Hệ thống làm mát bằng nước: Cấu tạo, nguyên lý, ứng dụng

Hệ thống làm mát bằng nước là “vị cứu tinh” giúp máy móc vận hành trơn tru, bền bỉ, tránh các sự cố phát sinh do quá nhiệt. Nhờ hiệu suất làm mát cao cùng khả năng ứng dụng linh hoạt, hệ thống trở thành lựa chọn tối ưu trong nhiều lĩnh vực, từ đời sống hàng ngày đến công nghiệp nặng.

Tổng quan về hệ thống làm mát bằng nước là gì?

Hệ thống làm mát bằng nước là giải pháp tản nhiệt hiệu quả, sử dụng nước làm chất tải lạnh để hấp thụ và giải phóng nhiệt từ động cơ, máy móc hoặc không gian sống. Từ đó duy trì nhiệt độ ổn định, ngăn ngừa các sự cố hoặc hư hỏng do quá nhiệt, kéo dài tuổi thọ cho các thiết bị.

Hệ thống giải nhiệt bằng nước

So với hệ thống làm mát bằng không khí, làm mát bằng nước mang lại hiệu quả cao hơn, nhất là trong điều kiện tải nặng. Ưu điểm này có được là nhờ tính chất đặc thù của nước, có khả năng truyền nhiệt tốt, hấp thụ lượng nhiệt lớn mà nhiệt độ không tăng lên nhiều.

Hệ thống làm mát bằng nước có nhiều loại khác nhau, nhưng phổ biến và thông dụng nhất là 3 loại sau:

• Hệ thống làm mát nước tuần hoàn cưỡng bức: 

Với kiểu làm mát này, chất làm mát (nước) được lưu thông trong hệ thống nhờ lực cưỡng bức từ bên ngoài, ví dụ như quạt gió hoặc máy bơm.

Hệ thống làm mát động cơ ô tô bằng nước kiểu tuần hoàn cưỡng bức

Có 2 loại phổ biến là: tuần hoàn kín (nước không tiếp xúc trực tiếp với không khí, giảm nguy cơ nhiễm bẩn), tuần hoàn hở (nước tiếp xúc trực tiếp với không khí).

• Hệ thống giải nhiệt bằng nước kiểu bay hơi:

Đây là cách làm mát dựa trên hiện tượng bay hơi nước. Khi đó, nước bay hơi sẽ hấp thụ nhiệt từ môi trường xung và giảm nhiệt độ của môi trường đó.

Hệ thống làm mát kiểu bay hơi

• Hệ thống làm mát nước kiểu đối lưu tự nhiên:

Đây là một dạng làm mát không sử dụng máy bơm cưỡng bức. Thay vào đó sẽ tận dụng sự chênh lệch về trọng lượng giữa nước nóng và nước lạnh để tạo ra dòng chảy tuần hoàn trong hệ thống.

Trong 3 phương pháp làm mát trên, làm mát bay hơi và làm mát tuần hoàn cưỡng bức mang lại hiệu quả tản nhiệt cao hơn nên được ứng dụng rộng rãi.

Thêm vào đó, các hệ thống giải nhiệt hiện nay thường kết hợp linh hoạt từ 2 - 3 phương pháp để tối ưu hiệu suất làm việc. Có thể kể đến một số ví dụ điển hình như chiller, tháp giảm nhiệt, quạt hơi nước, hệ thống làm mát nhà xưởng bằng tấm cooling pad,...

Tháp giải nhiệt là giải pháp tản nhiệt bằng nước được dùng phổ biến

Cấu tạo của hệ thống làm mát bằng nước gồm những gì?

Hệ thống tản nhiệt bằng nước là một giải pháp hiệu quả để giảm nhiệt độ cho không gian và các thiết bị chịu tải nặng, vận hành liên tục với cường độ cao. Cấu tạo hệ thống làm mát bằng nước có thể tùy chỉnh tùy theo từng loại và ứng dụng cụ thể. Tuy nhiên, về cơ bản sẽ có các bộ phận chính sau:

