Cooling Pad làm mát nhà xưởng – Giải pháp hiệu quả, tiết kiệm

Nhà xưởng rộng, mái tôn hấp thụ nhiệt, máy móc hoạt động liên tục và mật độ lao động cao có thể khiến nhiệt độ bên trong tăng mạnh vào mùa hè. Chỉ tăng số lượng quạt đôi khi không giải quyết được vấn đề vì quạt chủ yếu tạo chuyển động không khí chứ không trực tiếp hạ nhiệt độ luồng khí cấp. Trong trường hợp đó, Cooling Pad làm mát nhà xưởng là một phương án đáng cân nhắc. Hệ thống kết hợp quá trình bay hơi nước với thông gió cưỡng bức để đưa không khí đã được giảm nhiệt vào xưởng và đẩy khí nóng ra ngoài.

Tuy nhiên, Cooling Pad không phải cứ lắp càng nhiều tấm làm mát, quạt càng lớn thì xưởng càng mát. Hiệu quả phụ thuộc đáng kể vào độ ẩm ngoài trời, tải nhiệt, lưu lượng gió, diện tích Pad, vị trí quạt và đặc điểm sản xuất.

Cooling Pad làm mát nhà xưởng hoạt động như thế nào?

Cooling Pad là tấm vật liệu có cấu trúc nhiều lớp, thường sử dụng cellulose tạo thành các rãnh dạng tổ ong để tăng diện tích tiếp xúc giữa nước và không khí.

Nước được bơm lên phía trên tấm Pad rồi phân phối đều trên bề mặt. Khi không khí nóng bên ngoài đi xuyên qua lớp vật liệu đang ướt, một phần nước bay hơi và hấp thụ nhiệt của dòng không khí. Kết quả là nhiệt độ khô của không khí giảm xuống nhưng độ ẩm tăng lên.

Đây chính là nguyên lý làm mát bay hơi trực tiếp. Theo ASHRAE, nhiệt độ không khí đầu ra có thể tiến gần nhiệt độ bầu ướt của không khí đầu vào, nhưng mức độ tiến gần bao nhiêu phụ thuộc hiệu suất của thiết bị. Vì vậy không thể mặc định mọi hệ Cooling Pad đều giảm được cùng một mức nhiệt.

Sau khi qua Cooling Pad, không khí mát được đưa xuyên qua khu vực sản xuất. Quạt hút đặt ở phía đối diện sẽ đưa khí nóng, khí tích tụ trong xưởng ra ngoài và duy trì dòng trao đổi không khí liên tục.

Một hệ thống Cooling Pad nhà xưởng gồm những gì?

Một hệ thống thực tế không chỉ có riêng tấm giấy làm mát. Thông thường cần đồng bộ nhiều hạng mục.

Tấm Cooling Pad

Đây là bộ phận trực tiếp thực hiện quá trình trao đổi nhiệt và bay hơi nước. Khi lựa chọn cần xem xét:

• Kích thước và độ dày tấm;
• Khả năng thấm nước;
• Tổn thất áp suất khi không khí đi qua;
• Tốc độ gió cho phép;
• Khả năng chống mục, rêu và cáu cặn;
• Điều kiện nguồn nước sử dụng.

Quạt hút công nghiệp

Quạt tạo chênh áp và duy trì lưu lượng không khí đi từ khu vực Cooling Pad xuyên qua nhà xưởng.

Nếu quạt thiếu lưu lượng, khí mát không đi sâu được vào xưởng. Ngược lại, chọn quạt quá lớn nhưng diện tích Pad nhỏ có thể làm tốc độ khí qua Pad quá cao, tăng tổn thất áp suất và ảnh hưởng hiệu quả trao đổi nhiệt.

Hệ thống cấp và tuần hoàn nước

Bao gồm bơm nước, máng phân phối, bể hoặc thùng chứa, đường ống, van, máng hồi nước và các thiết bị phụ trợ. Nước phải được phân phối tương đối đồng đều trên toàn bộ bề mặt Pad. Các vùng Pad bị khô sẽ trở thành đường đi có sức cản thấp hơn, làm luồng khí đi qua không đều và giảm hiệu quả làm mát.

Tủ điện và hệ điều khiển

Tùy quy mô công trình có thể điều khiển quạt, bơm nước theo từng khu vực hoặc từng cấp vận hành nhằm giảm điện năng khi không cần chạy toàn bộ hệ thống.

Cooling Pad áp suất âm hay áp suất dương?

