Nghiên cứu đề xuất giải pháp cấp nước nóng hiệu quả cho khách sạn holiday thành phố nha trang

BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀPTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI BÙI HỮU ANH KHOA NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC NÓNG HIỆU QUẢCHO KHÁCH SẠN HOLIDAY THÀNH PHỐ NHA TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ HỒ CHÍ MINH, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀPTNTTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦYLỢI BÙI HỮU ANH KHOA NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC NÓNG HIỆU QUẢCHO KHÁCH SẠN HOLIDAY THÀNH PHỐ NHA TRANG Chuyên ngành: Kỹ thuật cấp thoát nước Mã số: 8580213 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Khương Thị Hải Yến LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Bùi Hữu Anh Khoa MSHV: 191801032 Lớp: 27CTN11-CS2 Chuyên ngành: Kỹ thuật cấp thoát nước Tác giả xin cam đoan luận văn thạc sĩ“Nghiên cứu đề xuất giải pháp cấp nước nónghiệu cho khách sạn Holiday - thành phố Nha Trang”,đây cơng trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức nào.Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo đúngquyđịnh Tác giả luận văn LỜI CÁM ƠN Qua thời gian thực nghiên cứu, gặp nhiều khó khăn việc thu thập tài liệu, tìm hiểu kiến thức thực tế Nhưng với giúp đỡ tận tình thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè với nỗ lực thân, luận văn hoàn thành thời hạn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên TS.Khương Thị Hải Yến hướng dẫn bảo tận tình suốt trình thực luận văn Cuối tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, thầy Phịng Đào tạo, ngành Kỹ Thuật Cấp Thốt Nước trường Đại học Thủy Lợi, gia đình, bạn bè động viên, khích lệ tạo điều kiện để tác giả hồn thành khóa học luận văn Xin trân trọng cảm ơn! MỤC LỤC LỜICAM ĐOAN i LỜICÁMƠN .ii MỤCLỤC iii DANH MỤCHÌNHẢNH vi DANH MỤCBẢNGBIỂU viii MỞĐẦU CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀNGHIÊN CỨU .5 Tổng quan nghiên cứu hệ thống cấp nước nóng trung tâm chokháchsạn5 1.1.1 Các nghiên cứu hệ thống nước nóng trênthếgiới 1.1.2 Các nghiên cứu hệ thống nước nóng ởViệt Nam .6 1.1.3 Tiết kiệm sử dụng lượng hiệu cáctòanhà .7 1.2 TổngquanvềthiếtkếhệthốngcấpnướcnóngtrungtâmkháchsạnHoliday – thành phốNhaTrang 1.2.1 Sơ lượt thiết kế điện cấp thoát nước khách sạn Holiday – NhaTrang 1.2.2 1.3 Hệ thống cấp nước sử dụngkhách sạn .10 Tổng quan đặc điểm tạo nhiệtcủaHeatpump 11 1.3.1 Giới thiệuvềheatpump 11 1.3.2 Cấu tạo hệthốngHeatpump .12 1.3.3 Nguyên lýhoạtđộng 13 1.3.4 Nguồn cungcấpnhiệt 14 1.3.4.1 Khơngkhí 15 1.3.4.2 Nước 15 1.3.4.3 Đất 16 1.3.4.4 Hiệusuất 17 1.3.4.5 Lưu chấtvậnđộng 17 1.3.5 Ưu điểm hệ thống nước nóngtrungtâm 17 1.3.6 1.4 Lợi ích sử dụng hệ thống nước nóngtrung tâm 18 Tổng quan máy nước nóng lượngmặt trời 18 1.4.1 Lịch sử đời máy nước nóng lượngmặttrời 18 1.4.2 Cấu tạo nguyên lýhoạtđộng .21 1.4.2.1 Cấutạo 21 1.4.2.2 Nguyên lýhoạtđộng 22 1.5 Tổng quan lý