intTypePromotion=1

Tính toán và triển khai hệ thống làm mát chuồng trại bằng nguồn nước ngầm

Chia sẻ: Tuong Vi Danh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

0
39
lượt xem
4
download

Tính toán và triển khai hệ thống làm mát chuồng trại bằng nguồn nước ngầm

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết đã phân tích, lựa chọn một phương pháp làm mát hỗn hợp: vừa phun mưa để giảm lượng nhiệt truyền vào chuồng do bức xạ mặt trời qua mái, vừa dùng tấm làm mát cooling pad, sử dụng nước ngầm để thông gió và làm mát không khí cho chuồng trại. Bài báo trình bày các điểm cơ bản trong tính toán thiết kế hệ thống làm mát nêu trên, kết quả triển khai ứng dụng và phương pháp vận hành hệ thống.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tính toán và triển khai hệ thống làm mát chuồng trại bằng nguồn nước ngầm

Thái Ngọc Sơn<br /> <br /> 110<br /> <br /> TÍNH TOÁN VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG LÀM MÁT CHUỒNG TRẠI<br /> BẰNG NGUỒN NƯỚC NGẦM<br /> CALCULATING AND OPERATING THE COOLING SYSTEM OF FARMHOUSES USING<br /> UNDERGROUND WATER<br /> Thái Ngọc Sơn<br /> Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; thaingocson@gmail.com<br /> Tóm tắt - Nguồn nước ngầm tại miền Trung Việt Nam có trữ lượng<br /> phong phú, nhiệt độ trong mùa hè lại thấp hơn nhiệt độ không khí<br /> khá nhiều. Để làm mát chuồng trại chăn nuôi gia cầm có rất nhiều<br /> phương pháp như tưới nước, phun sương, sử dụng buồng phun,<br /> thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngăn, thông gió qua tấm làm mát<br /> (cooling pad), điều hòa không khí... Bài báo đã phân tích, lựa chọn<br /> một phương pháp làm mát hỗn hợp: vừa phun mưa để giảm lượng<br /> nhiệt truyền vào chuồng do bức xạ mặt trời qua mái, vừa dùng tấm<br /> làm mát cooling pad, sử dụng nước ngầm để thông gió và làm mát<br /> không khí cho chuồng trại. Bài báo trình bày các điểm cơ bản trong<br /> tính toán thiết kế hệ thống làm mát nêu trên, kết quả triển khai ứng<br /> dụng và phương pháp vận hành hệ thống.<br /> <br /> Abstract - The central region of Vietnam has abundant reserves of<br /> underground water. During summer, the water temperature is much<br /> lower than the ambient air temperature. For cooling poultry farms,<br /> there are many popular methods such as watering, spraying, using<br /> spray chambers (air washer), surface heat exchangers, direct<br /> evaporative coolers, using the cooling pad, air conditioning systems<br /> and so on. In this article, we analyze and select a complex cooling<br /> system which combines water spray method and direct evaporative<br /> coolers using cooling pads. The former method is utilized to reduce<br /> the amount of heat entering the farmhouse due to solar radiation<br /> through the roof.Meanwhile, the latter one is applied to cool the air<br /> by evaporating the underground water as it goes through the cooling<br /> pad. This article presents the basics of calculating in designing a<br /> combined cooling system as mentioned above, the results of the<br /> application and the method of operating the whole the system.<br /> <br /> Từ khóa - không khí ẩm; phương pháp lặp; nước ngầm; làm mát<br /> chuồng trại; tấm làm mát<br /> <br /> Key words - moist air; iterative methods; ground water; cooling<br /> animal sheds; cooling pad<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Khí hậu Việt Nam chia làm hai mùa rõ rệt, đặc biệt là<br /> tại miền Trung, “nắng lắm mưa nhiều”. Bài toán đặt ra cho<br /> các nhà chăn nuôi là làm sao để khống chế vi khí hậu trong<br /> các trang trại chăn nuôi ở điều kiện tốt nhất có thể trong<br /> khi vốn đầu tư còn nhỏ.