Quả cầu thông gió là thiết bị thông gió thụ động thường được lắp trên mái, sử dụng chuyển động của không khí và hiện tượng đối lưu để hỗ trợ đưa khí nóng, khí tù đọng từ bên trong công trình ra ngoài.
Phần đầu dạng turbine có thể quay khi chịu tác động của gió. Đồng thời, khi không khí bên trong công trình nóng lên và có xu hướng đi lên, thiết bị tạo thêm một đường thoát khí tại khu vực mái.
Điểm cần hiểu đúng là quả cầu thông gió không phải quạt hút chạy điện và cũng không tự tạo ra lượng gió cố định trong mọi điều kiện. Hiệu quả thực tế phụ thuộc vào gió bên ngoài, chênh lệch nhiệt độ, đường cấp gió bù, vị trí lắp và đặc điểm của từng công trình.
Cấu Tạo Của Quả Cầu Thông Gió
Một quả cầu thông gió có thể khác nhau về kích thước và kiểu chân đế, nhưng về nguyên lý thường có một số bộ phận chính sau.
1. Phần đầu turbine
Đây là phần dễ nhận biết nhất của thiết bị, gồm nhiều cánh bố trí thành dạng cầu hoặc turbine.
Khi luồng gió đi qua, lực tác động lên các cánh làm đầu turbine quay quanh trục. Chuyển động này hỗ trợ quá trình đưa không khí từ phía dưới thiết bị ra ngoài.
Thiết kế, độ cân bằng của cánh và khả năng quay của cụm turbine đều có ảnh hưởng đến hoạt động thực tế.
2. Trục quay và ổ đỡ
Trục là bộ phận giữ tâm quay của turbine. Cụm ổ đỡ hoặc bạc đạn giúp phần đầu có thể quay với ma sát thấp hơn.
Nếu cụm quay bị lệch, kẹt, rơ hoặc xuống cấp, turbine có thể quay không đều, phát sinh tiếng động hoặc giảm hiệu quả vận hành.
3. Cổ thoát khí
Cổ thiết bị tạo đường dẫn giữa không gian bên dưới mái và đầu turbine.
Không khí nóng tích tụ phía trên công trình sẽ đi về vùng này trước khi thoát ra ngoài.
Kích thước và trở lực của đường khí có ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng thực tế.
4. Chân đế
Chân đế là phần liên kết thiết bị với mái.
Tùy kết cấu công trình, chân có thể được xử lý phù hợp với mái bằng, mái nghiêng hoặc dạng sóng tôn cụ thể.
Đây là phần đặc biệt quan trọng vì một turbine quay tốt nhưng chân đế lắp sai phương hoặc xử lý tiếp giáp mái không đúng vẫn có thể làm toàn bộ hệ thống hoạt động kém hiệu quả.
5. Các vị trí liên kết và xử lý chống thấm
Vùng tiếp giáp giữa chân thiết bị và mái cần được thi công phù hợp với vật liệu mái và điều kiện thực tế.
Không nên hiểu rằng bản thân quả cầu sẽ “chống dột tuyệt đối”. Khả năng hạn chế nước lọt vào phụ thuộc cả thiết kế sản phẩm, vị trí lắp và chất lượng xử lý phần tiếp giáp mái.
Để xem chi tiết chức năng của từng bộ phận, trục quay, chân đế và các vị trí liên kết, xem bài cấu tạo quả cầu thông gió.
Nguyên Lý Hoạt Động Của Quả Cầu Thông Gió
Để hiểu đúng cách thiết bị hoạt động, cần tách thành hai yếu tố hỗ trợ lẫn nhau: gió ngoài trời và đối lưu nhiệt bên trong công trình.
Tác động của gió lên turbine
Khi gió đi qua các cánh, đầu turbine quay.
Sự chuyển động của không khí quanh miệng thoát và đầu turbine hỗ trợ tạo điều kiện cho khí phía dưới được đưa ra ngoài.
