Việc lựa chọn tháp giải nhiệt phù hợp là một bài toán khó đối với các chủ xí nghiệp và nhà đầu tư, bởi tháp giải nhiệt có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động cũng như độ bền của hệ thống máy móc. Để đảm bảo quá trình vận hành diễn ra một cách ổn định, việc thiết kế và tính toán tháp giải nhiệt cần được thực hiện một cách chính xác, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về nhiệt độ và các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan. Bài viết này sẽ cung cấp công thức tính toán tháp giải nhiệt một cách chính xác và chuyên nghiệp, giúp bạn đưa ra lựa chọn tối ưu nhất cho hệ thống của mình.
1. Nguyên lý vận hành của tháp giải nhiệt
Để tính toán công suất tháp giải nhiệt, bạn cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của tháp.
Tháp giải nhiệt hoạt động dựa trên cơ chế làm mát dòng nước nóng từ hệ thống máy móc, sau đó thải nhiệt ra môi trường. Khi máy móc vận hành liên tục, chúng sản sinh ra nhiệt lượng lớn, khiến nước làm mát trong hệ thống nóng lên. Thay vì xả bỏ, nước này được đưa vào tháp giải nhiệt để làm mát và tái sử dụng.
Quá trình bắt đầu khi nước nóng được bơm qua các ống dẫn vào tháp và phun thành tia từ đầu phun ở trên cao xuống tấm tản nhiệt. Tại đây, nước chảy qua các tấm tản nhiệt, phân bổ đều giúp tối ưu hóa hiệu quả làm mát.
Cùng lúc đó, quạt ở đỉnh tháp hoạt động, hút không khí từ bên ngoài qua các cửa hút. Không khí mát sẽ đi qua tấm tản nhiệt và tiếp xúc với dòng nước nóng, tạo ra sự trao đổi nhiệt. Nước nóng sẽ bay hơi một phần, giúp hạ nhiệt độ còn lại. Hơi nóng được đẩy ra ngoài, trong khi nước mát rơi xuống bồn chứa và quay lại hệ thống để tiếp tục làm mát, tạo thành một vòng tuần hoàn khép kín.
Xem thêm: Hệ thống giải nhiệt Chiller
2. Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tính toán
Khi tính toán tháp giải nhiệt, cần xem xét các yếu tố như công suất hệ thống, lưu lượng nước, nhiệt độ đầu vào và đầu ra, cũng như điều kiện khí hậu tại khu vực lắp đặt.
3. Công thức tính toán tháp giải nhiệt cơ bản
Để thiết kế tháp giải nhiệt, việc nắm rõ các công thức tính toán là vô cùng quan trọng. Những công thức này giúp xác định công suất cần thiết, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và tiết kiệm năng lượng. Dưới đây là một số công thức cơ bản cần lưu ý trong quá trình thiết kế tháp giải nhiệt.
Tính công suất của tháp
Khi thiết kế tháp giải nhiệt, bước quan trọng đầu tiên là xác định công suất phù hợp dựa trên mức nhiệt tỏa ra từ máy móc trong hệ thống. Việc tính toán này giúp chọn tháp có công suất đáp ứng đúng nhu cầu làm mát, đảm bảo hoạt động hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.
Công thức: Q = C × M × (T2−T1)
Trong đó:
- Q: Công suất tỏa nhiệt của máy móc (W).
- C: Nhiệt dung riêng của nước, thường lấy giá trị là 4200 J/kg*K.
- M: Lượng nước được sử dụng (kg), tính dựa trên lưu lượng nước tuần hoàn.
- T2: Nhiệt độ nước sau khi đã được làm mát (°C).
- T1: Nhiệt độ nước trước khi đi vào tháp giải nhiệt (°C).
Tính lượng nước do bốc hơi
Trong quá trình hoạt động của tháp giải nhiệt, khi không khí lạnh tiếp xúc với nước nóng, hiện tượng “sốc nhiệt” xảy ra, dẫn đến sự bốc hơi của nước và làm giảm lượng nước trong tháp.
Công thức: E = Q / 1000 = (T1−T2) / 1000 × L
Trong đó:
- E: Lượng nước bốc hơi (GPM – Gallons Per Minute).
- Q: Tải nhiệt của hệ thống (BTU/Hr – British Thermal Units per Hour).
- 1000: Giá trị nhiệt độ bốc hơi của nước (BTU/Hr°F).
- T1: Nhiệt độ nước đầu vào (°F).
- T2: Nhiệt độ nước đầu ra (°F).
- L: Lưu lượng nước tuần hoàn (GPM).
Tính lượng nước mất đi do phun trào
Lượng nước thất thoát trong tháp giải nhiệt do hiện tượng phun trào phụ thuộc chủ yếu vào thiết kế của tháp và tốc độ của không khí. Lượng nước này thường chiếm khoảng 0,2 – 0,3% tổng lượng nước trong tháp.
