổi nhiệt Kết thực nghiệm cho thấy khả làm mát thiết bị tăng lên khi: - Diện tích trao đổi nhiệt tăng, - Nhiệt độ môi trường tăng, - Độ ẩm môi trường giảm, - Vận tốc lưu thơng dịng khí qua bề mặt trao đổi nhiệt giảm Kết cho thấy giải pháp bề mặt trao đổi nhiệt dạng ống có khả làm mát khơng khí tốt với diện tích trao đổi nhiệt tương đương 29 CHƯƠNG IV – THÍ NGHIỆM VỚI HỆ THỐNG HOÀN CHỈNH Mục tiêu hệ thống tạo lưu lượng khí mát từ 1m3/phút đến 2m3/phút với độ giảm nhiệt độ so với nhiệt độ môi trường đến 3oC Từ kết thực nghiệm với ống khói nhiệt phận làm mát dựa chu trình Maisotsenko, chúng tơi thấy rằng: - Với cường độ xạ mặt trời trung bình 600W/m2, ống khói nhiệt chúng tơi với bề dày kênh dẫn khí 15cm tạo lưu lượng khí khoảng 20 lít/giây - Với phận làm mát khơng khí dạng ống, vận tốc ống hút khí mát 2,1m/s tương đương lưu lượng khí mát 2m3/phút - Vận tốc ống khí mát kết hợp với vận tốc ống khí ẩm nhỏ 0,75m/s (tương đương 12 lít/giây) tạo độ giảm nhiệt độ 3oC Như vậy, ống khói nhiệt với bề dày kênh dẫn 15cm kết hợp với vận tốc hút khí mát 2,1m/s phận làm mát tạo hệ thống làm mát theo yêu cầu Chúng tiến hành thực nghiệm với hệ thống điều kiện thời tiết thực 4.1 Qui hoạch thực nghiệm Trong thí nghiệm này, chúng tơi khảo sát: - Khả làm mát khơng khí cường độ xạ mặt trời thay đổi - Ảnh hưởng lưu lượng lấy khí mát - Ảnh hưởng nhiệt độ độ ẩm môi trường lên khả làm mát khơng khí thiết bị điều kiện thời tiết thực 4.2 Mơ tả thí nghiệm phương pháp đo 4.2.1 Mơ tả thí nghiệm Hình 4.1 Mơ hình thí nghiệm hệ thống làm mát kết hợp ống khói nhiệt 1: Vị trí đo nhiệt độ độ ẩm mơi truờng 2: Vị trí đo vận tốc nhiệt độ đầu khí mát 3: Vị trí đo vận tốc nhiệt độ đầu khí ẩm 30 Hệ thống kết hợp mô tả Hình 4.1 Ống khói nhiệt với bề dày kênh dẫn khí 15cm nối với phận làm mát có bề mặt trao đổi nhiệt dạng ống Các kích thước khác hệ thống hệ thống đo giữ nguyên thực nghiệm trước 4.2.2 Phương pháp đo Trong trường hợp này, ống khói nhiệt thay quạt điện đầu kênh ướt Do đó, quạt vị trí số không sử dụng, đầu kênh ướt nối với ống khói nhiệt Ngoại trừ cách bố trí đầu kênh ướt, phận giải pháp làm mát hệ thống phương pháp đo trường hợp 3.2 4.3 Kết Đo đạc tiến hành cho hai trường hợp lưu lượng khí mát Q2: 1m3/phút 2m3/phút Hình 4.2Khả làm mát khơng khí hệ thống theo lưu lượng khí ẩm Hình 4.2 cho thấy thay đổi độ giảm nhiệt độ khơng khí làm mát ΔT theo lưu lượng khơng khí ẩm Q3 hút ngồi qua ống khói nhiệt Do cường độ xạ nhiệt mặt trời thay đổi nên lưu lượng khí qua ống khói nhiệt thay đổi theo thời gian (xem Mục 3.2.2) Mỗi giá trị đo Hình 4.2 giá trị trung bình số liệu đo khoảng thời gian 15 phút Lưu lượng khơng khí ẩm thay đổi từ 0,5m3/phút đến 1,5m3/phút ΔT thay đổi từ 0,5oC đến 3,0oC cho trường hợp Q2=1m3/phút