Original Title: Mathematical Modeling and Experimental Study for Summer Performance of Earth Air Heat Exchanger Integrated with a Solar Greenhouse
Source: doi.org/10.9790/2402-1009037586
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

គំរូគណិតវិទ្យា និងការសិក្សាពិសោធន៍សម្រាប់ដំណើរការនារដូវក្តៅនៃឧបករណ៍ផ្លាស់ប្តូរកម្តៅខ្យល់ និងដីដែលរួមបញ្ចូលជាមួយផ្ទះកញ្ចក់ពន្លឺព្រះអាទិត្យ

ចំណងជើងដើម៖ Mathematical Modeling and Experimental Study for Summer Performance of Earth Air Heat Exchanger Integrated with a Solar Greenhouse

អ្នកនិពន្ធ៖ Dr. Sujata Nayak (Faculty of Mechanical Engineering, Manav Rachna University, India), Kapil Narwal (Faculty of Mechanical Engineering, Manav Rachna University, India), Ruchi Chaudhary (Faculty of Mechanical Engineering, Manav Rachna University, India)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2016, IOSR Journal of Environmental Science, Toxicology and Food Technology

វិស័យសិក្សា៖ Mechanical Engineering / Environmental Science

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការធ្វើឱ្យត្រជាក់នៅក្នុងផ្ទះកញ្ចក់នៅតាមប្រទេសតំបន់ត្រូពិចដូចជាប្រទេសឥណ្ឌាក្នុងរដូវក្តៅ គឺជាបញ្ហាប្រឈមធំមួយដោយសារសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដែលប៉ះពាល់ដល់ការលូតលាស់របស់ដំណាំ។ ឯកសារនេះដោះស្រាយបញ្ហានេះដោយប្រើប្រាស់ប្រព័ន្ធផ្លាស់ប្តូរកម្តៅខ្យល់និងដី (EAHE) ជាជម្រើសកាត់បន្ថយកម្តៅបែបអកម្ម។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ អ្នកស្រាវជ្រាវបានបង្កើតគំរូគណិតវិទ្យាផ្អែកលើស្ថានភាពពាក់កណ្តាលថេរ (Quasi-steady state) និងបានធ្វើការពិសោធន៍ផ្ទៀងផ្ទាត់ដោយផ្ទាល់នៅក្នុងផ្ទះកញ្ចក់នៅសាកលវិទ្យាល័យ Manav Rachna អំឡុងរដូវក្តៅ។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Greenhouse with Earth Air Heat Exchanger (EAHE)
ផ្ទះកញ្ចក់ប្រើប្រព័ន្ធផ្លាស់ប្តូរកម្តៅខ្យល់និងដី (EAHE)
