Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán tháp giải nhiệt ứng dụng trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí

Nguyễn Công Vinh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 59 - 65 
59 
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN THÁP GIẢI NHIỆT 
ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT LẠNH VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ 
Nguyễn Công Vinh, Nguyễn Lê Châu Thành* 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - ĐH Đà Nẵng 
TÓM TẮT 
Trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí, tháp giải nhiệt đóng vai trò rất quan trọng để làm mát 
nước trong bình ngưng. Tuy nhiên, trong điều kiện khí hậu nóng ẩm của Việt Nam, khi tháp giải 
nhiệt làm việc kém hiệu quả sẽ gây ra những hạn chế cho tổ hợp hệ thống máy lạnh. Để giải quyết 
những vấn đề này, cần phải nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm phù hợp với lượng 
nhiệt thải bình ngưng của hệ thống lạnh, hay nói cách khác là tháp giải nhiệt phải thải được toàn 
bộ lượng nhiệt do bình ngưng thải ra. Mặt khác, cần tính toán tối ưu về mặt kinh tế nghĩa là phải 
chọn tháp giải nhiệt sao cho tổng thể tiêu tốn điện năng để sản xuất ra một đơn vị lạnh là thấp nhất. 
Trong khi đó, để xác định các đại lượng của tháp giải nhiệt có sử dụng nhiều thông số, công thức 
phức tạp và tốn khá nhiều thời gian. Vì vậy để thuận lợi cho việc này, chúng tôi xây dựng các lưu 
đồ thuật toán và thiết lập chương trình tính toán mô phỏng tháp giải nhiệt. Chương trình cho phép 
người sử dụng có nhiều lựa chọn với nhiều công suất khác nhau, giúp rút ngắn thời gian tính toán 
và đạt độ chính xác cao nhất. 
Từ khóa: Tháp giải nhiệt; hệ số trao đổi nhiệt; nhiệt độ; chương trình; hệ thống lạnh. 
ĐẶT VẤN ĐỀ* 
Hiện nay, tháp giải nhiệt (TGN) là thiết bị 
trao đổi nhiệt hỗn hợp loại dùng đệm được sử 
dụng rộng rãi, trong các ngành như điện lạnh; 
ngành nhựa; thủy hải sản; luyện kim; dược 
phẩm ...Đối với hệ thống lạnh, TGN là một 
thiết bị trao đổi nhiệt dùng để làm mát nước 
tuần hoàn cho bình ngưng tụ bằng cách bay 
hơi một phần nước vào không khí và trao đổi 
nhiệt với không khí khi cho nước tiếp xúc 
trực tiếp với không khí của môi trường. Cũng 
như các thiết bị trao đổi nhiệt khác, năng suất 
giải nhiệt của TGN không phải cố định mà 
thay đổi theo điều kiện làm việc. Trong đó chi 
phí điện năng cung cấp cho máy nén, bơm 
nước, quạt gió, chi phí đầu tư ban đầu, chi phí 
vận hành cần phải tính toán kỹ để vừa đảm 
bảo về mặt kỹ thuật vừa mặt kinh tế. Nghĩa là 
phải tính chọn tháp giải nhiệt sao cho tổng thể 
tiêu tốn điện năng để sản xuất ra một đơn vị 
lạnh là thấp nhất. Ở trong bài báo này, chủ 
yếu đi sâu nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt 
và trao đổi ẩm trong TGN kiểu tròn ứng dụng 
trong kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí. 
Dựa trên cơ sở từ các tài liệu, chúng tôi xây 
*
 Tel: 0989 296540, Email: nguyenlechauthanh@gmail.com 
dựng sơ đồ thuật toán, giao diện chương trình 
tính toán các thông số của tháp bằng ngôn 
ngữ phần mềm Visual basic 6.0. 