<br /> Để làm mát chuồng trại chăn nuôi gia cầm có rất nhiều<br /> phương pháp như: tưới nước, phun sương, sử dụng buồng<br /> phun, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngăn, thông gió qua<br /> tấm làm mát (cooling pad), điều hòa không khí... Khảo<br /> sát nguồn nước ngầm ở Quảng Nam, Đà Nẵng trong các<br /> năm từ 2014 - 2017 cho thấy nhiệt độ khá ổn định, nằm<br /> trong khoảng 24,5 - 25,5°C. Với trữ lượng khá lớn, nguồn<br /> nhiệt này có thể sử dụng để làm mát chuồng trại. Bài báo<br /> phân tích, lựa chọn một phương pháp thích hợp, trình bày<br /> các điểm cơ bản trong tính toán thiết kế hệ thống làm mát<br /> đó, nêu kết quả triển khai ứng dụng và phương pháp vận<br /> hành hệ thống.<br /> <br /> tháng 7 nhiệt độ không khí cao nhất lúc 12h là 33,4°C cũng<br /> chính là lúc độ ẩm tương đối của không khí thấp nhất 57%.<br /> Việc làm mát cho chuồng trại thường được thực hiện trong<br /> các giờ nắng nóng cao điểm, do vậy ta chọn các thông số<br /> để tính toán ứng với thời gian đó, tức là thông số ngoài trời:<br /> nhiệt độ tN = 34,4°C, độ ẩm tương đối N = 57%.<br /> Điều kiện vi khí hậu đối với chăn nuôi gia cầm, cụ thể<br /> là gà, tối ưu là t = 18 - 24°C,  = 60 - 70%. Điều kiện này<br /> chỉ có thể đáp ứng được khi sử dụng hệ thống điều hòa<br /> không khí với chi phí đầu tư ban đầu và cả chi phí vận hành<br /> (tiền điện) rất cao. Trong điều kiện sản xuất của Việt Nam,<br /> theo [2], khi khảo sát chuồng nuôi gà đẻ, nhiệt độ trong<br /> chuồng có thể chấp nhận là trong khoảng 27 - 30°C, độ ẩm<br /> 82 - 90%, tốc độ gió 1,7 – 2 m/s. Ở điều kiện này gà chưa<br /> thể hiện stress nhiệt. Vậy ta chọn điều kiện trong chuồng<br /> như sau: nhiệt độ tT = 28,6°C; độ ẩm T = 89%.<br /> Nhiệt thừa được tính toán dựa trên tài liệu [3].<br /> Nhiệt do nguồn sáng nhân tạo Q1 = 0,90 kW.<br /> Nhiệt thừa của gia cầm tương đối khó tính toán do<br /> không có các số liệu nghiên cứu, ta tạm tính theo nhiệt thừa<br /> trung bình của người dựa trên tỷ lệ da người và gà, thu được<br /> Q2 = 22,5 kW.<br /> Nhiệt do bức xạ mặt trời vào phòng qua kết cấu bao che<br /> (ở đây là qua mái khi không có các biện pháp giảm nhiệt<br /> bức xạ như phun mưa, phun sương...) Q3 = 33,4 kW.<br /> Nhiệt truyền qua kết cấu bao che (tường, trần, nền đất)<br /> Q4 = 8,9 kW.<br /> Vậy tổng nhiệt thừa là Q = 65,7 kW, trong đó nhiệt thừa<br /> do bức xạ qua mái chiếm hơn một nửa.<br /> Lượng ẩm thừa do gà sinh ra được xác định gần đúng,<br /> <br /> 2. Giải quyết vấn đề<br /> Tính toán và triển khai hệ thống làm mát tại trang trại ở<br /> Hòa Phú, Hòa Vang, Đà Nẵng có kích thước dài D = 70 m;<br /> rộng R = 8,5 m; chiều cao của không gian cần làm mát là<br /> H = 3 m. Chuồng nuôi 6.000 con gà.<br /> 2.1. Thông số khí hậu, tính toán nhiệt thừa, ẩm thừa<br /> Xét điều kiện thời tiết tại Đà Nẵng [1], tháng nóng nhất<br /> trong năm là tháng 7 với nhiệt độ không khí cao nhất trung<br /> bình trong mùa hè là tN = 34,4°C. Phân tích biến trình ngày<br /> của nhiệt độ không khí và biến trình ngày của độ ẩm tương<br /> đối trong tháng 7, nhận thấy khi nhiệt độ không khí lên cao,<br /> độ ẩm tương đối của không khí xuống thấp, ví dụ trong<br /> <br /> ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018<br /> <br /> bằng lượng nước cung cấp hàng ngày cho gà, được gà thải<br /> qua phân và hô hấp: W = 0,029 kg/s.<br /> 2.2. Lựa chọn phương án làm mát<br /> Phương án sử dụng điều hòa không khí là tối ưu để điều<br /> khiển nhiệt độ và độ ẩm không khí trong chuồng như các<br /> nghiên cứu trên thế giới. Tuy nhiên chi phí đầu tư rất cao,<br /> chi phí vận hành cũng lớn nên chưa thích hợp với phần<br /> nhiều trang trại tại miền Trung.<br /> Phương án dùng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngăn<br /> không khả thi do độ chênh nhiệt độ của nước ngầm với<br /> không khí trong chuồng thấp, nếu sử dụng loại thiết bị này<br /> sẽ rất cồng kềnh, đòi hỏi một lượng nước ngầm rất lớn. Mặt<br /> khác, nước ngầm luôn có chứa nhiều tạp chất, khi bám vào<br /> mặt trong của thiết bị trao đổi nhiệt sẽ làm tăng nhiệt trở,<br /> rất khó vệ sinh, làm giảm hiệu suất trao đổi nhiệt.