Nghiên cứu hiệu quả và đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống cấp nước nóng bên trong công trình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ MINH TÙNG NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÓNG BÊN TRONG CƠNG TRÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI LÊ MINH TÙNG NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NĨNG BÊN TRONG CƠNG TRÌNH Chun ngành: Kỹ thuật Cấp Thoát nước Mã số: 8580213 NGƯỜI HƯỚNG DẪN: Ts Khương Thị Hải Yến HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Lê Minh Tùng MSHV: 191801045 Lớp: 27CTN11-CS2 Chun ngành: Kỹ thuật Cấp Thốt nước Tơi xin cam đoan kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận văn Lê Minh Tùng i LỜI CÁM ƠN Trong q trình hồn thành khóa luận gặp nhiều khó khăn thách thức quan tâm giúp đỡ thầy cơ, anh chị đồng khóa tơi hồn thành luận văn thời hạn Tơi xin dành lời cảm ơn chân thành đến Ts Khương Thị Hải Yến người tận tình giúp đỡ, tư vấn, dẫn dắt tơi hồn thành luận văn bổ sung giúp tơi nhiều kiến thức hữu ích chun mơn Tơi xin dành lời cảm ơn chân thành đến Khoa Kỹ thuật Tài ngun Nước nói chung Bộ mơn Cấp nước nói riêng tập thể lớp cao học 27CTN11-CS2 đồng hành, giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu Đại học Thủy lợi Xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .3 Nội dung nghiên cứu Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN Tổng quan hệ thống cấp nước nóng 1.1.1 Cơng nghệ gia nhiệt nước nóng 1.1.2 Đặc điểm cấu tạo tổn thất nhiệt mạng lưới cấp nước nóng .9 1.2 Các nghiên cứu hệ thống nước nóng giới 13 1.3 Các nghiên cứu hệ thống nước nóng Việt Nam .14 1.4 Các tồn hệ thống cấp nước nóng bên cơng trình 15 1.5 Kết luận 16 CHƯƠNG CƠ SỞ KHOA HỌC CHO NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NĨNG BÊN TRONG CƠNG TRÌNH 19 2.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu hệ thống nước nóng .19 2.1.1 Hệ thống nước nóng sở xác định nhu cầu nhiệt sinh hoạt .19 2.1.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn mạng lưới cấp nước nóng 22 2.1.3 Thiết bị cấp nước nóng cục 28 2.1.4 Hệ thống cấp nước nóng gia nhiệt bơm nhiệt 31 2.1.5 Hệ thống cấp nước nóng gia nhiệt xạ mặt trời 33 2.1.6 Hệ thống cấp nước nóng gia nhiệt điện trở 37 2.2 Cơ sở xác định tổn thất nhiệt lượng hệ thống cấp nước nóng 39 2.3 Cơ sở xác định hiệu sử dụng lượng thiết bị gia nhiệt 41 2.4 So sánh phương án cấp nước nóng 43 2.5 Cơ sở thực tiễn nghiên cứu hệ thống cấp nước nóng .48 2.5.1 Nước nóng chậm mở vịi nước nóng 48 iii 2.5.2 Nhiệt độ nước nóng khơng khu vực sử dụng 49 2.5.3 Quá tải hệ thống vào cao điểm 50 2.5.4 Hạn chế triển khai hệ thống hồi nước nóng cho đơn nguyên có đồng hồ nước 51 2.5.5 Hệ thống hoạt động với công suất thấp thiết kế 52 2.5.6 Rị rỉ, vỡ bình chứa thiết bị gia nhiệt cục .53 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NĨNG BÊN TRONG CƠNG TRÌNH 55 3.1 Giải pháp thiết kế 55 3.1.1 Giải pháp hệ thống hồi cho mạng lưới cấp nước nóng 55 3.1.2 