Tìm hiểu tháp giải nhiệt

Trong hệ thống làm mát bằng nước, tháp giải nhiệt có nhiệm vụ hết sức quan trong. Vậy tháp giải nhiệt là gì, cấu tạo, nguyên lý làm việc ra sao. Cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây nhé.

Tháp giải nhiệt là gì?

Tháp giải nhiệt, còn gọi là tháp làm mát hoặc tháp tản nhiệt (tiếng Anh: Cooling Tower), là một thiết bị được sử dụng để giảm bớt lượng nhiệt dư thừa từ nước bằng cách thải nhiệt ra ngoài khí quyển. Nước nóng từ các quá trình công nghiệp hoặc hệ thống điều hòa sẽ được làm mát qua quá trình bay hơi trong tháp giải nhiệt trước khi quay trở lại hệ thống để tiếp tục sử dụng.

Tháp giải nhiệt thường được ứng dụng trong các nhà máy, xí nghiệp, và hệ thống HVAC (sưởi, thông gió và điều hòa không khí).

Nhiệm vụ

Giảm nhiệt độ hiệu quả: Tháp giải nhiệt có khả năng làm giảm nhiệt độ của nước thấp hơn so với các thiết bị chỉ sử dụng không khí để loại bỏ nhiệt. Điều này giúp cải thiện hiệu suất làm mát của toàn bộ hệ thống.

Bảo vệ thiết bị: Việc duy trì nhiệt độ ổn định giúp tránh gây hư hỏng cho các thiết bị trong hệ thống, kéo dài tuổi thọ của máy móc và giảm thiểu chi phí bảo trì.

Tiết kiệm năng lượng và chi phí: Sử dụng tháp giải nhiệt giúp tối ưu hóa hiệu suất năng lượng, từ đó giảm chi phí vận hành cho hệ thống lạnh.

Tính linh hoạt: Tháp giải nhiệt có thể được điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu làm mát khác nhau trong các ứng dụng công nghiệp đa dạng.

Cấu tạo tháp giải nhiệt

1. Tháp giải nhiệt
2. Thiết bị ngưng tụ
3. Hơi môi chất vào
4. Lỏng môi chất ra
5. Rơ le áp lực nước
6. Mô tơ quạt
7. Bơm nước
8. Bơm nước bổ sung
9. Đường cân bằng
10. Áp kế
11. Phin lọc
12. Phao

Nguyên lý làm việc

Tháp giải nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển giao nhiệt giữa nước và không khí. Quy trình làm việc của tháp giải nhiệt diễn ra như sau:

1. Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ: Nước được bơm vào thiết bị ngưng tụ và thiết bị làm mát dầu cho máy nén, với nhiệt độ ban đầu khoảng $(22-28)°C$. Nhiệt độ này phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường.
2. Tăng nhiệt độ nước: Sau khi đi qua các thiết bị làm mát, nước sẽ hấp thụ nhiệt từ các thiết bị này và tăng nhiệt độ lên đáng kể, đạt khoảng $(30-40)°C$.
3. Cần hạ nhiệt độ nước: Nước có nhiệt độ cao không thể đưa trực tiếp trở lại để làm mát. Để tiết kiệm chi phí và duy trì hiệu quả sản xuất, cần phải hạ nhiệt độ nước về mức như ban đầu. Tháp giải nhiệt là thiết bị hiệu quả để thực hiện nhiệm vụ này.
4. Trao đổi nhiệt: Tại đỉnh tháp giải nhiệt, quạt hút quay với tốc độ lớn sẽ hút không khí từ hai bên hông tháp vào trong. Nước nóng từ các thiết bị thải nhiệt được đưa lên sàng ở đỉnh tháp, nơi nó được phân tán và tạo thành mưa. Trong quá trình này, nước sẽ trao đổi nhiệt với không khí.
5. Giảm nhiệt độ nước: Quá trình trao đổi nhiệt giữa nước và không khí dẫn đến việc nhiệt độ nước giảm xuống. Nước lạnh sẽ rơi xuống đáy tháp, đạt nhiệt độ như ban đầu.
6. Tuần hoàn trở lại: Nước đã được làm mát sau đó được bơm trở lại các thiết bị thải nhiệt để tiếp tục chu trình làm mát, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả.