<br /> Phương pháp phun sương đòi hỏi nước tương đối sạch<br /> để tránh làm nghẹt béc phun. Mặt khác, khi phun sương trên<br /> mái sẽ làm mát cả bầu không khí xung quanh gây lãng phí.<br /> Bên cạnh đó, nếu phun trực tiếp vào chuồng sẽ cần hệ thống<br /> phân phối gió để ẩm không tập trung, dễ làm gia cầm dịch<br /> bệnh. Do vậy, phương pháp phun sương không thích hợp.<br /> Phương pháp cho nước chảy theo rãnh của mái tôn được<br /> tính toán kỹ [4], đòi hỏi lưu lượng nước lớn. Khi sử dụng<br /> nước ngầm với nhiệt độ 25°C, lưu lượng 5,4 m3/h có thể<br /> giảm khoảng 30% lượng nhiệt truyền qua mái.<br /> Để làm mát mái, ta có thể dùng phương pháp phun mưa<br /> trên mái. Phương pháp này giống như phun sương, nhưng<br /> đường kính hạt lớn hơn, do đó tránh hiện tượng nghẹt béc<br /> phun. Thiết bị phun mưa đơn giản, năng lượng điện tiêu<br /> hao ít hơn phun sương. Khi sử dụng, nước ra khỏi tấm làm<br /> mát có nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ nhiệt kế ướt với lưu lượng<br /> là 2,7 m3/h, lượng nhiệt xâm nhập qua mái sẽ là QT = 3,5<br /> kW, giảm gần 90% lượng nhiệt truyền qua mái.<br /> Để giảm nhiệt độ không khí trong chuồng, ta có thể<br /> dùng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu hỗn hợp, cụ thể là buồng<br /> phun (có hoặc không có lớp đệm). Tuy nhiên buồng phun<br /> khá cồng kềnh, lượng nước tuần hoàn lớn nên hiện tại<br /> phương pháp dùng tấm làm mát tương đối phổ biến.<br /> Tấm làm mát (cooling pad) có thể làm giảm nhiệt độ<br /> xuống đến giới hạn chấp nhận được trong các ngày hè nóng<br /> bức với độ ẩm phù hợp trong chăn nuôi. Nước sau khi đi<br /> qua tấm làm mát có nhiệt độ gần với nhiệt độ nhiệt kế ướt,<br /> ta lấy nước đó phun mưa lên mái, theo như trên đã phân<br /> tích, sẽ làm giảm đáng kể công suất nhiệt của hệ thống.<br /> Vậy ta sẽ sử dụng đồng thời hai phương pháp làm mát:<br /> nước ngầm vào thời gian nắng nóng cao điểm sẽ được hút<br /> và bơm qua hệ thống cooling pad; nước ra khỏi hệ thống sẽ<br /> được trữ lại để tái tuần hoàn qua cooling pad hoặc phun<br /> mưa làm mát mái.<br /> 2.3. Tính toán hệ thống phun mưa<br /> Nước tạo thành một màng mỏng bao phủ toàn bộ mái<br /> tôn. Tùy theo lưu lượng nước phun mà nhiệt độ của mái sẽ<br /> giảm xuống.<br /> Bài toán: Cho không khí ngoài trời có nhiệt độ tN, độ<br /> ẩm tương đối φN. Không khí trong chuồng có nhiệt độ tT,<br /> độ ẩm tương đối φT, nước phun mưa lên mái nhà có lưu<br /> lượng Gn, nhiệt độ t'L. Xác định lượng nhiệt truyền qua mái<br /> <br /> 111<br /> <br /> vào chuồng QT, nhiệt độ đầu ra khỏi mái của nước t''L.<br /> Giải: Bài toán giải theo phương pháp lặp. Trong quá<br /> trình tính toán có sử dụng một số giả thiết sau:<br /> - Toàn bộ mái được phủ một lớp nước có nhiệt độ tính<br /> toán là nhiệt độ trung bình của nước phun lên mái t' L và<br /> nước thu hồi sau khi làm mát mái t"L.<br /> - Nhiệt độ của bề mặt ngoài của mái xem như bằng nhiệt<br /> độ của nước.<br /> - Nhiệt lượng bức xạ mặt trời do mái hấp thụ xem như<br /> truyền toàn bộ cho nước do hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt ngoài<br /> của mái vào màng nước khá lớn.<br /> - Bỏ qua quá trình trao đổi nhiệt khối giữa nước từ vòi<br /> phun đến khi tạo thành lớp màng trên bề mặt mái. Trong<br /> thực tế, quá trình này sẽ làm giảm bớt lưu lượng nước chảy<br /> trên mái và thay đổi trạng thái không khí gần bề mặt mái.<br /> <br /> Hình 1. Tính cân bằng nhiệt cho nước phủ trên mái<br /> <br /> Nước phun mưa là nước đã đi qua cooling pad, khi đó<br /> nước sẽ có nhiệt độ xấp xỉ nhiệt độ nhiệt kế ướt.