Thông gió tự nhiên cho nhà đơn lẻ bằng ống khói nhiệt thẳng đứng: Ảnh hưởng của kích thước và vị trí lỗ thông gió lên hiệu quả thông gió

Tóm tắt - Ống khói nhiệt là thiết bị thông gió tự nhiên cho nhà ở

bằng nguồn nhiệt bức xạ mặt trời. Các nghiên cứu về ống khói

nhiệt thường tập trung vào hai điểm chính: lưu lượng của dòng khí

do hiệu ứng nhiệt và hiệu quả thông gió cho công trình. Trong

nghiên cứu này, tác giả khảo sát hiệu quả thông gió của ống khói

nhiệt cho một mô hình nhà đơn lẻ dưới ảnh hưởng của vị trí và

kích thước lỗ thông gió trên tường nhà. Phương pháp mô phỏng

động lực học lưu chất CFD được sử dụng để tính lưu lượng và mô

phỏng cấu trúc dòng khí bên trong không gian nhà khi kích thước

L và vị trí lỗ thông gió h thay đổi. Kết quả cho thấy, lưu lượng khí

và thể tích thông gió phụ thuộc vào L và h. Hiệu quả thông gió tăng

lên khi lỗ thông gió gần sàn hơn và khi có hai lỗ cấp khí cho ống

khói nhiệt, so với khi chỉ có một lỗ.

pdf 5 trang yennguyen 3420
Bạn đang xem tài liệu "Thông gió tự nhiên cho nhà đơn lẻ bằng ống khói nhiệt thẳng đứng: Ảnh hưởng của kích thước và vị trí lỗ thông gió lên hiệu quả thông gió", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Thông gió tự nhiên cho nhà đơn lẻ bằng ống khói nhiệt thẳng đứng: Ảnh hưởng của kích thước và vị trí lỗ thông gió lên hiệu quả thông gió