Giải pháp lắp đặt van Venturi tuần hồn nước nóng 58 3.1.3 Giải pháp lắp đặt van xả áp cho bình nước nóng cục 62 3.1.4 Đồng hồ hồi nước nóng .63 3.1.5 Sử dụng hệ thống đo đếm nước tự động tích hợp BMS 65 3.1.6 Sử dụng vật liệu ống bọc cách nhiệt chống tỏa nhiệt 67 3.2 Giải pháp quản lý vận hành 72 3.2.1 Chia đơn nguyên gia nhiệt phù hợp với kế hoạch vận hành .72 3.2.2 Quản lý phân chế độ vận hành theo mùa, theo dùng nước 74 3.3 Các giải pháp kết hợp hệ thống 76 3.3.1 Tận dụng nguồn nhiệt từ hệ thống kỹ thuật khác 76 3.3.2 Kết hợp phương thức gia nhiệt hỗ trợ lẫn 78 CHƯƠNG ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO TÍNH TỐN HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM CHO CƠNG TRÌNH 84 4.1 Giới thiệu cơng trình ví dụ tính toán 84 4.2 Tính tốn chung hệ thống nước nóng 86 4.2.1 Tính tốn nhu cầu nước nóng nhiệt lượng sử dụng 86 4.2.2 Tính tốn mạng lưới cấp nước nóng 87 4.3 Tính tốn phương án gia nhiệt nước nóng 92 4.3.1 Cơ sở giả thuyết tính tốn so sánh phương án 92 4.3.2 Chọn thiết bị cấp nước nóng cục 92 4.3.3 Tính tốn phương án gia nhiệt Heatpump 96 4.3.4 Tính tốn phương án gia nhiệt Solar kết hợp Heatpump 97 iv 4.3.5 Tính tốn phương án gia nhiệt điện trở 100 4.4 Thống kê lượng sử dụng cho gia nhiệt 102 4.5 Khái toán chi phí thiết bị 106 4.6 Đánh giá lựa chọn phương án gia nhiệt cho cơng trình 109 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .112 Kết đạt đề tài 112 Những tồn đề tài 112 Các đề xuất từ đề tài .113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 PHỤ LỤC i Phụ lục A – Các vẽ sơ đồ nguyên lý phương án gia nhiệt i Phụ lục B – Mặt kiến trúc Cơng trình Viện Dưỡng lão Yuzankai giai đoạn v v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Nhà tắm có nước nóng La Mã .6 Hình 1.2 Máy nước nóng Waddy Maughan Hình 1.3 Mạng lưới cấp nước nóng dạng kín 11 Hình 1.4 Mạng lưới cấp nước nóng dạng hở 11 Hình 2.1 Ngun lý máy nước nóng gián tiếp 28 Hình 2.2 Máy nước nóng trực tiếp 29 Hình 2.3 Máy nước nóng gián tiếp 29 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý trao đổi nhiệt bơm nhiệt 32 Hình 2.5 Hệ thống nước nóng ống chân không 35 Hình 2.6 Hệ thống nước nóng ống dầu 35 Hình 2.7 Hệ thống nước nóng lượng mặt trời phẳng 36 Hình 2.8 Điện trở đun nước 38 Hình 2.9 Bảng so sánh phương án sản xuất nước nóng từ MegaSun 44 Hình 2.10 Biều đồ Chi phí hiệu suất phương án từ MegaSun 44 Hình 2.11 Chờ nước nóng 49 Hình 2.12 Nước yếu vào cao điểm 50 Hình 2.13 Đồng hồ nước 51 Hình 2.14 Trang bị vệ sinh cho khách sạn 52 Hình 2.15 Rỉ nước máy nước nóng gián tiếp 53 Hình 3.1 Sơ đồ mạng lưới cấp nước nóng với đường hồi .55 Hình 3.2 Van Cân nhiệt áp 56 Hình 3.3 Van cảm biến nhiệt 57 Hình 3.4 Sơ đồ tuần hồn nước nóng van Venturi .58 Hình 3.5 Nguyên lý Venturi 59 Hình 3.6 Van venturi chế độ tuần hồn thấp điểm 59 Hình 3.7 Chế độ tuần hoàn Venturi cao điểm 60 Hình 3.8 Chế độ Venturi chiều lấy nước nhánh vòng 60 Hình 3.9 Mạng hồi với van Ventury 61 Hình 3.10 Lắp đặt van an tồn .62 Hình 3.11 Van xả áp máy nước nóng 62 Hình 3.12 Đồng hồ có tính đường hồi (tương tự BTU metter) .64 Hình 3.13 Đồng hồ nước đặt hộ 65 Hình 3.14 Đồng hồ nước kết nối mạng M-Bus 66 Hình 3.15 Ống phụ kiện nhựa PP-r 67 Hình 3.16 Ống phụ kiện nhựa c.PVC .68 Hình 3.17 Cấu tạo bồn bảo ôn .69 Hình 3.18 Cách nhiệt PU định hình .70 Hình 3.19 Cách nhiệt định hình cao su lưu hóa 70 vi Hình 3.20 Ống cách nhiệt định hình GlassWool 71 Hình 3.21 Cách nhiệt bơng khống .71 Hình 3.22 Cụm bơm nhiệt cho cơng trình khách sạn 73 Hình 3.23 Phân vùng hoạt động phần 75 Hình 3.24 Sơ đồ mơ hình trao đổi nhiệt 77 Hình 3.25 Bơm nhiệt kết hợp Solar Panel .79 Hình 3.26 Lắp điện trở bổ sung cho dàn solar 80 Hình 3.27 Bơm nhiệt hoạt động kết hợp điện trở dự phòng 81 Hình 3.28 Hệ thống dàn solar bổ sung heatpump dự phịng điện trở 82 Hình 4.1 Phòng điều dưỡng đơn 85 Hình 4.2 Căn hộ an dưỡng 85 Hình 4.3 Kết chọn bơm tăng áp Grundfos- Selection .89 Hình 4.4 Kết chọn bơm hồi Grundfos - Selection 91 Hình 4.5 Đặc tính kỹ thuật bơm nhiệt 96 Hình 4.6 Kết chọn bơm tuần hoàn Heatpump Grundfos - Selection 97 Hình 4.7 Tỷ lệ lượng dàn Solar Bơm nhiệt .99 Hình 4.8 Kết chọn bơm tuần hoàn solar Grundfos - Selection .100 Hình 4.9 Biểu đồ điện tiêu thụ phương án gia nhiệt 103 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng tiêu chuẩn dùng nước nóng nhiệt độ 65oC 21 Bảng 2.2 Bảng tra trị số a 23 Bảng 2.3 Bảng tra trị số K 23 Bảng 2.4 Bảng tra hệ số α 24 Bảng 2.5 Bảng hệ số đồng thời dụng cụ vệ sinh phịng, gian khán giả, cơng trình thể thao, xí nghiệp ăn uống cơng cộng 25 Bảng 2.6 Bảng hệ số đồng thời dụng cụ vệ sinh nhà sản xuất phịng sinh hoạt xí nghiệp cơng nghiệp 25 Bảng 2.7 Ưu nhược điểm phương pháp gia nhiệt máy nước nóng 31 Bảng 2.8 Ưu nhược điểm phương pháp gia nhiệt bơm nhiệt 33 Bảng 2.9 Ưu nhược điểm phương pháp gia nhiệt dàn Solar 37 Bảng 2.10 Ưu nhược điểm phương pháp gia nhiệt điện trở 39 Bảng 2.11 Hiệu suất tối thiểu COP bơm nhiệt cấp nước nóng 42 Bảng 2.12 Hiệu suất tối thiểu thiết bị đun nước nóng 43 Bảng 2.13 Phạm vi ứng dụng hệ thống gia nhiệt theo vùng địa lý Việt Nam .46 Bảng 2.14 Đặc điểm ứng dựng phương án gia nhiệt .47 Bảng 4.1 Bảng tính khối lượng nước nóng 86 Bảng 4.2 Cột áp bơm tăng áp 88 Bảng 4.3 Lưu lượng bơm tăng áp 88 Bảng 4.4 Bảng tính tổn thất ma sát bơm tăng áp 89 Bảng 4.5 Bảng chọn bơm tăng áp 90 Bảng 4.6 Bảng tính tổn thất ma sát bơm hồi 91 Bảng 4.7 Bảng chọn bơm hồi 92 Bảng 4.8 Bảng chọn máy nước nóng gián tiếp 94 Bảng 4.9 Bảng chọn máy nước nóng cục 94 Bảng 4.10 Bảng chọn bơm nhiệt 96 Bảng 4.11 Bảng chọn tuần hoàn Heatpump 97 Bảng 4.12 Bảng chọn thu lượng mặt trời 98 Bảng 4.13 Bảng chọn bơm nhiệt hỗ trợ dàn solar 99 Bảng 4.14 Bảng chọn bơm tuần hoàn 100 Bảng 4.15 Bảng so sánh công suất điện tiêu thụ 102 Bảng 4.16 Khái toán phương án gia nhiệt cục .106 Bảng 4.17 Khái toán phương án gia nhiệt bơm nhiệt 107 Bảng 4.18 Khái toán phương án gia nhiệt Solar C/w bơm nhiệt 108 Bảng 4.19 Tổng kết chi phí đầu tư phương