<br /> Bảng 1. Tính nhiệt hệ thống phun mưa<br /> Ký hiệu/Công<br /> thức<br /> Gn<br /> <br /> Kết<br /> quả<br /> 0,75<br /> <br /> t'L<br /> <br /> 26,9<br /> <br /> t''L<br /> <br /> 34,6<br /> <br /> Rαn<br /> <br /> 0,002<br /> <br /> Nhiệt trở dẫn nhiệt mái (m2K/W)<br /> <br /> Rm = δm/λm<br /> <br /> 0,033<br /> <br /> Nhiệt trở của không khí (m2K/W)<br /> Nhiệt trở dẫn nhiệt trần (m2K/W)<br /> Nhiệt trở tỏa nhiệt bên trong của<br /> kết cấu bao che (m2K/W)<br /> <br /> Rkk<br /> Rt = δt/λt<br /> <br /> 0,172<br /> 0,067<br /> <br /> RαT = 1/αT<br /> <br /> 0,086<br /> <br /> Diễn giải<br /> Lưu lượng nước phun (kg/s)<br /> Nhiệt độ nước phun ra mái bằng<br /> nhiệt độ nước ra khỏi cooling pad<br /> (°C)<br /> Nhiệt độ nước ra khỏi mái (chọn)<br /> Nhiệt trở tỏa nhiệt từ bề mặt ngoài<br /> của mái vào nước (m2K/W)<br /> <br /> Tổng nhiệt trở R (m2K/W)<br /> Diện tích mái<br /> Nhiệt truyền từ trong chuồng vào<br /> nước (kW)<br /> Hệ số hấp thụ của mái<br /> Nhiệt bức xạ đối với mặt ngang<br /> (kW/m2)<br /> Nhiệt lượng bức xạ từ mặt trời<br /> vào mái (kW)<br /> Lượng nhiệt truyền từ không khí<br /> ngoài trời vào nước (kW)<br /> Diện tích bề mặt bay hơi (m2)<br /> Tốc độ gió trung bình (m/s)<br /> (m2)<br /> <br /> R = Rαn+ Rm+<br /> Rkk+ Rt+ RαT<br /> Fm<br /> <br /> 0,360<br /> 595<br /> <br /> QT=Fm(tT-tL)/R<br /> <br /> -3,5<br /> <br /> εS<br /> <br /> 0,61<br /> <br /> E<br /> <br /> 0,777<br /> <br /> Qε = FmεSE<br /> <br /> 282,0<br /> <br /> QN = Fm.αN.(tNtL)<br /> Fbh = (L+Hs)Lm<br /> ωtb<br /> <br /> 50,5<br /> 856<br /> 1,78<br /> <br /> Thái Ngọc Sơn<br /> <br /> 112<br /> <br /> Hệ số bay hơi (kg/(s.m2.Pa)) [6]<br /> Áp suất hơi nước bão hòa theo<br /> nhiệt độ của nước (Pa)<br /> Áp suất hơi nước bão hòa theo nhiệt<br /> độ của không khí ngoài trời (Pa)<br /> Áp suất riêng phần của hơi nước<br /> trong không khí ngoài trời (Pa)<br /> Lượng nước bay hơi trên toàn bộ<br /> bề mặt mái (kg/s) [6]<br /> Lượng nhiệt chuyển pha cần để<br /> bay hơi nước (kW)<br /> Tồng lượng nhiệt cung cấp cho<br /> nước (kW)<br /> Biến thiên enthalpy của nước<br /> (kW)<br /> Nhiệt độ đầu ra của nước (tính)<br /> (°C)<br /> Sai số nhiệt độ đầu ra<br /> <br /> c=(17,17+13,0<br /> 5ωtb).10-5/3600<br /> <br /> 1,12<br /> E-07<br /> <br /> ps<br /> <br /> 4 398<br /> <br /> ps_N<br /> <br /> 5 399<br /> <br /> ph = ps_N.φN<br /> <br /> 3 078<br /> <br /> W = Fbhc(ps-рh)<br /> <br /> 0,127<br /> <br /> Qbh = W.r<br /> <br /> 307,9<br /> <br /> Q = Qε+QT+QN<br /> <br /> 328,9<br /> <br /> ΔI = Q-Qbh<br /> <br /> 21,1<br /> <br /> t"L_Tính= t'L+ΔI/<br /> [(Gn-W).cp]<br /> <br /> 35,0<br /> <br /> εt=abs(t"Lt"L_Tính)/t"L_Tính<br /> <br /> 1,3%<br /> <br /> Việc phun nước trên mái nhà chủ yếu để giảm lượng<br /> nhiệt bức xạ mặt trời và lượng nhiệt truyền từ không khí<br /> ngoài trời qua mái vào chuồng. Khi phun nước có lưu<br /> lượng lớn hơn, nhiệt độ trung bình của nước sẽ giảm, đến<br /> thời điểm nhiệt độ của nước nhỏ hơn nhiệt độ của không<br /> khí trong chuồng, khi đó nhiệt sẽ truyền từ trong chuồng ra<br /> nước. Tuy nhiên, nhiệt trở truyền nhiệt từ trong chuồng lên<br /> mái rất lớn, để làm mát không khí trong chuồng hoàn toàn<br /> không có lợi.<br /> 2.4. Tính toán hệ thống cooling pad<br /> a. Tính chọn quạt<br /> Không khí lưu thông qua chuồng trong những ngày hè<br /> có 2 mục đích: cung cấp lượng không khí tươi tối thiểu cần<br /> thiết và duy trì tốc độ gió cần thiết để thải nhiệt cho gia cầm.<br /> Lượng không khí tươi tối thiểu G min [5]:<br /> Gmin = GN.n.ρ/60 = 32,8 kg/s<br /> Trong đó, năng suất chuồng trại n = 6.000 con; khối lượng<br /> trung bình mỗi con gà m = 2 kg/con; định lượng không khí<br /> tươi cho 1 kg gà GN = 5 CFM (cube feet per min; 1 cubic<br /> feet=28,3 lít); khối lượng riêng của không khí tại 30°C là<br /> ρ = 1,16 kg/m3.<br /> Để làm mát trong mùa hè, không khí trong chuồng cần<br /> lưu chuyển tối thiểu với tốc độ 2 – 3 m/s. Ứng với tốc độ 2<br /> m/s cần lưu lượng Gmax = ρ.