(Tiểu luận) đồ án hệ thống cung cấp nhiệt đề tài tính toán thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt cho bể bơi khách sạn paraside

Như vậy, máy bơm nhiệt là một thiết bị hoạt động theo nguyên lý Nhiệt động lực, sử dụng một lượng nhỏ năng lượng để hấp thụ và điều chỉnh nhiệt độ, di chuyển nó đến nơi mong muốn.. Hình

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT  

 ĐỀ TÀI  :

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT CHO BỂ

BƠI KHÁCH SẠN PARASIDE

Mục Lục

LỜI MỞ ĐẦU 4

Chương 1: Giới thiệu về các phương pháp cấp nhiệt cho bể bơi 5

1 Cấp nhiệt cho bể bơi bằng bơm nhiệt 5

1.1 Nguyên lí hoạt động của bơm nhiệt 5

1.2 Thiết bị phụ 7

1.3 Ưu nhược điểm 8

2 Cấp nhiệt cho bể bơi bằng lò hơi 10

2.1 Nguyên lý hoạt động của lò hơi 11

2.2 Các thiết bị phụ 12

2.3 Ưu nhược điểm 13

3 Làm nóng hồ bơi bằng thảm năng lượng mặt trời 13

3.1 Nguyên lí hoạt động của hệ thống 13

3.2 Ưu nhược điểm 15

4 Một số bể bơi 4 mùa 16

4.1 Bể bơi bốn mùa Hapulico 16

4.2 Bể bơi bốn mùa Time City 17

Chương 2: Tính toán sơ bộ 18

1 Nguyên lý hoạt động của bể: 18

2 Tính toán nhiệt lượng cấp cho bể 19

2.1 tính toán nhiệt lượng cần cấp cho bể ban đầu 19

2.2 tính toán bơm nhiệt gia nhiệt cho nước khi bể hoạt động 19

2.3 tính chọn bơm nhiệt 21

Chương 3: Tính toán đường kính ống và giáng áp trên đường ống 22

1 Sơ đồ nguyên lý 22

2 Tính cho đoạn AB 23

3 Tính cho đoạn BC 25

3.1 Tính đường kính ống cho đoạn BC 25

3.2 Tính giáng áp trên đoạn BC 25

4 Bảng tổng kết tính toán mạng nhiệt 26

Chương 4: Tính toán chọn bơm 28

1 Tính toán cột áp của bơm 28

2 Tính công suất bơm và chọn bơm 30

Chương 5: Bản vẽ hệ thống cấp nhiệt cho bể bơi bằng bơm nhiệt 32

Tài liệu tham khảo 33

Hiện nay đã xuất hiện một số bể bơi hiện đại với những trang thiết bị mới không những phục vụ tốt cho mùa hè mà còn có thể sử dụng vào những ngày đông thời tiết lạnh giá Hình thức bể bơi này đem lại nhiều lợi ích cả về sức khỏe cũng như tinh thần cho con người đồng thời nâng cao hiệu quả phục vụ cũng như lợi nhuận của chủ đầu tư Hình thức bể  bơi nói trên là bể bơi bốn mùa Đây cũng chính là đối tượng nghiên cứu trong đề tài lần này của chúng em.

Với đề tài lần này chúng em sẽ nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp nhiệt cho bể bơi bốn mùa Trong quá trình nghiên cứu, trình bày chúng em không tránh khỏi những thiếu sót mong thầy và các bạn đóng góp ý kiến

để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1: Giới thiệu về các phương pháp cấp nhiệt

cho bể bơi

1 Cấp nhiệt cho bể bơi bằng bơm nhiệt

Trong tự nhiên, xu hướng nhiệt độ truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp hơn Chính vì vậy, người ta dùng máy bơm nhiệt heat pump để di chuyển nhiệt từ một nguồn nhiệt thấp hơn tới nguồn nhiệt cao hơn và ngược lại  Như vậy, máy bơm nhiệt là một thiết bị hoạt động theo nguyên lý Nhiệt động lực, sử dụng một lượng nhỏ năng lượng để hấp thụ và điều chỉnh nhiệt độ, di chuyển nó đến nơi mong muốn Vì lý do đó, bơm nhiệt được sử dụng nhiều để cấp nhiệt cho bể bơi (Hình 1.1).

