Thử nghiệm giải pháp làm mát không khí tiết tiệm năng lượng: Ống khói nhiệt kết hợp hiệu ứng bay hơi nước – làm mát gián tiếp trong điều kiện thời tiết thực ở Tp Hồ Chí Minh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Thử nghiệm giải pháp làm mát không khí tiết tiệm năng lượng: Ống khói nhiệt kết hợp hiệu ứng bay hơi nước – làm mát gián tiếp trong điều kiện thời tiết thực ở Tp Hồ Chí Minh đánh giá tính khả thi của giải pháp ở địa phương này. Kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng làm mát không khí phụ thuộc vào độ ẩm môi trường và lưu lượng khí được làm mát.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thử nghiệm giải pháp làm mát không khí tiết tiệm năng lượng: Ống khói nhiệt kết hợp hiệu ứng bay hơi nước – làm mát gián tiếp trong điều kiện thời tiết thực ở Tp Hồ Chí Minh

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(94).2015 69 THỬ NGHIỆM GIẢI PHÁP LÀM MÁT KHÔNG KHÍ TIẾT TIỆM NĂNG LƯỢNG: ỐNG KHÓI NHIỆT KẾT HỢP HIỆU ỨNG BAY HƠI NƯỚC – LÀM MÁT GIÁN TIẾP TRONG ĐIỀU KIỆN THỜI TIẾT THỰC Ở TP HỒ CHÍ MINH AN EXPERIMENT ON AN ENERGY-SAVING AIR COOLING SYSTEM COMBINING A SOLAR CHIMNEY AND AN INDIRECT EVAPORATIVE COOLING METHOD IN REAL WEATHER CONDITIONS OF HOCHIMINH CITY Nguyễn Quốc Ý Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh; nguyenquocy@hcmut.edu.vn Tóm tắt - Chúng tôi thử nghiệm một giải pháp làm mát không khí Abstract - We tested an air-cooling system for dwellings based cho nhà ở dựa trên các hiệu ứng tự nhiên và tiêu thụ điện ở mức on natural effects and at minimum electricity consumption. The tối thiểu. Giải pháp này bao gồm hai bộ phận chính: ống khói system consists of a solar chimney and an indirect evaporative nhiệt và bộ phận làm mát dựa trên hiệu ứng bay hơi nước - làm cooling part. We tested the system in real weather conditions in mát gián tiếp. Giải pháp này làm mát, nhưng không làm tăng Ho Chi Minh City to evaluate its potential applications to the lượng hơi nước trong không khí. Chúng tôi thử nghiệm giải pháp houses and buildings in this location. The results show that trong điều kiện thời tiết thực vào mùa khô ở Tp Hồ Chí Minh để cooling capability of the system depends on the ambient đánh giá tính khả thi của giải pháp ở địa phương này. Kết quả thí temperature, relative humidity, and cooled air flowrate. The nghiệm cho thấy khả năng làm mát không khí phụ thuộc vào độ cooling effect increases as the relative humidity decreases. The ẩm môi trường và lưu lượng khí được làm mát. Khả năng làm tested system can reduce air temperature up to 3oC on a sunny mát tăng khi độ ẩm môi trường giảm. Trong điều kiện trưa nắng day in the dry season at a flowrate of 1.0m 3/min and at electricity mùa khô, giải pháp có thể làm giảm nhiệt độ đến 3oC với lưu consumption of 8W. lượng khí mát bằng 1,0m3/phút và tiêu thụ 8W điện. Từ khóa - làm mát không khí; tiết kiệm năng lượng; ống khói Key words - air cooling; energy-saving; solar chimney; indirect nhiệt; bay hơi – làm mát gián tiếp; thông gió. evaporative cooling; ventilation. 