Nghiên cứu thực nghiệm giải pháp làm mát không khí dựa vào chu trình bay hơi nước trong điều kiện thời tiết thực
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.31 MB, 105 trang )
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BẤCH KHOA - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Quốc Ý
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Tường Long
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Huỳnh Thị Minh Thư
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Đảch Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày 15 tháng 07 năm
2016
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS. TS. Trương Tích Thiện
2. TS. Nguyễn Tường Long
3. TS. Huỳnh Thị Minh Thư
4. TS. Trương Quang Tri
5. TS. Vũ Công Hòa
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã
được sửa chữa (nếu cố).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA KHƯD
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHl NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG DẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Lê Thanh Thuận
MSHV: 7140928
Ngày, tháng, năm sinh: 13/08/1988
Nơi sinh: Bình Định
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số : 60.52.01.01
TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thục nghiệm giải pháp làm mát không khí dựa vào chu trình bay hơi
nước trong điều kiện thời tiết thực
I. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nhiêm vu: Nghiên cứu thực nghiệm giải pháp làm mát không khí dựa vào chu trình bay hơi nước
trong điều kiện thời tiết thực.
+ Tổng quan về nguyên lý làm mát dựa vào chu trình bay hơi nuớc.
+ Thí nghiệm trên mô hình nhà cấp bốn và nhà cấp bốn (Phòng Thí Nghiệm Cơ Lưu Chất) trong
điều kiện thời tiết.
+ Phân tích, xử lý số liệu thu được.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/01/2016
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/03/2016
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. Nguyễn Quốc Ý
CÂN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
Tp. HCM, ngày .... tháng. . . năm 2016
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
TS. Nguyễn Quốc Ý
TS. Vũ Công Hòa
TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
(Họ tên và chữ ký)
PGS.TS. Huỳnh Quang Linh
LỜI CẢM ƠN
Qua luận văn tốt nghiệp này em xỉn chãn thành cảm ơn các thầy cô công tác tại trường
Đại Học Bách Khoa thành phổ Hồ Chi Minh đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ chúng em trong suốt
quá trình học tập tại trường. Đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Khoa Học ửng Dụng, bộ môn Cơ
Kỹ Thuật đã truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quỷ báu, giúp em có được nền tảng
kiến thức vững chẳc.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sẳc và chân thành đến TS. Nguyễn Quốc Ý đã dành nhiều thời
gian, tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn và tri ân đến:
Quỷ Thầy Cô bên bộ môn Cơ lưu chất, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Đại học Bách Khoa
TP.HCM đã tận tình truyền đạt kiến thức cũng như chia sẻ những kinh nghiệm quỷ báu cho em
trong suốt quá trình thực tập và làm luận văn.
Phòng đào tạo sau đại học đã tận tình giải đáp các vấn đề liên quan tớỉ học vụ cũng như hỗ
trợ về mặt hành chính.
Bên cạnh đó, em xỉn chân thành cảm ơn Th.s. Đặng Ngọc Thiện Hảo, các sinh viên Trần
Quang Huy, Trình Quang Lộc, Nguyễn Ngọc Hảo, Nguyễn Vũ Đức Minh...đã hỗ trợ về chuyên môn
cũng như giúp đỡ trong quả trình thực hiện luận vãn.
Cuối cùng, con xin gửi đến gia đình, người thân lỏng biết ơn sâu sẳc nhất. Gia đình luôn
là chỗ dựa vững chẳc cho con trong suốt cuộc đời.
Xin chân thành cảm cm !
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 6 năm 2016
Lê Thanh Thuận
TÓM TẮT
Trong điều kiện khí hậu nóng như ở nước ta, việc sử dụng quạt điện hay máy điều hòa là
điều tất yếu và gần như hoạt động hết công suất khi có người ở trong nhà. Thậm chí, các ngôi
nhà ở nông thôn hiện nay cũng phải nhờ đến việc điều hòa không khí bằng quạt hay máy lạnh
khi mật độ xây dựng ở khu vực này ngày càng cao và lượng cây xanh giảm dần. Các giải pháp
thông gió tự nhiên khi được tính toán hợp lí và được đưa vào thiết kế nhà ở hay được dùng để
cải tạo các nhà ở hiện tại, không khí trong không gian sống và làm việc có thể được đảm bảo ở
mức chấp nhận được khi không sử dụng quạt điện hay máy điều hòa hay sử dụng ít hơn. Điều
này không những góp phần tiết kiệm điện năng lượng mà còn góp phần ổn định năng suất lao
động, sự an toàn và sức khỏe cho người ở. Dựa vào kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm
của đề tài luận văn “nghiên cứu thực nghiệm giải pháp làm mát không khí dựa trên hiệu ứng
bay hơi nước trong điều kiện phòng thí nghiệm” của học viên Đặng Ngọc Thiện Hảo (chuyên
ngành Cơ Kỹ Thuật- khóa 2013). Bài luận văn này trình bày “nghiên cứu thực nghiệm giải pháp
làm mát không khí dựa trên hiệu ứng bay hơi nước trong điều kiện thời tiết thực”.