Thông gió tự nhiên cho nhà đơn lẻ bằng ống khói nhiệt thẳng đứng: Ảnh hưởng của kích thước và vị trí lỗ thông gió lên hiệu quả thông gió
88 Nguyễn Quốc Ý 
THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN CHO NHÀ ĐƠN LẺ BẰNG ỐNG KHÓI NHIỆT 
THẲNG ĐỨNG: ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC VÀ VỊ TRÍ LỖ THÔNG GIÓ 
LÊN HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ 
NATURAL VENTILATION OF A SINGLE HOUSE BY A VERTICAL SOLAR CHIMNEY: 
EFFECTS OF THE LOCATION AND SIZE OF THE OPENING ON VENTILATION 
EFFECTIVENESS 
Nguyễn Quốc Ý 
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh; nguyenquocy@hcmut.edu.vn 
Tóm tắt - Ống khói nhiệt là thiết bị thông gió tự nhiên cho nhà ở 
bằng nguồn nhiệt bức xạ mặt trời. Các nghiên cứu về ống khói 
nhiệt thường tập trung vào hai điểm chính: lưu lượng của dòng khí 
do hiệu ứng nhiệt và hiệu quả thông gió cho công trình. Trong 
nghiên cứu này, tác giả khảo sát hiệu quả thông gió của ống khói 
nhiệt cho một mô hình nhà đơn lẻ dưới ảnh hưởng của vị trí và 
kích thước lỗ thông gió trên tường nhà. Phương pháp mô phỏng 
động lực học lưu chất CFD được sử dụng để tính lưu lượng và mô 
phỏng cấu trúc dòng khí bên trong không gian nhà khi kích thước 
L và vị trí lỗ thông gió h thay đổi. Kết quả cho thấy, lưu lượng khí 
và thể tích thông gió phụ thuộc vào L và h. Hiệu quả thông gió tăng 
lên khi lỗ thông gió gần sàn hơn và khi có hai lỗ cấp khí cho ống 
khói nhiệt, so với khi chỉ có một lỗ. 
Abstract - Solar chimney is a device for natural ventilation of 
dwellings based on solar radiation heat. Studies on solar chimneys 
mainly focus on induced flow rate characteristics and ventilation 
effectiveness. In this study, we examine effects of the size and 
location of the ventilation opening of a single house integrated with 
a vertical solar chimney. Computational Fluid Dynamics method ís 
used for computing the induced flow rate and flow pattern inside 
the house according to the size and location of the opening 
changed. The results show that the flow rate and ventilated volume 
have close correlation with the size and location of the opening. 
Ventilation effectiveness increases when the opening is closer to 
the floor and when there are two air inlets instead of one, for the 
solar chimney. 
Từ khóa - Thông gió tự nhiên; nhà đơn lẻ; ống khói nhiệt; lỗ thông 
gió; lưu lượng. 
Key words - Natural ventilation; single house; solar chimney; 
ventilation opening, flow rate. 
1. Giới thiệu 
Ống khói nhiệt (solar chimney) được xem là thiết bị 
giúp thông gió tự nhiên cho nhà ở hiệu quả. Thiết bị này 
hấp thụ nhiệt bức xạ mặt trời để tạo ra hiệu ứng nhiệt cho 
dòng khí đối lưu bên trong kênh dẫn khí và giúp thông gió 
cho công trình [1, 2]. Ống khói nhiệt có thể được tích hợp 
vào mái hay tường của công trình và có thể có dạng thẳng 
đứng hay nghiêng [1, 2]. 
