Hướng dẫn tính toán tháp giải nhiệt chuẩn nhất - tiết kiệm nhất

Việc tính toán tháp giải nhiệt sẽ phần nào hỗ trợ bạn chọn mua được sản phẩm phù hợp cũng như có cách lắp đặt hợp lý. Tuy nhiên không phải ai cũng biết cách tính toán tháp hạ nhiệt, cùng chúng tôi tìm hiểu ngay sau đây nhé.

Nguyên lý vận hành của tháp giải nhiệt

Để tính toán tháp giải nhiệt thì bạn cần phải hiểu nguyên lý hoạt động của tháp giải nhiệt, đại đa số các mẫu tháp giải nhiệt trên thị trường hiện nay đều vận hành theo nguyên lý trích nhiệt từ dòng nước nóng sau đó thải ra bên ngoài. Các hệ thống máy móc khi hoạt động lâu sẽ gia nhiệt, cần được làm mát bằng nước để quá trình vận hành được đảm bảo. Lượng nước sau khi làm mát thì sẽ bị nóng lên. Thay vì xả bỏ thì nó sẽ được đưa đến tháp giải nhiệt để làm mát sau đó được tái sử dụng.

Tháp giải nhiệt vận hành theo nguyên lý trích nhiệt rồi xả ra ngoài

Cụ thể, máy bơm sẽ bơm dòng nước nóng quá nhiệt vào bên trong tháp thông qua hệ thống ống dẫn. Nước nóng sẽ theo các ống dẫn đi đến đầu phun ở trên cao. Tại đây, nước nóng sẽ được phun trực tiếp dưới dạng tia xuống tấm tản nhiệt bên dưới. Nước sẽ chảy đều trên tấm tản nhiệt nhằm tối ưu quá trình làm mát.

Lúc này động cơ trên đỉnh tháp vận hành làm cho quạt quay nhanh tạo luồng gió hút không khí lạnh từ bên ngoài vào bên trong tháp theo các cửa hút. Khí lạnh được đẩy lên trên tiếp xúc với tấm tản nhiệt chứa nước nóng. Sự va chạm này khiến cho nước nóng bị bốc hơi. Hơi nóng được đưa ra ngoài, còn nước lạnh sau khi hạ nhiệt sẽ rơi xuống bồn chứa phía dưới và làm mát cho máy móc qua hệ thống, tạo thành một vòng tuần hoàn.

Nước mát chảy xuống bể chứa

Hướng dẫn tính toán thiết kế tháp giải nhiệt

Để thiết kế tháp giải nhiệt, chúng ta cần nắm được các công thức tính toán tháp giải nhiệt sau đây.

Cách tính công suất của tháp

Việc đầu tiên khi tính toán tháp giải nhiệt là tính công suất tháp giải nhiệt (tính mức độ tỏa nhiệt của máy móc). Dựa vào độ tỏa nhiệt mà người dùng sẽ lựa chọn tháp giải nhiệt có công suất phù hợp.

Công thức tính toán mức tỏa nhiệt của máy móc là:

Q = C*M*(T2-T1)

Trong đó:

• Q: công suất tỏa nhiệt
• C: nhiệt dung riêng của nước với giá trị không đổi 4200 (J/kg*K)
• M: khối lượng của nước (tính thông qua lưu lượng nước sử dụng)
• T2: nhiệt độ của nước sau khi đã hạ nhiệt làm mát
• T1: nhiệt độ của nguồn nước nóng ban đầu khi vào tháp

Tham khảo bảng chọn công suất tháp khi tính toán tháp giải nhiệt

Kết hợp với yếu tố nhiệt độ môi trường, mặt bằng,... từ đó xác định được công suất làm mát của tháp giải nhiệt cũng như số lượng tháp cần dùng.