Đây là điểm cần xác định ngay từ khi khảo sát mặt bằng.

Cooling Pad áp suất âm

Phương án phổ biến là đặt Cooling Pad tại một phía nhà xưởng và quạt hút tại phía đối diện. Quạt liên tục hút không khí trong xưởng ra ngoài, khiến áp suất bên trong thấp hơn bên ngoài. Không khí mới vì vậy được hút qua Cooling Pad rồi di chuyển xuyên qua khu vực sản xuất.

Phương án này phù hợp khi:

• Có thể kiểm soát tương đối tốt các cửa lấy gió;
• Cần làm mát trên diện tích lớn;
• Muốn đồng thời tăng cường trao đổi khí;
• Mặt bằng cho phép bố trí Pad và quạt đối diện hoặc tạo được đường gió rõ ràng.

Cooling Pad áp suất dương

Không khí được làm mát tại cụm thiết bị rồi quạt cấp hoặc hệ thống ống gió đưa đến khu vực cần làm mát.

Giải pháp này hữu ích hơn khi không cần làm mát toàn bộ nhà xưởng hoặc mặt bằng khó tạo dòng khí xuyên suốt.

Nhà xưởng nào nên sử dụng Cooling Pad?

Cooling Pad thường đáng cân nhắc với những công trình:

• Diện tích lớn, chiều cao nhà xưởng cao;
• Cần thay đổi không khí liên tục;
• Tải nhiệt từ mái, người và máy móc lớn;
• Không yêu cầu kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm quá chính xác;
• Cần giải pháp có chi phí vận hành thấp hơn việc điều hòa toàn bộ không gian.

Các xưởng may mặc, lắp ráp, cơ khí nhẹ, đóng gói, kho và một số khu vực sản xuất thông thường có thể là đối tượng phù hợp sau khi khảo sát.

Trường hợp cần cân nhắc kỹ

Cooling Pad làm tăng độ ẩm của không khí. Do đó phương án này cần đánh giá kỹ với:

• Kho hoặc dây chuyền nhạy với độ ẩm;
• Sản phẩm điện tử có yêu cầu môi trường nghiêm ngặt;
• Phòng sạch;
• Vật liệu dễ hút ẩm;
• Khu vực yêu cầu duy trì nhiệt độ và RH trong giới hạn hẹp.

Trong những trường hợp đó, lắp đặt hệ thống điều hòa không khí hoặc phương án HVAC kết hợp có thể phù hợp hơn.

Đừng tính Cooling Pad chỉ theo diện tích nhà xưởng

Một lỗi khá phổ biến là hỏi: “Xưởng 2.000 m² thì cần bao nhiêu quạt và bao nhiêu mét Cooling Pad?” Diện tích sàn chưa đủ để trả lời.

Hai nhà xưởng cùng 2.000 m² nhưng một xưởng cao 6 m và một xưởng cao 12 m có thể tích không khí hoàn toàn khác nhau. Chưa kể tải nhiệt máy móc, mật độ người và mức độ mở cửa cũng khác.

Lưu lượng gió sơ bộ

Một cách kiểm tra ban đầu có thể sử dụng: Q = V × N

Trong đó:

• Q: lưu lượng thông gió;
• V: thể tích không gian cần xử lý;
• N: số lần trao đổi không khí trong một đơn vị thời gian.

Tuy nhiên không nên lấy một con số số lần trao đổi khí cố định áp dụng cho mọi nhà xưởng. ASHRAE lưu ý việc xác định lưu lượng làm mát bay hơi phải điều chỉnh theo tải nhiệt, điều kiện nhiệt độ khô – bầu ướt và các nguồn nhiệt bất thường trong công trình.

Sau khi xác định lưu lượng cần thiết mới tiếp tục tính:

• Số lượng và công suất quạt;
• Diện tích Cooling Pad;
• Tốc độ không khí qua Pad;
• Tổn thất áp suất;
• Đường đi của khí;
• Khu vực có nguy cơ tạo điểm chết.

5 Yếu tố quyết định Cooling Pad có thực sự làm mát hay không

1. Nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời

Chênh lệch giữa nhiệt độ khô và nhiệt độ bầu ướt càng lớn thì tiềm năng làm mát bay hơi càng cao.

Khi không khí ngoài trời đã có độ ẩm cao, nước khó bay hơi hơn và khả năng giảm nhiệt cũng giảm. Đây là lý do không nên lấy mức giảm 5°C, 8°C hay 10°C làm cam kết cố định trước khi tính toán điều kiện thiết kế.