Hình 1.1: Sơ đồ cấp nhiệt cho bể bơi bằng bơm nhiệt

1.1 Nguyên lí hoạt động của bơm nhiệt

Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm dòng nhiệt từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao hơn để sử dụng Để duy trì hoạt động của bơm nhiệt cần phải tiêu tốn một năng lượng để chạy máy nén Như vậy bơm nhiệt có nguyên lý và hoạt động như máy nén lạnh Sự khác nhau chỉ là mục đích sử dụng, ở máy lạnh người ta

sử dụng hiệu ứng lạnh do máy tạo ra ở dàn bay hơi, còn ở bơm nhiệt người ta

sử dụng hiệu ứng nhiệt sinh ra ở dàn ngưng tụ hoặc đồng thời sử dụng cả lạnh

và cả nhiệt (Hình 1.2) Giai đoạn 1: bay hơi

Chất thải nhiệt (dạng lỏng) có nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ không khí đi vào dàn ngưng tụ tại đây , chất thải hấp thụ nhiệt độ của không khí và nóng lên,  bay hơi và trở thành chất tải nhiệt ấm (dạng khí).

Không khí bị mất nhiệt liền ngưng tụ thành nước trên bề mặt ngưng tụ Giai đoạn 2: Nén

Chất tải nhiệt ấm ( dạng khí) tiếp tục đi vào máy nén của bơm nhiệt nươc nóng

Do tính chất vật lý đặc trưng nên nhiệt độ của chất tải nhiệt dễ dàng tăng vọt lên khi ta tác động lên nó một lực nén.

Giai đoạn 3: Ngưng tụ

Ra khỏi máy nén , chất tải nhiệt lúc này đã có nhiệt độ rất cao (khoảng hơn 100°C) tiếp tục đi vào dàn bay hơi tại đây , chất tải nhiệt truyền nhiệt cho nước và làm nóng lên đến nhiệt độ yêu cầu (55-65°C).

 Nước nóng được dẫn về trữ trong bồn bảo ôn để trung hòa với nước lạnh hơn trong  bồn

Giai đoạn 4: Giảm áp

Chất tải nhiệt nóng sau khi truyền nhiệt cho nước liền mất nhiệt trở thành chất tải nhiệt ấm Tiếp tục đi qua van tiết lưu (van giảm áp ) để hạ về mức nhiệt độ ban đầu Sau đó bắt đầu một vòng tuần hoàn nhiệt mới

Quá trình làm nóng nước sẽ kết thúc khi toàn bộ nước trong bồn bảo ôn đạt đến nhiệt độ yêu cầu

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

1.2 Thiết bị phụ

a) Bơm nước

Bơm được đặt trước bộ lọc để luân chuẩn nước thành vòng tuần hoàn từ bể bơi đến

 bộ lọc qua các thiết bị van đến hệ thống bơm nhiệt rồi trở lại hồ bơi.

 Các chất bẩn dạng rắn, xác vi trùng… sẽ được giữ lại trong buồng lọc (các chất bẩn này sau một thời gian sẽ bị thải ra ngoài khi tiến hành xúc bộ lọc)

 Các chất bẩn dưới dạng hóa chất (nước tiểu, mồ hôi…) sẽ được các vật liệu lọc nước giữ lại và chuyển hóa thành nước sạch

 Phần nước sạch sau khi được lọc sẽ được chạy qua hệ thống châm hóa chất –  khử trùng, qua hệ thống bơm nhiệt sau đó được trả vào bể bơi Đồng thời qua quá trình này PH của nước cũng được cân bằng ở mức chuẩn 7,2-7,6 để không gây hại cho da.

1.3 Ưu nhược điểm

a) Ưu điểm

Ưu điểm vượt trội của bơm nhiệt chính là phần lớn nhiệt thu được ở dàn ngưng

là được lấy từ môi trường bên ngoài như không khí hoặc nước luôn có sẵn xung quanh chúng ta Hiệu quả năng lượng COP của bơm nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh giữa nhiệt độ ngưng tụ và bay hơi.Để đảm bảo COP của bơm nhiệt phải bằng 3 trở lên thì độ chênh nhiệt đọ không được quá 50 o C-60 o C Cũng chính vì lí do hiệu quả năng lượng nên nhiệt độ nước nóng và không khí

ra từ dàn ngưng tụ dung cho sấy sưởi và sinh hoạt thường không vượt quá 60 o C Trừ trường hợp nguồn nhiệt thải (môi trường) cao hơn cung cấp cho dàn bay hơi.