Ống khói nhiệt đã được nghiên cứu bởi nhiều nhà khoa 
học [1−9]. Các nghiên cứu trước đây có thể được chia thành 
hai nhóm: 1) Nghiên cứu đặc tính làm việc (lưu lượng do 
hiệu ứng nhiệt, nhiệt độ) của ống khói nhiệt đơn lẻ [1–4, 
7, 8], và 2) Hiệu quả thông gió (lưu lượng thông gió, cấu 
trúc dòng khí) của ống khói nhiệt khi kết hợp vào công 
trình nhà [5, 6, 9]. Đối với nhóm thứ nhất, các kết quả cho 
thấy các thông số quan trọng ảnh hưởng đến lưu lượng khí 
qua ống khói nhiệt bao gồm: cường độ bức xạ mặt trời, kích 
thước ống khói nhiệt (chiều cao và bề rộng kênh dẫn khí), 
góc nghiêng của ống khói nhiệt so với phương ngang và 
kích thước các lỗ cấp khí cho ống khói nhiệt. Các nghiên 
cứu trong nhóm thứ hai tập trung vào hiệu quả thông gió 
của ống khói nhiệt cho một mô hình nhà cụ thể qua hai 
thông số: bội số tuần hoàn ACH (Air Changes per Hour) 
và cấu trúc dòng khí thông gió bên trong công trình dưới 
ảnh hưởng của góc nghiêng ống khói nhiệt trên mái [5, 9] 
hay ảnh hưởng của lối cấp khí cho ống khói nhiệt [6]. Các 
nghiên cứu trước đây chưa cho thấy ảnh hưởng của vị trí 
và kích thước lỗ thông gió trên tường nhà lên hiệu quả 
thông gió của ống khói nhiệt. 
Trong nghiên cứu này, tác giả tập trung vào việc khảo 
sát ảnh hưởng của kích thước và vị trí của lỗ thông gió lên 
lưu lượng thông gió của ống khói nhiệt và cấu trúc dòng 
khí bên trong nhà, nhất là khả năng tạo ra sự phân bố hợp 
lý của luồng khí thông gió bên trong không gian nhà. 
Phương pháp mô phỏng động lực học lưu chất (CFD) được 
sử dụng để tính toán các thông số của dòng khí (vận tốc, áp 
suất, nhiệt độ). 
2. Mô hình mô phỏng số CFD 
2.1. Mô hình nhà và ống khói nhiệt 
Mô hình nhà và ống khói nhiệt được thể hiện trên Hình 
1. Mô hình hai chiều được sử dụng trong nghiên cứu này, 
tương tự các nghiên cứu mô phỏng trước đây [4–6, 9]. Mô 
hình nhà có kích thước 𝑊 × 𝐻 = 1,0 𝑚 × 1,0 𝑚 (với mô 
hình hai chiều, kích thước còn lại được giả sử là 1,0 m). Lỗ 
thông gió được bố trí trên tường và ống khói nhiệt được bố 
trí trên tường đối diện. Lỗ thông gió có kích thước L và ở 
khoảng cách h so với đỉnh nhà, như trên Hình 1. 
Mô hình nhà hai chiều giúp giảm thời gian và yêu cầu 
cấu hình máy tính để tính toán nhưng kết quả vẫn thể hiện 
được các đặc tính chính (lưu lượng, luồng khí chính) của 
bài toán thông gió bằng ống khói nhiệt [4–6, 9]. Bên cạnh 
đó, mô hình hai chiều cũng phù hợp cho công trình có lỗ 
thông gió trên tường và ống khói nhiệt được bố trí dọc theo 
chiều dài tường. Một ví dụ của công trình như vậy là trường 
học Lycée Français Charles de Gaulle ở Syria [10]. 
Ống khói nhiệt có dạng thẳng đứng và có cấu tạo như 
loại thông thường với bề mặt hấp thụ nhiệt được bố trí ở 
vách trong của kênh dẫn khí. Chiều cao tổng cộng của ống 
khói nhiệt được giữ bằng với chiều cao mô hình nhà H, bao 
gồm chiều cao lối khí vào của kênh dẫn khí ℎ𝑖 và chiều cao 
