4.1.1. Nghiên cứu mơ hình nhà trồng cây và các giải pháp làm mát
Hình 4.1. Mơ hình nhà trồng cây thí nghiệm
Mơ hình thiết kế được thể hiện như (hình 4.1) gồm các bộ phận điều khiển các yếu tố tiểu khí hậu như: cửa thơng thống, lưới cắt nắng, màng che, làm mát Cooling pad và làm mát bằng phun sương.
4.1.2. Kết quả khảo nghiệm các giải pháp làm mát
Kết quả khảo nghiệm các giải pháp làm mát phụ thuộc nhiệt độ bên ngồi nhà trồng cây được thể hiện như hình 4.2..
Hình 4.2. Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát theo nhiệt độ mơi trường
Nhiệt độ bên trong nhà trồng cây hồn tồn phụ thuộc vào nhiệt độ khơng khí bên ngồi. Giải pháp thơng thống quạt cưỡng bức đĩng lưới cắt nắng thì nhiệt độ bên
trong cĩ giảm và tỉ lệ thuận với nhiệt độ khơng khí bên ngồi theo thời gian trong ngày. Giải pháp làm mát Cooling pad và gải pháp phun sương, do cài đặt nhiệt độ ở mức trên và mức dưới nên nhiệt độ bên trong nhà trồng cây ổn định.
Kết quả khảo nghiệm các giải pháp làm mát phụ thuộc nhiệt độ bên ngồi nhà trồng cây và bức xạ mặt trời được thể hiện như hình 4.3.
Hình 4.3. Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ khơng khí bên ngồi nhà trồng cây.
Nhiệt độ bên trong nhà trồng cây phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ khơng khí bên ngồi nhà trồng cây. Giải pháp thơng thống quạt cưỡng bức đĩng lưới cắt nắng thì nhiệt độ bên trong cĩ giảm và tỉ lệ thuận với nhiệt độ khơng khí bên ngồi và bức xạ mặt trời. Giải pháp Cooling pad và gải pháp phun sương, do cài đặt nhiệt độ ở mức trên và mức dưới nên nhiệt độ bên trong nhà trồng cây ổn định.
Kết quả khảo nghiệm các giải pháp làm mát phụ thuộc nhiệt độ bên ngồi nhà trồng cây và bức xạ mặt trời được thể hiện như hình 4.4.
ẩm độ ở mức trên và mức dưới nên ẩm độ bên trong nhà trồng cây tương đối ổn định ≤ 90% khơng gây hại cho cây trồng.
Hình 4.4. Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát phụ thuộc vào bức xạ và ẩm độ tương đối khơng khí bên ngồi nhà trồng cây.
Hình 4.5. Biểu đồ so sánh các giải pháp làm mát phụ thuộc vào nhiệt độ và ẩm độ tương đối khơng khí bên ngồi nhà trồng cây.
Ẩm độ bên trong nhà trồng cây phụ thuộc vào nhiệt độ khơng khí và ẩm độ tương đối khơng khí bên ngồi nhà trồng cây được thể hiện như hình 4.5. Giải pháp thơng thống quạt cưỡng bức đĩng lưới cắt nắng thì ẩm độ bên trong cĩ tăng và tỉ lệ thuận với ẩm độ tương đối khơng khí bên ngồi và nhiệt độ bên ngồi nhà trồng cây. Giải pháp Cooling pad và gải pháp phun sương, do cài đặt ẩm độ ở mức trên và mức dưới nên ẩm độ bên trong nhà trồng cây tương đối ổn định ≤ 90% khơng gây hại cho cây trồng.
Nhận xét về mơ hình nhà trồng cây và các giải pháp làm mát:
Kết quả xử lý số liệu cho thấy nhiệt độ khơng khí bên ngồi nhà trồng cây tăng cao lúc 11 giờ đến 14 giờ trong ngày nắng nĩng.
Giải pháp làm mát bằng thơng thống: Nhờ bố trí thơng thống và sự linh hoạt của mái thơng thống của mơ hình hợp lý nên đối lưu khơng khí qua cửa thơng thống và quạt cưỡng bức cùng với lưới cắt nắng làm giảm 40 – 50% cường độ bức xạ vào nhà trồng cây nên nhiệt độ bên trong nhà trồng cây giảm từ 0,5 – 1 0C.
Giải pháp làm mát bằng cooling pad: Kết quả khảo nghiệm cho thấy khơng khí nĩng từ mơi trường bên ngồi nhà trồng cây khi đi qua cooling pad và được quạt ly tâm hút khơng khí lạnh đưa vào nhà trồng cây đối lưu khơng khí nĩng bên trong làm hạ nhiệt độ bên trong nhà trồng cây 2 – 3 0C cùng với thơng thống nên ẩm độ khơng vượt quá 85 %.
