Chương I, điều 3 luật Bảo vệ Môi trường do Quốc Hội ban hành năm 2020) [1]. Trong đó môi trường không khí có ý nghĩa quan trọng liên quan đến việc duy trì sự sống trên trái đất đặc biệt là con người.1: Nhiệt độ trung bình toàn cầu từ năm 1850 đến năm 2023 [2] Trong những năm gần đây, vấn đề về thay đổi khí hậu và tăng nhiệt độ toàn cầu đã trở thành một thách thức đáng ngại cho toàn nhân loại. Trong phân tích của Berkeley Earth, nhiệt độ trung bình toàn cầu vào năm 2023 được ước tính cao hơn 1,54 ± 0,06 °C (2,77 ± 0,11 °F) so với nhiệt độ trung bình giai đoạn 1850-1900, giai đoạn thường được sử dụng làm đường cơ sở tiền công nghiệp cho các mục tiêu nhiệt độ toàn cầu. Mức này ấm hơn 10 ~0,17 °C (~0,30 °F) so với mức cao kỷ lục trước đó được quan sát vào năm 2016.
Do đó, năm 2023 là năm ấm nhất được quan sát trực tiếp bằng cách sử dụng phép đo nhiệt kế và vượt xa tất cả các năm trước đó. [2] Trong bối cảnh này, nhu cầu tìm kiếm các giải pháp hiệu quả và thân thiện với môi trường để giảm thiểu tác động của việc gia tăng nhiệt độ trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. Và một trong những phương pháp phổ biến gần đây đó là sử dụng tấm làm mát không khí, được thiết kế để hấp thụ và làm mát không khí bằng cách sử dụng sự bay hơi của nước. Bằng cách tận dụng nước ngưng có nhiệt độ thấp chúng ta có thể tăng hiệu suất và giảm nhiệt độ ngoài trời một cách đáng kể.
Với hy vọng đem lại những đóng góp cần thiết cho lĩnh vực điều hoà không khí, nghiên cứu này không chỉ là một bước đệm trong việc thúc đẩy hình thành các giải pháp kỹ thuật mới mẻ mà còn là một hướng đi hứa hẹn trong việc ứng phó với thách thức của biến đổi khí hậu và tăng nhiệt độ toàn cầu. Đối tượng và tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước: 1. Đối tượng Vấn đề nóng lên toàn cầu là một thách thức nghiêm trọng đang đối diện với toàn nhân loại bởi sự tăng trưởng đột biến về nhu cầu sử dụng điều hoà của con người hiện nay. Để giảm thiểu tác động này, một trong những phương pháp hiệu quả là sử dụng tấm làm mát bay hơi với nguyên lý làm mát bay hơi.
Nguyên lý làm mát bay hơi ứng dụng thông qua việc sử dụng nước và tấm làm mát để làm mát không gian. Trong quá trình này, nước rưới lên tấm làm mát và bay hơi, lấy đi nhiệt năng từ môi trường xung quanh và từ các thiết bị điện tử hoặc không gian mà nó được sử dụng. Đây là một phương pháp tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường, không chỉ giúp giảm sự gia tăng khí thải nhà kính, giảm lượng nước thải sinh hoạt hằng năm mà còn giảm chi phí vận hành. Việc ứng dụng nguyên lí làm mát bay hơi không chỉ là một giải pháp hiệu quả để giảm nhiệt độ và tiết kiệm năng lượng mà còn là một bước đi tích cực trong việc bảo vệ môi trường và hạn chế tác động của con người đến biến đổi khí hậu toàn cầu.
