Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu đề xuất giải pháp cấp nước nóng hiệu quả cho khách sạn Holiday - thành phố Nha Trang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BÙI HỮU ANH KHOA.

NGHIÊN CỨU DE XUẤT GIẢI PHAP CAP NƯỚC NÓNG HIỆU QUACHO KHACH SAN HOLIDAY

HO CHÍ MINH, 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BUI HỮU ANH KHOA

NGHIÊN CỨU DE XUẤT GIẢI PHAP CAP NƯỚC NÓNG HIỆU QUẢCHO KHÁCH SẠN HOLIDAY

THÀNH PHO NHA TRANG

Chuyên ngành: Kỹ thuật cấp thoát nước.

Mã số: 8580213

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Khwong Thị Hải Yến

HO CHÍ MINH, 2021

LỜI CAM DOAN Ho v tên Bii Hữu Anh Khoa

MSHV: 191801032

Lớp: 27CTNII-CS2

CChuyên ngành: Kỹ thuật cấp thoát nước

“ác giả xin cam đoan luận văn thạc si “Nghiên cứu để xuất giải phúp cấp nước nắng higu quả cho khách sạn Holiday - thành phố Nha Trang”, đây là công trink nghiền cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn Li trung thực, không sao chép tử bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc

tham khảo các nguồn tài liệu (nêu có) đã được thực biện trích dẫn và ghỉ nguồn tài liệu

tham khảo đúng quy định.

Tac giả luận văn

LỜI CÁM ƠN

(Qua thời gian thực hiện nghiên cứu, mặc dù gặp nhiều khó khăn trong việc thu thập tải liệu, cũng như tìm hiểu kiến thức thực tế Nhưng với sự giúp đỡ tận tinh của các thiy

cô, đồng nghiệp, bạn bề cing với sự nỗ lực của bản thân, luận văn đã hoàn thành đúngthời hạn

Tác giả xin bây tỏ long bit ơn sâu sắc dén gio viên TS Khương Thị Hải Yến đã

hướng dẫn chi bảo tận tinh trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Chất cùng tác gi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, các thiy cô Phòng Đảo tạ, ngành Kỹ Thuật Cấp Thoát Nước trường Đại học Thủy Lợi, gia dinh, bạn bé đã động viên, khích lệ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành khóa học và luận văn này.

Xin trân trong cảm ơn!

CHƯƠNG | TONG QUAN VE CÁC VAN DE NGHIÊN CUU 5 1 Tổng quan các nghiên cứu về hệ thống cấp nước nóng trung tâm cho khách

sạn 5

LLL Các nghiên cứu hệ thống nước nóng trên th giới

1.1.2 Các nghiên cứu hệ thống nước nóng ở Việt Nam 6

1.1.3 _ Tiếtkiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả trong các tòa nhà 7

12 hệ thống cắp nước nóng trung tâm khách san Holiday

1.3.5 _ Ưu điểm của hệ thống nước nóng trung tâm 17

13.6 Loi ich khi sử dụng hệ thống nước nồng trung tim 1s14 Tổng quan v8 máy nước nóng năng lượng mặttrời 1814.1 Lich sữa đời máy nước nồng năng lượng mặt trời 18 1.4.2 Cấu tạo chính va nguyên lý hoạt động 2I

1421 Cẩn tạo 21142.2 Nguyén fy hoạt động 215 Tổng quan vé ly thuyếtđiều khiển tự dong 25145.1 Khái niệm 25 1.5.2 Phân loại điều khiển tự động theo tín hiệu 26 153 Mô tà toán học hệ thông điều khiển 28

L6 Kétluin chuong 1 28

CHUONG2 CO SỐ TÍNH TOÁN HE THONG CAP NƯỚC NÓNG TRUNG TAM CUA KHÁCH SAN HOLIDAY 30 21 Hệ thống cấp nước nóng trung tâm của khách san Holiday 30 2.1.1 Cơ sở tính toắn hệ thống cấp nước nóng trung tim gia nhiệt bằng heatpump của khách sạn 30

2-1-1 Công thức tính toán hệ thống cắp nước nóng trong nhà 32.1.1.2 Lưu lượng cấp nước 32