Giải pháp phun sương : Kết quả khảo nghiệm cho thấy trong thời gian khí hậu nĩng bức, nhiệt độ trong nhà trồng cây nhờ phun sương làm mát và thơng thống giảm đáng kể từ 30C đến 50C tùy theo thời gian trong ngày. Nhờ giải pháp thơng thống tốt nên ẩm độ khơng vượt quá 90 %.
Kết quả khảo nghiệm so sánh các giải pháp làm mát cho thấy khi nhiệt độ trong những ngày nĩng bức sáng từ 8-9 giờ và chiều từ 3 – 4 giờ khi mà bức xạ mặt trời thấp chỉ cần thơng thống tự nhiên và lưới cắt nắng thì nhiệt bên trong nhà trồng cây đảm bảo cho cây trồng pháp triển tốt. Khi nắng nĩng từ 10 giờ đến 15 giờ và bức xạ mặt trời cao sử dụng 2 giải pháp cooling pad và phun sương. Ẩm độ khơng vượt quá 90 % khơng gây hại cho cây trồng. Ngồi ra khi nhiệt độ mơi trường xuống thấp trong những ngày cĩ khí hậu lạnh, mơ hình nhờ cĩ màng che phủ và đĩng cửa thơng thống nên nhiệt độ bên trong
4.1.3. Kết quả nghiên cứu mơ hình phịng định ơn phục vụ thí nghiệm
Với yêu cầu sản xuất giống, cần điều kiện khí hậu thuần giống với nhiệt độ nhỏ hơn 240C, các điều kiện ẩm độ, ánh sáng, và CO2, một phịng định ơn được thiết kế bên trong nhà trồng cây để thuận tiện ươm giống và đưa ra nhà trồng cây ươm trồng. Phịng định ơn (hình 4.6) được thiết kế với điểm nỗi bậc là cĩ buồng điều hịa trung gian làm tăng độ ổn định các yếu tố điều khiển và giảm chi phí năng lượng.
Hình 4.6.a: Sơ đồ phịng định ơn Hình 4.6.b: Mơ hình phịng định ơn được chế tạo để khảo nghiệm
Mơ hình được thiết kế chế tạo cĩ buồng trung gian điều khiển nhiệt độ, ẩm độ cho phịng định ơn. Chính sự cải tiến này đã giúp cải thiện sự cục bộ về nhiệt độ, ẩm độ cho hệ thống.
4.1.4. Kết quả khảo nghiệm sơ bộ mơ hình hệ thống định ơn
Hình 4.7: Biểu đồ thể hiện nhiệt độ ở các mơi trường (ngồi trời, định ơn, trung gian)
Thí nghiệm được thực hiện nhằm đánh giá mức ổn định nhiệt độ và ẩm độ điều khiển. Với hệ thống định ơn cĩ buồng điều hịa trung gian, các thơng số vi khí hậu được điều khiển ổn định hơn (hình 4.7).
Nhằm nâng cao hiệu quả điều khiển, một nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện để xác định các thơng số tối ưu ảnh hưởng đến độ ổn định nhiệt độ trong hệ thống và chi phí năng lượng được thể hiện như hình 4.8. Các thơng số đầu vào ảnh hưởng đến các yếu tố nhiệt độ và chi phí năng lượng riêng đồng thời cĩ thể điều khiển một cách độc lập đĩ là tỉ lệ kích thước buồng trung gian trên buồng định ơn của hệ thống, và tỉ lệ nhiệt độ buồng trung gian trên buồng định ơn. Ngồi ra thì các yếu tố như ánh sáng, lượng mưa, các loại bức xạ nhiệt, bức xạ mặt trời…cũng tác động vào hệ thống bên ngồi tác động vào hệ thống nhưng mang tính ngẫu nhiên khơng được xét đưa vào làm yếu tố đầu vào. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 4.8: Sơ đồ bài tốn thí nghiệm xác định các thơng số của phịng định ơn
Kết quả ảnh hưởng của tỷ lệ kích thước buồng trung gian/buồng định ơn (được mã hĩa X1 và ký hiệu εD ở dạng thực) và tỷ lệ nhiệt độ buồng trung gian/nhiệt độ điều khiển buồng định ơn (được mã hĩa X2 và ký hiệu εT) đến độ ổn định nhiệt độ trong buồng định ơn (Y) được xây dựng trên phương pháp thực nghiệm và phần mềm Stafgraphics cho thấy hệ số hồi quy của tỉ lệ kích thước ( D) và tỉ lệ nhiệt độ ( T) giữa hai buồng trung gian điều khiển trên buồng định ơn tỉ lệ thuận với độ ổn định nhiệt độ ( T). Nghĩa là nếu tỉ lệ kích thước và tỉ lệ nhiệt độ giữa buồng trung gian trên buồng định ơn càng tăng thì độ ổn định càng cao và ngược lại.