Tình hình nghiên cứu trong nước Đứng trước các tác nhân tiêu thụ điện ngày càng lớn đặc biệt là tỷ lệ sử dụng điều hoà không khí ngày một cao ở các công trình như: Toà nhà văn phòng; trung tâm thương mại; nhà ở… chiếm từ 45-55% tổng số điện năng tiêu thụ. Mặc dù các công nghệ về tiết 11 kiệm năng lượng cho điều hoà không khí ngày một phát triển như invertor; hệ thống điều hoà trung tâm VRV, VRF của các thương hiệu quốc dân như: Daikin, Samsung, Panasonic… ngày càng cải tiến. Xong các hệ thống này vẫn phải hoạt động bằng cách tiêu thụ nguồn năng lượng cao cấp đó là điện. Chính vì vậy, nhằm giảm sự phụ thuộc vào máy lạnh và điều hoà không khí sử dụng máy nén truyền thống và tác nhân lạnh CFC hay HCFC, việc phát triển các nghiên cứu và ý tưởng mới trong việc ứng dụng các thiết bị làm mát bay hơi là điều rất cần thiết [3].
Từ đó “ Nghiên cứu đánh giá hiệu quả thiết bị làm mát bay hơi” của Nguyễn Thế Bảo, Nguyễn Bảo Toàn, Lộc Chạc Hoàng được tiến hành.2: Mô hình thực nghiệm làm mát bay hơi nước và biến tần điều khiển bơm và quạt [3] Hình 1.3: Sơ đồ cấu tạo của thiết bị bay hơi trực tiếp [3] 12 Sau khi tiến hành thực nghiệm và kiểm tra thì nhóm nghiên cứu đã kết luận được. Vào các ngày hè thì việc sử dụng hệ thống bay hơi trực tiếp giúp tiết kiệm điện năng lên đến 58% so với hệ thống chiller. Nghiên cứu cũng đã đưa ra sự tương quan giữa hiệu suất tạo ẩm η, tỉ số lưu lượng nước và không khí E, tỉ số giữa hiệu số enthalpy nước và không khí vào thiết bị H trong thiết bị bay hơi đến hoạt động của thiết bị làm lạnh bay hơi tại các trường hợp khác nhau về nhiệt độ nước và kết luận rằng: • Khi tw > tdp, để tăng hiệu quả làm mát ta nên duy trì lượng nước làm mát nhỏ cho thiết bị ( dưới 1kg/s ứng với 1kW công suất thiết bị).3 Tình hình nghiên cứu nước ngoài Sau đây là một số ứng dụng của tấm làm mát ( cooling pads ) trong việc thiết kế và chế tạo nên các mô hình làm mát không khí trên thế giới: * Đầu tiên cần phải kể đến đó là nghiên cứu về: “Hiệu suất của tấm làm mát” của thạc sỹ kỹ thuật Banyat Niyomvasa và Bunjerd Potakaratb đến từ đại học Công nghệ Rajamangala Srivịaya- Thái Lan. Lấy cảm hứng từ nguyên lý hoạt động của máy làm mát bay hơi và các ưu điểm của thiết bị này so với máy làm lạnh nén hơi tác giả đã tiến hành thiết lập thực nghiệm để phân tích đánh giá hiệu quả làm mát của máy làm mát bay hơi bằng cách sử dụng tấm làm mát bằng hai loại chất liệu khác nhau là vải rèm và vải cotton thô.
Thực nghiệm được bố trí như hình.4: Bố trí thiết bị thực nghiệm [4] 13 Thực nghiệm bắt đầu bằng cách thêm nước vào khay bên dưới để rưới lên các tấm vật liệu làm mát, bằng cách điều chỉnh tốc độ dòng nước từ máy bơm, tần số và tốc độ động cơ điều khiển quạt [4]. Từ đó phân tích và đưa ra kết quả tối ưu về hiệu suất bảo hoà của các tấm làm mát. * Ngoài ra thì không thể không nhắc đến đó là ứng dụng của các tấm làm mát đối với các dạng công trình kiến trúc nhà ở được thể hiện qua “Nghiên cứu sự thoải mái của người sử dụng và giảm nhiệt độ trong nhà bằng cách sử dụng hệ thống điều hòa không khí thụ động với ý tưởng ống khói năng lượng mặt trời ở khí hậu nóng khô cằn” của Amr Sayed Hassan ABDALLAH* (Khoa Kiến trúc, Khoa Kỹ thuật, Đại học Assiut, Assiut 71516, Ai Cập). Tháp giải nhiệt sử dụng tấm làm mát với vật liệu từ giấy giãn nở được làm ướt bằng nước, lượng nước tiêu thụ 18 lít/ngày đồng thời sử dụng ống khói năng lượng mặt trời để đẩy nhanh quá trình bay hơi của không khí khi đi qua tấm làm mát từ đó phân tích và đưa ra các kiến nghị về thời gian hoạt động trong ngày của thiết bị đối với sự thoải mái của người sử dụng.5: Mô hình thực nghiệm [5] * Đối với thiết bị làm mát sử dụng tấm cooling pads thì yếu tố về loại vật liệu cấu tạo nên nó là một phần rất quan trọng điều này được chỉ rõ trong bài báo: “So sánh hiệu quả làm mát của vật liệu tấm làm mát cho hệ thống làm mát bay hơi” của tiến sĩ Radhiya Abd Aziz- đại học Malaysia Pahang.