ω.F = 59,2 kg/s. Chọn quạt hút<br /> Kolowa SLR54-3DS với lưu lượng gió: 24.000 CFM, hiệu<br /> suất 0,8, ta tính được cần dùng 4 quạt để duy trì lưu lượng<br /> không khí tươi tối thiểu cho gà và cần thêm 4 quạt để duy<br /> trì tốc độ không khí trong chuồng trong các ngày hè nóng<br /> bức là 2,4 m/s<br /> b. Tính chọn cooling pad<br /> Bài toán: Cho không khí và nước trao đổi nhiệt – khối<br /> khi đi qua tấm cooling pad. Biết không khí có lưu lượng<br /> vào thiết bị là 62,7 kg/s; nhiệt độ là tN = 34,4°C, φN = 57%.<br /> Nước ngầm vào thiết bị có nhiệt độ t'n = 25°C. Xác định<br /> nhiệt độ của không khí ẩm ra khỏi thiết bị và ra khỏi chuồng<br /> gà có nhiệt thừa, ẩm thừa đã tính trong mục 2.1, lưu lượng<br /> nước để không khí ẩm ra khỏi thiết bị có độ ẩm 85 - 90%;<br /> số tấm làm mát cần thiết.<br /> <br /> Giải: Khi cho nước có nhiệt độ bằng nhiệt độ nhiệt kế<br /> ướt chảy qua cooling pad, không khí ẩm biến đổi trạng thái<br /> theo đường đẳng enthalpy, từ nhiệt độ ban đầu t' k = tN đến<br /> nhiệt độ ra khỏi cooling pad t" k_u, quá trình diễn ra theo<br /> đường AB. Sau đó không khí ẩm tại trạng thái B được thổi<br /> vào chuồng, nhận nhiệt thừa và ẩm thừa, biến đổi đến trạng<br /> thái điểm E.<br /> Khi nước ngầm có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nhiệt kế<br /> ướt vào cooling pad, không khí sẽ cung cấp thêm một<br /> lượng enthalpy ΔIn để làm tăng nhiệt độ nước đến nhiệt độ<br /> nhiệt kế ướt, quá trình diễn ra theo đường AC (Hình 2).<br /> Không khí ẩm sau đó được thổi vào chuồng, cũng nhận<br /> nhiệt thừa và ẩm thừa, biến đổi đến trạng thái F.<br /> <br /> Hình 2. Quá trình trao đổi nhiệt - khối của không khí ẩm khi<br /> qua cooling pad<br /> <br /> Vậy E và F tương ứng với trạng thái không khí ẩm trong<br /> chuồng khi nước tưới cooling pad là nước tuần hoàn trong<br /> hệ thống cooling pad (có nhiệt độ của nhiệt kế ướt) và nước<br /> ngầm. Với cùng nhiệt thừa, ẩm thừa, trạng thái E có nhiệt<br /> độ cao hơn nhưng độ ẩm tương đối thấp hơn; trạng thái F<br /> có nhiệt độ thấp hơn nhưng độ ẩm tương đối cao hơn. Đây<br /> là vấn đề cần lưu ý khi vận hành hệ thống.<br /> Chọn tấm cooling pad Celdek 7090-15 với kích thước<br /> H×W×D = 1800 x 600 x 100 mm. Nhiệt độ không khí ẩm<br /> ra khỏi cooling pad phụ thuộc vào tốc độ của không khí và<br /> bề dày của cooling pad. Số lượng tấm cooling pad phụ<br /> thuộc vào lưu lượng và tốc độ không khí cần làm mát.<br /> Khi nước vào cooling pad với nhiệt độ nhiệt kế ướt,<br /> nhiệt độ không khí qua tấm cooling pad 7090-15 được tính<br /> theo công thức thực nghiệm sau [7]:<br /> tk_u” = tk’ – η.(tk’-tư)<br /> trong đó, η là hiệu suất làm mát.<br /> Để có được độ ẩm cần thiết và tấm làm mát hoạt động<br /> tối ưu, cần cung cấp lượng nước cD nhất định cho 1 m2 bề<br /> mặt trên cùng của tấm làm mát. Lượng nước GD cung cấp<br /> cho toàn bộ chiều dài được tính như sau:<br /> GD = cD LD<br /> Trong đó, L = nW: Tổng chiều dài các tấm cooling pad<br /> (m); D: Bề dày tấm cooling pad (m).<br /> Các giá trị η và cD xác định từ catalogue của cooling<br /> pad Celdek 7090-15 [7].<br /> <br /> ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018<br /> <br /> Bảng 2. Tính nhiệt hệ thống cooling pad<br /> Diễn giải<br /> BÀI TOÁN<br /> Không khí vào cooling pad<br /> Lưu lượng khối lượng<br /> không khí (kg/s)<br /> Lưu lượng khối lượng<br /> KKK (kg/s)<br /> Nhiệt độ (°C)<br /> Độ ẩm tương đối<br /> Không khí ra khỏi chuồng<br /> Độ ẩm yêu cầu<br /> Nước<br /> Nhiệt độ nước vào (°C)<br /> GIẢI<br /> Khối lượng riêng trung bình<br /> của không khí khô (kg/m3)<br /> Lưu lượng thể tích KKK, (m3/s)<br /> Chọn tốc độ gió vào các<br /> tấm cooling pad (m/s)<br /> Tổng diện tích các tấm<br /> cooling pad (m2)<br /> Số lượng tấm cooling pad<br /> Chọn số tấm cooling pad<br /> Kiểm tra lại tốc độ gió vào<br /> các tấm cooling pad (m/s)<br /> Nhiệt độ nhiệt kế ướt<br /> Hiệu