ជួយកាត់បន្ថយកម្តៅបានល្អក្នុងម៉ោងដែលមានពន្លឺថ្ងៃខ្លាំង មានការប្រែប្រួលសីតុណ្ហភាពតិចតួច និងចំណាយប្រតិបត្តិការទាបដោយសារជាប្រព័ន្ធអកម្ម (Passive System)។ ត្រូវការការវិនិយោគដំបូងលើការជីកដីកប់បំពង់ និងទិញម៉ូទ័របូមខ្យល់ ហើយប្រសិទ្ធភាព (COP) ធ្លាក់ចុះនៅចុងរដូវក្តៅ។ កាត់បន្ថយសីតុណ្ហភាពខ្យល់ក្នុងផ្ទះកញ្ចក់ពី ៥ ទៅ ៦°C និងទទួលបានមេគុណដំណើរការ (COP) ខ្ពស់បំផុត ១.៧៥ ក្នុងខែឧសភា។
Greenhouse without EAHE
ផ្ទះកញ្ចក់ធម្មតា (មិនមានប្រព័ន្ធ EAHE)
ងាយស្រួលក្នុងការសាងសង់ មិនត្រូវការកន្លែងទំនេរសម្រាប់កប់បំពង់ក្រោមដី និងមិនមានការចំណាយបន្ថែមលើការដំឡើង។ សីតុណ្ហភាពឡើងខ្ពស់ខ្លាំង (អាចដល់ ៤៨°C) ដែលធ្វើឱ្យរុក្ខជាតិខូចខាត និងមានបម្រែបម្រួលកម្តៅខ្លាំងក្នុងមួយថ្ងៃៗ។ សីតុណ្ហភាពឡើងដល់ចន្លោះ ២៧ ទៅ ៤៨°C ដែលមានកម្រិតបន្ទុកកម្តៅ (TLL) ខ្ពស់ជាង និងមិនសូវល្អសម្រាប់ដំណាំ។
Fan-Pad Evaporative Cooling & Fogging System
ប្រព័ន្ធធ្វើឱ្យត្រជាក់ដោយប្រើកង្ហារ-បន្ទះទឹក និងប្រព័ន្ធបាញ់អ័ព្ទ
មានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ក្នុងការបញ្ចុះសីតុណ្ហភាព និងអាចគ្រប់គ្រងសំណើមបានល្អក្នុងអាកាសធាតុក្តៅស្ងួត។ ត្រូវការបរិមាណទឹកស្អាតច្រើន ម៉ាស៊ីនបូមទឹកសម្ពាធខ្ពស់ និងមានតម្លៃថែទាំ ព្រមទាំងប្រតិបត្តិការខ្ពស់។ ឯកសារបញ្ជាក់ថាវិធីនេះមានបញ្ហាប្រឈមធំដោយសារកង្វះខាតទឹកនាខែប្រាំង ទើប EAHE ជាជម្រើសល្អជាង។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការរៀបចំប្រព័ន្ធនេះទាមទារការវិនិយោគដំបូងលើសម្ភារៈរឹង និងការជីកដី ព្រមទាំងកម្មវិធីកុំព្យូទ័រសម្រាប់ការគណនាគំរូ ប៉ុន្តែចំណាយថាមពលប្រតិបត្តិការមានកម្រិតទាបបំផុត។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងនៅសាកលវិទ្យាល័យ Manav Rachna រដ្ឋ Haryana ប្រទេសឥណ្ឌា ដែលមានអាកាសធាតុក្តៅហើយស្ងួត និងក្តៅសើម (Composite climate)។ ទិន្នន័យនេះមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជាដោយសារយើងមានអាកាសធាតុក្តៅស្រដៀងគ្នា ប៉ុន្តែលក្ខណៈភូមិសាស្ត្រដី (Soil thermal conductivity) និងកម្ពស់ទឹកក្រោមដីនៅកម្ពុជាអាចខុសគ្នា ដែលតម្រូវឱ្យមានការកែសម្រួលទិន្នន័យមូលដ្ឋានមុននឹងអនុវត្តជាក់ស្តែង។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

