Quả cầu gió thông thường: Mắc tiền mà không tốt hơn nhiều ống thông gió đơn giản

Quả cầu không hiệu quả hơn ống thông gió, đặc biệt trong trường hợp vận tốc gió bên ngoài nhỏ và có nguồn nhiệt bên trong, mặc dù giá thành cao hơn ống thông gió gấp 3 lần. Đó là kết quả nghiên cứu của TS. Nguyễn Quốc Ý, PGS.TS. Nguyễn Thị Bảy, KS. Hà Phương,  bộ môn cơ lưu chất, Trường đại học bách khoa TP. HCM. Đặc biệt, kết quả thí nghiệm cho thấy, ống thông gió có lúc hoạt động tốt hơn quả cầu.

 Trong các thiết bị hoạt động dựa trên các hiệu ứng nhờ gió, quả cầu thông gió, hay quả cầu hút nhiệt được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Nó hoạt động theo nguyên tắc turbine-quạt, nhận năng lượng từ gió bên ngoài (hoạt động như turbine), quay và tạo ra áp suất chân không bên trong quả cầu. Áp suất chân không này giúp hút không khí từ bên trong công trình ra ngoài (hoạt động như quạt).
Đối với quả cầu, nhìn chung, vận tốc dòng khí lưu thông qua thiết bị này tăng lên khi vận tốc gió bên ngoài hay công suất nhiệt bên trong tăng lên. Đối với trường hợp chỉ có gió bên ngoài mà không có nguồn nhiệt bên trong (0KW), vận tốc gió bên ngoài ảnh hưởng rất rõ lên vận tốc khí thông qua quả cầu. Đối với các trường hợp có nguồn nhiệt bên trong (1KW, 2KW và 3KW), vận tốc khí thông qua quả cầu không thay đổi nhiều khi vận tốc gió bên ngoài tăng từ 0m/s đến 1,8m/s và chỉ thay đổi đáng kể khi vận tốc gió bên ngoài là 3,0m/s.
Lưu ý rằng trong trường hợp không có gió bên ngoài và không có nhiệt bên trong (0m/s, 0KW), quả cầu không quay, nhưng vẫn có dòng khí lưu thông qua quả cầu. Điều này có thể do ảnh hưởng của mái tôn của phòng thí nghiệm: không khí trong phòng nóng dần lên do mái tôn hấp thụ nhiệt mặt trời, tạo ra chênh lệch nhiệt độ tự nhiên giữa đầu vào và đầu ra của mô hình phòng ở, dẫn đến dòng khí lưu thông qua quả cầu. Khi chỉ có nguồn nhiệt bên trong mà không có gió bên ngoài (0m/s), quả cầu tự quay nhờ động lượng của luồng khí nóng thoát ra từ bên trong, như một turbine. Trong các trường hợp này, nếu quả cầu bị cố định lại, vận tốc gió thông qua quả cầu giảm khoảng 20% so với giá trị khi để quả cầu quay tự do như một turbine. Như vậy, việc quả cầu bị cố định lại đã làm tăng trở lực lên dòng khí, dẫn đến tăng mất mát năng lượng và làm vận tốc dòng khí lưu thông giảm đi.
Đối với ống thông gió, vận tốc dòng khí thông qua thiết bị này hầu như không thay đổi khi vận tốc gió bên ngoài tăng từ 0m/s lên 1,32m/s trong tất cả các trường hợp: có và không có nguồn nhiệt bên trong. Nếu vận tốc gió bên ngoài tiếp tục tăng đến 2,38m/s, vận tốc khí thông qua ống tăng lên khi không có nguồn nhiệt bên trong (0KW) nhưng lại giảm xuống khi có nguồn nhiệt bên trong. Việc dòng khí tự lưu thông qua ống thông gió trong trường hợp 0KW và 0m/s có thể được giải thích tương tự như đối với quả cầu.
Quả cầu thông gió bị kẹt, như thường thấy trên các mái nhà, thì hiệu quả thông gió gần như không có.
Trong điều kiện thí nghiệm này, ở cùng một điều kiện công suất nhiệt bên trong và vận tốc gió bên ngoài, vận tốc dòng khí thông qua quả cầu luôn nhỏ hơn hay tương đương với vận tốc thông qua ống thông gió. Do vậy, quả cầu chưa cho thấy sự vượt trội về khả năng thông gió so với ống thông gió, mặc dù có cấu tạo phức tạp hơn, và có giá cao hơn gấp khoảng 3 lần.