suất làm mát<br /> Nhiệt độ không khí ra<br /> cooling pad (°C)<br /> Ẩm dung không khí ra<br /> cooling pad (kg/kgKKK)<br /> Lượng nước bay hơi (kg/s)<br /> Lượng nước xả bỏ (kg/s)<br /> Lượng nước cần bổ sung<br /> khí bơm tuần hoàn (kg/s)<br /> Định lượng tưới (kg/(s.m2))<br /> Tổng chiều dài các tấm<br /> cooling pad (m)<br /> Lượng nước cung cấp GD<br /> cho toàn bộ chiều dài (kg/s)<br /> Lưu lượng nước qua toàn<br /> bộ cooling pad (kg/s)<br /> Lưu lượng nước bơm qua<br /> toàn bộ cooling pad (kg/s)<br /> (theo bơm chọn thực tế)<br /> Biến thiên enthalpy của<br /> nước (kW)<br /> Enthalpy của không khí<br /> giảm (kJ/kgKKK)<br /> Enthalpy thực tế của không<br /> khí khi ra khỏi cooling pad<br /> (kJ/kgKKK)<br /> Nhiệt độ thực tế của không<br /> khí ra khỏi cooling pad (°C)<br /> Độ ẩm tương đối thực tế của<br /> không khí ra khỏi cooling pad<br /> <br /> Ký hiệu/Công thức<br /> <br /> Kết<br /> quả<br /> <br /> G0<br /> <br /> 62,7<br /> <br /> Gk<br /> <br /> 61,5<br /> <br /> t'k = tN<br /> φ'k = φN<br /> <br /> 34,4<br /> 0,57<br /> <br /> φT<br /> <br /> 0,850,9<br /> <br /> tn'<br /> <br /> 25<br /> <br /> ρ<br /> <br /> 1,15<br /> <br /> Vk = Gk/ρ<br /> <br /> 53,5<br /> <br /> ωc<br /> <br /> 2,5<br /> <br /> F = Vk/ωc<br /> <br /> 21,4<br /> <br /> ncp=F/(W.H)<br /> n<br /> <br /> 19,8<br /> 20<br /> <br /> ω=Vk/(n.W.H)<br /> <br /> 2,48<br /> <br /> tư<br /> η<br /> <br /> 26,9<br /> 0,67<br /> <br /> tk_u” = tk’ – η.(tk’-tư)<br /> <br /> 29,4<br /> <br /> dk” = f(tk_u”, i'k)<br /> E = Gk(dk"-dk')<br /> B = CbE = 0,2E<br /> <br /> 0,021<br /> 8<br /> 0,125<br /> 0,025<br /> <br /> F = E+B<br /> <br /> 0,150<br /> <br /> cD<br /> <br /> 1,0<br /> <br /> L = nW<br /> <br /> 12,00<br /> <br /> GD = cD LD<br /> <br /> 1,20<br /> <br /> Glt = GD+B<br /> <br /> 1,23<br /> <br /> Gn<br /> <br /> 1,50<br /> <br /> ΔIn = GnCpn(tư -tn')<br /> <br /> 12,23<br /> <br /> Δik = ΔIn/Gk<br /> <br /> 0,199<br /> <br /> ik" = ik'-Δik<br /> <br /> 84,9<br /> <br /> tk" = f(dk”, ik")<br /> <br /> 29,2<br /> <br /> φk" = f(dk”, tk")<br /> <br /> 0,84<br /> <br /> 113<br /> <br /> Nhiệt thừa khi sử dụng phương<br /> pháp phun mưa với lưu lượng<br /> Q = Qp-QT<br /> 35,85<br /> nước 0,75 kg/s (kW)<br /> Enthalpy không khí mang<br /> IT' = Gkik"<br /> 5222<br /> vào chuồng (kW)<br /> Enthalpy không khí mang ra<br /> IT'' = Q+IT'<br /> 5257<br /> khỏi chuồng (kW)<br /> Ẩm thừa do gà tỏa ra (kg/s)<br /> W=nmamc/(24*3600) 0,029<br /> Không khí ra khỏi chuồng cũng là không khí trong chuồng<br /> Enthalpy riêng (kJ/kg)<br /> iT = iT"=iT"/Gk<br /> 85,51<br /> Dung ẩm (g, kg/kgKKK)<br /> dT = dk"+W1/Gk<br /> 0,022<br /> Nhiệt độ (°C)<br /> tT = f(iT,dT)<br /> 28,6<br /> Độ ẩm tương đối<br /> φT = f(tT,dT)<br /> 0,89<br /> <br /> 2.5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát<br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống làm mát<br /> <br /> Nước được bơm 3 với lưu lượng Gn_c hút từ giếng ngầm<br /> 1 lên phân phối vào các tấm cooling pad 5 dựng ở 1 đầu<br /> của chuồng gia cầm. Ở đầu kia của chuồng gia cầm đặt quạt<br /> hút 7 với lưu lượng Gk tạo áp suất âm trong chuồng, không<br /> khí ngoài trời với nhiệt độ tN, độ ẩm tương đối φN đi qua<br /> các tấm cooling pad 5 trao đổi nhiệt - khối với nước, hòa<br /> trộn với không khí trong chuồng đạt đến trạng thái nhiệt độ<br /> tT, độ ẩm tương đối φT. Nước sau khi đi qua cooling pad<br /> hồi về bể chứa 2 qua đường số 10.<br /> Nước từ bể chứa 2 theo đường ống số 11 được bơm 4<br /> với lưu lượng Gn_m hút lên và qua hệ thống ống 6 phun mưa<br /> trên mái. Nước gom từ mái về ống góp 8 rồi đưa về bể chứa<br /> 9 để dùng cho các nhu cầu vệ sinh chuồng trại, trồng trọt...<br /> Khi nhiệt độ ngoài trời không quá cao ta có thể chỉ cần<br /> sử dụng nước từ bể chứa 2 tuần hoàn để làm mát.