Bài luận văn trình bày kết quả thực nghiệm của một phương pháp tự nhiên để làm mát
không khí dựa vào chu trình bay hơi - làm mát gián tiếp. Mô hình làm mát với kích thước (dài
X cao X rộng) bằng 1,41 lm X 0,5m X 1.5m, gồm 6 ống dẫn khí bằng nhôm mỏng nối thông
với nhau và được bọc lớp vải xung quanh để làm ướt. Bề mặt trong của ống dẫn khí tạo thành
kênh khô. Bề mặt ngoài bọc vải thấm nước được quạt công nghiệp đẩy khí vào tạo thành kênh
ướt. Đầu vào kênh khô gắn quạt ly tâm có đường kính 150 mm, công suất 330W (theo nhà sản
xuất) để thổi không khí từ bên ngoài vào chạy dọc theo ống dẫn khí. Quạt ly tâm này được điều
khiển bởi fan control hay biến tần để điều chỉnh lưu lượng theo mong muốn. Đầu ra kênh khô
có đường kính 90mm. Không khí ở đầu này sẽ được đưa vào không gian cần làm mát là mô
hình nhà cấp bốn và nhà cấp bốn (PTN Cơ Lưu Chất). Sử dụng cảm biến để đo chênh lệch nhiệt
độ, độ ẩm bên ngoài và bên trong không gian cần làm mát.
Ket quả thí nghiệm cho thấy, mô hình có thể làm không khí giảm 5 - 6°c so với nhiệt độ
đầu vào, trong khi độ ẩm (tuyệt đối) không tăng. Ngoài ra Không khí được làm mát đáp ứng
được mức tiện nghi nhiệt khá tốt, có thể làm giảm nhiệt độ môi trường đến vùng tiện nghi nhiệt
về nhiệt độ và không làm độ ẩm tương đối của không khí ở đầu ra vượt quá vùng tiện nghi nhiệt
về độ ẩm.
ABSTRACT
Vietnam urban citizens get used to using fan or aừ - conditioner when they are at home
or office because of hot climates. But nowadays, rural individuals have to equip these equipment
for theừ house due to the lack of umbrage, what resulted by development of industry. This will
contribute to exacerbate the energy crisis and global warming. So a cooling system saving
energy is necessary. Based on the thesis “An experiment on a evaporative cooling system
conducted in laboratory condition” by Dang Ngoc Thien Hao (Master of Mechanics
Engineering - class 2013), this thesis presents the experimental result of an indirect cooling
system working in natural envnonment.
The model consists of six aluminum tube which used for conveying aừ through a
rectangle box with dimension 1,411m X 0,5m X 1.5m. These tubes were interconnected together
and wrapped by fabric for the purpose of making the wet and dry channel. A 330W centrifugal
fan was placed at the inlet. The diameter of outlet is 90 mm. The cooled aừ was transported to
two locations: four - levels house model and fluid mechanics laboratory.
The experimental result showed that the model can reduce aừ temperature to 5-6°C,
compared with the envnonmental one, without raising the absolute humidity. In addition, the
cooled aừ satisfied the thermal comfort conditions.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, thông tin, tài liệu trích
dẫn đuợc sử dụng trong quá trình nghiên cứu là trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và tuân thủ
đúng nguyên tắc trình bày trong luận văn Thạc sĩ.
Người thực hiện
Lê Thanh Thuận
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH - BẢNG BIÊU................................................................................3
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN ........................................................................5
1.2 TÔNG QUAN...................................................................................................................7
1.2.1. Giải pháp làm mát bay hơi trực tiếp ..................................................................7
1.2.2. Giải pháp làm mát bay hơi gián tiếp ..................................................................10
1.2.3. Giải pháp kết hợp phương pháp làm mát bay hơi trực tiếp và phương pháp
bay hơi gián tiếp .....................................................................................................................14
1.2.4. Tính cấp thiết của đề tài ở Việt Nam ..................................................................16
1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ........................................................................................17
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .................................................................18
2.1. TÓM TẮT KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM GIẢI PHÁP LÀM MÁT BAY HƠI
NƯỚC TRONG ĐIỀU KIỆN PHÒNG THÍ NGHIỆM .........................................................18
2.1.1. Mô hình làm mát theo phương pháp làm mát bay hơi trực tiếp (hình 2.1) ......... 19
2.1.2. Mô hình làm mát theo phương pháp làm mát bay hơi gián tiếp (hình 2.2) ........ 20
2.2. MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM .............................................................................................21
2.3. KỊCH BẢN THÍ NGHIỆM ...........................................................................................26
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...........................................................................27
3.1. Thực nghiệm ttên mô hình nhà cấp 4 ............................................................................27
3.1.1.
Ví dụ về số liệu đo trong 1 ngày........................................................................27
3.1.2.
Ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm đầu vào đến hiệu quả làm mát ........................31
3.2. Giải pháp làm mát hoàn chỉnh.......................................................................................35
3.3. Thực nghiệm ttên nhà cấp 4 (Phòng thí nghiệm Cơ Lưu Chất) ....................................36
3.3.1.
Ví dụ về số liệu đo trong 1 ngày........................................................................36
3.3.2.
Ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm đầu vào đến hiệu quả làm mát ........................38
3.4. Phân tích, đánh giá hiệu quả của giải pháp làm mát .....................................................39
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN ...................................................................................................42
4.1. Kết luận ........................................................................................................................42
4.2. Hạn chế và hướng phát triển ......................................................................................... 42
4.2.1.
Hạn chế............................................................................................................... 42
4.2.2.
