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
un
 (2) 
- Lượng nước phun trong tháp chính là lượng 
nước làm mát của bình ngưng: 
nnn
k
n
"t'tC
Q
G
 (3) 
- Lượng không khí vào ra là bằng nhau: 
kk0nkk
k
k
'd''dt.C'I''I
Q
G
 (4) 
- Lượng nước tưới bổ sung: 
 Gbs = Gk(dk” – dk’) (5) 
Xác định các thông số của tháp 
Để tính diện tích trao đổi nhiệt của bề mặt 
đệm (F) ta phải biết hệ số truyền nhiệt kF. 
Nguyễn Công Vinh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 59 - 65 
61 
Việc xác định thông số này khá phức tạp, bởi 
vì ngoài quá trình trao đổi nhiệt bằng đối lưu 
còn xảy ra quá trình trao đổi ẩm giữa không 
khí và nước. Tuy nhiên, chúng ta có thể lý 
luận dựa trên cơ sở là: lượng nhiệt trao đổi 
giữa không khí và nước (Q) bao gồm lượng 
nhiệt trao đổi bằng đối lưu của không khí khô 
(Qđ) và lượng nhiệt trao đổi qua việc trao đổi 
ẩm (Qa). Trên thực tế, vì (Qa) nhỏ hơn rất 
nhiều so với Qđ [1], nên có thể xem gần đúng 
Q = Qđ. 
Qđ = Gk.Ck(t”k - tk’) (6) 
- Mặt khác theo công thức Newton về trao đổi 
nhiệt đối lưu giữa không khí và nước qua bề 
mặt đệm F bằng: 
Qđ = α.F.∆t (7) 
- Diện tích của bề mặt khối đệm: 
Hình 3. Trao đổi nhiệt hỗn hợp dùng đệm 
t.
Q
.t.k
Q
F đ
F
 
 (8) 
- Thể tích khối đệm: 
f
F
V (9) 
- Chiều cao khối đệm: 
2D.
V.4
h
 (10) 
- Đường kính khối đệm: 
kk
k
..
G.4
D
  
 (11) 
Đường kính và chiều cao của tháp được tính 
chọn trên cơ sở chiều cao và đường kính của 
đệm đồng thời đảm bảo một số yêu cầu như: 
khoảng cách để lắp đặt quạt hút, mô tơ, 
khoảng trống để không khí hút vào, bố trí dàn 
phun nước 
- Tiêu chuẩn Reynold được xác định từ 
phương trình chuẩn: 
43,0
n
k57,0
e
G
G
Ar.045,0R 
 (12)
- Tiêu chuẩn Arximed: 
2
nk
3
tđ
g...d
Ar

 (13) 
- Tốc độ khí đi qua lỗ rỗng được xác định 
theo tiêu chuẩn Reynold: 
k
.e
k
.4
.fR
'

  (14) 
- Đường kính tương đương của lỗ đệm: 
f
v.4
d
tđ
 (15)
- Hệ số tỏa nhiệt đối lưu tính theo công thức 
gần đúng của Luic [1]. Quan hệ của Luic nêu 
lên sự đồng dạng giữa quá trình truyền nhiệt 
và quá trình truyền ẩm. 
α = Ck.β (16) 
- Hệ số truyền ẩm được xác định: 
2,0
tđ
8,0
kk d.
v
.
0047,0 
 
  (17) 
- Mật độ tưới được các định: 
n
2
n
.D.
G.4
M
 (18)
Nguyễn Công Vinh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 59 - 65 
62 
Hình 4. Lưu đồ thuật toán chương trình 
- Hệ số tưới được xác định: 
 M.04,02,1  (19) 
- Mật độ tưới tối thiểu theo kinh nghiệm: 
 Mmin = 0,12.f (20) 
- Mật độ tưới tối đa theo kinh nghiệm: 
 Mmax = (4 ÷ 6).Mmin (21) 
- Trở lực của dòng khí khi đi qua khối đệm 
xếp tự do được xác định: 
k
p.p  (22) 
- Trở kháng của khối đệm khi không khí đi 
qua đệm không có nước: 
8,1
tđ
2,0
k
2
kk
k
v.d.g
.'..6,7
.hp
 
 khi Re < 7000 (23) 
2
tđ
2,0
k
2
kk
k
v.d.g
.'..3,1
.hp
 
 khi Re ≥ 7000 (24) 
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH 
Xây dựng lưu đồ thuật toán và giao diện 
Trên cơ sở lý thuyết ở mục 2, chúng tôi chọn 
phần mềm Visual Basic 6.0 để xây dựng lưu 
đồ thuật toán tính toán, thiết kế giao diện của 
chương trình. Chương trình gồm ba phần: 
phần nhập số liệu ban đầu, phần xác định các 
thông số của nước và không khí, phần xác 
định các thông số của tháp [3]. 
 Hình 5. Giao diện chính của chương trình 
Nguyễn Công Vinh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 59 - 65 
63 
Chạy chương trình 
 Hình 6. Nhập thông số đầu vào Hình 7. Xác định các thông số của nước và không khí 
Sau khi nhập hoặc chọn xong các dữ liệu ban đầu (hình 6) thì chương trình chuyển qua xác định 
thông số trạng thái của nước và không khí (hình 7) và xác định các đại lượng cơ bản của tháp 
(hình 8). So sánh các số liệu nhập vào và các kết quả thu được từ phần mềm, chúng tôi rút ra 
được một số nhận xét sau đây: 
Hình 8. Xác định các thông số của tháp 
- Khi nhiệt độ không khí vào tháp không đổi nhưng độ ẩm tương đối φ của không khí tăng thì khả 
năng hoạt động của tháp giảm, nghĩa là nhiệt độ nước ra khỏi tháp (vào bình ngưng) tăng lên và 
làm giảm quá trình ngưng tụ của môi chất lạnh trong bình ngưng [2]. Muốn nhiệt độ nước ra khỏi 
tháp không đổi khi độ ẩm không khí vào tháp tăng, chúng ta phải tăng lượng không khí vào tháp 
tức là điều chỉnh tốc độ gió. Khi nhiệt độ kế ướt càng nhỏ nghĩa là độ ẩm tương đối không khí 
càng nhỏ, nước càng dễ bay hơi vào không khí và năng suất tháp tăng lên. Tuy nhiên điều này 
phụ thuộc vào môi trường xung quanh. 
Nguyễn Công Vinh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 59 - 65 
64 
- Để đảm bảo tốt quá trình trao đổi giữa khí 
và nước, cần có đủ lượng nước tưới trên bề 
mặt đệm. Nếu thiếu nước, bề mặt đệm có chỗ 
khô và làm giảm diện tích tiếp xúc giữa nước 
và khí. Ngược lại nếu tưới quá nhiều nước sẽ 
làm ngập từng vùng đệm, chất khí sẽ không đi 
qua được và cũng làm giảm bề mặt tiếp xúc. 
- Khi thay đổi nhiệt độ nước vào, nhiệt độ 
nước ra khỏi tháp và hiệu nhiệt độ ảnh hưởng 
rất lớn đến năng suất của tháp. Năng suất tháp 
càng cao khi nhiệt độ nước vào và ra càng cao 
và hiệu nhiệt độ càng giảm. 
- Khi nước đang tuần hoàn trong một thời 
gian dài, các chất rắn hình thành và khi nồng 
độ này tăng nó trở nên cần thiết để "xả tràn ra 
ngoài" một lượng nước nhất định từ tháp 
được biết đến như là một sự mất mát do tràn 
ra ngoài. Điều này sẽ ngăn chặn sự tích tụ các 
chất ô nhiễm có thể ảnh hưởng đến cấu trúc 
của tháp. Thực tế cho thấy lượng nước bổ 
sung cần thiết cho tháp làm mát là khoảng 2% 
lượng nước tuần hoàn. 
- Để đảm bảo sự phân bố đều giữa không khí 
và nước theo tiết diện [1], thì tỷ số giữa chiều 
cao đệm và đường kính đệm phải nằm trong 
khoảng 1,5 ÷ 2 ≤ 
D
h
 ≤ 5 ÷ 7 cũng như hiệu 
suất của tháp giải nhiệt có sử dụng quạt đạt từ 
(70% ÷ 80%) và kết quả chạy chương trình đã 
phản ánh đúng yêu cầu. 
KẾT LUẬN 
Ngày nay, với việc khoa học ngày càng phát 
triển, thì việc ứng dụng các phần mềm tin học 
để giải quyết các toán kỹ thuật nói chung và 
kỹ thuật lạnh nói riêng, trong đó liên quan đến 
quá trình tính toán các thông số của tháp giải 
nhiệt là hết sức cần thiết. Các số liệu thu được 
từ phần mềm cho thấy có thể xác định và 
đánh giá được những yếu tố đặc trưng ảnh 
hưởng đến hiệu quả trao đổi nhiệt của tháp. 
Phần mềm được viết bằng ngôn ngữ Visual 
Basic 6.0 có giao diện bằng tiếng Việt; cấu 
trúc đơn giản; dễ sử dụng và tiện lợi khi cập 
nhật dữ liệu. Phần mềm đã phần nào đạt được 
mục đích tự động hóa việc tính toán các của 
thông số của tháp, trạng thái của nước và 
không khí vào ra tháp. Từ đó có thể lựa chọn 
phương án thiết kế tối ưu đảm bảo tiết kiệm 
năng lượng và chi phí đầu tư ban đầu. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư (1999), 
Thiết bị trao đổi nhiệt, Nxb Khoa học Kỹ thuật. 
2. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (2007), Kỹ 
thuật lạnh cơ sở, Nxb Giáo dục. 
3. Đậu Quang Tuấn (2006), Tự học lập trình 
Micorsoft Visual Basic 6.0, Nxb Giao thông Vận tải
Nguyễn Công Vinh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 59 - 65 
65 
ABSTRACT 
THE STUDY OF BUILDING THE PROGRAM 
CALCULATE THE COOLING TOWER THE APPLICATION 
OF TECHNIQUES OF COLD AND AIR - CONDITIONING 
Nguyen Cong Vinh, Nguyen Le Chau Thanh
* 
University of Technology and Education – University of Danang 
In cold and air-conditioning, cooling tower plays a very important role for cooling water in the 
condenser. However, in the hot, humid climate of Vietnam, when the cooling tower work poorly 
will cause the limitations for the air conditioning system. To solve these problems, the need to 
study the process of the exchange of heat and moisture exchanger fit the amount of waste heat of 
condenser system, or in other words is the cooling tower to be the entire amount of heat due to 
condenser discharged. On the other hand, it should calculate the economically optimal means to 
select the cooling tower stars for overall power to produce a unit of conditioning is the lowest. 
When determining the quantities of cooling towers that use multiple parameters, complex formulas 
and spend quite a long time. So to facilitate this, we built the Save Map algorithm and set the 
program calculated simulation of the cooling tower. The program lets the user have more options 
with many different capacities, to help shorten the time to calculate and achieve the highest 
accuracy. 
Key words: Cooling towers; heat exchange coefficient; temperature; program; cold system. 
*
 Tel: 0989 296540, Email: nguyenlechauthanh@gmail.com 
Nguyễn Công Vinh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 59 - 65 
66 
Ngày nhận bài: 25/9/2018; Ngày hoàn thiện: 19/11/2018; Ngày duyệt đăng: 30/11/2018