Hướng dẫn tính lượng nước do bốc hơi

Trong quá trình trao đổi nhiệt của tháp, sự tiếp xúc của không khí lạnh với dòng nước nóng sẽ tạo ra sự “sốc nhiệt”, hơi nóng sẽ bị cuốn ra ngoài, cuốn theo hơi nước, dẫn tới hao hụt nước. Đây là sự hao hụt nước do bay hơi dựa theo nguyên lý làm việc của tháp tản nhiệt. Chúng ta có thể tính lượng nước do bốc hơi theo công thức sau:

E = Q / 1000 = (T1 – T2) / 1000xL

Trong đó:

• E: nước bốc hơi (GPM)
• Q: tải nhiệt (BTU/Hr)
• 1000: là nhiệt độ bốc hơi của nước (BTU/Hrº)
• T1: nhiệt độ nước đầu vào (Fº)
• T2: nhiệt độ nước đầu ra (Fº)
• L: là lưu lượng nước tuần hoàn (GPM)

Nước thất thoát do bốc hơi cần phải được tính khi tính toán tháp giải nhiệt

Cách tính lượng nước mất đi do phun trào

Tình trạng thất thoát nước của tháp hạ nhiệt do phun trào sẽ phụ thuộc chính vào thiết kế của tháp cùng với tốc độ của không khí. Thông thường lượng nước tháp giải nhiệt thất thoát do phun trào sẽ chiếm khoảng từ 0,2 - 0,3 % tổng lượng nước ở trong tháp.

Tính lượng nước mất đi do xả thường xuyên

Khi nước trong tháp đang tuần hoàn trong một thời gian dài, những chất rắn hình thành, tích tụ. Khi nồng độ này tăng lên sẽ khiến nước “xả tràn ra ngoài” một lượng nhất định. Nhằm ngăn chặn sự tích tụ những chất ô nhiễm có thể ảnh hưởng tới cấu trúc của tháp.

Chất rắn tích tụ và chất lượng nước ở trong tháp là 2 yếu tố chính gây ra thất thoát nước do xả tràn. Thông thường, lượng nước tháp giải nhiệt thất thoát do xả nước này sẽ chiếm khoảng 0,3% tổng lượng nước tuần hoàn.

Để giảm sự thất thoát nước do xả tràn thì bạn có thể tham khảo theo các bước sau:

• Mở các cống trên những lưu vực nước nóng trong khi tháp giải nhiệt làm mát đang hoạt động.
• Tăng mực nước hoạt động nhằm dự đoán nước chảy tràn ra khỏi cửa cống.
• Thay thế nước trong lưu vực nước lạnh cùng ống dẫn hàng năm. Điều này nhằm ngăn cản tình trạng tích tụ quá nhiều chất lắng đọng dẫn tới xả tràn.

Xả nước thường xuyên cũng gây thất thoát nước

Cách tính lượng nước bổ sung cần thiết cho tháp giải nhiệt

Lượng nước cần bổ sung cho tháp giải nhiệt sẽ được tính theo công thức sau:

M=E+C+D

Trong đó:

• M = nước bổ sung
• 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 tiến hành xả thường xuyên.

Công thức này được đưa ra khi tháp hạ nhiệt nước được lắp đặt sử dụng cho quá trình giải nhiệt có thiết kế nhiệt độ chênh lệch là 5oC. Trong trường hợp này, lượng nước bổ sung cần thiết cho những tháp làm mát là khoảng 2% so với lượng nước tuần hoàn.

Cách chọn bơm thích hợp cho tháp giải nhiệt

Bơm tháp giải nhiệt

Một phần không thể thiếu khi tính toán tháp giải nhiệt là lựa chọn máy bơm thích hợp cho tháp giải nhiệt. Bơm nước tháp giải nhiệt  có nhiệm vụ bơm nước cho tháp do đó có 2 yếu tố cần quan tâm khi lựa chọn bơm tháp giải nhiệt là lưu lượng nước và áp suất của bơm. Trên cùng một máy bơm nước giải nhiệt, quan hệ giữa lưu lượng nước và bơm là một hàm nghịch biến. Có nghĩa là nếu lưu lượng nước cao thì áp suất giảm và ngược lại.