Hướng phát triển................................................................................................. 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................... 43
PHỤ LỤC 1: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO GIẢI PHÁP LÀM MÁT PHÙ
HỢP ĐÊ THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH NHÀ THU NHỎ ..........................................45
PHỤ LỤC 2: KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KIẾN TRÚC VÀ KẾT CẤU
NHÀ ĐÊ LỰA CHỌN NHÀ CẤP 4 PHÙ HỢP ..................................................................... 55
PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ THựC NGHIỆM MÔ HÌNH LÀM MÁT THEO NGÀY
VÀ THEO NHIỆT ĐỘ ĐỘ ẦM ĐẦU VÀO .........................................................................68
PHỤ LỤC 4: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH LÀM MÁT HOÀN CHỈNH
............................................................................................................................................... 103
PHỤ LỤC 5: BÀI BÁO KHOA HỌC .................................................................................. 108
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ................................................................................................... 109
2
DANH MỤC HÌNH ẢNH - BẢNG BIỂU
Hình 1.1- Nhiệt hóa hơi từ đất ......................................................................................... ố
Hình 1.2- Nguyên lý của phương pháp làm mát bay hơi trực tiếp ................................ 7
Hình 1.3- Nguyên lý của phương pháp làm mát bay hơi giản tiếp ................................ 7
Hình 1.4- Mô hình làm mát của Abdulrahman Th. Mohammad & cộng sự 13]
....................................................................................................................................... 9
Hình 1.5- Mô hình làm mát của Jiang He và Akỉra Hoyano [6] ................................... 10
Hình 1.6- Mô hình làm mát của WaleedA. Abdel-Fadeel & M. Attalla [7].ỈO
Hình 1.7- Mô hình hệ thống làm mát của Chan & cộng sự [10] ................................... 11
Hình 1. 8- Ông dẫn khí làm bằng sứ ịhĩnh trái) và mô hĩnh thực ịhĩnh phải) trong thí
nghiệm của E. Velasco Gomez & các đồng sự [11] ...................................................... 12
Hình 1.10- Mô hình làm mát của Rabah Boukhanouf & cộng sự [12] ......................... 13
Hình 1.10- Mô hình làm mát của M. Jradi và s. Riffat
[13] ........................... 13
Hình 1.11- Mô hình của đề tài Vườn ươm ..................................................................... 14
Hình 1. 12 - Mô hình làm mát của Ts.Kongre [14] ....................................................... 15
Hình 1. 13 - Mô hĩnh hệ thống làm mát của Gasshem
&cộngsự [15]............... 16
Hình 2. 1 - Mô hình làm mát dựa vào chu trình bay hơi - làm mát trực tiếp .19
Hình 2. 2 -Mô hình làm mát theo phương pháp làm mát bay hơi giản tiếp ...20
Hình 2. 3 - Mô hình thí nghiêm giải pháp làm mát bay hơi giản tiếp ........................... 21
Hình 2. 4 - Sơ đồ nguyên lý mô hình nhà cấp 4 tích hợp mô hình làm mát và gắn cảm biến
tại các vị trí 1, 2, 3, 4, 5 ................................................................................................. 24
Hình 2.
5 - Mô hình thực nhà cap 4 gan hệ thong làm mát ....................................... 24
Hình 2.
6 - Sơ đồ nguyên lỷ PTN Cơ lưu Chat tích hợp mô hình làm mát và gan
cảm biến tại các vị trí 1, 2, 3 ......................................................................................... 25
Hình 2.
7 - Mô hình thực gắn hệ thong làm mát và cảm biến .................................... 25
Hình 2.
8 — Qui trình thí nghiệm .............................................................................. 26
Hình 3.1- Đồ thị T và RH theo thời gian trường hợp không có giải pháp làm
mát ngày 1/4/2016 ................................................................................................................... 28
Hình 3.2- Đồ thị T và RH theo thời gian trường hợp có giải pháp làm mát
3
(không sử dụng quạt công nghiệp) ngày 6/4/2016 .................................................................. 29
Hình 3.3- Đồ thị T và RH theo thời gian trường hợp có giải pháp làm mát
(không sử dụng quạt công nghiệp) ngày 6/4/2016 .................................................................. 30
Hình 3.4- Đồ thị T và RH theo thời gian trường hợp có giải pháp làm mát (sử dụng quạt
công nghiệp) ngày 14/4/2016 .................................................................................................. 30
Hình 3.5- Đồ thị Tra theo Tyào trương hợp khong co gưn phap, co gưn phap
(không sử dụng quạt công nghiệp) và có giải pháp (sử dụng quạt công nghiệp)...................31
Hình 3.6- Đo thị RHra theo TVào trường hợp không có giải pháp, có giải pháp
(không sử dụng quạt công nghiệp) và có giải pháp (sử dụng quạt công nghiệp)...................32
Hình 3.7- Đo thị Tra theo RHvào trương hợp khong co gưn phap, co gưn phap
(không sử dụng quạt công nghiệp) và có giải pháp (sử dụng quạt công nghiệp)...................33
Hình 3.8- Đo thị RHra theo RHvào trường hợp không có giải pháp, có giải pháp
(không sử dụng quạt công nghiệp) và có giải pháp (sử dụng quạt công nghiệp)...................33
Hình 3.9- Đồ thị Tra và RHra theo Tvào trường hợp Q = 10 l/s và Q = 30l/s
................................................................................................................................................. 34
Hình 3. 10 - Đồ thị Tra và RHra theo RHvào trường hợp Q = 10 l/s và Q = 30l/s
................................................................................................................................................. 34
Hình 3.11- Mô hình làm mát hoàn chỉnh ....................................................................... 35
Hình 3.12- Đo thị T và RH theo thời gian trường hợp không có giải pháp làm mát ngày
14/5/2016 ................................................................................................................................. 37
Hình 3.13- Đồ thị T và RH theo thời gian trường hợp không có giải pháp làm mát ngày
17/5/2016 ................................................................................................................................. 37
Hình 3. 14 - Đồ thị Tra và RHra theo Tvăo trường hợp không có giải pháp và có giải pháp
(sử dụng quạt công nghiệp) ..................................................................................................... 38
Hình 3.15- Đồ thị Tra và RHra theo RHvào trường hợp không có giải pháp và
có giải pháp (sử dụng quạt công nghiệp) ...............................................................................39
Hình 3. 16 - Đảnh giả tiện nghi nhiệt của không khí qua mô hình làm mát...AO
Hình 3.17- Hiệu quả làm mát giữa mô hình với máy lạnh Toshiba đang sử dụng
tại PTN Cơ Lưu Chất..............................................................................................................41
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN
4
1.1
GIỚI THIỆU
1.1.1 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI
Để đảm bảo sức khỏe, môi trường sống trong lành, nơi làm việc được thoải mái thì không
khí trong nhà, văn phòng cần có sự lưu thông trao đổi thường xuyên cũng như nhiệt độ và nồng
độ các chất ô nhiễm (CO2, mùi...) luôn được khống chế trong giới hạn. Để tạo ra sự lưu thông
này, người ta có thể dùng các biện pháp cơ khí: quạt điện, máy điều hòa... hay dùng các biện
pháp tự nhiên như: giếng trời, quả cầu thông gió, làm bay hơi nước trực tiếp (gián tiếp), ứng
dụng địa nhiệt...