 _Chi phí vận hành thấp

Bơm nhiệt có chi phí vận hành hàng năm thấp hơn nhiều so với việc sử dụng điện hoặc ga để làm sản xuất nước nóng (Hình 1.3) Điều này có được là do thiết bị sử dụng điện không phải để đun nóng nước mà là để hấp thụ nhiệt từ không khí, gia tăng nhiệt cho nó và dùng nó để làm nóng nước Khoảng ba phần tư nhiệt độ có được là do hấp thụ từ môi trường.Trong chu trình nêu trên, chúng ta có thể thấy rằng năng lượng do bơm nhiệt tạo ra tương đương với nhiệt lượng QC đã được truyền vào nước lạnh trong bình chứa (bình bảo ôn) Theo tính toán của các chuyên gia, nhiệt lượng được hấp thụ từ không khí QA bằng 3/4 QC và đây chính là phần năng lượng hệ thống tiết kiệm được.Hệ thống chỉ tiêu thụ lượng điện năng QB  bằng 1/4 tổng khối lượng năng lượng tạo ra Do vậy khi sử dụng công nghệ bơm nhiệt làm nóng nước phục vụ cho sinh hoạt chúng ta có thể tiết kiệm đến 75% chi  phí năng lượng so với việc sử dụng bình nước nóng thông thường.

 

Hình 1.3: Bảng giá thành phải trả cho 1 triệu BTU nhiệt

   _ Khả năng thu hồi vốn nhanh

Các thiết bị nhiệt và điều hòa thường có giá thành cao Tuy nhiên, mặc dù có chi  phí đầu tư ban đầu cao hơn nhưng Bơm nhiệt (Heat Pum) có chi phí vận hành hàng năm thấp hơn nhiều so với so với việc sử dụng điện hoặc gas để sản xuất nước nóng Một hệ thống Heat Pump được lắp đặt hợp lý sẽ tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành và mang lại cho chủ đầu tư khả năng thu hồi vốn trong khoảng 2 năm   _  Độ bền cao

 Nhiệt lượng trong không khí là miễn phí và vô tận.Nhưng sẽ là vô ích nếu thiết bị

có tuổi thọ không cao và nó sẽ chẳng mang lại lợi ích gì cho chủ đầu tư cả.Bơm nhiệt (heat pump) được thiết kế với hệ thống bảo vệ thông minh, các bộ phận tiếp xúc với nước được làm bằng thép không gỉ hoặc tráng men, vỏ máy sơn tĩnh điện cao cấp chịu được mọi thời tiết đảm bảo tuổi thọ máy 15 đến 20 năm.

  _Trong dân dụng Với tính năng tiết kiệm và an toàn cao, bơm nhiệt được áp dụng trong dân dụng sẽ đảm bảo nhu cầu nước nóng quanh năm với chi phí ít hơn khoảng 65% so với sử dụng bình nước nóng đun điện thông thường.

Một số loại máy bơm nhiệt còn được kết hợp giữa việc làm nước nóng và điều hòa đảm bảo cả nhu cầu làm mát, sưởi ấm và nước nóng quanh năm với chi phí thấp

nhất.

  _Trong thương mại và công nghiệp Trong thương mại và công nghiệp, bơm nhiệt (Heat Pump) rất thích hợp ứng dụng cho những nghành cần lượng nước nóng lớn như khách sạn, khu tổ hợp chung cư, nhà máy sản xuất thực phẩm, nhà hàng, xưởng giặt là và bệnh viện

Với việc sử dụng nước nóng thường xuyên, chi phí điện năng, dầu là rất lớn Áp dụng công nghệ bơm nhiệt sẽ góp phần tiết kiệm đáng kể chi phí khổng lồ trên qua

đó giúp giảm giá thành, tăng khả năng cạnh tranh, tăng lợi nhuận.

 b) Nhược điểm  _Chi phí ban đầu khá cao Tuy nhiên, sau khoảng 2 năm sẽ bù được vốn vì tiền điện sẽ bù tiền máy.

 _Có thể gây tiếng ồn lớn với máy có công suất cao.

2 Cấp nhiệt cho bể bơi bằng lò hơi

Trước kia, nồi hơi là phương pháp gia nhiệt được sử dụng khá phổ biến với các loại hình như nồi hơi dầu, nồi hơi điện, nồi hơi gas… Bởi phương pháp gia nhiệt này được đánh giá là có hiệu suất cao, đáp ứng được nhu cầu lớn về nước nóng trong các bể bơi (Hình 1.4) hoặc khách sạn.