Với mô hình được bố trí như sau: 14 Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý hộp làm mát [6] Hình 1.7: Góc nhìn từ mặt bên và phía góc của mô hình thực nghiệm [6] Nghiên cứu thực hiện phân tích giữa hai loại vật liệu là tấm xốp than hoạt tính và tấm làm từ xơ mướp. Nghiên cứu đã chứng minh được tấm làm mát làm từ than hoạt tính cho ra thông số chênh lệch nhiệt độ đầu vào và đầu ra tốt hơn so với tấm làm mát được làm từ sơ mướp. Điều này có thể là do cấu trúc bọt và khả năng hút nước của tấm làm từ than hoạt tính tốt hơn chính vì vậy nó có khả năng thấm ướt và làm bay hơi nước tốt hơn. [6] * Bên cạnh đó thì kích thước chiều dày của tấm CP cũng là một yếu tố gây ảnh hưởng lớn đến khả năng thấm hút nước và duy trì nhiệt độ.
Nghiên cứu “Thực nghiệm về hiệu suất bay hơi của tấm coolingpad với độ dày khác nhau” của Nyoman Suryana đã chỉ ra rằng nhiệt độ nước thấp dẫn đến giảm nhiệt độ bầu khô, hiệu quả làm mát, công suất làm mát và EER cao, lượng nước xả càng lớn thì lượng không khí khô, hiệu suất làm mát, công suất làm mát càng giảm và EER càng cao [7] .8: Mô hình thí nghiệm.9: Đồ thị TdB ở Tair 15 ±1oC dọc theo lưu lượng nước thực nghiệm [7] * Tuy nhiên ngoài các yếu tố trên thì việc bố trí, sắp xếp các tấm cooling pad hay hình dạng của nó cũng rất quan trọng. Từ việc bố trí 5 góc độ lần lượt là 0; 5; 10; 15; 20 cho mô hình thực nghiệm: “Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của góc đệm đến hiệu suất nhiệt của hệ thống làm mát bay hơi trực tiếp”.10: Bảng kích thước tấm làm mát ở các góc khác nhau [8] M. Mehrabi và cộng sự đã chỉ ra sự ảnh hưởng của góc đặt tấm làm mát. Thí nghiệm được thực hiện với tấm làm mát Xenlulo với các góc độ như hình 5 ở mức tốc độ không khí khác nhau, 2 tốc độ dòng nước đầu vào khác nhau, 2 nhiệt độ không khí đầu vào và 2 nhiệt độ nước đầu vào khác nhau.
Thực nghiệm thu được hiệu suất bão hòa cao nhất và tốc độ bay hơi cao nhất ở mức góc đệm là 15o .11: Sơ đồ nguyên lý của thực nghiệm [8] 17 1. Đề tài nghiên cứu 1. Tính cấp thiết của đề tài Để hoà mình vào nhịp đập của thế giới khi các công nghệ tiên tiến ngày càng được phát triển và hướng theo xu hướng tiết kiệm, sử dụng năng lượng xanh và bảo vệ môi trường. Thì các công nghệ về điều hoà không khí cần phải chuyển mình đi theo dòng chảy của thời đại và xoá bỏ đi cụm từ “ hiện đại thì càng hại điện”.