1. Giới thiệu [3] hay của Jradi and Riffat [4]. He và Hoyano [1] sử Việc làm mát không khí để cấp cho không gian sinh dụng các ống trụ ceramic xốp, thấm nước, được xếp xen hoạt và làm việc có thể được thực hiện bằng các giải pháp kẽ để tạo thành lớp tường cho các không gian mở trong cơ khí hay tự nhiên. Giải pháp cơ khí thông thường là sử khi Giabakou và Ballinger [2] sử dụng các sợi vải thẳng dụng máy điều hoà nhiệt độ. Giải pháp tự nhiên có thể dựa đứng để thấm nước. Cả hai nghiên cứu đều dùng gió tự trên các hiệu ứng bay hơi nước để giảm nhiệt độ, ví dụ nhiên để tạo dòng khí qua bề mặt ướt. Kết quả của họ cho bằng cây xanh, phun sương, hay cho dòng khí di chuyển thấy bề mặt ướt có thể đạt tới gần nhiệt độ bầu ướt [1] hay qua bề mặt ẩm ướt. Các giải pháp tự nhiên có thể giúp giảm giúp làm mát không khí đáng kể và ổn định nhiệt độ bên lượng điện tiêu thụ, hỗ trợ hay thay thế máy điều hoà nhiệt trong nhà [2]. độ. Do đó, chúng giúp giảm lượng phát thải khí CO2 cũng Giải pháp làm mát gián tiếp có thể giúp giảm nhiệt độ như các loại khí gây hiệu ứng nhà kính khác. không khí đến nhiệt độ đọng sương [3, 4] dựa trên chu Các giải pháp làm mát tự nhiên dựa trên hiệu ứng bay trình Maisotsenko [3]. Trong chu trình này, dòng khí mát hơi nước trên bề mặt ẩm được chia làm hai loại: làm mát (với độ ẩm không tăng) được trích một phần cấp và kênh trực tiếp và làm mát gián tiếp. Đối với giải pháp làm mát khô và một phần để cấp vào nhà. Giải pháp này giúp tăng trực tiếp, dòng khí thổi qua bề mặt ẩm (kênh ướt) làm bay khả năng hấp thụ nước của dòng khí trong kênh ướt, nên hơi nước trên bề mặt. Hơi nước làm giảm nhiệt độ không giúp giảm nhiệt độ bề mặt kênh khô nhiều hơn so với giải khí và cả nhiệt độ bề mặt ẩm do hấp thụ nhiệt khi chuyển pháp gián tiếp thông thường (khi không khí ở đầu vào pha lỏng sang khí. Nhờ đó, nhiệt độ dòng khí giảm, kênh khô và kênh ướt giống nhau). nhưng lượng hơi nước trong không khí cũng tăng lên. Trong các nghiên cứu trên, [1, 2] dùng gió tự nhiên Giải pháp này thích hợp cho vùng khí hậu nóng và khô. trong khi [3, 4] dùng quạt để tạo dòng khí lưu thông qua bộ Nếu phía còn lại của bề mặt ẩm cách nước nhưng dẫn phận làm mát. Mặc dù gió tự nhiên không tiêu thụ năng nhiệt (kênh khô), nhiệt độ của nó cũng giảm theo nhiệt độ lượng, nhưng không ổn định. Quạt giúp ổn định lưu lượng bề mặt ẩm (kênh ướt). Khi cho dòng khí di chuyển dọc khí cấp, nhưng vẫn tiêu thụ lượng điện nhất định. Một theo kênh khô, nhiệt độ giảm, nhưng lượng hơi nước trong những giải pháp khác có thể hỗ trợ để giảm lượng trong không khí không tăng (làm mát gián tiếp). Giải điện cho quạt hay có thể thay thế hoàn toàn cho quạt là sử pháp này được gọi là làm mát gián tiếp và thích hợp cho dụng ống khói nhiệt (solar chimney). Ống khói