bề mặt hấp thụ nhiệt. Trong mô hình này, bề rộng d của 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 1 89 
kênh dẫn khí được giữ cố định bằng 100 mm. Dựa theo kết 
quả nghiên cứu của Bassiouny và Koura [6], chiều cao ℎ𝑖 
được chọn bằng 2,0 × 𝑑 = 200 𝑚𝑚 để tránh ảnh hưởng 
ℎ𝑖 lên lưu lượng qua ống khói nhiệt. Kích thước của mô 
hình nhà và ống khói nhiệt trong nghiên cứu của tác giả 
tương tự như trong các nghiên cứu mô phỏng và thực 
nghiệm trước đây [4–6]. 
Hình 1. Mô hình nhà và ống khói nhiệt trong mô phỏng 
2.2. Phương pháp mô phỏng 
Trong mô phỏng này, dòng khí và quá trình truyền nhiệt 
được xem là hai chiều, ổn định và không nén được. Dòng 
khí cũng được xem là rối, dựa theo kết quả của các nghiên 
cứu khác với cùng điều kiện khảo sát [3, 6]. Khi đó, các 
thông số trung bình theo thời gian của dòng khí có thể được 
mô tả bằng hệ phương trình RANS (Reynolds Averaged 
Navier – Stokes) như sau [7, 8]: 
𝜕𝑈𝑗
𝜕𝑥𝑗
= 0 (1) 
𝜕(𝑈𝑖𝑈𝑗)
𝜕𝑥𝑗
= −
1
𝜌
𝜕𝑃
𝜕𝑥𝑖
− 𝑔𝑖𝛽(𝑇 − 𝑇𝑟𝑒𝑓) +
𝜕
𝜕𝑥𝑗
(𝜈
𝜕𝑈𝑖
𝜕𝑥𝑗
− 𝑢𝑖𝑢𝑗̅̅ ̅̅ ̅) (2) 
𝜕(𝑇𝑈𝑗)
𝜕𝑥𝑗
=
𝜕
𝜕𝑥𝑗
(
𝜈
𝑃𝑟
𝜕𝑇
𝜕𝑥𝑗
− 𝑇′𝑢𝑗̅̅ ̅̅ ̅̅ ) (3) 
Trong đó: i, j là chỉ số theo hai phương đứng và ngang; 
U, u và T, 𝑇′ lần lượt là vận tốc trung bình, vận tốc mạch 
động, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ mạch động; 𝑇𝑟𝑒𝑓 là 
nhiệt độ tham chiếu (là nhiệt độ không khí ở lối vào lỗ 
thông gió); P là áp suất; 𝜌 và 𝜈 là khối lượng riêng và độ 
nhớt động học; 𝛽 là hệ số giãn nở nhiệt; Pr là số Prantl. Ký 
hiệu ̅ chỉ giá trị trung bình theo thời gian. 
Hệ phương trình (1)–(3) được xấp xỉ bằng phương pháp 
thể tích hữu hạn với phần mềm CFD thương mại ANSYS 
Fluent (phiên bản miễn phí dùng cho nghiên cứu). Mô hình 
rối 𝑘 − 𝜔 được sử dụng để mô phỏng hai đại lượng rối 𝑢𝑖𝑢𝑗̅̅ ̅̅ ̅ 
và 𝑇′𝑢𝑗̅̅ ̅̅ ̅̅ . Chi tiết về việc áp dụng mô hình 𝑘 − 𝜔 cho bài 
toán ống khói nhiệt có thể được xem thêm trong các nghiên 
cứu trước [7, 8]. 
Miền tính toán bao gồm không gian bên trong phòng và 
bên trong ống khói nhiệt như Hình 1. Không khí đi vào 
miền tính toán ở lỗ thông gió trên tường (vị trí số 1 trên 
Hình 1) và đi ra qua lỗ thoát trên đỉnh của ống khói nhiệt 
(vị trí số 2 trên Hình 1). Ở đầu vào và đầu ra, không khí 
được xem là có áp suất khí quyển. Bề mặt hấp thụ nhiệt (vị 
trí số 3 trên Hình 1) được mô phỏng bằng điều kiện biên 
với cường độ phát nhiệt cho trước. Quá trình trao đổi nhiệt 
bức xạ giữa bề mặt hấp thụ nhiệt và bề mặt tấm kính (vị trí 
số 4 trên Hình 1) cũng được mô phỏng. 
Lưới tính toán được thể hiện trên Hình 2. Lưới tứ giác 
hình vuông hoặc chữ nhật được sử dụng và tương tự như 
trong các nghiên cứu trước [5, 6]. Lưới có mật độ phân bố 
dày hơn ở gần bề mặt hấp thụ nhiệt, nơi có gradient nhiệt 
độ lớn, và ở lối vào kênh dẫn khí của ống khói nhiệt, nơi 
có thể xảy ra vùng tách dòng. Mật độ lưới và số phần tử 
lưới cũng được kiểm tra để có được kết quả mô phỏng độc 
lập với lưới tính toán. Trong mô phỏng này, hơn 20.000 