2. Đường đi của luồng khí

Luồng khí nên được tổ chức để đi qua khu vực người lao động và nguồn nhiệt trước khi ra quạt hút.

Nếu cửa lớn thường xuyên mở ở gần quạt, quạt có thể hút không khí trực tiếp từ cửa này thay vì hút qua Cooling Pad. Kết quả là Pad vẫn chạy, bơm vẫn chạy nhưng khu vực giữa nhà xưởng gần như không được hưởng lợi.

3. Tải nhiệt trong xưởng

Lò sấy, máy ép, máy hàn, motor công suất lớn hay mái tôn không cách nhiệt đều có thể làm tải nhiệt tăng mạnh. Với nguồn nhiệt tập trung, đôi khi hiệu quả hơn nếu kết hợp Cooling Pad với hút nóng hoặc thông gió cục bộ ngay tại nguồn, thay vì chỉ tăng số lượng quạt cho toàn nhà xưởng.

4. Chất lượng nước

Trong quá trình bay hơi, khoáng chất trong nước không bay hơi theo mà có thể tích tụ trong hệ tuần hoàn và bề mặt Pad.

Cáu cặn làm giảm khả năng thấm nước, thu hẹp đường khí và giảm tuổi thọ tấm làm mát. Đại học Illinois Extension cũng khuyến nghị kiểm soát chất lượng nước và xả bớt nước tuần hoàn để hạn chế tích tụ muối khoáng.

5. Tình trạng hệ thống thông gió hiện hữu

Với nhà máy đang hoạt động, vấn đề có thể không nằm ở việc thiếu Cooling Pad mà ở:

• Quạt hút suy giảm lưu lượng;
• Cánh quạt bám bụi;
• Cửa lấy gió bố trí sai;
• Đường gió bị cản;
• Mở rộng dây chuyền nhưng không nâng cấp thông gió;
• Thay đổi công năng làm tải nhiệt tăng.

Trong trường hợp này nên khảo sát trước khi quyết định đầu tư mới. Doanh nghiệp có thể tham khảo dịch vụ sửa chữa hệ thống thông gió hoặc cải tạo sửa chữa hệ thống thông gió để đánh giá lại hệ thống hiện hữu.

Quy trình triển khai Cooling Pad cho nhà xưởng nên thực hiện thế nào?

Một dự án hiệu quả nên đi theo trình tự kỹ thuật thay vì chọn thiết bị trước rồi mới tìm vị trí lắp.

Bước 1: Khảo sát hiện trạng

Đo kích thước nhà xưởng, chiều cao, vị trí máy móc, cửa ra vào, nguồn nhiệt, mật độ lao động và hệ thống thông gió hiện hữu.

Bước 2: Xác định yêu cầu môi trường

Cần làm rõ mục tiêu là giảm cảm giác nóng cho người lao động, hạ nhiệt toàn xưởng, cấp khí tươi hay kiểm soát một khu vực cụ thể.

Bước 3: Tính lưu lượng và tổ chức đường gió

Xác định lưu lượng phù hợp, vị trí Cooling Pad, quạt hút và các vùng có nguy cơ thiếu gió.

Bước 4: Chọn thiết bị

Tính toán diện tích Pad, quạt, bơm, bể nước, đường ống, kết cấu khung và hệ thống điện điều khiển.

Bước 5: Thi công đồng bộ với hệ M&E

Cooling Pad liên quan trực tiếp đến điện, cấp thoát nước, kết cấu, thông gió và đôi khi cả ống gió. Vì vậy nên phối hợp ngay từ bản vẽ thi công để tránh xung đột với máng cáp, đường ống và các hệ thống kỹ thuật khác.

Với dự án cải tạo hoặc xây dựng mới, việc tổ chức Cooling Pad trong tổng thể thi công hệ thống cơ điện sẽ thuận lợi hơn so với xử lý từng hạng mục riêng lẻ.

Bước 6: Chạy thử và đo kiểm

Không nên nghiệm thu chỉ bằng cảm giác “đứng thấy mát”. Cần kiểm tra thực tế:

• Nhiệt độ trước và sau Cooling Pad;
• Độ ẩm;
• Lưu lượng hoặc tốc độ gió;
• Độ phủ luồng khí;
• Khả năng thoát khí;
• Độ rung, tiếng ồn;
• Tình trạng phân phối nước trên Pad.