បច្ចេកវិទ្យាប្រព័ន្ធផ្លាស់ប្តូរកម្តៅដី-ខ្យល់ (EAHE) នេះមានសក្តានុពលខ្ពស់សម្រាប់ការអនុវត្តនៅក្នុងវិស័យកសិកម្មនៅប្រទេសកម្ពុជា ជាពិសេសក្នុងរដូវប្រាំងដែលមានកម្តៅខ្លាំង។

ការប្រើប្រាស់ប្រព័ន្ធ EAHE អាចជួយកសិករកម្ពុជាកាត់បន្ថយការចំណាយលើការបញ្ចុះកម្តៅ និងរក្សាទិន្នផលដំណាំក្នុងរដូវក្តៅបានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព ប្រសិនបើមានការស្រាវជ្រាវកែសម្រួលបច្ចេកទេសឱ្យស្របនឹងស្ថានភាពដីក្នុងស្រុក។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាពីសីតុណ្ហភាពដី និងអាកាសធាតុក្នុងតំបន់: ប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ Data Logger និង Thermocouples ដើម្បីវាស់ស្ទង់សីតុណ្ហភាពដីនៅជម្រៅ ១ ទៅ ២ ម៉ែត្រក្នុងតំបន់គោលដៅ ដើម្បីកំណត់ពីសក្តានុពលនៃការស្រូបកម្តៅរបស់ដីកម្ពុជា។
  2. ធ្វើគំរូ និងការក្លែងធ្វើ (Simulation): ប្រើប្រាស់កម្មវិធី MatlabEnergyPlus ដើម្បីបញ្ចូលទិន្នន័យអាកាសធាតុក្នុងស្រុក និងគណនាប្រវែងបំពង់ ទំហំបំពង់ និងកម្លាំងម៉ូទ័រខ្យល់ដែលសមស្រប។
  3. សាងសង់គំរូសាកល្បងខ្នាតតូច (Prototyping): ដំឡើងប្រព័ន្ធសាកល្បងដោយកប់បំពង់ PVC ភ្ជាប់ជាមួយ Blower នៅក្នុងផ្ទះកញ្ចក់ខ្នាតតូច ហើយប្រើប្រាស់ Arduino សម្រាប់កត់ត្រាសីតុណ្ហភាពដោយស្វ័យប្រវត្តិ។
  4. វាយតម្លៃប្រសិទ្ធភាព និងភាពស័ក្តិសិទ្ធិ: គណនាមេគុណដំណើរការកម្តៅ (COP) និងប្រៀបធៀបសីតុណ្ហភាពរវាងផ្ទះកញ្ចក់ដែលមាន និងគ្មានប្រព័ន្ធនេះ ដើម្បីបញ្ជាក់ពីប្រសិទ្ធភាពចំណាយ។
  5. ពង្រីកគម្រោង និងប្រើប្រាស់ថាមពលកកើតឡើងវិញ: បំពាក់ផ្ទាំងសូឡា (Solar PV Panels) ដើម្បីផ្គត់ផ្គង់អគ្គិសនីដល់ម៉ូទ័របូមខ្យល់ បង្កើតបានជាប្រព័ន្ធផ្ទះកញ្ចក់ដែលមិនពឹងផ្អែកលើអគ្គិសនីរដ្ឋ ១០០% (Off-grid passive cooling system)។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Earth Air Heat Exchanger ប្រព័ន្ធនេះប្រើប្រាស់សីតុណ្ហភាពថេររបស់ដីនៅខាងក្រោមផ្ទៃដី ដើម្បីធ្វើឱ្យខ្យល់ត្រជាក់នៅរដូវក្តៅ ឬកក់ក្តៅនៅរដូវរងា ដោយបូមខ្យល់ឆ្លងកាត់បំពង់ដែលកប់ក្នុងដី រួចបញ្ជូនវាចូលទៅក្នុងអគារ ឬផ្ទះកញ្ចក់ដើម្បីកែប្រែសីតុណ្ហភាព។ វាដូចជាការយកដបទឹកទៅត្រាំក្នុងពាងទឹកកប់ក្រោមដី ដើម្បីឱ្យទឹកត្រជាក់តាមបែបធម្មជាតិមុននឹងយកមកផឹកអញ្ចឹងដែរ។