phần tử lưới được sử dụng. 
Hình 2. Lưới tính toán 
3. Kết quả và Bàn luận 
Mô hình mô phỏng CFD được sử dụng để tính toán lưu 
lượng và cấu trúc dòng khí bên trong mô hình nhà khi kích 
thước và vị trí của lỗ thông gió thay đổi. 
3.1. Kiểm tra mô hình CFD 
Để kiểm tra độ tin cậy của mô hình CFD, mô phỏng 
được thực hiện cho ống khói nhiệt trong thí nghiệm của 
Burek và Habeb [3]. Thí nghiệm này được thực hiện cho 
ống khói nhiệt thẳng đứng với chiều cao bằng 1.025 mm 
và bề rộng kênh dẫn khí thay đổi từ 20 mm đến 110 mm. 
Cường độ nhiệt trên bề mặt hấp thụ bằng 200 𝑊/𝑚2. Kết 
quả mô phỏng CFD được so sánh với kết quả thực nghiệm 
[3] như trên Hình 2. Trong đó, lưu lượng khí qua ống khói 
nhiệt (tính bằng kg/s) thay đổi theo bề rộng kênh dẫn khí. 
Sự khác biệt lớn nhất của hai kết quả là dưới 10%. 
Kết quả mô phỏng CFD cũng được so sánh với kết quả 
thí nghiệm của Chen và cộng sự [11] cho phân bố vận tốc 
(Hình 17 của [11]) và nhiệt độ (Hình 10 của [11]) bên trong 
kênh dẫn khí của ống khói nhiệt thẳng đứng có chiều cao 
bằng 1,5m, bề rộng kênh dẫn khí bằng 20 cm ở cường độ 
bức xạ nhiệt bằng 400 W/m2. Kết quả trên Hình 4 cho thấy 
mô hình CFD cho kết quả phân bố vận tốc sát với kết quả 
thí nghiệm. Đối với phân bố nhiệt độ, kết quả CFD gần với 
kết quả thí nghiệm ở vùng giữa kênh dẫn khí nhưng có sự 
khác biệt ở hai đầu. Sự khác biệt này có thể do mô hình 
CFD hai chiều, trong khi mô hình thí nghiệm là ba chiều 
nên mô hình CFD chưa thể mô tả ảnh hưởng của chiều còn 
lại (như ảnh hưởng lớp biên trên hai thành kênh dẫn của 
chiều thứ ba). 
90 Nguyễn Quốc Ý 
3.2. Ảnh hưởng của kích thước lỗ thông gió trên tường 
Chiều cao L của lỗ thông gió thay đổi trong mô phỏng 
trong khi vị trí của nó được cố định ở giữa tường, như Hình 
1. Các kích thước còn lại của mô hình nhà và ống khói nhiệt 
cũng được giữ cố định. Mô phỏng được thực hiện cho hai 
giá trị cường độ nhiệt trên bề mặt hấp thụ: 200 𝑊/𝑚2 và 
500 𝑊/𝑚2. 
Hình 4 cho thấy phân bố vận tốc và đường dòng cho 
trường hợp L=100 mm, 200 mm và 400 mm với cường độ 
nhiệt bằng 200 𝑊/𝑚2. Các đường dòng bắt đầu từ lỗ thông 
gió nên vị trí đường dòng đi qua thể hiện không gian được 
trao đổi khí tươi với bên ngoài. Vùng không có đường dòng 
đi qua là vùng khí quẩn và không được trao đổi không khí 
với môi trường bên ngoài. 
Hình 3. Kết quả mô phỏng CFD và kết quả thí nghiệm của 
Burek & Habeb [3] cho ống khói nhiệt thẳng đứng 
Hình 4. Kết quả mô phỏng CFD và kết quả thí nghiệm của Chen 
và cộng sự [11] cho ống khói nhiệt thẳng đứng, trong đó V và T 
và vận tốc dòng khí và độ tăng nhiệt độ trung bình của dòng khí 
trong kênh dẫn; Expt. và CFD là kết quả thực nghiệm [11] và 
kết quả mô phỏng từ mô hình CFD 
Kết quả trên Hình 5 cho thấy không gian được thông 
gió trong nhà tăng khi L tăng từ 100 mm đến 200 mm. 
Tuy nhiên, khi L tăng đến 400 mm, các đường dòng đi 