Tốc độ gió thay đổi thì trạng thái hoạt động của turbine cũng thay đổi. Vì thế không nên coi quả cầu thông gió là một thiết bị có “công suất hút cố định” giống quạt điện.
Đối lưu do không khí nóng đi lên
Không khí nóng thường có mật độ thấp hơn không khí lạnh xung quanh và có xu hướng dịch chuyển lên khu vực cao của công trình.
Nếu trên mái có đường thoát phù hợp, lượng khí nóng tích tụ này có thể thoát ra ngoài.
Đó là lý do quả cầu thông gió thường được bố trí ở khu vực mái, nơi khí nóng dễ tập trung.
Không khí mới đi vào từ đâu?
Quả cầu không có nhiệm vụ thổi không khí ngoài trời xuống nhà.
Khi không khí bên trong thoát ra, lượng không khí thay thế phải đi vào từ các vị trí khác như:
- cửa ra vào;
- cửa sổ;
- cửa chớp;
- khe cấp gió;
- cửa lấy gió thấp;
- hoặc hệ thống cấp gió được thiết kế riêng.
Nếu công trình quá kín và gần như không có đường cấp khí bù, khả năng thông gió sẽ bị hạn chế dù trên mái đã lắp nhiều quả cầu.
Nếu muốn tìm hiểu sâu hơn về tác động của gió, đối lưu nhiệt, chênh lệch áp suất và khí bù, xem bài nguyên lý hoạt động của quả cầu thông gió.
Quả Cầu Thông Gió Có Hoạt Động Khi Không Có Gió Không?
Đây là câu hỏi rất dễ bị trả lời quá mức.
Khi ngoài trời có gió, luồng không khí tác động lên các cánh giúp turbine quay rõ rệt hơn.
Khi gió yếu hoặc gần như không có gió, khả năng quay của turbine sẽ giảm. Tuy nhiên, nếu bên trong công trình nóng hơn bên ngoài và vẫn tồn tại chênh lệch nhiệt độ đủ lớn, đối lưu nhiệt vẫn có thể tạo dòng khí đi lên qua đường thoát trên mái.
Vì vậy không nên khẳng định:
“Quả cầu luôn quay và hút mạnh 24/24 dù không có gió.”
Cũng không nên nói:
“Thiết bị hoàn toàn chỉ hoạt động nhờ sức gió.”
Thực tế hiệu quả là kết quả tổng hợp của gió, đối lưu nhiệt, chênh lệch áp suất và cấu trúc đường thông khí của công trình.
Điều Kiện Nào Giúp Quả Cầu Thông Gió Hoạt Động Hiệu Quả?
Bản thân thiết bị chỉ là một phần của hệ thống thông gió. Hiệu quả thực tế phụ thuộc khá nhiều vào cách nó được bố trí trong công trình.
Có đủ đường cấp gió bù
Đây là yếu tố rất quan trọng nhưng thường bị bỏ qua.
Muốn một lượng không khí thoát ra khỏi nhà xưởng thì phải có một lượng không khí khác có khả năng đi vào thay thế.
Nếu nhà xưởng đóng quá kín, việc tăng số lượng quả cầu trên mái không nhất thiết mang lại mức cải thiện tương ứng.
Vị trí lắp phù hợp
Thiết bị nên được bố trí tại khu vực có xu hướng tích tụ khí nóng và có đường thoát thuận lợi.
Vị trí cụ thể phụ thuộc vào hình dạng mái, chiều cao, kết cấu nhà xưởng và nguồn sinh nhiệt.
Khoảng cách giữa các thiết bị hợp lý
Không nên dồn toàn bộ quả cầu vào một điểm trong khi nguồn nhiệt phân bố trên diện rộng.
Với nhà xưởng sử dụng nhiều thiết bị, khoảng cách và cách phân bố cần được xem cùng với luồng khí trong công trình.
