Thực hành làm mát tốt nhất

1. Tháp giải nhiệt bay hơi: định nghĩa và nguyên lý hoạt động

Phần bên dưới sẽ cố gắng trả lời những câu hỏi thường gặp nhất.

• “ Tháp giải nhiệt bay hơi (hay đơn giản là Tháp giải nhiệt) là gì , chúng có chức năng gì và hoạt động như thế nào?”
• “Chúng được sử dụng ở đâu và tại sao? Tại sao chúng lại cần thiết?”
• “ Định nghĩa của 'tháp giải nhiệt' hoặc 'tháp giải nhiệt bay hơi' là gì ?”
• “'Bốc hơi' nghĩa là gì?”

1.1. Tháp giải nhiệt là gì?

Tháp giải nhiệt bay hơi, hay tháp giải nhiệt, là thiết bị sử dụng nguyên lý tự nhiên vừa đơn giản vừa hiệu quả: sự bay hơi cưỡng bức của một lượng nước tối thiểu, so với khối lượng chính, diễn ra bằng cách tản nhiệt từ chính khối lượng đó; do đó, khối lượng đó nguội đi ( nhiệt ẩn của sự bay hơi ).

Quá trình làm mát bay hơi diễn ra đơn giản như chính truyền thống của nó: những chiếc bình cổ xưa làm bằng đất nung, một loại vật liệu xốp, cho phép nước rò rỉ ra ngoài với lượng rất nhỏ. Nhờ vậy, một quá trình bay hơi đã diễn ra: nước bên trong được giữ mát ngay cả khi nhiệt độ môi trường cao.

1.2. Tháp giải nhiệt hoạt động như thế nào? Khai thác nhiệt ẩn của quá trình bay hơi

Tháp giải nhiệt bay hơi có khả năng thực hiện tốt nhất quá trình trao đổi nhiệt nước/không khí : quá trình bay hơi được thực hiện thông qua việc sử dụng các thành phần đơn giản, hiệu quả và thường chỉ cần bảo trì tối thiểu.

Để hiểu rõ hơn về cách tản nhiệt diễn ra, cần giới thiệu hai khái niệm.

• Nhiệt cảm. Đây là lượng nhiệt năng được thêm vào hoặc trừ đi từ một bộ phận vật lý (chẳng hạn như cửa chớp) để thay đổi nhiệt độ của nó.
• Nhiệt ẩn. Về cơ bản, nhiệt ẩn dựa trên sự thay đổi trạng thái của một chất do sự hấp thụ hoặc mất nhiệt. Trong trường hợp nước, nước có thể chuyển từ thể lỏng sang thể rắn (nước đá) nếu nhiệt được giải phóng khi đạt đến điểm đông đặc. Nước cũng có thể chuyển từ thể lỏng sang thể khí (hơi) nếu nhiệt được bổ sung khi đạt đến điểm sôi. Do đó, nhiệt ẩn được định nghĩa là nhiệt được đưa vào hoặc lấy ra để thay đổi trạng thái của nước. Cụ thể, trong các hệ thống làm mát bay hơi, nhiệt ẩn được định nghĩa là nhiệt ẩn của quá trình bay hơi .

Một tháp bay hơi được thiết kế tốt có thể cung cấp cho nước diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí lớn nhất có thể, nhằm tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt tiềm ẩn .

Để thực hiện được quá trình trao đổi nhiệt này, tháp bay hơi phải có khả năng cung cấp bề mặt tiếp xúc không khí/nước rất cao . Điều này đạt được nhờ một bề mặt trao đổi nhiệt được thiết kế chuyên biệt cho mục đích này, cùng với một quạt có khả năng di chuyển một lượng không khí xác định theo các thông số được thiết kế chính xác. Bây giờ chúng ta sẽ xem xét chi tiết tầm quan trọng của các thành phần bên trong này.

1.3. Nhiệt độ bầu ướt

Một khái niệm vật lý quan trọng giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của tháp giải nhiệt : nhiệt độ ướt là yếu tố cơ bản trong lý thuyết về cách thức hoạt động của tất cả các hệ thống bay hơi và cụ thể hơn là tháp giải nhiệt.