Tính lượng nước bị mất đi do xả thường xuyên
Khi nước trong tháp giải nhiệt được tuần hoàn trong một thời gian dài, các chất rắn có thể hình thành và tích tụ. Khi nồng độ các chất này tăng cao, nước sẽ bị xả ra ngoài nhằm ngăn chặn sự tích tụ của các chất ô nhiễm, điều này có thể ảnh hưởng đến cấu trúc và hiệu suất của tháp. Thông thường, lượng nước mất đi do xả thường xuyên chiếm khoảng 0,3% tổng lưu lượng nước tuần hoàn trong hệ thống.
Để giảm thiểu nước thất thoát do xả, bạn có thể thực hiện các biện pháp sau:
- Mở cống xả định kỳ ở lưu vực nước nóng khi tháp giải nhiệt hoạt động để loại bỏ chất rắn.
- Tăng mức nước hoạt động để kiểm soát tốt hơn lượng nước chảy tràn.
- Thay nước định kỳ trong lưu vực lạnh và ống dẫn để giảm lắng đọng chất rắn.
Tính lượng nước bổ sung
Để duy trì hiệu suất hoạt động của tháp giải nhiệt, việc tính toán lượng nước cần bổ sung là rất quan trọng.
Lượng nước này được xác định theo công thức sau: M = E + C + D
Trong đó:
- M: Lượng nước bổ sung (m³/h hoặc lít)
- E: Lượng nước mất đi do quá trình bay hơi
- C: Lượng nước mất đi do sự phun trào
- D: Lượng nước mất đi do xả thường xuyên
Công thức này được áp dụng cho tháp giải nhiệt với thiết kế có chênh lệch nhiệt độ khoảng 5°C. Theo tính toán, lượng nước bổ sung cần thiết cho các tháp làm mát thường chiếm khoảng 2% so với tổng lưu lượng nước tuần hoàn.
Tính thể tích của bể trung gian
Bể trung gian của tháp giải nhiệt cần có thể tích tối thiểu Vmin để đảm bảo khả năng tuần hoàn và duy trì tính liên tục của hệ thống. Thể tích tối thiểu này được xác định dựa trên công suất của tháp và thể tích của các đường ống trong hệ thống.
Công thức tính thể tích tối thiểu như sau: Vmin = 6.5 × Q + Vdo
Trong đó:
- : thể tích tối thiểu cần thiết cho bể trung gian (m³).
- Q: công suất giải nhiệt của hệ thống tháp (kW).
- : thể tích của các đường ống (m³).
4. Một số lưu ý khi tính toán thiết kế tháp giải nhiệt công nghiệp
Khi tính toán, thiết kế và lắp đặt tháp giải nhiệt, bạn nên lưu ý các điểm sau:
- Xác định rõ các thông số kỹ thuật như lượng máy móc cần làm mát, nhu cầu giải nhiệt, diện tích khu vực lắp đặt và nguồn nước sẵn có để tính toán kích thước và các thành phần của tháp.
- Lựa chọn vị trí lắp đặt tháp ở nơi có luồng không khí ổn định, ít bụi bẩn, không có hóa chất hoặc vật liệu ăn mòn để đảm bảo tuổi thọ và hiệu quả của tháp.
- Tránh lắp tháp giải nhiệt gần các nguồn nhiệt cao, vì chúng có thể làm tăng nhiệt độ môi trường xung quanh, làm giảm hiệu suất làm mát.
- Đảm bảo hệ thống đường ống ra – vào của tháp có đủ không gian để lắp đặt và vận hành dễ dàng.
- Nền lắp đặt phải bằng phẳng, chắc chắn, đảm bảo tháp đứng thẳng và không bị nghiêng lệch, tránh gây mất an toàn và giảm hiệu quả hoạt động.
- Khi lắp đặt nhiều tháp giải nhiệt liền nhau, khoảng cách giữa các tháp phải lớn hơn 1/3 đường kính của tháp để duy trì lưu thông không khí tốt.
- Có thể sử dụng các phần mềm chuyên dụng để tính toán và chọn loại tháp giải nhiệt phù hợp với yêu cầu của hệ thống.
- Nên lắp thêm thiết bị chống ồn ở phần chân đế để giảm hiện tượng chấn động và tiếng ồn khi tháp hoạt động.
KYODO vừa chia sẻ đến bạn đọc các công thức tính toán tháp giải nhiệt, giúp bạn có đủ thông tin để lựa chọn hệ thống tháp phù hợp với nhu cầu của mình. KYODO xin chân thành cảm ơn quý khách đã theo dõi và tin tưởng!
Xem thêm: Vận hành và bảo dưỡng tháp giải nhiệt