nhiệt hấp vùng khí hậu nóng với độ ẩm trung bình. thụ nhiệt mặt trời và sử dụng hiệu ứng nhiệt để tạo ra dòng Đã có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này. khí [5, 6]. Cấu tạo thông thường của ống khói nhiệt bao Một số công trình tiêu biểu của giải pháp trực tiếp như gồm một kênh dẫn khí với mặt trên là tấm kính trắng và của He và Hoyano [1], Giabakou và Ballinger [2] và của mặt dưới là tấm kim loại hấp thụ nhiệt. Bức xạ nhiệt mặt giải pháp làm mát trực tiếp như của Caliskan và cộng sự trời truyền qua tấm kính được hấp thụ bởi tấm kim loại.
70 Nguyễn Quốc Ý Nhiệt từ tấm kim loại truyền cho khối khí bên trong kênh kênh dẫn (chiều vuông góc mặt giấy) bằng 0,5m. Kích dẫn dưới hình thức truyền nhiệt đối lưu. Khối khí nóng có thước này được lựa chọn dựa trên nghiên cứu trước đây xu hướng di chuyển lên trên do khối lượng riêng giảm, nên của chúng tôi [7] để tạo ra lưu lượng khí tương đương tạo ra dòng khí lưu thông qua kênh dẫn. Nghiên cứu trước quạt thông gió thông thường. Ống khói nhiệt được đặt đây của chúng tôi [7] cho thấy ống khói nhiệt với tiết diện ngoài trời và với mặt đón nắng quay về hướng nam với kênh dẫn bằng 0,2𝑚 × 0,5𝑚 và cao 2,0m có thể tạo ra lưu góc nghiêng 50o so với phương ngang. Đây là góc lượng khí bằng 30 lít/giây (tương đương quạt thông gió có nghiêng tối ưu với vĩ độ ở Tp Hồ Chí Minh [5]. công suất 30W) với cường độ nhiệt bức xạ trung bình ở Tp Bộ phận làm mát có dạng hình trụ tròn thẳng đứng, Hồ Chí Minh (khoảng 600W/m2). gồm hai ống kim loại lồng nhau với đường kính d = 0,2m Maerefat và Haghighi [8] kết hợp ống khói nhiệt và (ống trong) và D=0,3m (ống ngoài). Bề mặt ngoài của ống giải pháp làm mát trực tiếp cho một mô hình nhà biệt lập. trong được phủ lớp vải mỏng để thấm nước. Nước được Ống khói nhiệt được bố trí trên mái và thông với trần một bơm từ bể chứa bên dưới lên đầu trên của bề mặt thấm bên nhà. Phía còn lại của nhà được bố trí kênh dẫn khí từ nước. Sau khi bay hơi, phần còn lại của nước chảy trở lại bên ngoài vào. Bề mặt bên trong kênh được thấm ướt. bể chứa. Phần trong của ống nhỏ là kênh khô và phần giữa Ống khói nhiệt hút không khí qua kênh dẫn khí, vào trong ống nhỏ và ống lớn là kênh ướt. Ống nhỏ được làm bằng nhà, và thoát ra ngoài qua ống khói nhiệt. Miyazaki và nhôm tấm với bề dày bằng 0,8mm. Bên ngoài ống lớn được cộng sự [9] bố trí ống khói nhiệt thẳng đứng dọc theo bọc lớp cách nhiệt bằng sợi thuỷ tinh với bề dày bằng 5cm. tường và thông với giải pháp làm mát gián tiếp được bố Ống có đường kính bằng 14cm được lồng vào đầu dưới trí trên trần nhà. Bề mặt kênh khô của bộ phận làm mát kênh khô để cấp khí mát ra ngoài. Quạt điện loại hướng gián tiếp giúp giảm nhiệt độ bên trong nhà. Cả hai giải trục có công suất 8W được gắn ở đầu ra của ống. pháp này đều không sử dụng quạt, nhưng cần phải được Ống khói nhiệt được nối với bộ phận làm mát bằng bố trí như một phần kết cấu của công trình. ống