Nếu muốn tìm hiểu riêng vấn đề này, xem hướng dẫn khoảng cách lắp đặt quả cầu thông gió nhà xưởng.
Trục turbine được đặt đúng phương
Sau khi lắp trên mái dốc, phần turbine cần được căn chỉnh phù hợp để cụm quay hoạt động ổn định.
Đây cũng là lý do hình dạng và cách gia công chân đế cần phù hợp với mái.
Đường thoát khí không bị cản trở
Cổ thiết bị, lỗ mở trên mái và khu vực bên dưới không nên bị che hoặc tạo trở lực không cần thiết.
Một đầu turbine lớn không thể bù hoàn toàn cho một đường dẫn khí quá nhỏ hoặc bị cản trở nghiêm trọng.
Giới Hạn Của Quả Cầu Thông Gió
Quả cầu thông gió có ưu điểm là cấu tạo đơn giản và không cần cấp điện trực tiếp để vận hành turbine, nhưng thiết bị cũng có những giới hạn cần hiểu trước khi sử dụng.
Lưu lượng thay đổi theo điều kiện thực tế
Không giống quạt cơ khí có lưu lượng thiết kế theo motor và hệ thống ống, lưu lượng của thông gió tự nhiên thay đổi theo:
- tốc độ và hướng gió;
- chênh lệch nhiệt độ;
- diện tích cửa cấp khí;
- chiều cao công trình;
- trở lực đường khí;
- vị trí lắp;
- kích thước thiết bị.
Vì vậy không nên lấy một con số lưu lượng cố định rồi áp dụng cho mọi công trình nếu chưa có dữ liệu thử nghiệm tương ứng.
Không thay thế mọi hệ thống hút cưỡng bức
Trong những khu vực có yêu cầu kiểm soát chính xác lưu lượng, khói, hơi hóa chất, bụi hoặc nguồn ô nhiễm đặc thù, có thể cần hệ thống thông gió cơ khí được thiết kế riêng.
Quả cầu thông gió không nên được xem là giải pháp thay thế mặc định cho mọi loại quạt hút.
Không thể tự khắc phục một công trình quá kín
Nếu không có đường cấp khí bù phù hợp, khả năng trao đổi không khí sẽ giảm.
Hiệu quả làm mát có giới hạn
Quả cầu thông gió chủ yếu hỗ trợ thải khí nóng và tăng trao đổi không khí.
Nó không tạo khí lạnh như điều hòa và cũng không tạo luồng gió mạnh trực tiếp lên người giống quạt.
Vẫn cần kiểm tra sau một thời gian sử dụng
Cần theo dõi tình trạng quay của turbine, ổ đỡ, liên kết cơ khí, chân đế và các vị trí chống thấm quanh mái.
Quả Cầu Thông Gió Khác Quạt Hút Điện Như Thế Nào?
Hai thiết bị đều có thể được sử dụng để hỗ trợ thông gió nhưng nguyên lý khác nhau.
| Tiêu chí | Quả cầu thông gió | Quạt hút điện |
|---|---|---|
| Nguồn vận hành | Gió và đối lưu tự nhiên |
Motor điện |
| Lưu lượng | Thay đổi theo điều kiện | Có thể kiểm soát tốt hơn theo thiết kế |
| Điện năng | Không cấp điện trực tiếp cho turbine | Cần điện |
| Tiếng động | Thường thấp khi cụm quay hoạt động tốt | Phụ thuộc motor và cánh |
| Khả năng điều khiển | Hạn chế | Có thể bật/tắt, biến tần, cảm biến |
| Ứng dụng | Thông gió tự nhiên trên mái | Thông gió cưỡng bức |
Không có phương án nào mặc nhiên tốt hơn cho mọi công trình.
Nhiều trường hợp có thể kết hợp thông gió tự nhiên + cấp gió phù hợp + quạt cơ khí tại những khu vực cần kiểm soát chủ động.
Quả Cầu Thông Gió Thường Được Lắp Ở Đâu?