Lưu lượng nước và áp suất của tháp sẽ được xác định theo hai cách khác nhau. Cụ thể, lưu lượng được xác định thông qua tháp, còn áp suất lại được xác định thông qua vị trí giữa bơm và tháp, kích thước cùng đường đi của ống dẫn nước.

Khi có đủ những yếu tố trên thì bạn sẽ chọn được mã bơm cần thiết cho tháp.

Minh họa mối quan hệ giữa lưu lượng và áp suất của bơm tháp giải nhiệt

Tính thể tích của bể trung gian

Thiết kế bể trung gian của tháp giải nhiệt phải lớn hơn thể tích tối thiểu là Vmin (Vtg ≥Vmin), để có thể đảm bảo khả năng tuần hoàn cũng như là tính liên tục của hệ thống. Thể tích của bể Vmin sẽ được tính dựa trên thể tích đường ống cùng công suất tháp giải nhiệt.
Công thức tính như sau:

Vmin = 6.5 * Q + Vdo

• Trong đó:
  Q: Công suất giải nhiệt của hệ thống tháp làm mát
  Vdo: Thể tích đường ống

Những lưu ý khi tính toán thiết kế tháp giải nhiệt

Khi tính toán tháp giải nhiệt để thiết kế và lắp đặt thì bạn nên lưu ý một số điểm như sau:

Lưu ý khi tính toán tháp giải nhiệt để thiết kế, lắp đặt

• Cần xác định được các thông số liên quan như lượng máy móc cần làm mát, diện tích khu vực lắp đặt, nguồn nước,... để tính toán các thành phần của tháp.
• Lựa chọn vị trí lắp đặt tháp giải nhiệt có luồng không khí ổn định, ít bụi bẩn, ít axit và các vật liệu gây ăn mòn để không làm giảm tuổi thọ và không gây ảnh hưởng tới hiệu quả làm mát nước của thiết bị.
• Không nên lắp ráp tháp giải nhiệt gần các nguồn nhiệt. Vì những nguồn nhiệt này sẽ nâng cao nhiệt độ của môi trường xung quanh làm ảnh hưởng tới hiệu quả làm mát của tháp.
• Đảm bảo đủ không gian lắp đặt hệ thống đường ống ra – vào của tháp làm mát nước.
• Nền lắp đặt tháp tản nhiệt nước phải bằng phẳng, chắc chắn, tháp có thể đứng thẳng và không nghiêng lệch.
• Nếu lắp đặt 2 tháp giải nhiệt liền nhau thì cần đảm bảo khoảng cách giữa hai tháp lớn hơn 1/3 đường kính của tháp.
• Có thể tham khảo các phần mềm tính chọn tháp giải nhiệt để xác định các thông số tháp phù hợp.
• Phần chân đế tháp nên lắp đặt thêm thiết bị chống ồn nhằm giảm hiện tượng chấn động của hệ thống.

*Lưu ý: Tùy vào từng vị trí đặc thù mà việc lắp đặt tháp giải nhiệt nước có thể điều chỉnh để phù hợp. Hãy liên hệ những đơn vị cung ứng tháp giải nhiệt chuyên nghiệp để được hỗ trợ lắp đặt chuyên nghiệp, đúng chuẩn.

Trên đây là tổng hợp cách tính toán tháp giải nhiệt. Nếu bạn không chắc chắn hãy chọn mua tháp giải nhiệt tại những đơn vị uy tín để được tư vấn chọn mua sản phẩm phù hợp cũng như hỗ trợ lắp đặt đúng chuẩn.

>>> Phải hiểu ngay ý nghĩa thông số kỹ thuật của tháp giải nhiệt để lựa chọn tháp phù hợp