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tháp 
giải nhiệt 
Hình 1. Cấu tạo tháp giải nhiệt 
Tháp giải nhiệt là một thiết bị làm mát nước, 
dựa theo nguyên tắc tạo mưa và làm mát bằng 
gió. Luồng không khí theo hướng ngược với 
lưu lượng nước. Nước nóng sau khi ra khỏi 
bình ngưng được đưa lên cao rồi phun qua 
các lỗ nhỏ tạo thành các giọt nước, các giọt 
nước này rơi trên các lá chắn tạo thành các 
hạt nhỏ hơn hoặc chảy thành từng lớp mỏng 
Nguyễn Công Vinh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 59 - 65 
60 
qua lớp đệm từ trên xuống dưới. Mặt khác 
không khí từ ngoài tháp (là không khí ẩm của 
môi trường xung quanh chưa bão hòa, φ < 
100%) nhờ quạt gió hút vào đi từ dưới lên và 
ra khỏi tháp. Không khí tiếp xúc với nước sẽ 
thực hiện quá trình trao đổi nhiệt. Nước sẽ tỏa 
nhiệt cho không khí, hạ thấp nhiệt độ và quay 
về bình ngưng. Qúa trình truyền nhiệt giữa 
nước và không khí được thực hiện bằng hai 
cách: cách thứ nhất là truyền nhiệt bằng đối 
lưu do chênh lệch nhiệt độ giữa nước và 
không khí; và cách thứ hai là truyền nhiệt 
bằng truyền ẩm nghĩa là do nước bay hơi vào 
trong không khí. Thực tế trong TGN thì nhiệt 
truyền từ nước vào không khí bằng cách bay 
hơi là chủ yếu [1]. 
Cơ sở tính toán 
Khi tính toán TGN chúng ta cần xem xét một 
số giả thiết gần đúng và để tiện lợi trong quá 
trình tính toán, tên các đại lượng và đơn vị 
được ký hiệu như sau: 
- Hệ số trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm cũng như 
các thông số vật lý, nhiệt ẩn hóa hơi, nhiệt 
dung riêng của không khí ẩm được xem là 
không đổi trên toàn bộ diện tích (Fx) tiếp xúc 
giữa không khí và nước. 
- Nhiệt độ màng nước trên bề mặt cắt ngang 
bất kỳ của tháp được xem là nhiệt độ trung 
bình của nước trên tiết diện (F) này. 
Qk- công suất bình ngưng (kW); η- hiệu suất 
tháp (%); ∆t- hiệu nhiệt độ vào ra (0C); Ck- 
nhiệt dung riêng của không khí (kJ/kg.K); Cn- 
nhiệt dung riêng của nước (kJ/kg.K); t- nhiệt 
độ (0C); ε- hệ số dính ướt của nước trên bề 
mặt đệm; φ- độ ẩm tương đối (%); B- áp suất 
khí trời (bar); I- entanpy (kJ/kg); d- độ chứa 
ẩm (kg ẩm/kg kk); v- thể tích tự do khối đệm 
(m
3
/m
3
); f- bề mặt của một đơn vị thể tích 
khối đệm (m3/m2); μ- độ nhớt động lực của 
không khí (N.s/m
2); ρ- khối lượng riêng 
(kg/m
3
); g- gia tốc trọng trường (m/s2); νk - 
độ nhớt động học của không khí (m2/s); pb- 
phân áp suất (bar); Re- hệ số Reynold; Ar- hệ 
số Arximed; M- mật độ tưới (m3/m2.h); Ψ- hệ 
số tưới (m3/m2.h); ∆pk- trở kháng khối đệm 
(mm H2O); β- hệ số truyền ẩm (kg/m
2.s); α- 
hệ số tỏa nhiệt (W/m2.0K); ω- tốc độ không 
khí (m/s). 
Xác định các thông số của nước và không khí 
Khi không khí vào tháp có độ ẩm φ ≤ 100% 
thì nhiệt độ t’k ≥ tu , nghĩa là nhiệt độ thấp 
nhất của không khí vào tháp t’k = tu. Vậy điều 
kiện để kiểm tra chương trình, thì nhiệt độ 
nước ra khỏi tháp t”n phải lớn hơn nhiệt độ 
nhiệt kế ướt của không khí vào tháp tu và 
được chọn như sau: 
- Nhiệt độ của nước ra khỏi tháp: 
Hình 2. Sơ đồ trao đổi nhiệt giữa nước và không 
khí trong tháp giải nhiệt 
t"n = tu + ∆t ; với ∆t = (3 ÷ 5) (1) 
- Nhiệt độ nước vào tháp: 
 
1
t
t't