xuyên qua nhà vào ống khói nhiệt chỉ chiếm một nửa diện 
tích lỗ thông gió (nửa dưới). Ở nửa diện tích còn lại (nửa 
trên) xuất hiện hiện tượng “chảy ngược”, tương tự như 
trong mô phỏng của Bassiouny và Koura [6]. Vận tốc trên 
các đường dòng đi qua vùng chảy ngược này (tương ứng 
vùng không gian nửa trên của nhà) có vận tốc khá nhỏ 
(gần như bằng không). 
a) L=100 mm 
b) L= 200 mm 
c) L=400 mm 
Hình 5. Phân bố vận tốc và đường dòng khi kích thước lỗ thông 
gió thay đổi cho trường hợp cường độ nhiệt bằng200 𝑊/𝑚2 
Hình 6 cho thấy, lưu lượng khí đi xuyên qua nhà khi 
L thay đổi ở hai giá trị cường độ nhiệt. Kết quả cho thấy, 
lưu lượng khí tăng khi kích thước L tăng từ 50 mm đến 
200 mm. Khi L tăng từ 200 mm đến 400 mm, lưu lượng 
khí hầu như không đổi. Điều này phù hợp với kết quả trên 
Hình 5b và 5c: Khi L lớn hơn 200 mm, phần diện tích lỗ 
lớn hơn 200 mm xuất hiện vùng chảy ngược và không làm 
tăng lưu lượng khí. 
Kích thước L= 200 mm cũng chính bằng chiều cao lối 
vào ℎ𝑖 của ống khói nhiệt (Hình 1). Do vậy, việc tăng kích 
thước lỗ thông gió lên lớn hơn kích thước lối vào ống khói 
nhiệt không làm tăng lưu lượng khí cũng như không gian 
được thông gió trong nhà. 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(132).2018, QUYỂN 1 91 
3.3. Ảnh hưởng của vị trí lỗ thông gió trên tường 
Để xét ảnh hưởng của vị trí lỗ thông gió, khoảng cách h 
của đỉnh lỗ so với trần nhà (như Hình 1) thay đổi trong mô 
phỏng khi các kích thước khác không đổi. Hình 7 cho thấy 
phân bố vận tốc và đường dòng bên trong nhà khi h thay đổi 
từ 100 mm, 300 mm và 500mm. Kích thước L của lỗ được 
giữ cố định bằng 300 mm. Đường dòng trong cả ba trường 
hợp cho thấy hiện tượng chảy ngược ở lỗ thông gió xuất hiện 
trong cả ba trường hợp, tương tự như trên Hình 5c. Tỉ lệ phần 
diện tích chảy ngược trên lỗ thông gió giảm dần khi khoảng 
cách h tăng dần. Hiện tượng chảy ngược cũng làm giảm 
không gian được thông gió trong phòng, do vận tốc trong 
vùng chảy ngược hầu như bằng không. 
Hình 8 cho thấy, lưu lượng khí khi khoảng cách h của lỗ 
thông gió thay đổi từ 100 mm đến 500 mm, gần như tăng tuyến 
tính theo khoảng cách h, cho cả hai giá trị cường độ nhiệt. 
Khi khoảng cách h thay đổi, hai hiệu ứng có thể ảnh 
hưởng đến lưu lượng và cấu trúc của dòng khí. Thứ nhất, 
khi h nhỏ, ảnh hưởng của trần nhà có thể làm tăng diện tích 
vùng chảy ngược trên lỗ thông gió. Do đó, diện tích trên lỗ 
mà dòng khí có thể đi xuyên qua và đi vào ống khói nhiệt 
(diện tích hiệu dụng) giảm và làm tăng trở lực của dòng 
khí. Thứ hai, do quá trình trao đổi nhiệt chỉ diễn ra bên 
trong ống khói nhiệt, nhiệt độ của không khí trong phòng 
và nhiệt độ ở lối vào của ống khói nhiệt là như nhau. Khi 
đó, chênh lệch độ cao để tạo ra hiệu ứng nhiệt của dòng khí 
đối lưu trong ống khói nhiệt có thể được xấp xỉ bằng 
khoảng cách h. Do đó, chiều cao h tăng sẽ làm tăng hiệu 