Trên thực tế, thông số này xác định chính xác điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tương đối “tồi tệ nhất” tại khu vực lắp đặt. Nó cung cấp tham chiếu chính xác cho nhiệt độ đầu ra lý thuyết có thể đạt được của tháp bay hơi.

1.4. Hiệu suất của tháp giải nhiệt

Với cấu trúc đơn giản, cùng hiệu suất cao về tỷ lệ chi phí/kW tiêu tán, tháp giải nhiệt bay hơi vẫn là thiết bị làm mát được sử dụng phổ biến nhất trong cả môi trường HVAC và đặc biệt là môi trường công nghiệp : không có bộ phận chuyển động cụ thể nào, ngoại trừ quạt (có thể được đặt ở cả điểm hút và điểm đẩy). Mặt khác, mức tiêu thụ điện thực sự thấp khi so sánh với các hệ thống khác được sử dụng cho cùng mục đích.

Điều này đặc biệt đúng khi cần tản nhiệt lượng lớn (ví dụ như nhà máy thép, nhà máy hóa chất, nhà máy điện) vì tháp giải nhiệt là loại tháp vô song về mặt công suất điện sử dụng và không gian tối thiểu cần thiết để lắp đặt.

Chưa kể đến việc nhiệt độ có thể đạt được của nước làm mát thấp hơn nhiều so với nhiệt độ môi trường : không giống như hệ thống cửa gió, vốn bị giới hạn bởi giới hạn này. Điều này là do hệ thống bay hơi hoạt động bằng cách khai thác nhiệt ẩn của quá trình bay hơi (giới hạn tối thiểu có thể đạt được của nước là nhiệt độ bầu ướt).

1.5. So sánh các công nghệ làm mát: máy làm mát bay hơi, máy làm mát khô, máy làm mát đoạn nhiệt và máy làm mát cơ học

Khi xây dựng hệ thống làm mát cho quy trình công nghiệp hoặc HVAC, cần cân nhắc một số điểm cơ bản sau: từ đó, chúng ta có thể lựa chọn hệ thống phù hợp nhất cho nhà máy. Cụ thể, quyết định này phải tính đến cả nhiệt độ vận hành yêu cầu và điều kiện môi trường tại vị trí lắp đặt.

 

 

 

Ví dụ, nếu cần nhiệt độ của chất lỏng được làm mát thấp hơn nhiệt độ môi trường, thì hệ thống bay hơi sẽ là lựa chọn tốt hơn: trong trường hợp này, giới hạn lý thuyết tối thiểu của chất lỏng được làm mát, như chúng ta đã thấy, là nhiệt độ ướt của không khí .

Mặt khác, hệ thống làm mát khô dựa trên trao đổi nhiệt hữu hình, kém hiệu quả hơn nhiều so với trao đổi nhiệt ẩn bốc hơi. Giới hạn trong trường hợp này được xác định bởi nhiệt độ của chất lỏng làm mát, cụ thể là không khí xung quanh. Khi nhiệt độ chất lỏng đủ để làm mát đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường, nên sử dụng bộ làm mát không khí.

Lựa chọn thứ ba là thiết kế một hệ thống đoạn nhiệt trong đó nhiệt độ chất lỏng mong muốn bằng hoặc thấp hơn một chút so với nhiệt độ môi trường xung quanh.

Tất cả những điều này giúp chứng minh rằng không có hệ thống làm mát nào "tốt cho mọi mùa": việc đưa ra lựa chọn đúng đắn, dựa trên các yêu cầu thiết kế và điều kiện môi trường, có nghĩa là tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng , giảm không gian cần thiết và đảm bảo hệ thống ở trong điều kiện có thể hoạt động tốt nhất.

Thiết bị làm lạnh là một chủ đề riêng biệt: tuy nhiên, trong trường hợp này, chúng ta đang nói về các thiết bị sử dụng các thành phần cơ học cụ thể để làm mát (máy nén, máy bay hơi), thay vì các thành phần "tự nhiên" như không khí hoặc nước.