án 109 Bảng 4.20 Khái toán phương án gia nhiệt điện trở đun 109 viii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN GIẢI TRÌNH SỬA LUẬN VĂN Họ tên học viên: LÊ MINH TÙNG Mã số học viên: 191801045 Lớp: 27CTN11-CS2 Chuyên ngành: Kỹ thuật Cấp Thoát nước Tên đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NĨNG BÊN TRONG CƠNG TRÌNH Những nội dung chỉnh sửa luận văn theo yêu cầu Hội đồng: STT Nội dung góp ý, đề nghị chỉnh sửa Từ viết tắt Nội dung chỉnh sửa, bổ sung Học viên ghi nhận thêm giải thích từ viết tắt VRV/VRF (Dòng 4-7 trang xi) Học viên ghi nhận điều chỉnh thống đầy đủ tên tác giả trích dẫn “Ts Khương Thị Hải Yến” (dịng 05 trang 75) Cần sửa chương 1, viết sâu tổng Học viên ghi nhận sâu vào quan theo công nghệ, vào công công nghệ sử dụng: giới nghệ thiệu cơng nghệ, đặc điểm hoạt động, phạm vi ứng dụng, ưu nhược điểm Học viên làm rõ khái niệm, tổng quan hệ thống nước nóng, mạng lưới cấp nước nóng Học viên bổ sung thêm nguồn nghiên cứu giới (dòng 26-28 trang 13) Chương vào sở khoa học lựa chọn, đề tiêu chuẩn định lượng, định tính để phục vụ tính tốn nội dung phía sau, chương sau Học viên ghi nhận bổ sung phân tích đánh giá phạm vi ứng dụng, đặc điểm ứng dụng công nghệ mục 2.4 (trang 46-47) làm sở định tính để chọn cơng nghệ chương 4 Áp dụng vào chương phải có phân tích tiêu chí, đề tiêu chí để lựa chọn công nghệ Học viên ghi nhận bổ xung phân tích tiêu chí chọn cơng nghệ gia nhiệt (trang 106-111) Học viên đề xuất định tính thông qua yếu tố nêu mục 2.4, định lượng chi phí vận hành chi phí khái toán đầu tư Chương Chương Học viên bổ sung ưu nhược điểm phương án đề xuất; - Dòng 20 trang 57, dòng 01-13 trang 58 - Dòng 12-14 trang 60, dòng 01-11 trang 61 - Dòng 04-11 trang 63 - Dòng 15-20 trang 64, dòng 01-08 trang 65 - Dòng – 19 trang 66, dòng -2 trang 67 - Dòng 01-11 trang 72 - Dòng 13-20 trang 73, dòng 1-8 trang 74 - Dòng 09-12 trang 75, dòng 01-13 trang 76 - Dòng 04-17 trang 78 - Dòng 02 – 07 trang 82, Dịng 01-06 trang 83 Học viên bổ sung hình minh họa - Hình 3.9 trang 61 Hình 3.12 trang 64 Hình 3.27 trang 81 Hình 3.28 trang 82 Viết lại lết luận bám vào mục tiêu nội dung – đạt kết gì? Học viên ghi nhận bổ sung chương 5, tác riêng ý tập trung vào kết đạt được, tồn ý kiến đề xuất (trang 112-113) Chỉnh lại phạm vi nghiên cứu, cụ thể cho dự án khu Bạch Mai để tập trung kết Học viên ghi nhận điều chỉnh phạm vi nghiên cứu “Cho cơng trình Việt Nam (cụ thể cơng trình ví dụ khu vực Đồng Bắc Bộ)” (Dòng 19-20, trang 03) Xem lại văn phong, tả, nguồn trích dẫn hình ảnh bảng biểu, tiêu đề ràng Học viên ghi nhận kiểm tra điều chỉnh tổng thể văn phòng tả, bổ sung nguồn trích dẫn Đề nghị Hội đồng xác nhận học viên chỉnh sửa luận văn theo ý kiến Hội đồng: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… HCM, Ngày tháng 12 năm 2021 NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN TS Khương Thị Hải Yến Lê Minh Tùng CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN PGS TS Nguyễn Đăng Tính