<br /> 2.6. Vận hành hệ thống<br /> Kết quả vận hành và đo đạc trong một số ngày mùa hè<br /> năm 2017 được thể hiện trong Bảng 3, trong đó có các ký<br /> hiệu viết tắt về phương pháp vận hành hệ thống như sau:<br /> - PM: Sử dụng nước từ bể chứa nước sau khi qua<br /> cooling pad để phun mưa trên mái nhà;<br /> - NN: Sử dụng nước ngầm để cung cấp cho hệ thống<br /> cooling pad; sử dụng nước từ bể chứa nước sau khi qua<br /> cooling pad để phun mưa trên mái nhà;<br /> - CL: Sử dụng nước từ bể chứa nước sau khi qua<br /> cooling pad để cung cấp cho hệ thống cooling pad (tuần<br /> hoàn kín); sử dụng nước từ bể chứa nước sau khi qua<br /> cooling pad để phun mưa trên mái nhà.<br /> <br /> Thái Ngọc Sơn<br /> <br /> 114<br /> <br /> Bảng 3. Số liệu khảo sát thực tế làm mát chuồng trại hè 2017<br /> Thông số<br /> Nhiệt độ không khí ngoài trời (°C)<br /> Độ ẩm không khí ngoài trời<br /> Số tấm cooling pad ướt<br /> Nhiệt độ nước vào cooling<br /> pad (°C)<br /> Phương pháp<br /> Nhiệt độ trong chuồng (°C)<br /> Độ ẩm trong chuồng<br /> Nhiệt độ nước phun (°C)<br /> Độ chênh nhiệt độ ngoài trời trong chuồng<br /> Ngày<br /> 10/07/17<br /> Giờ<br /> 12<br /> 13<br /> 14<br /> tN<br /> 33,8 34,6<br /> 35,2<br /> φN<br /> 0,63 0,65<br /> 0,54<br /> n<br /> 20<br /> 10<br /> 20<br /> tn'<br /> 27,5<br /> 25<br /> 24,8<br /> PP<br /> CL<br /> NN<br /> NN<br /> tT<br /> 29,7 29,9<br /> 29,1<br /> φT<br /> 0,85 0,89<br /> 0,85<br /> t'L<br /> 27,5 27,9<br /> 27,5<br /> tN-tT<br /> 4,1<br /> 4,7<br /> 6,1<br /> <br /> Ngày<br /> Giờ<br /> tN<br /> φN<br /> n<br /> <br /> 16/06/2017<br /> 7<br /> 9<br /> 11<br /> 31,7 34,5<br /> 37<br /> 0,76 0,55 0,49<br /> 20<br /> 20<br /> <br /> tn'<br /> <br /> 27,3<br /> <br /> 25<br /> <br /> PM<br /> 30,1<br /> 0,8<br /> 27<br /> <br /> CL<br /> 30<br /> 0,82<br /> 27,3<br /> <br /> NN<br /> 29,8<br /> 0,82<br /> 27,2<br /> <br /> 1,6<br /> <br /> 4,5<br /> <br /> 7,2<br /> <br /> PP<br /> tT<br /> φT<br /> t'L<br /> tN-tT<br /> 13<br /> 38<br /> 0,46<br /> 20<br /> 24,7<br /> NN<br /> 30,6<br /> 0,82<br /> 27,8<br /> 7,4<br /> <br /> 01/08/17<br /> 14<br /> 15<br /> 36,1 38,1<br /> 0,52 0,54<br /> 20<br /> 20<br /> 27,6 24,7<br /> CL<br /> NN<br /> 30,4 30,6<br /> 0,79 0,88<br /> 27,6 28,2<br /> 5,7<br /> 7,5<br /> <br /> 16<br /> 35,7<br /> 0,54<br /> 20<br /> 28<br /> CL<br /> 30,6<br /> 0,82<br /> 28<br /> 5,1<br /> <br /> Để dự đoán nhiệt độ, độ ẩm trong chuồng khi sử dụng hệ<br /> thống làm mát, tác giả xây dựng một phần mềm tính toán<br /> trong Excel. Đầu vào là các số liệu cập nhật thực tế như ngày,<br /> giờ, nhiệt độ và độ ẩm tương đối ngoài trời (trong bóng râm);<br /> nhiệt độ nước ngầm hoặc nước trong bể chứa nước tuần hoàn<br /> từ cooling pad; số lượng cooling pad cho nước đi qua... Phần<br /> mềm sẽ tính toán nhiệt thừa, ẩm thừa, chế độ phun mưa và<br /> vận hành cooling pad theo các công thức tính đã đề cập trong<br /> phần 2 ở trên. Trong một số bài toán, cần sử dụng phương<br /> pháp lặp để đạt đến sai số cho phép, tácgiar đã dùng VBA<br /> (Visual Basic for Applications) để lập trình, kết hợp với các<br /> mô-đun phần mềm tính toán thông số nhiệt động của nước,<br /> hơi nước, thông số nhiệt động của không khí khô, không khí<br /> ẩm và tính bức xạ mặt trời. Kết quả tính toán của phần mềm<br /> là nhiệt độ và độ ẩm trong chuồng. Kiểm tra so sánh kết quả<br /> vận hành thực tế với kết quả tính toán của phần mềm, thấy<br /> rằng sai số nằm trong khoảng 3 - 15%. Nguyên nhân là do<br /> các thiết bị đo đều có sai số khá lớn; phương pháp đo thô sơ<br /> và biến động điều kiện thời tiết theo thời gian. Tuy nhiên<br /> phần mềm cho thấy có thể dự kiến trước kết quả để vận hành<br /> hệ thống tốt hơn.