nhựa có đường kính bằng 20cm như trên Hình 1. Bộ Trong nghiên cứu này, chúng tôi thử nghiệm một giải phận làm mát được đặt bên trong nhà. Bằng hiệu ứng pháp làm mát không khí dựa trên chu trình gián tiếp (chu nhiệt được tạo ra bởi ống khói nhiệt, không khí được hút trình Maisotsenko [3]) kết hợp với ống khói nhiệt trong từ bên ngoài (vị trí 1) đi vào kênh khô, được làm mát, một điều kiện thời tiết thực ở Tp Hồ Chí Minh. Việc nghiên phần được hút ra ngoài qua quạt gắn với ống bên dưới (vị cứu trong điều kiện thời tiết thực ở Tp Hồ Chí Minh là trí 2), một phần di chuyển vào kênh ướt để tạo ra hiệu ứng cần thiết để đánh giá tính khả thi của giải pháp ở địa bay hơi nước trên bề mặt ướt và làm mát bề mặt kênh phương này. Các nghiên cứu trên [1, 2, 3, 4, 8, 9] đều chỉ khô, sau đó di chuyển qua ống khói nhiệt thoát ra ngoài. ra rằng hiệu quả làm mát phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm Thí nghiệm được tiến hành vào mùa khô (tháng Tư) ở không khí đầu vào, trong khi lưu lượng qua ống khói Tp Hồ Chí Minh. Các thông số được đo bao gồm: nhiệt nhiệt phụ thuộc vào cường độ bức xạ nhiệt mặt trời [5, 6, độ và độ ẩm không khí ở ba vị trí được đánh số 1, 2, 3 7]. Các yếu tố này thay đổi theo điều kiện thời tiết từng trên Hình 1; vận tốc (lưu lượng) ở đầu ra kênh khô và đầu địa phương. Mặt khác, chúng tôi lựa chọn giải pháp làm ra kênh ướt; và cường độ bức xạ mặt trời. Hai thông số mát gián tiếp do độ ẩm trung bình ở Tp Hồ Chí Minh đã nhiệt độ và độ ẩm được đo bằng thiết bị đo vi khí hậu khá cao (khoảng 70%). Giải pháp gián tiếp không làm dùng cảm biến, có độ phân giải tương ứng bằng 0,1oC và tăng độ ẩm (tuyệt đối) của không khí. 0,1%. Vận tốc được đo bằng thiết bị đo cảm biến dạng sợi 2. Mô tả thí nghiệm nhiệt với độ phân giải bằng 1,0cm. Cường độ bức xạ được đo trên mặt phẳng nằm ngang bằng cảm biến với độ phân Mô hình thí nghiệm được mô tả trên Hình 1. giải bằng 3W/m2. Tất cả các thiết bị đo đều được kết nối với máy tính và lấy dữ liệu đồng thời. Các giá trị đo được Tấ L tính giá trị trung bình trong 5 phút. Tấ m m kín 3. Kết quả và bàn luận nh h dà ôm y6 1 hấ mm p Chúng tôi thực hiện các thí nghiệm khi lưu lượng Lớ thụ pc nh ác iệt hn hiệ 3 không khí mát cấp ra Q2ở vị trí số 2được cố định với hai t G θ giá trị: 2,0m3/phút và 1,0m3/phút. Lưu lượng khí lưu H thông trong kênh ướt Q3 bằng với lưu lượng qua ống khói d D nhiệt và phụ thuộc vào cường độ bức xạ mặt trời. Như vậy, lưu lượng trong kênh khô là: Quạt Dòng khí bơm Q1=Q2+Q3 (1) Nước Bề mặt xốp 3.1. Lưu lượng khí qua ống khói nhiệt theo cường độ 2 bức xạ mặt trời Hình 2 cho thấy mối quan hệ giữa lưu lượng Q3 và cường Hình 1. Mô tả hệ thống thí nghiệm (i: ống khói nhiệt; ii: ống nối dẫn khí; iii: bộ phận làm mát) độ bức xạ mặt trời I, khi lưu lượng Q2 được giữ bằng 2,0 m3/phút. Số liệu đo cho thấy Q3 tăng không nhiều khi I tăng Hệ thống thí nghiệm gồm hai phần chính: i) ống khói trong khoảng [150 – 400] W/m2 và hầu như là hằng số trong nhiệt và ii) bộ phận làm mát. Ống khói nhiệt có kênh dẫn khi I lớn hơn 400W/m2. Nhìn chung, giá trị Q2 dao động từ khí với bề dày G=0,2m và chiều dài L=2,0m. Chiều rộng 1,0m3/phút đến 1,5m3/phút trong khoảng I bằng [150 – 1000]