Hình 1.4: sơ đồ cấp nhiệt cho bể bơi bằng lò hơi

2.1 Nguyên lý hoạt động của lò hơi

Các thiết bị chính trong lò hơi

Hệ cấp liệu: được trang bị hoạt động tự động hoặc bán tự động Bao gồm các thiết

 bị như xe xúc lật, xe múc, phễu chứa liệu, gầu tải, băng tải,… Được bố trí điểu khiển một cách liên tự động, tự định lượng và tự cấp liệu cho lò hơi Hệ thống cấp liệu còn được bố trí thêm cân khối lượng để xác định lượng nhiên liệu tiêu hao.

Buồng đốt- Thân lò: được thiết kế để đốt nhiên liệu cháy kiệt nhất có thể Hấp thụ nhiệt tốt nhất cho quá trình sinh hơi Bao gồm các thiết bị như: Buồng đốt, béc đốt, chùm ống hấp thụ bức xạ nhiệt, chùm ống sinh hơi.

Bộ thu hồi nhiệt (bộ hâm nước, bộ sấy không khí):  để tận dụng nhiệt lượng từ khói thải, tăng hiệu suất của lò hơi và giảm nhiệt độ khói thải ra môi trường.

Hệ thống lọc bụi: có thể lựa chọn lọc bụi túi vải, lọc bụi tĩnh điện, cyclone lọc bụi

đa cấp, tháp lọc bụi ướt, bể lắng tro Để xử lý tro bụi từ quá trình cháy nhiên liệu của lò hơi Mục đích để cho khói thải khi ra khỏi ống đảm bảo được các tiêu chuẩn

do nhà nước quy định.

Quạt hút và ống khói: khói thải sau khi đã được tận dụng nhiệt Xử lý lọc bụi qua nhiều cấp sẽ được quạt hút đẩy lên ống khói và thải ra môi trường

Nguyên lý làm việc của lò hơi:

 Nồi hơi là một bồn kín hình trụ có khả năng chứa nước và hơi nước Nước được lưu trữ trong nồi hơi để tạo ra hơi nước Nước được làm nóng bằng ngọn lửa hoặc khí nóng được tạo ra bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu Và do đó hơi nước được tạo ra trong lò hơi ở áp suất khác nhau Theo các thông số thiết kế của nồi hơi và đặc điểm

kỹ thuật của nó Hơi nước sẽ được đưa qua một đường ống cung cấp cho nhiều nhu cầu khác nhau.

2.2 Các thiết bị phụ

a) Bộ lọc Đúng như tên gọi, bình lọc dùng để tạo ra nguồn nước sạch trong bể Bình lọc có

 Các chất bẩn dạng rắn, xác vi trùng… sẽ được giữ lại trong buồng lọc (các chất bẩn này sau một thời gian sẽ bị thải ra ngoài khi tiến hành xúc bộ lọc)

 Các chất bẩn dưới dạng hóa chất (nước tiểu, mồ hôi…) sẽ được các vật liệu lọc nước giữ lại và chuyển hóa thành nước sạch

 Phần nước sạch sau khi được lọc sẽ được chạy qua hệ thống châm hóa chất – khử trùng, qua thiết bị gia nhiệt sau đó được trả vào bể bơi Đồng thời qua quá trình này PH của nước cũng được cân bằng ở mức chuẩn 7,2-7,6 để không gây hại cho da.

b) Bơm nước

Hệ thống sử dụng bơm nước để luân chuyển nước tuần hoàn từ bể bơi qua hệ thống lọc đến thiết bị gia nhiệt rồi quay trở lại bể.

c) Thiết bị gia nhiệt

Để nước được gia nhiệt từ lò hơi, cần có thiết bị gia nhiệt Thiết bị này có tác dụng thực hiện sự trao đổi nhiệt nhiệt giữa hơi ở lò hơi và nước trong đường ống d) Bơm tuần hoàn

Bơm tuần hoàn giúp tạo ra vòng tuần hoàn cưỡng bức trong lò hơi (chuyển động của môi chất làm việc trong ống sinh hơi).