Thiết bị thường xuất hiện tại những công trình có khu vực mái thuận lợi cho thông gió tự nhiên, chẳng hạn:
- nhà xưởng;
- nhà kho;
- mái tôn công nghiệp;
- khu sản xuất;
- nhà dân có khu vực mái tích nhiệt;
- một số không gian phụ trợ cần tăng khả năng thoát khí nóng.
Tuy nhiên, việc “có thể lắp” không đồng nghĩa vị trí nào cũng mang lại hiệu quả giống nhau.
Cần xem xét cấu trúc công trình và đường đi thực tế của không khí trước khi quyết định số lượng và vị trí.
Tóm Lại: Quả Cầu Thông Gió Hoạt Động Như Thế Nào?
Có thể hiểu đơn giản theo chuỗi:
Khí trong công trình nóng lên → di chuyển về phía cao → gió tác động lên turbine và hỗ trợ quá trình thoát khí → khí nóng được đưa ra ngoài → không khí bù đi vào qua các cửa hoặc đường cấp khí khác.
Hiệu quả của hệ thống vì thế không chỉ nằm ở bản thân quả cầu mà còn phụ thuộc vào luồng khí tổng thể của công trình.
Nếu bạn đang cần lựa chọn kích thước và mẫu thực tế cho công trình, xem danh mục quả cầu thông gió inox của Sơn Mỹ.
Câu Hỏi Thường Gặp Về Quả Cầu Thông Gió
Quả cầu thông gió có dùng điện không?
Loại turbine thông gió tự nhiên thông dụng không sử dụng motor điện để quay. Chuyển động của đầu turbine chịu tác động của gió, trong khi dòng khí còn có thể được hỗ trợ bởi hiện tượng đối lưu nhiệt trong công trình.
Quả cầu thông gió có hút nhiệt không?
Thiết bị không “hút nhiệt” theo nghĩa của máy làm lạnh. Nó hỗ trợ đưa không khí nóng tích tụ phía trên công trình ra ngoài, qua đó có thể giảm hiện tượng tích nhiệt nếu công trình có luồng khí bù phù hợp.
Đây cũng là lý do trên thị trường nhiều người gọi thiết bị này là quả cầu hút nhiệt.
Không có gió thì quả cầu có hoạt động không?
Khi ít gió, khả năng quay của turbine giảm. Tuy nhiên dòng khí do chênh lệch nhiệt độ vẫn có thể tồn tại nếu điều kiện công trình cho phép.
Không nên kỳ vọng hiệu quả giống nhau trong mọi trạng thái thời tiết.
Quả cầu thông gió có đưa gió ngoài trời vào nhà không?
Không trực tiếp.
Thiết bị chủ yếu tạo đường thoát khí ở phía trên. Không khí bù đi vào qua cửa, khe lấy gió, cửa chớp hoặc hệ thống cấp khí khác của công trình.
Quả cầu thông gió có chống mưa tuyệt đối không?
Không nên đưa ra khẳng định tuyệt đối.
Khả năng hạn chế nước phụ thuộc thiết kế turbine, hướng gió mưa, kiểu mái và đặc biệt là cách xử lý phần chân, mép tiếp giáp và chống thấm trong quá trình thi công.
Lắp càng nhiều quả cầu thông gió càng tốt phải không?
Không.
Số lượng phải đi cùng kích thước thiết bị, diện tích và chiều cao công trình, nguồn nhiệt, đường cấp gió bù và cách phân bố trên mái.
Lắp nhiều nhưng bố trí không hợp lý hoặc thiếu khí bù có thể không đạt hiệu quả như kỳ vọng.
Quả cầu thông gió có thay được quạt hút công nghiệp không?
Không phải trong mọi trường hợp.
Nếu công trình cần lưu lượng chủ động hoặc cần thu gom bụi, hơi, khói và các chất ô nhiễm tại nguồn thì thường phải xem xét hệ thống thông gió cưỡng bức phù hợp.
569 lượt xem