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(94).2015 71 W/m . Trong nghiên cứu trước đây của chúng tôi [7] cũng 2 ẩm tuyệt đối tăng lên sau khi ra khỏi kênh ướt. Tuy nhiên, như các nghiên cứu khác [5, 6] cho ống khói nhiệt đơn lẻ, theo chu trình cơ bản của không khí ẩm, khi độ ẩm tuyệt lưu lượng khí hầu như tăng tuyến tính theo cường độ I. Việc đối không đổi thì độ ẩm tương đối tăng khi nhiệt độ (bầu lưu lượng khí qua ống khói nhiệt trong thí nghiệm của chúng khô) giảm và ngược lại. Điều này giải thích cho việc độ ẩm tôi hầu như là hằng số theo cường độ I có thể do hai nguyên tương đối RH2> RH1 dù AH2=AH1. Tương tự, do T3>> T1 nhân: do trở lực trong hệ thống làm mát và do khối nhiệt nên RH3< RH1 dù AH3 > AH1. (thermal mass) ở đường ống nối giữa ống khói nhiệt và bộ Như vậy, Hình 3 cho thấy hệ thống làm mát không khí phận làm mát. Khi cường độ I tăng, lưu lượng khí Q3 có xu có thể làm giảm nhiệt độ, nhưng không làm tăng lượng hướng tăng lên như đối với trường hợp ống khói nhiệt đơn hơi nước trong không khí được làm mát. lẻ. Khi Q3 tăng, trở lực trong hệ thống làm mát tăng với tỉ lệ Tiếp theo, chúng tôi khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng 𝑄32 , do đó cản trở việc tăng lưu lượng Q3. Bên cạnh đó, do khí và các yếu tố môi trường. đường ống nhựa nối giữa hai bộ phận có một phần tiếp xúc bức xạ mặt trời và có bề dày thành ống lên đến 1cm, lượng 50 T1 nhiệt trữ bên trong lớp vật liệu ống tăng lên theo cường độ 45 T2 bức xạ mặt trời. Lượng nhiệt này truyền cho không khí bên Nhiệt độ (°C) trong ống và tạo hiệu ứng nhiệt ngược lại với chiều di 40 T3 chuyển của dòng khí trong ống, do dòng khí trong ống nối phải di chuyển theo chiều từ trên xuống dưới (Hình 1). Do 35 vậy, hiệu ứng nhiệt bên trong đường ống nối ngăn việc Q3 tăng theo cường độ I như ống khói nhiệt đơn lẻ. 30 2 25 Lưu lượng khí Q3 (m3/phút) 0 100 200 300 400 500 600 1.5 a) Thời gian (phút) 75 RH1 1 Độ ẩm tương đối RH (%) y = 0.9603x0.0375 65 RH2 0.5 R² = 0.03241 RH3 55 0 45 0 200 400 600 800 1000 1200 Cường độ bức xạ mặt trời (W/m2) 35 Hình 2. Lưu lượng khí qua ống khói nhiệt, Q3, theo cường độ 25 bức xạ mặt trời 0 100 200 300 400 500 600 3.2. Sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm không khí qua hệ b) Thời gian (phút) thống 35 AH1 Độ ẩm tuyệt đối AH (gr/m3) Hình 3a cho thấy một ví dụ về sự thay đổi của nhiệt 30 AH2 độ và độ ẩm không khí qua hệ thống ở ba vị trí: đầu vào 25 AH3 (số 1), đầu ra khí mát (số 2) và đầu ra khí ẩm (số 3). Kết quả đo của ba giá trị nhiệt độ T 1, T2 và T3 cho thấy nhiệt 20 độ không khí được làm mát T 2 luôn thấp hơn nhiệt độ môi 15 