• Két nước: Đây là nơi chứa nguồn nước của hệ thống. Khi nước bị hao hụt do hiện tượng bay hơi, cần bổ sung kịp thời để không làm ảnh hưởng đến hệ thống.
• Bơm nước: Bơm nước tuần hoàn bên trong hệ thống.
• Đường ống dẫn nước: Vận chuyển nước từ nguồn đến các thiết bị/ không gian cần làm mát và ngược lại.
• Bộ trao đổi nhiệt/ Két làm mát: Đây là nơi giảm nhiệt độ nước nóng trước khi bơm trở lại hệ thống để giải nhiệt cho động cơ, máy móc, không gian,... Tùy từng hệ thống mà bộ trao đổi nhiệt có kết cấu dạng tấm, dạng ống,...
• Quạt gió: Tăng tốc độ lưu thông không khí qua bộ phận tản nhiệt, giúp làm mát nước nhanh hơn.

Sơ đồ cấu tạo hệ thống làm mát bằng nước cơ bản

Ngoài ra, trong hệ thống làm mát bằng nước còn có thêm nhiều bộ phận khác như:

• Hệ thống xử lý nguồn nước: Kiểm soát chất lượng nguồn nước, hạn chế tích tụ cặn bẩn, khoáng chất, vi sinh vật bên trong hệ thống.
• Van: Điều khiển tốc độ chảy dòng nước.
• Cảm biến: Theo dõi nhiệt độ, áp suất nước nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và hiệu quả.
• Hệ thống điều khiển: Điều khiển quá trình hoạt động chung của toàn hệ thống.

Hệ thống làm mát bằng nước hoạt động theo nguyên lý nào?

Hệ thống giải nhiệt bằng nước hoạt động theo nguyên lý hấp thụ và truyền nhiệt. Nước mát chảy qua các bộ phận sinh nhiệt (máy móc, động cơ, không gian sống) và hấp thụ nhiệt trở thành nước nóng. Sau đó, nước nóng được bơm tuần hoàn trở lại bộ phận giải nhiệt để làm mát trước khi quay trở lại hệ thống.

Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống tản nhiệt nước bằng tấm cooling pad

Tùy theo từng hệ thống cụ thể, cơ chế tản nhiệt có thể dựa vào đối lưu cưỡng bức, đối lưu tự nhiên, bay hơi hoặc kết hợp linh hoạt từ 2 đến 3 phương pháp để làm mát và duy trì nhiệt độ nước luôn ổn định.

Ứng dụng hệ thống làm mát bằng nước trong đời sống & sản xuất

Hệ thống giải nhiệt bằng nước có ưu điểm là hiệu quả cao, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường. Vậy nên chúng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất công nghiệp:

Một số ứng dụng của hệ thống tản nhiệt bằng nước trong đời sống

• Công nghiệp sản xuất và chế tạo: Hỗ trợ tản nhiệt cho hệ thống dây chuyền sản xuất, máy ép nhựa, máy gia công cơ khí, máy luyện kim,... giúp chúng vận hành ổn định và bền bỉ cùng thời gian.
• Dược phẩm, thực phẩm: Việc kiểm soát nhiệt độ phù hợp giúp bảo quản thực phẩm, các loại thuốc nhạy cảm với nhiệt độ khỏi hư hỏng, hạn chế tối đa tổn thất cho chủ doanh nghiệp,...
• Giao thông vận tải: Làm mát hệ thống động cơ xe hơi, xe tải, tàu hỏa, tàu thủy, máy bay,... giúp động cơ vận hành mượt mà, tăng hiệu suất và tuổi thọ.
• Hệ thống HVAC: Ứng dụng để làm mát các không gian lớn như khách sạn, bệnh viện, tòa nhà, trung tâm thương mại, trung tâm lưu trữ dữ liệu, phòng máy chủ,...
• Nông nghiệp: Giữ nhiệt độ ổn định cho nhà kính, chuồng trại chăn nuôi, giúp cây trồng và các vật nuôi phát triển tốt.

Hệ thống làm mát bằng nước không chỉ giúp kiểm soát nhiệt độ mà còn tối ưu hiệu suất vận hành, cắt giảm chi phí cho các đơn vị sản xuất. Với khả năng tản nhiệt vượt trội, đây là giải pháp lý tưởng cho các doanh nghiệp cần một phương pháp làm mát ổn định, bền bỉ. Mong rằng bài viết trên đã giúp bạn đọc có cái nhìn tổng quan hơn về hệ thống để lựa chọn giải pháp phù hợp nhất với nhu cầu.