Tác dụng của bơm tuần hoàn:

 Tăng năng suất sinh hơi

 Đáp ưng tốt hơn khi tải thay đổi

 Phân bố nhiệt đồng đều hơn

 Thu nhỏ tiết diện ống

2.3 Ưu nhược điểm

a) Ưu điểm

Phương pháp gia nhiệt này được đánh giá là có hiệu suất cao, đáp ứng được nhu cầu lớn về nước nóng trong các bể bơi hoặc khách sạn.

b) Nhược điểm -Tiêu thụ nhiều điện năng cho hệ thống quạt cao áp

- Việc lắp đặt nồi hơi cần có không gian và diện tích rất lớn

- Trong quá trình sử dụng nồi hơi tạo ra nhiệt lượng và áp suất rất lớn nên dễ phát sinh tình trạng cháy, nổ

- Khi sử dụng nguyên liệu đốt sinh nhiệt có thể sản sinh ra khói, bụi gây ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

3 Làm nóng hồ bơi bằng thảm năng lượng mặt trời

Với năng lượng mặt trời ban đầu là đơn giản và hấp dẫn Đây là một phương pháp tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường để làm ấm hồ bơi

3.1 Nguyên lí hoạt động của hệ thống

Các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời bao gồm năm phần chính (Hình 1.5):

Bộ hấp thụ năng lượng mặt trời:

Được làm từ nhiều vật liệu khác nhau, được sử dụng để hấp thụ năng lượng mặt trời Nước trong bể bơi sẽ được lưu thông qua đây, giúp làm tăng nhiệt độ cho nước

Bộ điều khiển năng lượng mặt trời:

Một bộ điều khiển giúp theo dõi và kiểm soát nhiệt độ nước và hệ thống làm việc Van điều khiển dòng chảy:

Đây là thiết bị có khả năng hoạt động tự động hoặc điều chỉnh bằng tay để điều khiển hướng nước bể bơi đi qua bộ thu năng lượng mặt trời.

Quy trình làm nóng nước như sau: Nước được đưa vào máy, chảy qua hệ thống

 bộ lọc, rồi sau đó chảy vào bộ thu năng lượng mặt trời Tại đây, nước được làm nóng lên, sau đó được bơm trả lại vào hồ Việc luân chuyển nước vào ban đêm giúp làm giảm nhiệt độ của nước vào ngày hè oi bức.

Hình 1.5: Nguyên lí hoạt động của thảm năng lượng mặt trời

3.2 Ưu nhược điểm

a) Ưu điểm Máy có khả năng biến năng lượng mặt trời thành nhiệt năng để làm nóng nước bể bơi Ở Việt Nam, có nhiều vùng nắng nóng, mức độ chiếu sáng của mặt trời cao, như ở miền Nam, miền Trung nên việc lắp đặt máy nước nóng năng lượng mặt trời rất dễ dàng.

Máy có thể thoải mái lắp đặt nó ở bất cứ vị trí nào trên mái nhà sản phẩm an toàn và thân thiện với môi trường.

b) Nhược điểm Chủ yếu dành cho các bể bơi nhỏ, vì một bể bơi có diện tích lớn đòi hỏi nhiều thời gian để bơm nước qua thảm năng lượng mặt trời

Giá thành cho các tấm thảm năng lượng cao, ngoài ra cần một khu vực rộng lớn để lắp đặt thảm Diện tích của thảm năng lượng mặt trời tốt nhất nên lớn bằng diện tích của bể bơi Những thảm sưởi ấm thường được cài đặt trên một mái bằng Tuy nhiên, điều này có nghĩa là máy bơm phải có đủ công suất để bơm nước lên tận mái nhà Nếu máy bơm không đủ mạnh, nước sẽ nóng chậm hơn.

Một nhược điểm nghiêm trọng của các thảm mặt trời này là sự phụ thuộc thời tiết của chúng Không có ánh sáng mặt trời, thảm sẽ không truyền đủ nhiệt vào nước hồ bơi.

4 Một số bể bơi 4 mùa

4.1 Bể bơi bốn mùa Hapulico

Hình 1.6 Bể bơi bốn mùa Hapulico

Bể bơi bốn mùa Hapulico nằm dưới tầng hầm của toà nhà chung cư cao cấp Hapulico Hệ thống bể có diện tích cực rộng lên đến 1000m 2 , được chia làm ba khu có kích thước tương đương nhau là 50m x 20m Trong đó có hai khu vực dành cho người lớn và khu dành cho trẻ em.

 Nước tại bể bơi Hapulico được lọc bằng công nghệ điện phân muối Thiết bị sẽ

tự phân tích muối được cho vào bể bơi tao thành chlorine để khử trùng cho bể.

Hệ thống nước nóng của bể bơi đang sử dụng là công nghệ máy nước nóng bơm nhiệt gồm hai máy Green Heat RB - GH - 3PU và 5 máy Green Heat GHT - 25PTU.

4.2 Bể bơi bốn mùa Time City