Vì sao quạt nước làm mát tốt hơn khi trời khô?

Ra khỏi hồ bơi, bạn có thể thấy lạnh khi gió thổi qua da còn ướt. Nước trên da bay hơi và lấy đi một phần nhiệt. Quạt làm mát bằng nước dùng cùng nguyên lý: kéo không khí qua một tấm ướt để một phần nước bay hơi, nhờ đó luồng gió đi ra mát hơn.

Điều quyết định hiệu quả là không khí ban đầu còn có thể nhận thêm bao nhiêu hơi nước. Vào ngày nóng và khô, khả năng làm mát có thể rõ rệt. Vào ngày oi ẩm, quạt vẫn thổi gió nhưng phần hạ nhiệt nhờ nước có thể nhỏ. Sự khác biệt này giải thích vì sao một thiết bị hoạt động tốt ở nơi này lại gây thất vọng ở nơi khác.

Nhiệt đi đâu khi nước bay hơi?

Để chuyển từ lỏng thành hơi, nước cần năng lượng. Khi không khí tiếp xúc với tấm thấm nước và một phần nước bay hơi, năng lượng được lấy từ hệ nước và không khí. Trong quá trình làm mát trực tiếp lý tưởng, nhiệt độ đo bằng nhiệt kế thông thường giảm, trong khi lượng hơi nước trong luồng khí tăng lên. Năng lượng không biến mất; một phần đã chuyển sang dạng gắn với hơi nước mới hình thành.

Trong thiết bị phổ biến, bơm đưa nước lên tấm làm mát. Phần nước chưa bay hơi chảy xuống khay và có thể được bơm lại. Quạt kéo không khí qua tấm. Nhờ tấm có nhiều bề mặt ướt, không khí tiếp xúc với nước trong lúc đi qua. Nước được tuần hoàn, nhưng phần đã thành hơi vẫn rời thiết bị theo luồng gió và phải được bù.

Nếu tắt bơm mà vẫn chạy quạt, tấm còn ẩm có thể tiếp tục làm mát trong chốc lát. Khi tấm khô, thiết bị chủ yếu còn chức năng tạo gió. Phân biệt hai tác dụng này hữu ích khi đánh giá: gió làm người đứng gần cảm thấy dễ chịu hơn, nhưng cảm giác đó không tự cho biết nhiệt độ không khí đã giảm bao nhiêu nhờ nước bay hơi.

Nhiệt kế bầu ướt giải thích vì sao ngày oi khó làm mát

Hãy tưởng tượng hai nhiệt kế đặt trong cùng luồng không khí. Một chiếc đo bình thường. Đầu cảm biến của chiếc kia được bọc vải ướt và thông gió đúng cách. Khi nước từ vải bay hơi, nhiệt kế thứ hai có thể chỉ thấp hơn. Số đọc đó gọi là nhiệt độ bầu ướt. Nó cho biết mức làm mát nhờ bay hơi có thể tiến gần tới trong điều kiện đang xét.

Trong không khí khô, chênh lệch giữa hai số đọc thường lớn hơn. Trong không khí đã gần bão hòa hơi nước, chênh lệch thu hẹp. Khi không khí bão hòa, hai nhiệt độ bằng nhau trong mô hình lý tưởng; lúc đó cơ chế làm mát trực tiếp không có khoảng chênh để khai thác. Vì thế, chỉ nhìn dự báo nhiệt độ cao nhất trong ngày chưa đủ để biết quạt nước sẽ làm mát được bao nhiêu.

Ví dụ giả định: không khí đầu vào là 34°C, nhiệt độ bầu ướt là 26°C. Chênh lệch 8°C mô tả giới hạn lý tưởng của quá trình làm mát bay hơi trực tiếp trong điều kiện đó, không phải mức giảm mà thiết bị nào cũng đạt. Nếu bầu ướt là 32°C trong khi nhiệt độ đầu vào vẫn 34°C, khoảng chênh chỉ còn 2°C. Đó là hai tình huống minh họa, không phải kết quả thử sản phẩm.

Trong nhà kính, không khí mát phải đi qua nơi cây đang mọc

Ở một cấu hình nhà kính được Đại học Florida và UMass Amherst mô tả, tấm ướt đặt ở một đầu, quạt hút đặt ở đầu còn lại. Quạt tạo luồng khí đi qua tấm, qua khu vực trồng rồi thoát ra ngoài. Mục tiêu là làm mát cả vùng cây cần bảo vệ, thay vì chỉ tạo một luồng mát ngay sát tấm ướt.

Khi đi dọc nhà kính, luồng khí có thể nhận thêm nhiệt từ bức xạ Mặt Trời và các bề mặt bên trong. Vì vậy, nhiệt độ gần tấm và gần quạt không nhất thiết giống nhau. Một cảm biến đặt sát cửa gió mát có thể cho số đẹp trong khi các hàng cây phía xa vẫn nóng. Để hiểu kết quả, cần đo ở vị trí đại diện cho nơi cây thực sự sinh trưởng.

Đường đi của không khí cũng quan trọng như công suất quạt. Nếu có khe mở cho không khí đi tắt, một phần luồng gió có thể vào nhà mà không qua tấm ướt. Nếu tấm ướt không đều hoặc bị bám cặn, điều kiện tiếp xúc với nước thay đổi. Những vấn đề này có thể giải thích kết quả kém ngay cả vào ngày có độ ẩm ngoài trời thuận lợi.

Đổi lại luồng khí mát hơn là lượng ẩm và công vận hành

Thiết bị làm mát bay hơi trực tiếp đưa thêm hơi nước vào không khí. Vì vậy, khi sử dụng trong không gian mà luồng khí ẩm khó thoát, điều kiện trong phòng có thể thay đổi theo thời gian. Không nên lấy kết quả của hệ thống nhà kính có quạt hút và lối thoát khí để dự đoán hiệu quả trong một phòng kín.

Chi phí cũng gồm nhiều phần: điện cho quạt và bơm, nước bù, vệ sinh tấm và đường cấp nước. Hệ thống nên được đánh giá theo mục tiêu cụ thể, chẳng hạn giảm nhiệt ở vùng cây trong một số giờ nóng. Nếu chỉ so nhiệt độ ngay cửa gió mà bỏ qua độ ẩm, lượng nước và vị trí cần làm mát, phép so sánh chưa cho biết thiết bị có phù hợp hay không.

Trước khi chọn công nghệ, hãy bắt đầu bằng nhiệt độ và độ ẩm ở nơi sẽ dùng, rồi xem không khí đi vào và thoát ra theo đường nào. Quạt nước tận dụng một quá trình tự nhiên để đưa nhiệt độ xuống khi điều kiện cho phép. Hiểu điều kiện ấy giúp biết lúc nào nên dùng nước để làm mát và lúc nào chỉ tăng lượng gió sẽ không giải quyết được vấn đề nhiệt.

Nguồn tham khảo

UF/IFAS: hệ quạt và tấm làm mát nhà kính; UMass Amherst: bố trí và vận hành hệ bay hơi

Sơ đồ nguyên lý thiết bị làm mát bay hơi, Nevit, CC BY-SA 3.0, dùng nguyên bản; không phải bản vẽ một nhà kính cụ thể; trang ảnh gốc.