từ 0oC đến 2,5oC cho trường hợp Q2=2m3/phút Kết cho thấy ΔT tăng Q2 Q3 giảm Hình 4.3 cho thấy thay đổi ΔT theo độ ẩm môi trường Độ ẩm khảo sát thay đổi từ 45% đến 75% Kết cho thấy ΔT tăng độ ẩm môi trường giảm Hình 4.4cho thấy thay đổi ΔT theo nhiệt độ môi trường Nhiệt độ môi trường thay đổi từ 29oC đến 35oC Kết cho thấy ΔT tăng nhiệt độ mơi trường tăng 31 Hình 4.3 Khả làm mát khơng khí hệ thống theo độ ẩm tương đối Hình 4.4 Khả làm mát khơng khí hệ thống theo nhiệt độ mơi trường 4.4 Phân tích 4.4.1 Khả làm mát khơng khí thiết bị Kết thực nghiệm khả làm mát khơng khí hệ thống thiết kế điều kiện thời tiết thực Tp HCM cho thấy thiết bị tạo lưu lượng khí với khả làm mát phục vụ cho không gian sống Với lưu lượng khí mát 2m3/phút, hệ thống sử dụng để thơng gió làm mát cho khơng gian sống tích 40m3 với bội số tuần hồn Một ví dụ thể tích phịng làm việc với diện tích sàn 3,5m*3,5m chiều cao trần nhà 3,2m Với nhiệt độ trung bình vào mùa khơ Tp HCM vào khoảng 35-37oC độ ẩm khơng khí từ 55-60% (theo Đài khí tượng thuỷ văn khu vực Nam Bộ), hệ thống giảm nhiệt độ khơng khí đến 3oC Lưu ý thiết kế hệ thống chưa tối ưu hoá, nên khả làm mát cịn tăng lên sau tối ưu hoá phận 32 Tuy nhiên, hạn chế hệ thống so với máy điều hồ khơng khí là tính ổn định Như thấy Hình 4.2, nhiệt độ khơng khí mát phụ thuộc nhiều vào lưu lượng khí hút ngồi qua ống khói nhiệt Lưu lượng lại phụ thuộc vào cường độ xạ mặt trời Hệ thống đáp ứng yêu cầu mức độ làm mát không khí buổi sáng, lúc cường độ xạ thấp mức trung bình, u cầu làm mát khơng khí chưa nhiều Vào buổi trưa, cường độ xạ cao, nên hệ thống hồn tồn đáp ứng yêu cầu làm mát Vào lúc chiều mát, nhu cầu làm mát cao, cường độ xạ yếu dần Lúc ống khói nhiệt khơng tạo đủ lưu lượng khí Hình 4.3 4.4 cho thấy khả làm mát hệ thống phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm môi trường Theo thời gian ngày, vào buổi sáng, độ ẩm khơng khí cao nên hệ thống khơng đáp ứng nhu cầu làm mát Theo mùa năm, vào mùa mưa, độ ẩm khơng khí cao mùa nắng Do đó, thiết bị thích hợp cho mùa khơ mùa mưa 4.4.2 Hiệu tiết kiệm điện Mức tiêu thụ điện hệ thống sau: - Bơm nước có cơng suất tiêu thụ điện 150W - Quạt hút khí mát có cơng suất tiêu thụ điện 48W Như tổng công suất tiêu thụ điện 198W Chúng so sánh với máy lạnh phổ biến thị trường, ví dụ máy lạnh 1HP Panasonic Máy Panasonic có cơng suất tiêu thụ điện 880W tạo lưu lượng khí 9m3/phút (thông số nhà sản xuất) Như vậy, cho lưu lượng 1m3/phút cần khoảng 100W Công suất tương đương với công suất tiêu thụ điện hệ thống (198W cho 2m3/phút) Như vậy, mô hình chưa thực hiệu mặt tiết kiệm điện 33 CHƯƠNGV – KẾT LUẬN Chúng nghiên cứu giải pháp làm mát khơng khí cho nhà thực nghiệm Tổng cộng có bốn mơ hình thí nghiệm tiến hành: 