Phương trình dạng mã hĩa:
Y = 0.436092 - 0.165474*X1 – 0.152578*X2 + 0.085*X1*X2 + 0.060801*X12 + 0.060801*X22 (1)
0 10 20 30 40 50 60 standardized effects BB AA AB B:X2 A:X1
Pareto Chart for Y1
14.13 14.13
24.04
-54.27 -58.85
Hình 4.9: Đồ thị thể hiện ảnh hưởng các yếu tố X1 và X2 đến độ ổn định nhiệt độ buồng định ơn
Hình 4.10.a: Đồ thị của phương trình hồi quy thể hiện ảnh hưởng các yếu tố X1 và X2 đến
độ ổn định nhiệt độ buồng định ơn .
Hình 4.10.b: Đồ thị bề mặt đáp ứng của độ ổn định nhiệt độ ở dạng thực
Kết quả mơ phỏng trên đồ thị Pareto chart (hình 4.9) cho thấy mức độ tương quan giữa các giá trị hồi quy với độ ổn định nhiệt độ tương đối chăt chẽ. Giá trị hệ số hồi quy X1 và X2 mang dấu âm và các giá trị hệ số của X12 và X22 mang dấu dương, sự đan xen giữa dấu (+) và dấu (-) trước các số hạng hồi quy bậc II chứng tỏ mơ hình khơng cĩ cực đại hay cực tiểu tồn phần. Dạng các điểm cực đại và cực tiểu này thuộc loại min, max. Giá trị độ ổn định là dạng bậc 2 theo hệ số X1, X2, được thể hiện trên hình 4.10.
Kết quả thể hiện trên hình 4.10.b cho thấy tại vị trí tỉ lệ kích thước 0.166 (1/6) và tỉ lệ nhiệt độ 0.96 (24/25) cho giá trị độ ổn định cao nhất (màu xanh đậm). Cịn giá trị tỉ lệ
kích thước 0.042 (1/24) và tỉ lệ nhiệt độ 0.72 (18/25) cho giá trị độ ổn định thấp nhất (màu đỏ đậm).
Kết quả ảnh hưởng của các yếu tố trên đến chi phí năng lượng (tính bằng kCal/h) được thể hiện như phương trình (3):
Ar = 7.74695 + 0.520273* D - 12.632* T - 9.00* D * T + 20.48* D 2 + 6.59722* T 2 (3)
Phương trình hồi quy cho thấy hệ số hồi quy của tỉ lệ kích thước giữa hai buồng trung gian điều khiển trên buồng định ơn tỉ lệ thuận với chi phí năng lượng, cịn hệ số hồi quy của tỉ lệ nhiệt độ giữa hai buồng tỉ lệ nghịch với chi phí năng lượng. Nghĩa là nếu tỉ lệ kích thước giữa buồng trung gian trên buồng định ơn tăng thì chi phí năng lượng tăng và ngược lại. Cịn nếu tỉ lệ nhiệt độ giữa buồng trung gian trên buồng định ơn tăng thì chi phí năng lượng giảm và khi tỉ lệ nhiệt độ giữa hai buồng giảm thì chi phí năng lượng tăng.
Hình 4.11.a: Đồ thị mơ phỏng chi phí năng lượng ở dạng thực(Ar)
.
Hình 4.11.b: Đồ thị bề mặt đáp ứng của chi phí năng lượng ở dạng thực
Đồ thị của phương trình hồi quy cho thấy là dạng bậc hai theo tỉ lệ kích thước và tỉ lệ nhiệt độ, nĩ là dạng parapol cĩ cực đại nằm ở giá trị biên và cực tiểu tập trung ở tâm đồ thị như hình 4.11.a.
Đồ thị phân tích bề mặt đáp ứng bậc 2 dạng thực của Ar (hình 4.11.b) cho thấy giá trị tập trung ở gĩc bên phải màu xanh đậm là giá trị đạt mức thấp nhất về chi phí năng
thước giữa hai buồng lại quá lớn, trong khi đĩ yêu cầu của tính thiết kế chế tạo cần giá trị tối ưu về chi phí năng lượng nhưng phải làm sao kích thước hệ thống chế tạo cũng phải nhỏ gọn, khơng chiếm diện tích bố trí nhiều và nhằm giảm thiểu chi phí đầu tư cho việc sản xuất. Đây là tiêu chí được quan tâm đầu tiên trong quá trình chế tạo. Kết quả tối ưu cho thấy giá trị độ ổn định cao nhất của mơ hình ở thí nghiệm cho tối ưu một mục tiêu hàm ổn định nhiệt độ cho giá trị tối ưu nhất với Tmax = 0.317 khi tỉ lệ kích thước (1/6) và tỉ lệ nhiệt độ (24/250C), và ở chi phí năng lượng 822.94 kCal/h.