trường T1. Trong khi đó, nhiệt độ T 3 luôn cao nhiệt độ 10 môi trường. Độ chênh lệch T3 – T1 có thể lên đến 10oC khi ở thời điểm 400 phút trên Hình 3a. Độ chênh lệch này 5 tương tự như chênh lệch nhiệt độ khi không khí lưu thông 0 qua ống khói nhiệt [7]. Như vậy, ống nối cũng gây ra hiệu 0 100 200 300 400 500 600 ứng nhiệt như đã bàn ở Mục 3.1. c) Thời gian (phút) Hình 3b và 3c cho thấy sự thay đổi của độ ẩm tương Hình 3. Sự thay đổi của nhiệt độ và độ ẩm tại đầu vào (T1, đối RH (%) và độ ẩm tuyệt đối AH (g/m3) ở ba vị trí đo. RH1, AH1), đầu ra khí mát (T2, RH2, AH2), và đầu ra nối với Kết quả cho thấy độ ẩm tương đối ở đầu ra khí mát cao ống khói nhiệt (T3, RH3, AH3) theo thời gian hơn ở đầu vào và ở đầu ra khí ẩm thấp hơn ở đầu vào. 3.3. Ảnh hưởng của lưu lượng lên khả năng làm mát Trong khí đó, độ ẩm tuyệt đối của đầu vào và đầu ra khí không khí mát gần như bằng nhau và của đầu ra khí ẩm là cao hơn. Hình 4 thể hiện độ giảm nhiệt độ của không khí Do giải pháp làm mát của chúng tôi là bay hơi gián tiếp, 𝛥𝑇 = 𝑇1 − 𝑇2 với hai giá trị lưu lượng đầu ra của không không khí trong kênh khô được làm mát nhưng không tiếp khí mát, 𝑄2 , và theo sự thay đổi của lưu lượng khí qua xúc với hơi nước từ bề mặt kênh ướt. Do đó, lượng hơi kênh ướt 𝑄3 . Với 𝑄2 = 1,0𝑚3 /phút, lưu lượng 𝑄3 thay nước trong không khí không tăng. Trong khi đó, không khí đổi từ [0,5 – 1,0] m3/phút. Với lưu lượng trong kênh ướt nhận thêm hơi nước từ bề mặt ướt nên có độ 𝑄2 = 2,0𝑚3 /𝑝ℎú𝑡, 𝑄3 thay đổi từ [1,0 – 1,5] m3/phút.
72 Nguyễn Quốc Ý Giá trị 𝛥T trong cả hai trường hợp thay đổi khá lớn trong cũng nhỏ hơn. Như vậy, từ Hình 5 và Hình 4 có thể tạm khoảng [0,5 – 3,0]oC. Mặc dù 𝛥𝑇 của trường hợp rút ra kết luận về mối liên hệ giữa 𝛥𝑇 và lưu lượng khí: 𝑄2 = 2,0𝑚3 /𝑝ℎú𝑡 hơi thấp hơn cho trường hợp còn lại, 𝛥𝑇 tăng khi lưu lượng hay vận tốc bên trong kênh khô và số liệu trên Hình 4 không cho thấy mối quan hệ rõ ràng kênh ướt đều giảm. giữa lưu lượng trong hai kênh và độ giảm nhiệt độ 𝛥T. Hình 5 cho thấy hệ thống mà chúng tôi thử nghiệm có 3.5 thể làm giảm nhiệt độ không khí đến 3oC khi độ ẩm môi Q2=2 m3/phút trường khoảng 50% và nhiệt độ môi trường khoảng 35 oC. 3 Đây là giá trị nhiệt độ và độ ẩm thông thường vào buổi T1-T2 = ΔT (°C) Q2=1m3/phút 2.5 trưa nắng mùa khô ở Tp Hồ Chí Minh. 2 Trong các thí nghiệm này, chúng tôi chưa xét đến các yếu tố về kích thước và vật liệu của bộ phận làm mát. Ví 1.5 dụ, việc sử dụng vải để làm bề mặt ướt có thể được thay thế 1 bằng các loại vật liệu xốp có tính dẫn nhiệt tốt hơn, như các 0.5 loại ceramic kim loại; hay tấm nhôm của bề mặt kênh khô có thể có bề dày nhỏ hơn để giảm nhiệt trở giữa bề mặt 0 kênh khô và kênh ướt. Các yếu tố này khi được khảo sát và 0 0.5 1 1.5 2 tối ưu hoá, hiệu quả làm mát không khí có thể cao hơn. Q3 (m3/phút) Hệ thống mà chúng tôi thử nghiệm tiêu thụ điện cho Hình 4. Độ giảm nhiệt độ không khí qua hệ thống theo quạt 8W để