ứng nhiệt (áp suất nổi) và làm tăng lưu lượng. 
Hình 6. Lưu lượng khí theo kích thước lỗ thông gió 
3.4. Ảnh hưởng của việc bố trí lỗ cấp khí cho ống khói 
nhiệt 
Các kết quả trên cho thấy, vị trí và kích thước lỗ thông 
gió ảnh hưởng lớn đến lưu lượng và cấu trúc dòng khí trong 
nhà. Tuy nhiên, trong cả hai trường hợp đó, không gian 
được thông gió trong nhà chủ yếu nằm trên các đường dòng 
từ lỗ thông vào ống khói nhiệt. Bên ngoài không gian đó, 
vận tốc không khí trong phòng rất nhỏ. 
Một trong những giải pháp để tăng không gian (thể tích) 
được thông gió trong phòng là bố trí lại lỗ cấp khí cho ống 
khói nhiệt. Mô phỏng cho trường hợp ống khói nhiệt có hai 
lỗ cấp khí, như Hình 9. Tổng chiều cao của hai lỗ cấp khí 
được giữ bằng ℎ𝑖 = 200 𝑚𝑚 như trong trường hợp một lỗ. 
Ba trường hợp được khảo sát với kích thước lỗ trên – lỗ 
dưới lần lượt là 150 𝑚𝑚 − 50𝑚𝑚, 100 𝑚𝑚 − 100 𝑚𝑚, 
và 50 𝑚𝑚 − 150 𝑚𝑚. Lỗ thông gió trên tường cũng có 
kích thước bằng 300 mm. 
a) h=100 mm 
b) h=300 mm 
c) h=500 mm 
Hình 7. Phân bố vận tốc và đường dòng khi chiều cao lỗ thông 
gió thay đổi cho trường hợp cường độ nhiệt bằng 200 𝑊/𝑚2 
Bảng 1. Lưu lượng khí khi kích thước hai lối khí vào 
ống khói nhiệt thay đổi 
h1(mm) h2 (mm) 
Lưu lượng (l/s) 
200W/m2 500W/m2 
150 50 48,5 53,4 
100 100 48,2 53,0 
50 150 48,4 52,6 
Hình 9 cho thấy, phân bố vận tốc khí trong phòng khi 
lưu lượng khí trong ba trường hợp khảo sát được thể hiện 
trên Bảng 1. Kết quả cho thấy, lưu lượng trong cả ba trường 
hợp hầu như không đổi. Phân bố vận tốc trong nhà được 
cải thiện so với trường hợp chỉ có một lỗ cấp khí do không 
gian có tốc độ khí lớn được mở rộng hơn so với trường hợp 
có 01 lỗ cấp khí. Việc bố trí nhiều lỗ cấp khí cho ống khói 
nhiệt có thể giúp không gian (thể tích) được thông gió trong 
92 Nguyễn Quốc Ý 
nhà tăng lên mà không làm giảm lưu lượng tạo được qua 
ống khói nhiệt. Việc bố trí hai lỗ cấp khí (với tổng diện tích 
không đổi) có thể không làm thay đổi hiệu ứng nhiệt bên 
trong ống khói nhiệt do khoảng cách h không đổi. Bên cạnh 
đó, do tổng diện tích lỗ không đổi, trở lực của dòng khí ở 
hai lỗ cũng có thể không tăng lên so với trường hợp một lỗ. 
Do vậy, lưu lượng cho trường hợp hai lỗ cấp khí cũng 
tương tự như trường hợp một lỗ. 
Hình 8. Lưu lượng khí theo vị trí của lỗ thông gió 
Hình 9. Phân bố vận tốc cho trường hợp 02 lỗ cấp khí cho 
ống khói nhiệt với kích thước tương đối giữa hai lỗ khác nhau 
Đối với các công trình thực tế, hình dạng công trình, 
hướng công trình, việc phân chia không gian trong công 
trình cũng ảnh hưởng lớn đến đặc tính làm việc của ống 
khói nhiệt cũng như cấu trúc dòng khí thông gió tự nhiên 
bên trong công trình. Các kết quả trong bài báo này chỉ ra 
rằng, cần có việc tính toán hay mô phỏng cho từng trường 
hợp cụ thể cho giải pháp thiết kế cửa thông gió và ống khói 
nhiệt để có được hiệu quả thông gió tốt nhất. 
4. Kết luận 