32.14 Công suất nguồn cắp nhiệt 322.1.2 Tĩnh toán và lựa chọn hệ thống heatpump của khách sạn 332.1.2.1 Tính toán hệ thông heatpump 32.1.2.2 Lựa chon heatpump ` 2.1.3 Đánh giá mức độ đầu tư 37 2.13.1 Chi phi đầu tư hệ thống heatpump Ey 2.132 Chi phi duy tri hoạt động hệ thống heatpump 0

22 Cơsởtínhtoán hệ thống nước nông Solar 39

22.1 Cơ sở tinh toán he thing nước nóng Solar 39 2.2.2 Tinh ton tắm thu nhiệt điễn hình 46

24 Kết luận chương II 60 CHUONG3 ĐÈ XUẤT GIẢI PHAP CAP NƯỚC NÓNG HIEU QUA CHO

3.1 ĐỀ xuất gi pháp sử dung năng lượng hiệu qua tdi ưu cho hệ thẳng nước nồng trung tâm cho khách sạn 61 3.11 Giải pháp thay thé toàn bộ hệ thống nước nóng gia nhiệt heatpump bằng,

solar 6l

3.1.2 Giải pháp phương án kết hợp hệ thống nước nóng heatpump với solar 62 3.1.3 So sánh các giải đã dé xuất và lựa chọn phương án tôi wu nhất 6

3.1.4 Đề xuất kiểm soát nhiệt tai vị trí cấp nguồn hệ thống nước nồng trung tâm

65 32 ĐỀ suất kiểm soát nhiệt nguồn bing PLC sử dụng thuật toán PID cho hệ thắng cắp nước nóng khách san Holiday ~ thành phổ Nha Trang 66

3.2.1 Thiết lập vòng điều khiến 66

3.22.1 Điều khiển nhiệt bằng phương pháp ON/OFF 66 3.222 Lo ich điều khiển nhigt theo day thuật PID 68 3.223 Đề xuit ditu khiển bing module mém FBáI trong PLC S7-300 69

DANH MỤC HÌNH ANH

Hình 1-1: Tiêu thụ điện năng trong các khách sạn [2] 8Hình!-2: Mặt bằng tổng thể 9

Hinh1-3: Công trình dang trong giai đoạn thi công 9

Hình1-4: Hệ thống nước nóng trung tâm của Megarsun 2Hình 1-5: Bên trong máy nước nóng heatpump 3 Hình 1-6: Cầu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thông nước nóng trung tâm 13 Hình-7: Giản máy nước nóng năng lượng mặt ti 21 1-8: Nguyên lý hoạt động của hệ thống máy nước nóng năng lượng mặt trời 23 THình1-9: May nước nóng năng lượng mặt trời Sng chân không 3 Hình 1-10: Cấu tao đơn giản ông dẫn nhiệt của may nước nóng solar 24 1-11: May nước nóng năng lượng mit ti loại tim phẳng 24Hình 1-12: Máy nước nóng năng lượng mặt tời trên mái hộ gia định 25

Hình 1-13: Máy nước nóng năng lượng mặt trời công nghiệp 25

Hình 1-14: Sơ đỗ đặc trưng của điều khiển tự động 26 1-15: Mô ta hệ thống dưới dạng hàm truyền 2 h2-1: Sơ đồ hệ thông cắp nước trong nhà đơn giản 30Sơ dé phan ving song song 31

Hình 2-3: So đồ phân vùng nỗi tiếp 31

Hình 2-4: Bom nhiệt công nghiệp Megasun MGS-10HP 35

inh 2.6: Giả điệ sinh hoat theo bậc tiên thụ 38Hình 2-7: Góc nhìn mặt er 40

Hình 2-8: Quá tinh truyền năng lượng bức xạ mặt rời qua lớp khí quyển của tri dt

412-9: Quan hệ các góc hình học của tia bức xạ mặt tr rên mặt phẳng nghiêng 43

Hình 2-11; Sơ đồ nguyên lý my nước nồng năng lượng mat tr tp trung twin hoàn tự nhiên 48

2-12: Sơ dé nguyên lý thuật toán PID 51 inh 2-13: Sơ đồ khối của thành phin ig P 5 Hình 2-14: Tín hiệu dp ứng của thành phần t Ig P 5Hình 2-15: Sơ đồ khối của thành phần ích phân Ï 33