1) ống khói nhiệt, 2) phận làm mát với bề mặt trao đổi nhiệt dạng phẳng, 3) phận làm mát với bề mặt trao đổi nhiệt dạng ống trụ tròn, 4) hệ thống hoàn chỉnh kết hợp phận làm mát ống khói nhiệt Các kết thu sau: - Ống khói nhiệt với tiết diện 0,5m*0,2m dài 1,5m tạo lưu lượng khí đến 40 lít/giây điều kiện thời tiết thực Tp HCM - Bộ phận làm mát có bề mặt trao đổi nhiệt dạng phẳng cho khả làm mát tốt bề mặt dạng phẳng với diện tích trao đổi nhiệt - Hiệu làm mát thiết bị tăng lên khi: o Diện tích trao đổi nhiệt tăng, o Độ ẩm môi trường giảm, o Nhiệt độ môi trường tăng, o Vận tốc dịng khí qua bề mặt trao đổi nhiệt giảm Thực nghiệm phân tích đặc tính làm việc mơ hình hồn chỉnh điều kiện thời tiết thực cho thấy: - Mơ hình tạo giảm nhiệt độ khơng khí đến 3oC với lưu lượng khí mát 12m3/phút Lưu lượng khí cấp cho phịng thơng thường có diện tích sàn 13m2 - Tuy nhiên, khả làm mát hệ thống khơng ổn định phụ thuộc vào cường độ xạ mặt trời, độ ẩm nhiệt độ môi trường - Về mặt tiết kiệm điện, hệ thống chưa có khả tiết kiệm so với máy lạnh thông thường 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO A simple semi-emperical model to predict flowrate through vertical solar chimney – Y Q Nguyen & K Deguchi – the 14th Asian congress of fluid mechanics, Oct 1519 2013, Hanoi and Halong, Vietnam Alternative energy systems in building design- Gevorkian P.- McGraw-Hill , 2010 Fundamentals of heat and mass transfer, 6th edition- Incropera, Dewitt, Bergman, Lavine- John Wiley & Sons, 2007 Natural ventilation of buildings- Etheridge D.- Wiley, 2012 Principles of solar engineering- Goswami D Y., Kreith F., Kreider J F.- Taylor and Francis, 2000 Review of passive solar heating and cooling technologies- Chan H.-Y., Riffat S.B., Zhu J.- Renewable and Sustainable Energy Reviews 14, 2010, 781-789 Solar chimney-A passive strategy for natural ventilation- Khanal R., Lei C.Energy and Buildings 43, 2011, 1811-1819 Solar faỗade for space cooling- Chan H.-Y., Zhu J., Riffat S.- Energy and Buildings 52, 2013, 307-319 Solar energy- Prakash, Gang H P.- Tata McGraw-Hill Education, 2000 10 Thermodynamic performance assessment of a novel air cooling cycle: Maisotsenko cycle- Caliskan H., Hepbasli A., Dincer I., Maisotsenko V.International journal of refrigeration 34, 2011, 980-990 11 The cooling performance of a building integrated evaporative cooling system driven by solar energy- Miyazaki T., Akisawa A., Nikai I.- Energy and Buildings 43, 2011, 2211-2218 12 www.kttv-nb.org 35 PHỤ LỤC Phụ lục chuyên môn Phụ lục sản phẩm Phụ lục quản lý i Phụ lục chun mơn • Bản vẽ giải pháp làm mát dựa chu trình Maisotsenko ii • Bản vẽ ống khói nhiệt iii iv • Bản vẽ hệ thống hồn chỉnh: ống khói nhiệt kết hợp giải pháp làm mát v