Tháp giải nhiệt – Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và Cách tính toán hệ thống

Tháp giải nhiệt – Cooling tower: Là hệ thống làm mát bằng nước là phương pháp giải nhiệt thường thấy cho các thiết bị trong sản xuất công nghiệp, trong các nhà máy điện, hay trong hệ thống điều hòa không khí… Nước được sử dụng để mang nhiệt từ các thiết bị sau đó thải vào không khí nhờ tháp giải nhiệt.

Tháp giải nhiệt là gì?

Tháp giải nhiệt là một thiết bị được sử dụng để chuyển lượng nhiệt dư thừa của nước ra ngoài khí quyển. Cơ chế hoạt động của tháp giải nhiệt có thể hoặc dựa vào sự bay hơi của nước vào không khí để loại bỏ nhiệt, hoặc dựa vào sự trao đổi nhiệt với không khí để giảm nhiệt độ.

Tháp Giải Nhiệt được ứng ụng trong các ngành như điện lạnh, ngành nhựa, thủy hải sản, luyện kim, dược phẩm hay cáp điện. Nó là một thiết bị được sử dụng để giảm nhiệt độ của dòng nước bằng cách trích nhiệt từ nước và thải ra khí quyển. Tháp giải nhiệt tận dụng sự bay hơi bởi thế nước được bay hơi vào không khí và thải ra ngoài khí quyển. Kết quả  là phần nước còn lại được làm mát đáng kể.

Cấu tạo của tháp giải nhiệt

• Vỏ tháp: được làm từ sợi thủy tinh chống han gỉ, chống ăn mòn, trong đó các thanh sắt cố định được xi mạng tráng kẽm, vì vậy độ bền của thiết bị rất cao và ít chịu tác động bởi thời tiết
• Cánh quạt: được cấu thành từ chất liệu hợp kim nhôm; cánh và mâm được thiết kế cân bằng với nhau
• Đế bồn: là bộ phận chứa nước

• Tấm tản nước: sử dụng chất liệu PVC có độ bền cao giúp cản lực gió và giảm thiểu thất thoát nước cũng như giúp người sử dụng hạn chế số lần thêm nước cho thiết bị.
• Hệ thống động cơ: được thiết kế đặc biệt giúp chống thấm nước, ngoài ra chúng có kết cấu gọn nhẹ, gia công tinh tế, chuyển động bằng bánh răng, có chỉ số an toàn cao, thao tác sử dụng khá đơn giản, dễ bảo dưỡng, đặc biệt chi phí bảo dưỡng động cơ thấp nhưng công suất motor vẫn được đảm bảo.
• Tấm giải nhiệt: được làm từ vật liệu PVC và được thiết kế dạng gợn sóng, có chức năng phân chia nước và giải nhiệt cho nguồn nước nóng giúp tối ưu hóa hiệu quả làm mát nước.
• Hệ thống phân nước: có thiết kế theo dạng đầu phun áp thấp, lỗ ống phun lớn nên ít bị ứ đọng nước làm cho khả năng phân nước lên toàn tấm giải nhiệt được đều hơn.
• Thiết bị chống ồn: đây là thiết bị giảm âm giúp giảm âm thanh của tiếng nước nhỏ giọt trong quá trình vận hành của tháp

Nguyên lý hoạt động

Tháp giải nhiệt tròn

Khi khởi động tháp giải nhiệt, nước sẽ được phun từ trên xuống tấm tản nhiệt theo dạng tia qua hệ thống đầu phun và ống chia nước của thiết bị.

Trong lúc đó, nguyên lý tháp giải nhiệt sẽ sử dụng không khí mát từ bên ngoài đưa vào tháp ở cửa vào nằm dưới đáy tháp. Không khí sẽ di chuyển ngược lên, đi qua tấm tản nhiệt, tiếp xúc với nước và cuốn theo hơi nước nóng đưa ra môi trường bên ngoài.

Nước mát còn lại trong tháp giảm từ 5 – 12°C (tùy dòng tháp) so với nhiệt độ ban đầu sẽ được đưa tới các nhà máy, xí nghiệp hoặc tòa nhà lớn để giải nhiệt cho máy móc, khu văn phòng. Sau đó, nước nóng từ các nhà máy lại được đưa đến tháp hạ nhiệt và lặp lại quy trình làm mát như trên.

 Tháp giải nhiệt vuông

Dòng tháp giải nhiệt cooling tower này có thiết kế luồng khí đưa xuống bồn nước theo phương thẳng đứng, cùng chiều với lưu lượng nước chảy thẳng xuống bởi tác động của trọng lực. Khi đó, nước sẽ được dàn đều trên bề mặt màng giải nhiệt qua hệ thống phân phối nước dạng máng hoặc đầu phun.

Cùng thời điểm đó, không khí luân chuyển sẽ cuốn theo hơi nước nóng ra môi trường bên ngoài, giúp làm giảm nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn. Cuối cùng, tương tự như tháp giải nhiệt nước dạng tròn, nước mát sẽ được đưa tới nhà xưởng để giải nhiệt cho hệ thống máy móc, trang thiết bị tại đây.

Tính toán thiết kế tháp giải nhiệt 

1 Tính công suất của tháp

Cần xác định các thông số

• Nhiệt độ nước trước khi vào hệ thống
• Nhiệt độ nước sau khi ra hệ thống
• Lưu lượng nước vào, ra hệ thống

Công thức nhiệt học

Q = C*M*(T2-T1)

Trong đó:

+C: Nhiệt dung riêng của nước 4200 (J/kg*K)

+M: Khối lượng của nước (tính thông qua lưu lượng)

+ T2-T1: Nhiệt độ sau trừ đi nhiệt độ lúc đầu

–       Ta sẽ có công suất tỏa nhiệt của hệ thống.

–       Cùng với yếu tố nhiệt độ môi trường, mặt bằng và tính quan trọng của hệ thống ta sẽ quyết định được công suất suất làm mát của tháp giải nhiệt, cũng như số lượng tháp giải nhiệt

=>  Ta chọn được mã tháp giải nhiệt cần thiết cho hệ thống (chú ý chuyển đổi đơn vị trong quá trình tính toán)