Hình 2-16: Tín hiệu đáp ứng của thành phần tích phan I và lệ P 33

2-17: Sơ dd khối của thành phần vi phân D $4 Hình 2-18: Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID sỉ inh 2-19: Tín hiệu dip ứng của bộ điều khén PID sỉ Hình 2-20: Điều khiển theo kiểu truyền thống (dùng mắt quan sát và tay điều khiên) 55

Hình 2-21: Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID 56

inh 222: Dida chính nhiệt độ của bộ điều khiển PID hoạt động ign tục theo thờisian 56

Hình 2-24: PLC S7-300 với CPC 313 58Hình 2-25: PLC S7-300 với CPC 315 39Hình 3-1; Bảng so sánh phương én chỉ phí tạo ra 1m3 nước nóng 62Hình 3.2: Biểu đồ hiệu suất và chỉ phí các phương án 62Hình 3-3: Giải pháp kết hợp giữa hệ thống nước nóng solar và heatpump 6Hình 3-4: Vòng lập kiểm soát nhige nguồn 65

Hình 3-5: Sơ đồ khối điều khiển 66Điều đồ thời gian thuật toán điều khién ON-OFF 6ï

Phương pháp điều khiển theo kiêu ON/OFF 68“Tính hiệu điều khiển khiển ON/OFF 69Hình 3-9: Tính hiệu điều khiển khiển bằng PID 69

Hình 3-10: So đồ khối hệ thống T0

Hình 3-11: Sơ đỗ khối hàm FB41 * CONT_C” trong phan mém Simatic m 3-12: Sơ đồ khi nối FB4 với đối tượng điều khí n Tình 3-13: Sơ đồ các chân him FB41 B

DANH MỤC BANG BIEU Bang 1-1: Những nguồn nhiệt thường được sử dụng hiện nay

Bảng 2-1; Nhu cầu cấp nước nóng của khách sạn

Bảng 2-2: So sánh kết qui tính toán nhủ cầu dùng nước nóng so với thế Bảng 2-3: Thông số heatpump Megasun MGS-1OHP.

Bang 2-4: Tính toán bơm hỏi nước nồng Bảng 2-5: Chi phí đầu tư bơm nhiệt heatpump

Bảng 2-6: Thông số công suất bơm nhiệt công nghiệp Megasun MGS-GHP"Bang 2-7: Chi phí tiêu thụ điện năng của bơm nhiệt trong tháng.

"Bảng 2-8: Tổng chỉ phí đầu tư và hoạt động của bơm nhiệtBảng 2-9: Cường độ bức xạ trung bình ngày và trùng bình năm Bảng 2-10: Số giờ nắng trung bình cả năm.

Bảng 2-11: Các thông số đặt tưng của tắm phẳng thu nhiệt

Bảng 2-12: So sánh các loại may nước néng solar"Băng 2-13: Chỉ phí loại máy nước nóng solar

"Bảng 2-14: Chỉ phí đầu tư hệ thông nước nóng solar dạng tắm phẳngBảng 3-1: Các chỉ tiêu giải pháp lựa chon

Bảng 3-2: Tổng hợp các thang điểm đánh giá cho từng chỉ tiêu Bảng 3-3: Mô ti tổm tắt các chân vào.

Bing 3-4: Mô ta tm tắt các chân ra

1 Tính cấp thiết của đề

Phin lớn năng lượng chúng ta tiêu thụ ngày nay đều đn từ dầu và than đó, và từ khỉ thiên nhiên Những nguồn hy-drd các bon này cũng cắp năng lượng, sười Ấm và lâm mát cho các ngôi nhà và nơi làm việc liệu cho hệ thống vận tải đưa chúng ta tdi công sở hay trường học, hoặc đưa ta đến những điễm du lich Nhu cầu về năng lượng trên toàn cầu dang ngày một lớn dẫn theo sự gia tăng dân số cũng những tiêu chun sống ngày một cao hơn Các tòa nhà cao ting, khich sạn iện năng chiém một

phần rất lớn, da phần sử dụng cho các thiết bị điều hòa, thang máy, hệ thống cắp thoát

nước với nhiều công nghệ khác nhau với các tiêu thụ năng lượng khác nhau, Theo dựđoán tới năm 2050, dân s trên tr đắt tăng lên 9 tỷ người ~ nghĩa là tăng gn 2 tỷ người so với lượng dan số ngày nay Trong những nén kinh ngườ sia nhập nhm trang lưu, kể cả một số ít nhóm thượng lưu toàn cầu Họ sẽ đầu tư vàn các thiết bị tiêu thụ năng lượng hóa thạch và năng lượng siêu sạch khác Khi kinh tế được ning cp, họ sẽ tạo ra cho cuộc sống ning cắp hơn cho bản thân, din đến ngành

công nghiệp du lich, khách sạn, các tòa nhà cao ting, khu thương mại phức hợp sẽ

phat triển theo.