Kết quả mô phỏng cho thấy, vị trí và kích thước lỗ 
thông gió ảnh hưởng đến lưu lượng và cấu trúc dòng khí 
trong nhà, do đó ảnh hưởng đến hiệu quả của giải pháp 
thông gió tự nhiên cho công trình bằng ống khói nhiệt. 
Kích thước lỗ thông gió phù hợp nhất bằng với kích thước 
lỗ cấp khí cho ống khói nhiệt. Hiệu quả thông gió tăng lên 
khi lỗ cấp khí gần với sàn hơn. Việc bố trí hai lỗ cấp khí 
cho ống khói nhiệt cũng làm tăng hiệu quả thông gió so với 
khi có một lỗ. 
Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường 
Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí 
Minh, mã số đề tài T-KTXD-2017-98. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] M. A. Hosien & S. M. Selim, “Effects of the geometrical and 
operational parameters and alternative outer cover materials on the 
performance of solar chimney used for natural ventilation”, Energy 
and Buildings, 138, 2017, 355–367. 
[2] L. Shi, G. Zhang, W. Yang, D. Huang, X. Cheng & S. Setunge, 
“Determining the influencing factors on the performance of solar 
chimney in buildings”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 
88, 2018, 223–238. 
[3] S. A. M. Burek & A. Habeb, “Air flow and thermal efficiency 
characteristics in solar chimneys and Trombe Walls”, Energy and 
Buildings, 39 (2), 2007, 128–135. 
[4] N. K. Bansal, J. Mathur, S. Mathur & M. Jain, “Modeling of 
window-sized solar chimneys for ventilation,”, Building and 
Environment, 40 (10), 2005, 1302–1308. 
[5] R. Bassiouny & N. S. A. Korah, “Effect of solar chimney inclination 
angle on space flow pattern and ventilation rate”, Energy and 
Buildings, 41 (2), 2009, 190–196. 
[6] R. Bassiouny & N. S. A. Koura, “An analytical and numerical study 
of solar chimney use for room natural ventilation”, Energy and 
Buildings, 40 (5), 2008, 865–873. 
[7] I. Zavala-Guillén, J. Xamán, I. Hernández-Pérez, I. Hernández-
Lopéz, M. Gijón-Rivera & Y. Chávez, “Numerical study of the 
optimum width of 2a diurnal double air-channel solar chimney”, 
Energy, 147, 2018, 403–417. 
[8] B. Zamora & A. S. Kaiser, “Optimum wall-to-wall spacing in solar 
chimney shaped channels in natural convection by numerical 
investigation”, Applied Thermal Engineering, 29 (4), 2009, 762–769. 
[9] B. P. Huynh, “Natural Ventilation Induced by Solar Chimneys”, 
Proc. of the 17th Australian Fluid Mechanics Conference, Aucland 
Newzealand, 5-9 December 2010. 
[10] https://www.e-architect.co.uk/syria/lycee-francais-charles-de-gaulle 
[11] Z. D. Chen, P. Bandopadhayay, J. Halldorsson, C. Byrjalsen, P. 
Heiselberg & Y. Li, “An experimental investigation of a solar 
chimney model with uniform wall heat flux”, Building and 
Environment, 38 (7), 2003, 893–906. 
(BBT nhận bài: 01/10/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 15/11/2018) 

File đính kèm:

  • pdfthong_gio_tu_nhien_cho_nha_don_le_bang_ong_khoi_nhiet_thang.pdf