cấp khí mát vào nhà và bơm để cấp nước cho các giá trị lưu lượng Q2 và Q3 bề mặt ướt. Bơm có thể được thay thế bằng giải pháp bố 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm môi trường lên trí ống cấp lấy nước từ hệ thống cấp nước sinh hoạt. Khi khả năng làm mát không khí bố trí thêm đường ống dẫn dài hơn để cấp khí mát vào Hình 5 thể hiện số liệu 𝛥𝑇 theo nhiệt độ và độ ẩm môi nhà, trở lực đường ống tăng lên, nên công suất quạt có thể trường với hai giá trị lưu lượng Q2. Các điểm số liệu cho phải lớn hơn một chút để giữ mức lưu lượng khí mát bằng thấy được mối liên hệ giữa 𝛥𝑇 và nhiệt độ cũng như độ 1,0m3/phút. Lưu lượng này đủ để vừa làm mát không khí ẩm môi trường: với mức độ vừa phải (giảm 3oC) so với nhiệt độ môi trường vừa thông gió cho không gian sinh hoạt thông - 𝛥𝑇 tăng khi nhiệt độ môi trường tăng, như trên thường có thể tích bằng 20 m3 với hệ số thay đổi khí tươi Hình 5a. trong một giờ (bội số tuần hoàn) bằng 3.0. - 𝛥𝑇 giảm khi độ ẩm tương đối của môi trường tăng, như trên Hình 5b. 3.5 Q2=2m3/phút Tuy nhiên, hai mối liên hệ này không độc lập nhau vì 3 Q2=1m3/phút trong điều kiện thí nghiệm của chúng tôi, nhiệt độ và độ 2.5 T1-T2 = ΔT (°C) ẩm tương đối liên hệ nhau như trên Hình 6. y = 7E-27x17.198 2 Hình 6 cho thấy trong khoảng nhiệt độ thí nghiệm, R² = 0.54845 1.5 [30-35]oC, độ ẩm tương đối giảm hầu như tuyến tính theo nhiệt độ. Do các thí nghiệm được thực hiện vào mùa khô 1 y = 2E-14x9.2333 R² = 0.71662 và bộ phận làm mát được đặt bên trong phòng thí nghiệm, 0.5 lượng hơi nước trong không khí môi trường hầu như không đổi. Do vậy, nhiệt độ tăng làm độ ẩm tương đối giảm. 0 25 27 29 31 33 35 37 Do khả năng làm mát không khí của giải pháp bay hơi a) Nhiệt độ môi trường (°C) nước gián tiếp phụ thuộc vào lượng nước bốc hơi trên bề 3.5 mặt ướt: nước bay hơi hấp thụ nhiệt trên bề mặt ướt dưới Q2=2m3/phút dạng nhiệt hoá hơi. Lượng nhiệt được hấp thụ tỉ lệ thuận 3 y = 2E+06x-3.499 R² = 0.705 Q2=1m3/phút với lượng nước bay hơi. Lượng nước bay hơi lại phụ thuộc vào độ ẩm tương đối của không khí: độ ẩm tương đối càng 2.5 thấp thì lượng nước có thể bay hơi để đạt tới trạng thái bão T1-T2 = ΔT (°C) 2 hoà (độ ẩm 100%) càng nhiều, nên khả năng giảm nhiệt độ của giải pháp càng tốt. Như vậy, kết quả trên Hình 5 và 1.5 Hình 6 có thể giúp rút ra mối liên hệ giữa 𝛥T và RH: 1 1 𝛥𝑇 ~ 𝑅𝐻 0.5 (2) y = 844323x-3.395 0 R² = 0.22544 Mặt khác, Hình 5 cũng cho thấy ảnh hưởng của lưu 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Độ ẩm tương đối (%) lượng khí. Ở cùng một giá trị nhiệt độ môi trường hay độ b) ẩm tương đối, 𝛥𝑇 của trường hợp 𝑄2 = 1,0𝑚3 /𝑝ℎú𝑡 luôn Hình 5. Độ giảm nhiệt độ không khí qua hệ thống lớn hơn 𝛥𝑇 của trường hợp 𝑄2 = 2,0𝑚3 /𝑝ℎú𝑡. Hình 4 theo nhiệt độ và độ ẩm tương đối cũng cho thấy 𝑄3 trong trường hợp 𝑄2 = 1,0𝑚3 /𝑝ℎú𝑡