“Các thành phố đang ngày cảng trở thành nhịp sống của cả nén kinh tổ Tới giữa thể kỷ

khoảng 3/4 dan số thé giới sẽ sinh sống ở các thành phó, làm gia tăng áp lực lên nguồn lương thực, nước và năng lượng thiết yêu đối với sự thịnh vượng và sống vui khỏe của

chúng ta Xu hướng sử dụng năng lượng xanh và sạch thay thể cho năng lượng điện

‘vio hệ thống cấp thoát nước nói chung, hệ thống nước nóng trung tâm nói riêng dang dan được đưa vào các công trình nghiên cứu và áp dung rộng rãi Hiện nay nhu cầu sử dung nước nóng cho tòa nhà cao ting, khách sạn, các khu thương mại phức hợp là rất lớn, đặc biệt là vào mia đông nhu cầu lại cảng tăng cao Để giải quyết vẫn đề cung cắp nước nóng với nguồn dung tích lớn liên tục 24/24 vừa tiết kiệm chi phí đầu tư, bảo trì bảo dưỡng, an toàn cho người sử dụng Các nghiên cứu gần đây cho thấy hệ thống

nước nông trung tâm heatpump với những ưu điểm vượt tội so với các thiết bị làm

nồngnước truyền thông, bên cạnh đó cũng ấp dụng các công nghệ tiên tiến khác nhau

cho hệ thống nước nóng rung tâm nhằm thay thể hoàn toàn nguồn năng lượng truyỄn thống, hướng tới sự phát trién bền vũng

“rong thiết kế hệ thẳng cắp nước nóng trung tâm của khách sạn sử đụng heatpumb với hệ thống cấp nước đến từng ting, phòng tin lợi Tuy nhiên, trong điều kiện dịch

Covid-19 đang xảy ra khắp nơi trên the giới cũng như Việt Nam nên lượng khách du.

lịch có phần giảm, chỉ phí thu vio không bù dp lại chỉ phí quản lý vận hành khách san; bên cạnh đó trong thiết kế chưa tinh đến độ an toàn trong vận hành sử dụng hệ thống gia nhiệt heatpumb cần tiêu hao năng lượng lớn dé duy trì hoạt động cho hệ thẳng cấp nước nóng trung tâm Cần đưa ra bài toán kết hợp sử dụng năng lượng Solar va các giải pháp kiểm soát nhiệt tiêu haocủa hệ thống để giảm chi phi va an toàn sử dụng là cắp thế Do vi trí khách sạn nằm trên day đất miễn Trung có khoảng 2000-2600 giờ nắng mỗi năm,trung bình tổng bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt Nam vào.

khoảng SkW/h/m?/ngay rất thuận lợi trong việc sử dung năng lượng Solar.

"Đồ là lý do chọn để ải để giải quyết bài oán nêu trên: “Nghiên cứu để xuất giải pháp

cấp nước nóng hiệ quá cho khách sạn Holiday - thành phố Nha Trang”.

TL Mục tiêu của đề tài

‘Dinh giá tu nhược điểm của hệ thống cắp nước nóng theo thiết kế ban đầu

Để xuất phương án cấp nước nóng hệu quả cho khách sạn Holiday ~ thành phổ Nha ‘Trang Đề xuất cách quản lý vận hành an ton hệ thống

Phân tích kha năng kiểm soát nhiệt của hệ thống khi kết hợp,Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cửu: quả trình tạo và kiểm soát nhiệt của hệ thông cấp nước nóng khách san Holiday ~ thành phố Nha Trang.

Phạm vi nghiên cứu: hệ thing cắp nước nóng trung tâm sử dụng Heatpumb kết hợp Solar cho các khách sạn.

