THIẾT KẾ HỆ THỐNG SƯỞI ẤM DÙNG CHU TRÌNH ĐỐI LƯU TỰ NHIÊN CỦA NƯỚC SINH HOẠT (31/12/2015)

Hiện nay, việc sử dụng lò đốt sinh khối từ các viên ép mùn cưa, củi trấu, v.v đang là nhu cầu cấp thiết của xã hội nước ta cũng như một số nước lân cận như Hàn Quốc do các viên ép có nhiệt trị cao hơn so với việc để rời và phù hợp với việc đun nước hoặc sinh hơi với quy mô hộ gia đình. Trong quá trình cấp nước sưởi ấm lò hơi, việc sử dụng lò đốt sinh khối là một ứng dụng an toàn, ít phát thải gây hiệu ứng nhà kính và phù hợp với túi tiền của nhiều hộ nghèo nếu đốt sinh khối thô. Đề tài nghiên cứu này tập trung vào quá trình nước nóng chuyển động trong một đường ống cấp nhiệt được bố trí trong phòng, hơi lấy từ lò đốt sinh khối cấp nhiệt cục bộ, sau đó hồi lại lò theo nguyên tắc đối lưu tuần hoàn tự nhiên. Đường nước nóng cấp thường đặt dưới cửa sổ để trao đổi nhiệt với gió từ ngoài vào phòng. Nhiệt độ phòng và đường kính ống và nhiệt độ ra của nước được bố trí thay đổi để đánh giá biến thiên của nhiệt lượng, vận tốc dòng chảy, hệ số Nusselt, và hệ số tỏa nhiệt của nước nóng. Giả thiết không có sự bám cắn trên đường ống. Bỏ qua tổn thất nhiệt qua vách ống tức là coi nhiệt độ mặt ngoài của ống chính là nhiệt độ của nước nóng luân chuyển trong ống thép đồng thời không xét tới trở lực tại các vị trí ngoặt ống.

Hình vẽ: Sơ đồ bố trí đường nước tuần hoàn tự nhiên

Nhiệt độ tỏa ra từ phía nước nóng trong quá trình đối lưu tự nhiên phụ thuộc vào yếu tố hình dạng, nhiệt độ nước nóng ra và nhiệt độ phòng. Đề tài đã đưa ra cách tính toán với sự thay đổi các thông số đầu ra và thu được dải nhiệt lượng, vận tốc chảy của nước nóng, hệ số tỏa nhiệt xét với sự thay đổi cấu trúc hình học của vật. Từ kết quả tính toán, khi đường kính ống tăng lên 1 cm, nhiệt lượng giảm đi 100 W, hệ số tỏa nhiệt giảm 1.5 W/m²K, đồng thời tốc độ dòng cũng giảm theo. Ưu điểm của hệ thống là chu trình tuần hoàn diễn ra tự nhiên, tuy nhiên nhiệt lượng với ống 9cm, nhiệt độ phòng từ 10 tới 18^oC chỉ tạo ra được lượng nhiệt là 1000W. Với giá trị này, hệ thống sửa ấm chỉ mang tính chất sưởi cục bộ với độ dày ống vừa phải để tăng cường truyền nhiệt ra không gian ngoài phòng. 

Để tăng tốc tốc độ dòng chảy, theo kinh nghiệm thực nghiệm, ống nước nóng cần bố trí đặt nghiêng một góc nhất định đặc biệt tại đường hồi về. Tuy nhiên đề tài này chưa tính toán được sự thay đổi của góc nghiêng với tốc độ và lượng nhiệt thoát ra môi trường xung quanh. Ngoài ra đề tài cần được làm thực nghiệm để đo đạc các kết quả tổn thất và hiệu chỉnh lại các công thức tính Nusselt và hệ số tỏa nhiệt theo công thức thực nghiệm của mô hình đề tài. Số liệu nhiệt độ và khí hậu mùa đông trên vùng cao của nước ta cũng cần được đo đạc thực nghiệm để có kết quả tính nhiệt chính xác cũng như phương án chọn ống và lượng sinh khối cần thiết để gia nhiệt cho phòng. Chú ý bài toán này chưa tính tới om nhiệt của nội thất trong phòng. 

Khoa CNNL