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(94).2015 73 4. Kết luận khuôn khổ đề tài mã số T-KTXD-2015-55. Tác giả cám Chúng tôi thử nghiệm một giải pháp tiêu thụ điện ở ơn ThS. Hà Phương giúp đỡ thực nghiệm. mức tối thiểu để làm mát không khí cho nhà ở trong điều kiện thời tiết thực ở Tp Hồ Chí Minh. Giải pháp này kết TÀI LIỆU THAM KHẢO hợp ống khói nhiệt (để tạo dòng khí thay quạt điện) và bộ [1] J. He and A. Hiyano, “Experimental study of cooling effects of a phận làm mát bay hơi gián tiếp. Kết quả thử nghiệm cho passive evaporative cooling wall constructed of porous ceramics thấy khả năng làm mát của giải pháp phụ thuộc vào nhiệt with high water soak-up ability”, Building and Environment, Elsevier, 45, 2010, 461-472. độ hay độ ẩm tương đối của môi trường: khả năng làm [2] Z. Giabaklou and J.A. Ballinger, “A passive evaporative cooling mát càng cao khi độ ẩm càng thấp. Hệ thống thử nghiệm system by natural ventilation”, Building and Environment, có thể làm giảm nhiệt độ không khí đến 3oC trong điều Elsevier, 31, 1996, 503-507. kiện thời tiết nắng vào buổi trưa mùa khô và tiêu thụ 8W [3] H. Calistan, A. Hepbasli, I. Dincer, and V. Maisotsenko, điện. Trong các thí nghiệm này, chúng tôi chưa khảo sát “Thermodynamic performance assessment of a novel air cooling ảnh hưởng của các yếu tố về vật liệu và hình học của hệ cycle: Maisotsenko cycle”, International journal of refrigeration, thống. Do đó, khi các yếu tố đó được tối ưu hoá, khả năng 34, 2011, 980-990. làm mát của hệ thống có thể cao hơn nữa. [4] M. Jradi and S. Riffat, “Experimental and numerical investigation of a dew-point cooling system for thermal comfort in buildings”, 75 y = -4.1743x + 192.65 Applied Energy, Elsevier, 132, 2014, 524-535. R² = 0.79335 70 [5] J. Mathur, S. Mathur, and Anupma, “Summer-performance of Độ ẩm tương (%) 65 inclined roof solar chimney for natural ventilation”, Energy and Buildings, Elsevier, 38, 2006, 1156-1163. 60 [6] N. Bansal, R. Mathur, and M. Bhandari, “Solar chimney for 55 enhanced stack ventilation”, Building and Environment, Pergamon 50 Press, 28, 1993, 373-377. 45 [7] Nguyen Q. Y, Nguyen T. Bay, “A numerical and experimental 40 study on performance of a vertical solar chimney”, The 5th 29 30 31 32 33 34 35 36 AUN/SEED-Net Regional Conference on New/Renewable Energy, Nhiệt độ môi trường (oC) Sept. 26-27, 2013, Hanoi, Vietnam. [8] M. Maerefat and A. Haghighi, “Natural cooling of stand-alone Hình 6. Mối quan hệ giữa nhiệt độ (bầu khô) và độ ẩm houses using solar chimney and evaporative cooling cavity”, (tương đối) của môi trường Renewable Energy, Elsevier, 35, 2010, 2040-2052. [9] T. Miyazaki, A. Akisawa, and I. Nikai, “The cooling performance Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường Đại of a building integrated evaporative cooling system driven by solar học Bách khoa, Đại học Quốc gia tp. Hồ Chí Minh trong energy”, Energy and Buildings, Elsevier, 43, 2011, 2211-2218. (BBT nhận bài: 30/06/2015, phản biện xong: 29/07/2015)