Trong điều kiện khí hậu nóng như ở nước ta, việc sử dụng quạt điện hay máy điều hòa là điều
tất yếu và gần như hoạt động hết công suất khi có người ở trong nhà. Thậm chí, các ngôi nhà ở
nông thôn hiện nay cũng phải nhờ đến việc điều hòa không khí bằng quạt hay máy lạnh khi mật
độ xây dựng ở khu vực này ngày càng cao và lượng cây xanh giảm dần.
Với xu hướng tiết kiệm năng lượng và đảm bảo chất lượng không khí các biện pháp thông gió
tự nhiên đang được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới quan tâm và tìm cách ứng dụng ngày càng
nhiều cho nhà ở, các công trình xây dựng...
Các giải pháp thông gió tự nhiên khi được tính toán hợp lí và được đưa vào thiết kế nhà ở hay
được dùng để cải tạo các nhà ở hiện tại, không khí trong không gian sống và làm việc có thể
được đảm bảo ở mức chấp nhận được khi không sử dụng quạt điện hay máy điều hòa hay sử
dụng ít hơn. Điều này không những góp phần tiết kiệm điện năng lượng mà còn góp phần ổn
định năng suất lao động, sự an toàn và sức khỏe cho người ở. Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu thực
nghiệm giải pháp làm mát không khí dựa trên hiệu úng bay hơi nước trong điều kiện thời tiết thực"
được thực hiện để đáp ứng nhu cầu trên.
1.1.2 GIẢI PHÁP
Đề tài nghiên cứu dựa vào quá trình thoát hơi nước của thực vật và bay hơi nước của đất
dẫn đến làm mát không khí khi có bức xạ mặt trời (hình 1.1). Không khí xung quanh được làm
mát nhờ nhiệt hoá hơi để chuyển hoá nước từ thể lỏng sang thể hơi được lấy từ nhiệt bức xạ mặt
trời, nhiệt bên trong thực vật, đất hay từ không khí...
5
Hình 1.1- Nhiệt hỏa hơi từ đất
Nguồn:www2.southeastem.edu/orgs/pbrpflessons/definitìons/transpỉration.htmỉ
[1]
Giải pháp làm mát bay hơi có thể chia thành hai loại chính:
>
Phương pháp làm mát - bay hơi trực tiếp
Nguyên lý của phương pháp làm mát-bay hơi trực tiếp (hình 1.2): quá trình làm mát diễn
ra trong kênh dẫn khí. Bề mặt vật liệu được làm ướt, thấm đều và được làm bay hơi nước nhờ
không khí từ môi trường di chuyển qua bề mặt, từ đó không khí tiếp xúc trực tiếp với hơi nước
sẽ được làm mát nhưng đồng thời độ ẩm tuyệt đối cũng sẽ tăng.
Một sổ yếu tổ ảnh hưởng đến hiệu quả làm mát của phương pháp làm mát này là vận tốc
dòng khí di chuyển trong kênh, chiều cao và bề rộng của kênh dẫn khí cũng như độ rỗng của vật
liệu được sử dụng...
>
Phương pháp làm mát - bay hơi gián tỉếp
Nguyên lý của phương pháp làm mát - bay hơi gián tiếp (hình 1.3): không khí từ môi
trường đưa vào không gian cần làm mát di chuyển qua bề mặt khô (kênh khô). Một luồng không
khí dỉ chuyển qua bề mặt ướt (kênh ướt) làm bay hơi nước trên bề mặt vật liệu, từ đó làm giảm
nhiệt độ bề mặt, khỉ nhiệt độ trên bề mặt ướt giảm sẽ làm giảm nhiệt độ bề mặt khô, từ đỏ làm
giảm nhiệt độ không khí dỉ chuyển qua bề mặt khô để cung cấp cho không gian làm mát. Vối
phương pháp này thì không khí di chuyển qua bề mặt khô của mô hình được làm mảt nhưng độ
ẩm tuyệt đối không tăng do không tiếp xúc trực tiếp với hơi nước.
6
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả làm mát của phương pháp làm mát làm mát bay hơi gián
tiếp là vận tốc dòng khí di chuyển trong hai kênh, các kích thước của kênh dẫn khí về chiều
dài, chiều cao và bề rộng cũng như loại vật liệu được sử dụng.
Kb.’tl ỉ khi đui ito ìb."Hí £KU lãm lĩrâl.
MwnE tHT ’ra bur Hập bri ĨWTT
Khi đi qm
btiiiì: u-i lK|' XK tn r
tlíp '.A tui
Iirửi
Khí đá Aurựchrn nốt
Hình 1.3- Nguyên lý của phương
Hình 1. 2 - Nguyên lý của phương
pháp làm mát bay hơi gián tiếp
pháp làm mát bay hơi trực tiếp
1.2
TỔNG QUAN
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về giải pháp làm mát không khí cho nhà ở bằng
các giải pháp liên quan đến bay hơi làm mát trực tiếp, bay hơi làm mát gián tiếp và kết hợp cả
hai giải pháp được nói trên, cụ thể:
1.2.1. Giải pháp làm mát bay hoi trực tiếp
Một số nghiên cứu về giải pháp làm mát cho nhà ở bằng biện pháp bay hơi làm mát trực
tiếp [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]. Nghiên cứu về hiệu quả làm mát của mô hình áp dụng giải pháp làm mát
bay hơi trực tiếp [2, 3, 4, 5, 6], s s Kachhwaha & Suhas Prabhakar [2] đã xây dựng mô hình làm
mát dựa vào nguyên lý bay hơi trực tiếp có thể áp dụng cho các ngôi nhà ở Ân Độ. Mô hình bao
gồm quạt hút, tấm làm mát và hệ thống bơm nước. Nước sẽ được tuần hoàn cung cấp cho hệ
thống nhằm tăng hiệu quả làm mát của hệ thống (bài báo cho biết nhiệt độ nước lúc đầu là gần
bằng nhiệt độ bầu khô của môi trường nhưng sau khi tuần hoàn qua hệ thống thì nhiệt độ nước
giảm đến gần nhiệt độ bầu ướt). Kết quả cho thấy hệ thống với kích thước 61 cm X 61 cm X
10.2cm có thể giảm được khoảng 4°c trong những ngày nóng. Nghiên cứu của Abdulrahman Th.
7
Mohammad & cộng sự [3] về hệ thống làm mát tại khu vực có khí hậu nóng ẩm (Kualar Lumpur).
Mô hình gồm quạt gió, tấm làm mát bằng cenlulo và hệ thống máy bom nước như hình 1.4. Kết
quả đo đạc cho thấy mô hình với kích thước 80cm X 80cm X 80cm có thể đạt được độ giảm
nhiệt độ tối đa là 7.6 °C nhưng độ ẩm tương đối là 42.5% và độ giảm nhiệt độ tối thiểu là 2.l°c
tại độ ẩm tương đối là 81.1%. A.s. Cherif và các cộng sự [4] đã sử dụng cả phương pháp thực
nghiêm và phương pháp số để nghiên cứu ảnh hưởng của dòng nhiệt lên kênh dẫn khí được đặt
thẳng đứng. Mô hình thực nghiêm bao gồm một kênh hình chữ nhật đứng, được làm từ hai tấm
thép không gỉ và hai tấm kính đặt song song với nhau có cùng kích thước là 50cm X 5cm X 2cm,
ngoài ra còn có hệ thống cấp nhiệt và cấp nước. Nước chạy dọc theo thành ống từ trên xuống.
Không khí đi qua ống dẫn khí được thổi từ dưới lên nhờ quạt ly tâm, không khí tiếp xúc với hơi
nước sẽ được làm mát. Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ thống có thể làm giảm đến 4°c nhưng
nước trong hệ thống không được tái sử dụng. Trong nghiên cứu của Wei Chen [5], Ông gắn một
tấm vật liệu rỗng được bọc cách nhiệt bốn cạnh lên tường của một tòa nhà. Mặt ngoài của tấm
vật liệu tiếp xúc trực tiếp với khí trời. Mặt trong tiếp xúc với không khí trong phòng và được
làm ướt. Kết quả thí nghiệm cho thấy vận tốc, độ ẩm không khí và bề dày của tấm vật liệu ảnh
hưởng rất nhiều đến hiệu quả làm mát. Tuy nhiên bài báo chỉ mới nói đến tác dụng làm mát của
vật liệu rỗng nhờ vào hiện tượng bay hơi nước chứ chưa xây dựng nên một mô hình hoàn chỉnh.
Nghiên cứu của Jiang He và Akữa Hoyano [6] đã tiến hành thực nghiệm để tạo ra một bức tường
có khả năng làm mát không khí dựa vào phương pháp làm mát - bay hơi trực tiếp (hình 1.5). Bức
tường được tạo nên từ lớp gạch bằng sứ có độ rỗng nhỏ và có khả năng mao dẫn giúp cho nước
thấm đều dọc theo bề mặt vật liệu mà không chảy thành dòng. Không khí từ môi trường di
chuyển qua bề mặt ướt này sẽ được làm mát. Kết quả thí nghiệm cho thấy không khí được làm
mát sau khỉ đi qua bức tường gạch bằng sứ nỏỉ trên có thể được duy trì ở nhiệt độ bầu ướt của
nhiệt độ không khí bên ngoài.
8
Hình 1.2 - Mô hình ỉàm mát của Abduỉrahman Th, Mohammad & cộng sự [3]
Ngoài ra, nghiên cứu về hiệu quả của vật liệu làm mát dựa vào giải pháp bay hơi làm
mát trực tiếp [7, 8] cũng được thực hiện. Waleed A. Abdel-Fadeel & M. Attalla [7] đã thực
nghiệm để so sảnh khả năng làm mát giữa hai vật liệu là sợi cọ và rơm (rạ) khô. Mô hình làm
mát như trên Hình 1.6. Hệ thống bao gồm một quạt hút, hút không khí qua bộ phận làm mát vào
nhà. Bộ phận làm mát là các sợi cọ hoặc rơm (rạ) khô làm thành tấm được làm ướt bởi một máy
bơm. Kết quả thí nghiệm cho thấy ở kích thước và khối lượng vật liệu làm mát tối ưa thì nhiệt
độ đầu ra là như nhau nhưng khả năng làm mát của sợi cọ cao hơn rơm (rạ) khô ở nhiệt độ môi
trường trong khoảng 32-38°C, độ ẩm tương đối cũng tháp hơn rơm (rạ) trung bình khoảng 13%.