Phân loại

Theo hình dáng thiết kế

Tháp giải nhiệt tròn

Tháp giải nhiệt tròn là một thiết bị phổ biến trong các đơn vị sản xuất vừa và nhỏ, được thiết kế để làm mát nước hiệu quả. Dưới đây là mô tả chi tiết về nguyên lý hoạt động của tháp giải nhiệt tròn:

1. Khởi động tháp giải nhiệt: Khi tháp được khởi động, nước sẽ được phun từ trên xuống qua tấm tản nhiệt. Hệ thống đầu phun và ống chia nước đảm bảo nước được phân phối đều trên bề mặt tản nhiệt.
2. Cung cấp không khí: Không khí mát từ bên ngoài được đưa vào tháp qua cửa vào nằm ở đáy tháp. Không khí sẽ di chuyển ngược lên, đi qua tấm tản nhiệt và tiếp xúc với nước.
3. Trao đổi nhiệt: Trong quá trình này, không khí mát sẽ hấp thụ nhiệt từ nước. Khi không khí tiếp xúc với nước, hơi nước nóng sẽ được cuốn theo và thải ra ngoài môi trường.
4. Giảm nhiệt độ nước: Nước sau khi được làm mát sẽ giảm nhiệt độ từ 5 – 12°C (tùy thuộc vào dòng tháp) so với nhiệt độ ban đầu. Nước mát này sẽ được sử dụng để làm mát cho các máy móc, khu văn phòng hoặc tòa nhà lớn.
5. Tuần hoàn nước: Sau khi sử dụng, nước nóng từ các nhà máy sẽ được đưa trở lại tháp giải nhiệt để tiếp tục quy trình làm mát. Quá trình này lặp lại, đảm bảo hiệu quả làm mát liên tục cho hệ thống.

Tháp giải nhiệt vuông

Tháp giải nhiệt vuông là thiết bị rất phù hợp cho các đơn vị sản xuất quy mô lớn, giúp kiểm soát nhiệt độ hiệu quả trong quy trình sản xuất.

Luồng Khí và Nước:

• Thiết kế tháp cho phép luồng khí đi xuống bồn nước theo phương thẳng đứng, đồng thời với lưu lượng nước chảy thẳng xuống dưới nhờ trọng lực.
• Nước được phân phối đều trên bề mặt màng giải nhiệt thông qua hệ thống phân phối nước dạng máng hoặc đầu phun.

Quá Trình Giải Nhiệt:

• Khi nước chảy xuống, không khí luân chuyển sẽ cuốn theo hơi nước nóng ra ngoài, giúp giảm nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn.
• Nước sau khi được làm mát sẽ được đưa về nhà xưởng để giải nhiệt cho các hệ thống máy móc và thiết bị, đảm bảo hiệu suất hoạt động.

Ưu Điểm:

• Hiệu Suất Cao: Thiết kế thẳng đứng giúp tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt giữa nước và không khí.
• Phù Hợp với Quy Mô Lớn: Tháp giải nhiệt vuông rất hiệu quả cho các nhà máy và cơ sở sản xuất lớn cần kiểm soát nhiệt độ liên tục.

Theo nguyên lí hoạt động

Dựa trên nguyên lý hoạt động, tháp giải nhiệt được chia thành hai loại: đối lưu tự nhiên và đối lưu cơ học.

Tháp giải nhiệt đối lưu tự nhiên

• Hoạt động theo cơ chế sử dụng chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài để làm mát.
• Hơi nước có nhiệt độ cao trong tháp sẽ bay lên, trong khi không khí mát từ bên ngoài đi vào, làm giảm nhiệt độ của nước.
• Hình thức này thường được áp dụng cho các nhà xưởng cần công suất giải nhiệt cao.

Tháp giải nhiệt đối lưu cơ học

• Sử dụng quạt để hút khí theo nguyên lý cưỡng bức trong dòng nước lưu thông.
• Điều này giúp tăng thời gian tiếp xúc giữa không khí và nước, từ đó nâng cao khả năng giải nhiệt.
• Hiệu suất giải nhiệt của loại tháp này phụ thuộc vào công suất của quạt và đệm trợ lực trong hệ thống.

Theo cơ chế tuần hoàn nguồn nước

Tháp giải nhiệt không tuần hoàn

• Đây là hệ thống tháp lấy nước từ các nguồn nước lớn như sông, hồ mà không tái sử dụng nước.
• Hệ thống này tiết kiệm chi phí, nhưng cần có quy trình xử lý nước để ngăn ngừa cáu cặn, giúp tránh hư hỏng cho tháp.

Tháp giải nhiệt tuần hoàn kín

• Loại tháp này giữ lại một lượng nước nhất định trong ống.
• Tuy nhiên, cần thực hiện quy trình ngăn ngừa vi sinh và chống ăn mòn khi hoạt động trong thời gian dài để bảo đảm hiệu suất.

Tháp tuần hoàn hở

• Khác với hai loại trên, tháp này được sử dụng phổ biến hơn.
• Nước tuần hoàn sẽ bay hơi liên tục và được bổ sung bằng lượng nước tương đương.
• Điều này làm cho chất lượng nước thay đổi liên tục, do đó người dùng cần thường xuyên kiểm tra và bảo dưỡng vệ sinh.

---

*Nguồn tham khảo: Tự động điều khiển các quá trình nhiệt lạnh – Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng