Hệ thống điều hoà kiểu ướt hay còn gọi là máy làm mát không khí bay hơi, là một giải pháp làm mát thân thiện với môi trường và tiết kiệm năng lượng, ngày càng được ưa chuộng tại Việt Nam. Khác với các hệ thống điều hòa không khí truyền thống sử dụng gas lạnh, điều hoà kiểu ướt hoạt động dựa trên nguyên lý bay hơi tự nhiên của nước để giảm nhiệt độ không khí. Mục đích của bài viết này là làm rõ nguyên lý cốt lõi, các quá trình xử lý nhiệt ẩm đặc trưng và những đặc điểm quan trọng của công nghệ này, giúp bạn đọc có cái nhìn toàn diện và đưa ra quyết định sáng suốt.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống điều hoà kiểu ướt
Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hoà kiểu ướt dựa vào hiện tượng bay hơi nước. Khi nước bay hơi, nó hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh (bao gồm không khí), làm nhiệt độ của không khí giảm xuống. Quá trình này là quá trình đoạn nhiệt ẩm, nghĩa là entanpy của không khí gần như không thay đổi trong điều kiện lý tưởng.
Cụ thể, không khí nóng và khô từ bên ngoài được quạt hút đi qua một tấm làm mát bằng giấy hoặc sợi được làm ẩm liên tục bằng nước. Khi không khí đi qua các khe hở trong tấm làm mát, nước trên bề mặt tấm sẽ bay hơi. Năng lượng cần thiết cho quá trình bay hơi này được lấy trực tiếp từ không khí, dẫn đến nhiệt độ không khí giảm đáng kể và độ ẩm tăng lên. Không khí mát và ẩm sau đó được thổi ra ngoài không gian cần làm mát.
Các giả thiết khi nghiên cứu quá trình trao đổi nhiệt ẩm
Để đơn giản hóa việc phân tích và tính toán các quá trình xảy ra bên trong hệ thống điều hoà kiểu ướt, các nhà khoa học thường đưa ra một số giả thiết lý tưởng hóa. Điều này giúp xây dựng các mô hình toán học dễ xử lý hơn, đồng thời vẫn phản ánh được bản chất của hiện tượng trao đổi nhiệt ẩm giữa nước và không khí.
Các giả thiết phổ biến bao gồm: sự tiếp xúc giữa nước và không khí là hoàn hảo và có đủ thời gian để đạt trạng thái cân bằng; không có bất kỳ tổn thất nhiệt hoặc ẩm nào ra bên ngoài hệ thống trong suốt quá trình trao đổi; và kích thước của các hạt nước (nếu là dạng phun sương hoặc giọt nhỏ) đủ nhỏ để nhiệt độ bên trong mỗi hạt đồng đều. Với những giả thiết này, có thể suy luận rằng lớp không khí tiếp xúc trực tiếp với bề mặt nước sẽ đạt trạng thái không khí bão hoà với cùng nhiệt độ với nước.
Sự thay đổi trạng thái không khí trong hệ thống kiểu ướt
Trạng thái của không khí được đặc trưng bởi các thông số như nhiệt độ (t), độ ẩm tương đối (φ), độ ẩm tuyệt đối (d) và entanpy (I). Trong hệ thống điều hoà kiểu ướt sử dụng nước, khi không khí đi qua vùng có tiếp xúc với nước (như tấm làm mát ẩm hoặc buồng phun sương), trạng thái của nó sẽ thay đổi.
Quá trình thay đổi trạng thái này có thể được biểu diễn trực quan trên đồ thị I-d (hay đồ thị psychrometric). Đường biểu diễn sự thay đổi trạng thái không khí trong quá trình làm mát bay hơi lý tưởng sẽ nằm dọc theo đường entanpy không đổi (I = constant), tiến về phía đường không khí bão hoà (φ=100%). Tuy nhiên, trong thực tế, do có sự trao đổi nhiệt với môi trường và các yếu tố khác, đường trạng thái thường hơi lệch khỏi đường entanpy không đổi.
Trường hợp nước và không khí chuyển động cùng chiều
Khi nước và không khí chuyển động cùng hướng trong thiết bị xử lý nhiệt ẩm kiểu ướt, sự thay đổi trạng thái diễn ra theo một quy luật nhất định. Ban đầu, không khí có trạng thái A (nhiệt độ tA, độ ẩm φA) tiếp xúc với nước có nhiệt độ tn.
Tại lớp biên tiếp xúc trực tiếp với giọt nước, không khí nhanh chóng đạt trạng thái bão hòa B với nhiệt độ bằng nhiệt độ nước tn. Dòng không khí tổng thể thoát ra khỏi vùng này (trạng thái A1) là hỗn hợp của không khí ban đầu A và lớp bão hòa B. Quá trình này lặp lại dọc theo chiều dài thiết bị. Nhiệt độ nước tn sẽ tăng dần do nhận nhiệt từ không khí và quá trình ngưng tụ (nếu có). Trạng thái cuối cùng của không khí (trong điều kiện lý tưởng) sẽ là trạng thái bão hòa Ak, có nhiệt độ bằng nhiệt độ nước đầu ra tnk.
Biểu đồ thay đổi trạng thái không khí khi chuyển động cùng chiều với nước trong hệ thống điều hoà kiểu ướt
Như vậy, trên đồ thị I-d, đường biểu diễn sự thay đổi trạng thái không khí trong trường hợp cùng chiều là một đường cong lõm. Tùy thuộc vào nhiệt độ nước đầu ra so với nhiệt độ đọng sương của không khí đầu vào, dung ẩm của không khí cuối cùng có thể tăng lên (nếu nước nóng hơn điểm sương) hoặc giảm xuống (nếu nước lạnh hơn điểm sương). Khi chuyển động cùng chiều, nhiệt độ nước có xu hướng tăng nhanh, làm tăng khả năng dung ẩm của không khí đầu ra cao hơn.
Trường hợp nước và không khí chuyển động ngược chiều
Trong hệ thống điều hoà kiểu ướt mà nước và không khí di chuyển ngược hướng, quá trình trao đổi nhiệt ẩm diễn ra hiệu quả hơn trong nhiều trường hợp. Không khí đi vào ở một đầu (trạng thái A) và gặp nước thoát ra (nhiệt độ tn). Nước đi vào ở đầu còn lại (nhiệt độ tnk) và gặp không khí thoát ra (trạng thái Ak).
Tại mỗi đoạn nhỏ của thiết bị, không khí (trạng thái A_i) gặp nước (nhiệt độ tn_i). Lớp biên không khí bão hòa (trạng thái B_i) có nhiệt độ bằng nhiệt độ nước tni. Không khí thoát ra khỏi đoạn đó (trạng thái A{i+1}) là hỗn hợp của A_i và B_i.
Biểu đồ thay đổi trạng thái không khí khi chuyển động ngược chiều với nước trong điều hoà kiểu ướt
Trên đồ thị I-d, đường biểu diễn sự thay đổi trạng thái không khí khi chuyển động ngược chiều là một đường cong lồi. Trạng thái không khí đầu ra Ak (lý tưởng) sẽ đạt bão hòa và có nhiệt độ bằng nhiệt độ nước đầu vào tnk. Nếu sử dụng nước lạnh có nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương của không khí ban đầu, quá trình sẽ làm giảm dung ẩm của không khí. Ngược lại, nếu sử dụng nước ấm, dung ẩm sẽ tăng. Chuyển động ngược chiều thường cho phép đạt được hiệu quả trao đổi nhiệt ẩm cao hơn và nhiệt độ không khí đầu ra gần hơn với nhiệt độ nước đầu vào.
Giới hạn và thực tế áp dụng của hệ thống điều hoà kiểu ướt
Mặc dù có nhiều ưu điểm, hệ thống điều hoà kiểu ướt cũng có những giới hạn nhất định. Về mặt lý thuyết, trạng thái cuối cùng của không khí sau khi xử lý bằng nước phun không bao giờ đạt được độ ẩm tương đối hoàn hảo là 100% trong điều kiện thực tế, mà thường chỉ đạt khoảng 90-95% do thời gian tiếp xúc hữu hạn và trao đổi nhiệt không lý tưởng.
Ngoài ra, trên đồ thị I-d, có những vùng trạng thái không khí mà hệ thống điều hoà kiểu ướt đơn thuần (chỉ sử dụng nước phun) không thể đạt tới. Người ta chứng minh rằng mọi quá trình nằm ngoài một tam giác cong nhất định trên đồ thị I-d (có đáy trên đường φ=100%) không thể thực hiện chỉ bằng nước phun. Điều này có nghĩa là công nghệ này có giới hạn trong việc đạt được nhiệt độ quá thấp hoặc độ ẩm quá khô. Ví dụ, để giảm dung ẩm một cách đáng kể hoặc làm mát sâu xuống dưới nhiệt độ đọng sương, cần kết hợp các phương pháp khác ngoài bay hơi nước đơn thuần, chẳng hạn như làm lạnh bằng gas hoặc sử dụng các chất hút ẩm. Việc hiểu rõ giới hạn này rất quan trọng để lựa chọn loại hệ thống làm mát phù hợp với yêu cầu cụ thể của từng không gian.
Lợi ích và ứng dụng của hệ thống điều hoà kiểu ướt
Lợi ích nổi bật nhất của hệ thống điều hoà kiểu ướt là hiệu quả năng lượng. Quá trình bay hơi nước tiêu thụ ít điện năng hơn đáng kể so với máy điều hòa không khí sử dụng máy nén và gas lạnh. Điều này dẫn đến chi phí vận hành thấp hơn và giảm tác động đến môi trường do không sử dụng môi chất lạnh gây hại.
Hơn nữa, điều hoà kiểu ướt giúp tăng cường độ ẩm không khí, rất có lợi trong điều kiện khí hậu khô hoặc trong các không gian sử dụng điều hòa truyền thống làm khô không khí. Chúng cũng cung cấp luồng không khí tươi liên tục từ bên ngoài, tạo cảm giác thông thoáng và dễ chịu hơn. Hệ thống điều hoà kiểu ướt được ứng dụng rộng rãi trong nhiều môi trường, từ nhà xưởng công nghiệp, nhà kho, trang trại chăn nuôi, quán cà phê, nhà hàng cho đến không gian gia đình, đặc biệt hiệu quả ở những nơi cần làm mát diện rộng, thông thoáng và có độ ẩm không khí thấp. Để tìm hiểu thêm về các giải pháp làm mát hiệu quả, bạn có thể truy cập asanzovietnam.net.
Tóm lại, hệ thống điều hoà kiểu ướt hoạt động dựa trên nguyên lý bay hơi nước để làm mát không khí, mang lại hiệu quả kinh tế và môi trường đáng kể. Mặc dù có những giới hạn về khả năng kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm so với điều hòa truyền thống, việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động, các quá trình xử lý nhiệt ẩm đặc trưng và những điểm mạnh, điểm yếu của nó sẽ giúp người dùng lựa chọn được giải pháp làm mát tối ưu và phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng của mình.