Nghiên cứu của Abdollah Malỉi & cộng sụ [8], nhóm tác giả kiểm Ưa khả năng làm mát của hai
loại tấm làm mát làm bằng cenlulo (5090 và 7090). Một mô hình thực nghiệm gồm một quạt ly
tâm, hệ thống cấp thoát nước, hệ thống lưới tổ ong nhằm làm cho dòng khí ổn định và các tấm
làm mát có kích thước 0,5m X 0,5m .Thí nghiệm tiến hành với 3 loại bề dày khác nhau của tấm
là 75mm, lOOmm và 150mm. Kết quả
9
cho thấy hiệu quả làm mát tăng khi vận tốc dòng khí tăng và bề dày của 2 tấm tăng lên. Tuy
nhiên nếu sử dụng vật liệu ở hai nghiêm cứu [7, 8] để làm vật liệu làm mát ở nước ta sẽ gặp
nhiều khó khăn trong nguồn cung cũng như giá thành.
WMIPKA1
cinsnctel á ĩ mrmi
Pad
=taarsri cntra
Ptirưp
::*KTM iarr*ỈB'
Hình 1.3 - Mỗ hình làm mát của Jiang
Hình 1.4- Mô hình làm mát của Waleed A.
He và Akira Hoy ano [6]
Abdel-Fadeel & M. Attalla [7]
Như vậy từ các nghiên cứu trên, cho thấy hiệu quả làm mát của mô hình phụ thuộc vào
vận tốc dòng khí, bề dày vật liệu và một trong những yếu tố quan trọng nhất là độ ẩm không khí.
Để khắc phục nhược điểm quan trọng này, nhiều nghiên cứu đã áp dụng giải pháp làm mát bay
hơi gián tiếp. Các nghiên cứu này sẽ được trình bày cụ thể ở phần tiếp theo (mục 1.2.2).
1.2.2. Giải pháp làm mát bay hoi gián tiếp
Giải pháp làm mát cho nhà ở bằng biện pháp bay hơi làm mát gián tiếp cũng được nghiên
cứu rất nhiều [9, 10, 11, 12, 13], M. Shariaty-Niassar & N. Gilani [9], Tác giả đã sử dụng phần
mềm CFD để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm đầu vào đến hiệu quả của hệ thống làm
mát. Ket quả mô phỏng của CFD cho thấy với độ ẩm không khí không quá 70% thì không khí
được làm mát qua hệ thống làm mát gián tiếp đạt điều kiện cảm ứng nhiệt (cảm giác thể hiện sự
thỏa mãn với môi trường nhiệt và được quyết định bởi đánh giá chủ quan của con người). Tuy
nhiên đây chỉ là kết quả dựa trên lý thuyết chứ chưa có kiểm định thực tế. Nghiên cứu thực
nghiệm của Chan el al [10]. Hệ thống bao gồm một kênh dẫn khí nóng, một bên dẫn khí mát.
Tấm
10
truyền nhiệt được làm từ nhôm sơn đen với kích thước cao 2m, rộng lm và dày 0.00 lm, trên tấm
truyền nhiệt đục các lỗ tròn d= 1.2mm và khoảng cách giữa các lỗ là 12mm theo hình tam giác.
Quạt được sử dụng ở cả hai đầu kênh để hút khí nống trong kênh bên ngoài thổi ra ngoài trời và
để hút khí mảt cấp vào phòng (hình 1.7). Khí đỉ vào hai kênh được lấy từ bên ngoài và khí hồi
lưu trong phòng. Một bức tường làm bằng vật liệu rỗng ngăn cách hai kênh. Khí đi qua kênh 1
được gia nhiệt bởi mặt trời làm bay hơi nước ở bề mặt vật liệu rỗng, làm giảm nhiệt độ bề mặt
vật liệu. Nhiệt của khí di chuyển trong kênh 2 được truyền vào trong tấm vật liệu và sẽ được làm
mát. Hệ thống này không làm tăng độ ẩm nên thích hợp cho khí hậu nóng ẩm tuy nhiên hệ thống
thí nghiệm cao 2m mà chỉ làm giảm được l°c. Một nghiên cứu thục nghiêm khác của E. Velasco
Gomez & đồng sự [ 11 ], hệ thống làm mát gián tiếp được tạo nên từ các ổng dẫn khí làm bằng
vật liệu sứ (hình 1.8). Các ống sứ được đặt lên tấm phẳng để cố định. Khí từ môi trường qua các
ống sử thực hiện trao đổi nhiệt. Kết quả thí nghiệm cho thấy hệ thống cỏ thề làm giảm tối đa 8°c
với trường hợp nhiệt độ không khí lên đến 43°c và độ ẩm tương đối là 71%. Hệ thống này chủ
yếu phục vụ cho vùng khí hậu cố nhiệt độ và độ ẩm cao.
Hình 1.5 - Mô hình hệ thống làm mát của Chan & cộng sự [10]
11
X/
Porous media
Heal and mass
exchange
Aiea of evaporative
spread from
fraction ŨỈ porous
surface
Supply air'
tàr return
Hình 1.6- Óng dẫn khí làm bằng sứ (hình trái) và mô hình thực (hình phải) trong thí
nghiệm của E. Velasco Gomez & các đồng sự [11]
Rabah Boukhanouf & cộng sự [12] đã kết hợp mô phỏng và thục nghiệm về một hệ
thống làm mát dựa vào phương pháp làm mát - bay hơi gián tiếp (hình 1.9). Hệ thống hoạt động
hiệu quả khi nhiệt độ không khí đầu vào từ 30-35°C và độ ẩm tương đối từ 35% đến 55%, vận
tốc gió nhỏ hơn 2m/s. hệ thống có thể làm giảm gần 8°c. Kết quả giữa mô phỏng và thực tế có
sai số là 0,01°C. Tuy nhiên kết quả này chỉ áp dụng cho khí hậu khô và nỗng. M. Jradi và s.