<br /> 2.7. Đánh giá về hiệu quả làm mát<br /> Làm mát trong ngày hè được thực hiện bằng cách kết<br /> hợp 3 biện pháp: phun mưa, tưới nước ngầm qua cooling<br /> pad và tưới nước tuần hoàn qua cooling pad. Việc kết hợp<br /> giữa các biện pháp nhằm làm giảm lưu lượng khai thác<br /> nước ngầm, giãn thời gian khai thác nước ngầm nhằm phục<br /> hồi lưu lượng nước ngầm tự nhiên. Tổng hợp số liệu 15<br /> ngày khảo sát rải rác trong hè năm 2017 được thể hiện tại<br /> Bảng 4. Cột “Nhỏ nhất trung bình” thể hiện trung bình các<br /> giá trị (nhiệt độ, độ ẩm...) nhỏ nhất trong 15 ngày khảo sát.<br /> <br /> Cột “Trung bình” thể hiện trung bình các giá trị (nhiệt độ,<br /> độ ẩm...) trong 15 ngày khảo sát. Cột “Lớn nhất trung bình”<br /> thể hiện trung bình các giá trị (nhiệt độ, độ ẩm...) lớn nhất<br /> trong 15 ngày khảo sát.<br /> Bảng 4. Tổng hợp số liệu thực tế làm mát trại gà hè 2017<br /> Nhỏ nhất<br /> trung bình<br /> Nhiệt độ không khí ngoài trời (°C)<br /> 30,5<br /> Độ ẩm không khí ngoài trời<br /> 0,49<br /> Nhiệt độ trong chuồng (°C)<br /> 28,4<br /> Độ ẩm trong chuồng<br /> 0,76<br /> Độ chênh nhiệt độ ngoài trời 1,2<br /> trong chuồng (°C)<br /> Thông số<br /> <br /> Trung Lớn nhất<br /> bình trung bình<br /> 34,1<br /> 37,0<br /> 0,60<br /> 0,74<br /> 29,7<br /> 30,7<br /> 0,84<br /> 0,89<br /> 4,6<br /> <br /> 6,9<br /> <br /> 3. Kết luận<br /> Bài báo đã đưa ra cơ sở lý thuyết tính toán hệ thống làm<br /> mát chuồng trại kết hợp giữa phun mưa làm mát mái và sử<br /> dụng các tấm làm mát công nghiệp (cooling pad) với nguồn<br /> nước ngầm.<br /> Tác giả đã tính toán ứng dụng cụ thể và triển khai hệ<br /> thống làm mát cho 1 trang trại gà. Kết quả cho thấy hệ<br /> thống làm mát đã thiết kế có khả năng giảm nhiệt độ tối đa<br /> trung bình đến 6,9°C, ứng với các giờ cao điểm của nắng<br /> nóng. Trung bình trong các ngày nóng có thể giảm đến<br /> 4,6°C, tạo nhiệt độ trung bình trong chuồng là 29,7°C với<br /> độ ẩm tối đa trung bình dưới 90%, nằm trong ngưỡng gà<br /> có thể chịu đựng trong điều kiện Việt Nam.<br /> Tác giả đã xây dựng được phần mềm dự báo nhiệt độ,<br /> độ ẩm của chuồng trại khi vận hành hệ thống. Kiểm tra so<br /> sánh kết quả vận hành thực tế với phần mềm cho thấy sai<br /> số nằm trong khoảng 5 - 15%, có thể chấp nhận được trong<br /> thực tế sản xuất.<br /> Hệ thống làm mát sử dụng nước ngầm tưới qua các tấm<br /> cooling pad kết hợp với phun mưa có vốn đầu tư thấp, hiệu<br /> quả giải nhiệt nằm trong phạm vi có thể chấp nhận được.<br /> Hệ thống có thể vận hành hiệu quả theo dự báo nhiệt độ,<br /> độ ẩm chuồng trại của phần mềm tính toán.<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1] Bộ Xây dựng Việt Nam, QCVN 02:2009/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật<br /> quốc gia số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng, Hà Nội, 2009.<br /> [2] Nguyễn Nhựt Xuân Dung, Lưu Hữu Mãnh, Lê Thanh Phương,<br /> “Khảo sát chất lượng không khí và vị trí chuồng nuôi lên năng suất<br /> sinh sản của gà đẻ trứng giống hisex brown”, Tạp ̣ chı́ Khoa học<br /> Trường Đại học Cần Thơ, Số chuyên đề Nông nghiệp (2), 2016,<br /> trang 83-90.<br /> [3] Võ Chí Chính, Giáo trình Điều hòa không khí, NXB Khoa học và<br /> Kỹ thuật, Hà Nội, 2005.<br /> [4] Thai Ngoc Son, Vo Chi Chinh, Pham Quoc Thang, “Solving the<br /> Problem of Heat Transfer of Cooling Shed for Animals”,<br /> Proceedings - 2017 International Conference on System Science<br /> and Engineering (ICSSE) ISBN: 978-1-5386-3422-6/17, pp. 632635, 2017 DOI: 10.1109/ICSSE.2017.8030952.<br /> [5] Hệ thống lạnh trong chăn nuôi, http://ksp.com.vn/cho-an-tudong/he-thong-lanh-trong-chan-nuoi/121/ [truy cập 09/08/2017].<br /> [6] Уравнение массоотдачи, https://studopedia.ru/8_163496_uravneniemassootdachi.html [truy cập 09/08/2017].<br /> [7] Munters, Evaporative Cooling with CELdek, Technical Manual.<br /> <br /> (BBT nhận bài: 5/5/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 23/5/2018)<br /> <br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2