thuyết điều khiểntựđộng 25 1.5.1 Kháiniệm 25 1.5.2 Phân loại điều khiển tự động theotínhiệu .26 1.5.3 Mơ tả tốn học hệ thốngđiềukhiển 28 1.6 Kết luậnchươngI 28 CHƯƠNG CƠ SỞ TÍNH TỐN HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÓNG TRUNGTÂM CỦA KHÁCHSẠNHOLIDAY .30 2.1 Hệ thống cấp nước nóng trung tâm kháchsạnHoliday 30 2.1.1 Cơ sở tính tốn hệ thống cấp nước nóng trung tâm gia nhiệt bằngheatpump củakháchsạn .30 2.1.1.1 Cơng thức tính tốn hệ thống cấp nước nóngtrongnhà 31 2.1.1.2 Lưu lượngcấpnước 32 2.1.1.3 Lượng nhiệttiêuthụ 32 2.1.1.4 Công suất nguồncấpnhiệt 32 2.1.2 Tính tốn lựa chọn hệ thống heatpump củakháchsạn 33 2.1.2.1 Tính tốn hệthống heatpump .33 2.1.2.2 Lựachọnheatpump 34 2.1.3 Đánh giá mức độđầutư 37 2.1.3.1 Chi phí đầu tư hệthốngheatpump .37 2.1.3.2 Chi phí trì hoạt động hệthốngheatpump 37 2.2 Cơ sở tính tốn hệ thống nướcnóng Solar 39 2.2.1 Cơ sở tính tốn hệ thống nướcnóngSolar 39 2.2.2 Tính tốn thu nhiệtđiểnhình .46 2.2.3 Lựa chọn hệ thốngnướcnóng 48 2.3 Thuật toán PID điều khiểnnhiệtđộ .51 2.3.1.1 Thành phần tỉ lệP (Proportional) 51 2.3.1.2 Thành phần tích phânI(Integral) .52 2.3.1.3 Thành phần vi phânD (Derivative) 53 2.3.2 Lợi ích điều khiển nhiệt độ điềukhiển PID 55 2.3.3 Bộ điều khiển tựđộng PLC .57 2.3.4 PLC S7-300của Siemens 58 2.4 Kết luậnchươngII 60 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC NÓNG HIỆU QUẢ CHOKHÁCH SẠN HOLIDAY –NHATRANG 61 3.1 Đề xuất giải pháp sử dụng lượng hiệu tối ưu cho hệ thống nướcnóng trung tâm chokháchsạn 61 3.1.1 Giải pháp thay tồn hệ thống nước nóng gia nhiệt heatpump bằngsolar 61 3.1.2 Giải pháp phương án kết hợp hệ thống nước nóng heatpumpvới solar 62 3.1.3 So sánh giải đề xuất lựa chọn phương án tốiưunhất .63 3.1.4 Đề xuất kiểm sốt nhiệt vị trí cấp nguồn hệ thống nước nóng trungtâm 65 3.2 Đề xuất kiểm soát nhiệt nguồn PLC sử dụng thuật tốn PID cho hệthống cấp nước nóng khách sạn Holiday – thành phốNhaTrang 66 3.2.1 Thiết lập vòngđiềukhiển 66 3.2.2 Đề xuất phương ánđiềukhiển 66 3.2.2.1 Điều khiển nhiệt phươngpháp ON/OFF 66 3.2.2.2 Lợi ích điều khiển nhiệt theo dãythuậtPID .68 3.2.2.3 Đề xuất điều khiển module mềm FB41 trongPLC S7-300 69 3.3 Kết luậnchươngIII 76 KẾT LUẬN VÀKIẾNNGHỊ 77 PHỤLỤC1 79 TÀI LIỆUTHAMKHẢO 84 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Tiêu thụ điện kháchsạn[2] Hình1-2: Mặt bằngtổngthể Hình1-3: Cơng trình giai đoạnthicơng Hình1-4: Hệ thống nước nóng trung tâmcủaMegarsun 12 Hình 1-5: Bên máy nướcnóng heatpump 13 Hình 1-6: Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống nước nóngtrungtâm 13 Hình1-7: Giàn máy nước nóng lượngmặttrời .21 Hình1-8: Nguyên lý hoạt động hệ thống máy nước nóng lượngmặttrời 23 Hình1-9: Máy nước nóng lượng mặt trời ốngchânkhông 23 Hình 1-10: Cấu tạo đơn giản ống dẫn nhiệt máy nướcnóngsolar 24 Hình 1-11: Máy nước nóng lượng mặt trời loạitấmphẳng 24 Hình 1-12: Máy nước nóng lượng mặt trời mái hộgiađình 25 Hình 1-13: Máy nước nóng lượng mặt trờicơngnghiệp 25 Hình 1-14: Sơ đồ đặc trưng điều khiểntựđộng .26 Hình 1-15: Mơ tả hệ thống dạnghàmtruyền 28 Hình 2-1: Sơ đồ hệ thống cấp nước nhàđơngiản .30 Hình 2-2: Sơ đồ phân vùngsongsong 31 Hình 2-3: Sơ đồ phân vùngnốitiếp .31 Hình 2-4: Bơm nhiệt cơng nghiệpMegasunMGS-10HP .35 Hình 2-5: Đường đặt tính bơm hồinướcnóng .37 Hình 2-6: Giá điện sinh hoạt theo bậctiêuthụ .38 Hình 2-7: Góc nhìnmặttrời 40 Hình 2-8: Quá trình truyền lượng xạ mặt trời qua lớp khí trái đất .41 Hình 2-9: Quan hệ góc hình học tia xạ mặt trời mặt phẳng nghiêng.43Hình 210: Cấu tạo thu nhiệttấmphẳng 46 Hình 2-11: Sơ đồ ngun lý máy nước nóng lượng mặt trời tập trung tuần hoàntựnhiên 48 Hình 2-12: Sơ đồ nguyên lý thuậttoánPID 51 Hình 2-13: Sơ đồ khối thành phần tỉlệP .52 Hình 2-14: Tín hiệu đáp ứng thành phần tỉlệ P 52 Hình 2-15: Sơ đồ khối thành phần tíchphânI .53 Hình 2-16: Tín hiệu đáp ứng thành phần tích phân I tỉlệP 53 Hình 2-17: Sơ đồ khối thành phần viphânD 54 Hình 2-18: Sơ đồ khối điềukhiểnPID 54 Hình 2-19: Tín hiệu đáp ứng điềukhển PID .54 Hình 2-20: Điều khiển theo kiểu truyền thống (dùng mắt quan sát tay điều khiển)55Hình 221: Nguyên lý hoạt động điềukhiểnPID 56 Hình 2-22: Điều chỉnh nhiệt độ điều khiển PID hoạt động liên tục theo thờigian .56 Hình 2-23: Sơ đồ khốicủaPLC 57 Hình 2-24: PLC S7-300 vớiCPC313C .58 Hình 2-25: PLC S7-300 vớiCPC315 59 Hình 3-1: Bảng so sánh phương án chi phí tạo 1m3nướcnóng .62 Hình 3-2: Biểu đồ hiệu suất chi phí cácphươngán 62 Hình 3-3: Giải pháp kết hợp hệ thống nước nóng solarvàheatpump 63 Hình 3-4: Vịng lập kiểm soátnhiệtnguồn 65 Hình 3-5: Sơ đồ khốiđiềukhiển 66 Hình 3-6: Biểu đồ thời gian thuật toán điềukhiểnON-OFF 67 Hình 3-7: Phương pháp điều khiển theokiểuON/OFF 68 Hình 3-8: Tính hiệu điều khiểnkhiểnON/OFF 69 Hình 3-9: Tính hiệu điều khiển khiểnbằngPID 69 Hình 3-10: Sơ đồ khốihệthống 70 Hình 3-11: Sơ đồ khối hàm FB41 “ CONT_C” phầnmềmSimatic 71 Hình 3-12: Sơ đồ khối nối FB41 với đối tượngđiềukhiển 72 Hình 3-13: Sơ đồ chânhàmFB41 73 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Những nguồn nhiệt thường sử dụnghiện .14 Bảng 2-1: Nhu cầu cấp nước nóng củakhách sạn 33 Bảng 2-2: So sánh kết tính tốn nhu cầu dùng nước nóng so vớithiếtkế 34 Bảng 2-3: Thông số heatpumpMegasunMGS-10HP 35 Bảng 2-4: Tính tốn bơm hồinướcnóng 36 Bảng 2-5: Chi phí đầu tư bơmnhiệt heatpump .37 Bảng 2-6: Thông số công suất bơm nhiệt công nghiệpMegasunMGS-6HP 38 Bảng 2-7: Chi phí tiêu thụ điện bơm nhiệttrongtháng 38 Bảng 2-8: Tổng chi phí đầu tư hoạt động củabơmnhiệt 39 Bảng 2-9: Cường độ xạ trung bình ngày trungbìnhnăm 44 Bảng 2-10: Số nắng trung bìnhcảnăm 45 Bảng 2-11: Các thông số đặt trưng phẳngthunhiệt 46 Bảng 2-12: So sánh loại máy nướcnóngsolar .49 Bảng 2-13: Chi phí loại máy nướcnóngsolar 50 Bảng 2-14: Chi phí đầu tư hệ thống nước nóng solar dạngtấmphẳng 50 Bảng 3-1: Các tiêu giải pháplựachọn 64 Bảng 3-2: Tổng hợp thang điểm đánh giá cho từngchỉtiêu 64 Bảng 3-3: Mô tả tóm tắt cácchânvào 73 Bảng 3-4: Mơ tả tóm tắt cácchânra .75