Riffat [13] cũng kết hợp phương pháp số và thục nghiệm để nghiên cứu về một hệ thống làm
mảt không khí bằng phương pháp bay hơi gián tiếp cố sử dụng nhiệt độ bầu ướt và nhiệt độ đọng
sương làm mát không khí (hình 1.10). Kết quả cho thấy độ giảm nhiệt độ của hệ thống tỷ lệ
thuận với nhiệt độ không khí vào và chiều dài kênh nhưng lại tỷ lệ nghịch với vận tốc không khí
và chiều cao kênh dẫn khí. Hiệu suất của hệ thống tại nhiệt độ bầu ướt (112%) cao hơn tại nhiệt
độ điểm sương (78%).
12
L .IJl —.
Hình 1.8- Mỗ hình làm mát của
Hình 1.8- Mô hình làm mát của M.
Rabah Boukhanouf & cộng sự [12]
Jradi và s. Riff at [13]
Từ các nghiên cứu trên [9, 10, 11, 12, 13], cho thấy giải pháp làm mát bay hơi gián tiếp
có thể làm giảm nhiệt độ khá cao [11,12] nhưng không làm tăng độ ẩm nên giải quết được hạn
chế của phương pháp làm mát bay hơi trực tiếp, tuy nhiên giải pháp làm mát bay hơi gián tiếp
phần lớn thực hiện ở ngoài nước, áp dụng cho vùng có khí hậu khô và nóng [12]. Trong nước,
có rất ít những nghiên cứu về giải pháp làm mát dựa vào việc bay hơi nước. Hiện nay đã có một
nhóm nghiên cứu từ trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của Tiến
sĩ Nguyễn Quốc Ý đã và đang nghiên cứu các giải pháp làm mát không khí bằng giải pháp bay
hơi nước.
Hướng dẫn khoa học, TS. Nguyễn Quốc Ý, trong năm 2013-2014 đã thực hiện đề tài
Vườn ươm Thành đoàn TP. Hồ CHÍ Minh: nghiên cứu mô hình thiết bị làm mát theo nguyên lý
bay hơi - làm mát gián tiếp. Mô hình gồm hai ống trụ tròn bằng nhôm được lồng vào nhau, ống
bên trong được bọc vải thấm ướt, quạt gió và hệ thống cấp thoát nước. Dòng khí được quạt hút
từ bên ngoài vào chạy dọc theo ống dẫn khí nằm bên trong. Không khí đi đến cuối ống một phần
sẽ được lấy ra ngoài không gian làm mát, phần còn lại được hút ngược trở lại di chuyển qua bề
mặt vải thấm ướt. Dòng khí di chuyển trên bề mặt vải sẽ làm bay hơi nước, hấp thụ nhiệt từ
nước, làm mát bề mặt ống dẫn khí bên trong và làm giảm nhiệt độ khí bên trong. Ket quả thí
nghiệm cho thấy hệ thống có thể giảm khoảng 4°c trong điều kiện thời tiết mùa khô ở Tp. Hồ
13
Chí Minh. Mô hình thực nghiệm và nguyên lý của nghiên cứu được thể hiện như
hình 1.11.
Hình 1.9- Mồ hình của đề tài Vườn ươm
1.2.3. Giải pháp kết họp phuong pháp làm mát bay hoi trực tiếp và phưong pháp
bay hoi gián tiếp
Những nghiên cứu về giải pháp kết hợp phương pháp làm mát bay hơi trực tiếp và
phương pháp bay hơi gián tiếp cho độ giảm nhiệt độ khá cao, tuy nhiên khi xây dựng, hệ thống
này phức tạp và tốn chi phí nhiều [14, 15]. Trong nghiên cứu của TS.Kongre & cộng sự [14],
đã kết hợp giải pháp làm mát bằng biện pháp bay hơi trực tiếp và gián tiếp vào cùng một hệ
thống làm mát. Mô hình giải pháp làm mát của họ như trong hình 1.12. Kết quả nghiên cứu cho
thấy hệ thống làm mát có thể làm giảm nhiệt độ từ 10-12°C và độ ẩm chỉ tăng khoảng 12%. Tuy
nhiên hệ thống này chỉ hiệu quả ở những vùng khí hậu nóng và khô.
14
I I Ml I UM IMK
I wirriifrrwnrrFHhTT
■ PLGwCJM
I
IM ỉ
>. wu'rv
r i M UTWi^a
FVVF
L* • - fc*
H.
Hình 1.10 - Mô hình ỉồm mát của Ts.Kongre [14]
Gasshem và các đồng sự [15] cũng nghiên cứu giải pháp làm mát không khí kết hợp cả
hai nguyên lý bay hơi trực tiếp và bay hơi gián tiếp (hình 1.13). Mô hình này đã được chạy thử
ở các vùng miền khác nhau của Iran và kết quả cho thấy hiệu suất làm mát của hệ thống đạt
được khoảng 108- 111% cao hơn nhiều so với giải pháp làm mát gián tiếp (55%-61%), tiết kiệm
được 60% lượng điện tiêu thụ so với máy nén hoi là 55%, tuy nhiên lượng nước cần cung cấp
cho mô hình lại tăng 33% so với các hệ thống làm mảt khác, và hệ thống nếu hoàn thiện cũng
rất phức tạp.
