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

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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính toán và triển khai hệ thống làm mát chuồng trại bằng nguồn nước ngầmThái Ngọc Sơn110TÍNH TOÁN VÀ TRIỂN KHAI HỆ THỐNG LÀM MÁT CHUỒNG TRẠIBẰNG NGUỒN NƯỚC NGẦMCALCULATING AND OPERATING THE COOLING SYSTEM OF FARMHOUSES USINGUNDERGROUND WATERThái Ngọc SơnTrường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; thaingocson@gmail.comTóm tắt - Nguồn nước ngầm tại miền Trung Việt Nam có trữ lượngphong phú, nhiệt độ trong mùa hè lại thấp hơn nhiệt độ không khíkhá nhiều. Để làm mát chuồng trại chăn nuôi gia cầm có rất nhiềuphương pháp như tưới nước, phun sương, sử dụng buồng phun,thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngăn, thông gió qua tấm làm mát(cooling pad), điều hòa không khí... Bài báo đã phân tích, lựa chọnmột phương pháp làm mát hỗn hợp: vừa phun mưa để giảm lượngnhiệt truyền vào chuồng do bức xạ mặt trời qua mái, vừa dùng tấmlàm mát cooling pad, sử dụng nước ngầm để thông gió và làm mátkhông khí cho chuồng trại. Bài báo trình bày các điểm cơ bản trongtính toán thiết kế hệ thống làm mát nêu trên, kết quả triển khai ứngdụng và phương pháp vận hành hệ thống.Abstract - The central region of Vietnam has abundant reserves ofunderground water. During summer, the water temperature is muchlower than the ambient air temperature. For cooling poultry farms,there are many popular methods such as watering, spraying, usingspray chambers (air washer), surface heat exchangers, directevaporative coolers, using the cooling pad, air conditioning systemsand so on. In this article, we analyze and select a complex coolingsystem which combines water spray method and direct evaporativecoolers using cooling pads. The former method is utilized to reducethe amount of heat entering the farmhouse due to solar radiationthrough the roof.Meanwhile, the latter one is applied to cool the airby evaporating the underground water as it goes through the coolingpad. This article presents the basics of calculating in designing acombined cooling system as mentioned above, the results of theapplication and the method of operating the whole the system.Từ khóa - không khí ẩm; phương pháp lặp; nước ngầm; làm mátchuồng trại; tấm làm mátKey words - moist air; iterative methods; ground water; coolinganimal sheds; cooling pad1. Đặt vấn đềKhí hậu Việt Nam chia làm hai mùa rõ rệt, đặc biệt làtại miền Trung, “nắng lắm mưa nhiều”. Bài toán đặt ra chocác nhà chăn nuôi là làm sao để khống chế vi khí hậu trongcác trang trại chăn nuôi ở điều kiện tốt nhất có thể trongkhi vốn đầu tư còn nhỏ.Để làm mát chuồng trại chăn nuôi gia cầm có rất nhiềuphương pháp như: tưới nước, phun sương, sử dụng buồngphun, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngăn, thông gió quatấm làm mát (cooling pad), điều hòa không khí... Khảosát nguồn nước ngầm ở Quảng Nam, Đà Nẵng trong cácnăm từ 2014 - 2017 cho thấy nhiệt độ khá ổn định, nằmtrong khoảng 24,5 - 25,5°C. Với trữ lượng khá lớn, nguồnnhiệt này có thể sử dụng để làm mát chuồng trại. Bài báophân tích, lựa chọn một phương pháp thích hợp, trình bàycác điểm cơ bản trong tính toán thiết kế hệ thống làm mátđó, nêu kết quả triển khai ứng dụng và phương pháp vậnhành hệ thống.tháng 7 nhiệt độ không khí cao nhất lúc 12h là 33,4°C cũngchính là lúc độ ẩm tương đối của không khí thấp nhất 57%.Việc làm mát cho chuồng trại thường được thực hiện trongcác giờ nắng nóng cao điểm, do vậy ta chọn các thông sốđể tính toán ứng với thời gian đó, tức là thông số ngoài trời:nhiệt độ tN = 34,4°C, độ ẩm tương đối N = 57%.Điều kiện vi khí hậu đối với chăn nuôi gia cầm, cụ thểlà gà, tối ưu là t = 18 - 24°C,  = 60 - 70%. Điều kiện nàychỉ có thể đáp ứng được khi sử dụng hệ thống điều hòakhông khí với chi phí đầu tư ban đầu và cả chi phí vận hành(tiền điện) rất cao. Trong điều kiện sản xuất của Việt Nam,theo [2], khi khảo sát chuồng nuôi gà đẻ, nhiệt độ trongchuồng có thể chấp nhận là trong khoảng 27 - 30°C, độ ẩm82 - 90%, tốc độ gió 1,7 – 2 m/s. Ở điều kiện này gà chưathể hiện stress nhiệt. Vậy ta chọn điều kiện trong chuồngnhư sau: nhiệt độ tT = 28,6°C; độ ẩm T = 89%.Nhiệt thừa được tính toán dựa trên tài liệu [3].Nhiệt do nguồn sáng nhân tạo Q1 = 0,90 kW.Nhiệt thừa của gia cầm tương đối khó tính toán dokhông có các số liệu nghiên cứu, ta tạm tính theo nhiệt thừatrung bình của người dựa trên tỷ lệ da người và gà, thu đượcQ2 = 22,5 kW.Nhiệt do bức xạ mặt trời vào phòng qua kết cấu bao che(ở đây là qua mái khi không có các biện pháp giảm nhiệtbức xạ như phun mưa, phun sương...) Q3 = 33,4 kW.Nhiệt truyền qua kết cấu bao che (tường, trần, nền đất)Q4 = 8,9 kW.Vậy tổng nhiệt thừa là Q = 65,7 kW, trong đó nhiệt thừado bức xạ qua mái chiếm hơn một nửa.Lượng ẩm thừa do gà sinh ra được xác định gần đúng,2. Giải quyết vấn đềTính toán và triển khai hệ thống làm mát tại trang trại ởHòa Phú, Hòa Vang, Đà Nẵng có kích thước dài D = 70 m;rộng R = 8,5 m; chiều cao của không gian cần làm mát làH = 3 m. Chuồng nuôi 6.000 con gà.2.1. Thông số khí hậu, tính toán nhiệt thừa, ẩm thừaXét điều kiện thời tiết tại Đà Nẵng [1], tháng nóng nhấttrong năm là tháng 7 với nhiệt độ không khí cao nhất trungbình trong mùa hè là tN = 34,4°C. Phân tích biến trình ngàycủa nhiệt độ không khí và biến trình ngày của độ ẩm tươngđối trong tháng 7, nhận thấy khi nhiệt độ không khí lên cao,độ ẩm tương đối của không khí xuống thấp, ví dụ trongISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018bằng lượng nước cung cấp hàng ngày cho gà, được gà thảiqua phân và hô hấp: W = 0,029 kg/s.2.2. Lựa chọn phương án làm mátPhương án sử dụng điều hòa không khí là tối ưu để điềukhiển nhiệt độ và độ ẩm không khí trong chuồng như cácnghiên cứu trên thế giới. Tuy nhiên chi phí đầu tư rất cao,chi phí vận hành cũng lớn nên chưa thích hợp với phầnnhiều trang trại tại miền Trung.Phương án dùng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vách ngănkhông khả thi do độ chênh nhiệt độ của nước ngầm vớikhông khí trong chuồng thấp, nếu sử dụng loại thiết bị nàysẽ ...