Coefficient of Performance វាជារង្វាស់បញ្ជាក់ពីប្រសិទ្ធភាពនៃប្រព័ន្ធបញ្ចុះកម្តៅ ដោយធៀបរវាងបរិមាណកម្តៅដែលប្រព័ន្ធអាចទាញយកចេញបាន ទៅនឹងបរិមាណថាមពល (អគ្គិសនី) ដែលត្រូវចំណាយដើម្បីដំណើរការប្រព័ន្ធនោះ។ តួលេខកាន់តែធំ មានន័យថាប្រព័ន្ធកាន់តែមានប្រសិទ្ធភាពនិងចំណេញ។ វាដូចជាការប្រៀបធៀបថា តើម៉ូតូមួយចាក់សាំងមួយលីត្រអាចជិះបានចម្ងាយប៉ុន្មានគីឡូម៉ែត្រអញ្ចឹងដែរ (ជិះបានកាន់តែឆ្ងាយគឺកាន់តែចំណេញ)។
Thermal load leveling នេះគឺជាដំណើរការកាត់បន្ថយគម្លាត ឬការឡើងចុះខុសគ្នាខ្លាំងពេក រវាងសីតុណ្ហភាពខ្ពស់បំផុត (ពេលថ្ងៃ) និងទាបបំផុត (ពេលយប់) នៅក្នុងផ្ទះកញ្ចក់ ដើម្បីកុំឱ្យមានបម្រែបម្រួលកម្តៅខ្លាំងដែលអាចធ្វើឱ្យរុក្ខជាតិស្ពឹកស្រពន់។ វាប្រៀបដូចជាការបើកម៉ាស៊ីនត្រជាក់ក្នុងកម្រិតល្មមចោលរហូត ដើម្បីរក្សាសីតុណ្ហភាពក្នុងបន្ទប់ឱ្យថេរ ជៀសវាងការបើកៗបិទៗដែលធ្វើឱ្យបន្ទប់ក្តៅឆ្លាស់ត្រជាក់ទាន់ហន់។
Quasi-steady state condition ជាលក្ខខណ្ឌក្នុងការគណនាគំរូគណិតវិទ្យា ដែលគេសន្មតថាការប្រែប្រួលនៃកម្តៅ ឬថាមពលក្នុងប្រព័ន្ធកើតឡើងយឺតៗបំផុត រហូតដល់គេអាចចាត់ទុកវាថានៅថេរក្នុងចន្លោះពេលខ្លីមួយ ដើម្បីងាយស្រួលក្នុងការដោះស្រាយសមីការស្មុគស្មាញ។ ដូចជាការថតរូបសន្លឹក (Snapshot) ម្តងមួយប៉ុស្តិ៍ៗនៃឡានដែលកំពុងបើកបរយឺតៗ ដើម្បីងាយស្រួលកំណត់ទីតាំងរបស់វា ជាជាងការតាមដានមើលវីដេអូដែលឡានរត់លឿនជាប់រហូត។
Instantaneous loss efficiency នេះគឺជាអត្រានៃបរិមាណថាមពលកម្តៅដែលបាត់បង់ពីផ្ទះកញ្ចក់ទៅកាន់បរិយាកាសខាងក្រៅ ធៀបនឹងថាមពលកម្តៅសរុបដែលផ្ទះកញ្ចក់ទទួលបាន (ដូចជាពីពន្លឺព្រះអាទិត្យ) ក្នុងខណៈពេលណាមួយ។ វាជួយឱ្យគេវាយតម្លៃថាផ្ទះកញ្ចក់រងការបាត់បង់កម្តៅកម្រិតណា។ ដូចជាការចាក់ទឹកចូលក្នុងធុងធ្លាយមួយអញ្ចឹង គេចង់វាស់មើលថាទឹកហូរចេញតាមរន្ធធ្លាយអស់ប៉ុន្មានភាគរយនៃបរិមាណទឹកដែលបានចាក់ចូលទាំងអស់។
Convective heat exchange នេះគឺជាការផ្ទេរកម្តៅរវាងផ្ទៃរឹង (ដូចជាផ្ទៃដី ឬជញ្ជាំងបំពង់) និងវត្ថុរាវ ឬឧស្ម័ន (ដូចជាខ្យល់) ដែលកំពុងផ្លាស់ទីឆ្លងកាត់ផ្ទៃនោះ។ ក្នុងករណីនេះវាសំដៅដល់ការផ្ទេរកម្តៅពីខ្យល់ក្តៅ ទៅកាន់បំពង់ក្រោមដីដែលត្រជាក់ជាងនៅពេលខ្យល់បក់កាត់។ វាដូចជាពេលយើងផ្លុំខ្យល់ចេញពីមាត់ ដើម្បីធ្វើឱ្យកាហ្វេក្តៅឆាប់ត្រជាក់អញ្ចឹងដែរ (ខ្យល់ដែលផ្លាស់ទីបានទាញយកកម្តៅចេញ)។
Heat flux ជាបរិមាណនៃថាមពលកម្តៅដែលហូរឆ្លងកាត់ផ្ទៃក្រឡាមួយក្នុងមួយឯកតាពេលវេលា (ឧទាហរណ៍ កម្តៅថ្ងៃដែលចាំងទម្លុះដំបូល ឬជញ្ជាំងផ្ទះកញ្ចក់ចូលមកខាងក្នុង) ដើម្បីដឹងពីបរិមាណកម្តៅដែលកកកុញ។ វាដូចជាបរិមាណទឹកភ្លៀងដែលធ្លាក់ចូលក្នុងធុងទឹកមួយម៉ែត្រការ៉េ ក្នុងរយៈពេលមួយនាទីអញ្ចឹងដែរ (គ្រាន់តែដូរពីបរិមាណទឹកភ្លៀង ទៅជាបរិមាណកម្តៅវិញ)។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