15
7í\
\ 1 \ 1 -------------------------- * -------------
±rhr.?JtP± m
■ HH • h'Xf
I ỊnvcrLu~Ị
FVf'r.il'y ịỊfr"O
J
?r*nsn- Ar Sn-utalor
Compo flints
Pn-^rjp AJr kỵ-rt.sr. fUmft'lr
frfJTMry Ạý 1A.1..J, ProfjWtr ____________
primary jlp
8
E»r**grs|g«- _______
■nirxL Voter Utrf-titan ỉỹĩĩãnĩ wa
w Cte'iibuia* Syitem
.Sjtjjdjjjrj
i
*-• HrãĩrôT£ĩmĩì
ĩ+frwỵỹ Aj fte* ĩr>ýíHA4
Prim Soar c*ạ*rowi ^i-MMy
#'~T~~-r
Measuring irtstAiments
I :■
3
Lar-
«
~j~ '1
17 ỊỊ
n
ỊỊ_
If-
Hình 1.11- Mô hình hệ thẳng làm mát của Gasshem á cộng sự [ỉ5]
1.2.4. Tính cấp thiết của đề tài ở Việt Nam
Biến đổi khí hậu, nhiệt độ bầu khí quyển ngày càng tăng nên môi trường sống và làm việc
bên trong nhà ở ngày càng nóng bức, ô nhiễm. Vì vậy, nhu cầu về máy điều hòa nhiệt độ không
khí sẽ tiếp tục tăng.
Việc thiếu hụt năng lượng, nhất là năng lượng hóa thạch ngày càng trầm trọng dẫn đến
thiếu hụt nguồn điện, bên cạnh đó việc sử dụng máy đỉều hòa nhiệt độ sẽ góp phần làm tăng
việc thiếu hụt nguồn điện.
Các hộ nghèo hay công nhân, người có thu nhập thấp không cố khả năng mua máy điều
hòa nhiệt độ nên phải sống trong môi trường nóng bức, ngột ngạt, ô nhiễm nặng sẽ ảnh hưởng
tới sức khỏe, năng sức lao động...
Xuất phát từ những khó khăn trên, nhu cầu về một giải pháp làm mảt không khí Ưong
nhà, thân thiện với môi trường là rất cao, góp phần tiết kiệm điện, bảo vệ sức khỏe người dân...
1.3. MỤC ĐÍCH NGHIÊN cứu
Dựa vào kết quả thực nghiệm trong phòng thí nghiệm của đề tài luận văn “Nghiên cứu
thực nghiệm giải pháp làm mát không khí dựa trên hiệu ứng bay hơi nước trong điều kiện phòng
thí nghiêm” của học viên Đặng Ngọc Thiện Hảo (chuyên ngành Cơ Kỹ Thuật- khóa 2013). Đề
16
tài “nghiên cứu thực nghiêm giải pháp làm mát không khí dựa trên hiệu ứng bay hơi nước trong
điều kiện thời tiết thực” được thực hiện. Mô hình hệ thống làm mát sẽ được lắp đặt thử nghiêm
trên mô hình nhà cấp 4 thu nhỏ và nhà cấp 4 (PTN Cơ Lưu Chất - Đại học Bách Khoa Tp. Hồ
Chí Minh) nhằm:
•
Tìm ra giải pháp làm mát hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, đảm bảo chất lượng
không khí có thể thay thế giải pháp làm mát cơ khí như quạt điện, máy lạnh...
•
Làm mát không khí so với nhiệt độ môi trường nhưng không làm tăng độ ẩm của
không khí khi hệ thống được thực nghiêm trong điều kiện thời tiết thực, phải chịu
ảnh hưởng của các yếu tố thời tiết như bức xạ mặt ười, nắng, mưa, gió, bão...Khác
với điều kiện thực nghiêm ưong phòng thí nghiệm.
•
Đánh giá khả năng làm mát của hệ thống ưong điều kiện thời tiết thực.
17
CHƯƠNGII: PHƯƠNG PHÁP THựC NGHIỆM
Chương này trình bày về kết quả đã đạt được khi thực nghiệm giải pháp làm mát bay hơi
nước trong điều kiện phòng thí nghiêm của tác giả Đặng Ngọc Thiện Hảo (chuyên ngành Cơ Kỹ
Thuật- khóa 2013). Kết quả cho thấy mô hình làm mát bay hơi gián tiếp hiệu quả hơn mô hình
làm mát bay hơi trục tiếp. Vì vậy, Trong Luận văn này, tôi đã lựa chọn, hiệu chỉnh mô hình làm
mát gián tiếp, xây dựng kịch bản thí nghiệm để có thể áp dụng trên mô hình nhà cấp 4 và nhà
cấp 4 (PTN Cơ Lưu Chất) cụ thể cũng như đánh giá khả năng làm mát của mô hình.
Thực nghiệm được tiến hành trong thời gian dài, cho nên Tôi áp dụng mô hình làm mát
trên nhà Mô hình cấp 4 để có thể đánh giá, hiệu chỉnh hoàn thiện giải pháp dễ dàng, từ đó có thể
áp dụng mô hình làm mát lên nhà cấp 4 thực mà không ảnh hường tới sinh hoạt của người dân.
2.1. TÓM TẮT KẾT QUẢ THựC NGHIỆM GIẢI PHÁP LÀM MÁT BAY HƠI
NƯỚC TRONG ĐIỀU KIỆN PHÒNG THÍ NGHIỆM
Trong đề tài luận văn “Nghiên cứu thực nghiêm giải pháp làm mát không khí dựa trên
hiệu ứng bay hơi nước trong điều kiện phòng thí nghiêm” của học viên Đặng Ngọc Thiện Hảo
(chuyên ngành Cơ Kỹ Thuật- khóa 2013). Tác giả đã thử nghiệm hai giải pháp: làm mát bay hơi
trực tiếp và làm mát bay hơi gián tiếp trong điều kiện Phòng thí nghiệm (Phòng thí nghiêm Cơ
Lưu Chất - Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh), đã đạt kết quả cụ thể như sau:
18