W.ội dung nghiên cứu

Nghiên cửu các cơ sở lý thuyết và cơ sở dữ liệu trong phương phập tryỄn và kiểm soát quá trinh tạo nhiệt,

"Nghiên cứu khả năng làm việc khi kết hợp gia nhiệt bằng Solar với Heatpumb

ĐỀ xuất các phương án ối ưu nhất để kiểm s át và vận hành hệ thống gia nhiệt hiệu quả tiết kiệm

'Y Các phương pháp nghiên cứu

Phương pháp hệ thống văn bản php quy, văn bản và th thập s liệu: Thu thập và

th1g kẽ, phân tích các tài liệu liên quan về quy hoạch, thiết ké kết cấu, điện, nước,thời gian thi công xây dựng của khách sạn Các tà ig liền quan về mỗi trường, thủy ăn khu vực Tài iệ lên quan về lý thuyết điện, điện từ, số liệu phn mềm cho việc xây dựng mô phỏng,

Phương pháp chuyên gia: tham khảo các hướng dẫn của các giáo viên trường đại học

sự phạm Kỹ thuật HCM, các chuyên gia về finh vue điều khiển tr động Phối hợp trao đỗi và in ý kiến giáo viên hướng dẫn và các giáo viên khác của trường đại học Thủylợi có trình độ chuyên môn cao và kinh nghiệm thuộc lĩnh vực nghiên cứu để phát huy,

tân dụng khả năng đồng góp cho việc thực hiện đề tài

Phương pháp kế thừa: Kế thửa có chon lọ các kết quả nghiên cứu, ao gồm các giáo trình cứu về cắp thoát nước bên trong công trình, cấp thoát nước nhà cao tng, môi trường, các ứng dụng thuật toán, các phần mềm mô phỏng Ngoài ra côn kế thừa các

tài liệu về khảo sát địa hình, điều kiện kinh tẾ xã hội mà khách sạn đang thực hiện

Phương pháp mô hình hóa và tính toán: Sử dụng phần mềm để mô phống các thuậttoán điều khiển (Simatic Step 7, Simatie Wince).

VI Kết quả đạt được

Dua ra được các kết quả tính toán quá trình kiểm soát nhiệt của hệ thống cấp nước nóng trung tâm khi kết hợp Heatpumb với Solar.

uất git php tối ưu nhất để kiểm soát nhiệt và vận hành điều khiển an toàn, giảm

CHUONG1 TÔNG QUAN VE CÁC VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU.

1.1 Tổng quan các nghiên cứu về hệ thống cấp nước nóng trung tâm cho khách sạn

LLL Các nghiên cứu hệ thống nước nóng trên thể giới

Hệ thống cấp nước nóng trung tâm đã được nghiên cứu từ rit lâu va áp dụng trong các tòa nhà, khách sạn trên thé giới.Các hệ thống u hình thành, phát triển để phù hợp với xu hướng cuộc sống và mỗi trường inh thái HỆ thông tạo nhiệt đi

nước từ lúc bắt

«qua lịch sử của mình với các công nghệ hiện đại vợt bậc Ngày nay, thể giới dang dẫnphát triển hệ thống nước nóng trung tâm sử dụng bom nhiệt để thay thé cho các hệ thống truy thống khác như hệ thống sử dung sợi đốt bằng điện, hệ thống sử dụng khí gác để đốt nóng, hệ thống boiler ding dầu diesel Ngoài ra năng lượng sạch cũng dang được áp dụng công nghệ vào hé hồng cấp nước nóng dem lại hiệu quả trong việc sử

“dụng năng lượng,

Nicholas Camot đã để xuất ra một khái niệm chung, ông nhận ra rằng đồng nhiệt

thường di chuyển từ nơi có nhiệt độ nồng đến nơi có nhiệt độ lạnh.

Một nhà phit minh người Mỹ, Robert C Webber, đã có ý tưởng về một miy bơm nhiệt lấy nguồn nhiệt mặt đắt khi anh đang thử nghiệm với tủ đông đặt am sâu của mình Ông đã đảo ngược quá tinh đồ để lấy nhiệt dư t6a ra ding sưởi ấm nhà của mình, đó là bước fu tiên cho phát mình máy bơm nhiệt Sau các lần thir nghiệm và diều chinh thiết kécudi cùng ông đã tạo ra máy bơm nhiệt hoàn chỉnh để cung cấp nhiệt cho toàn bộ ngôi nhả của mình [17]

Sau máy bom nhiệt đầu tiên, năm 1748, William Cullen đã chứng mình sự làm lạnh

nhân tạo có thể được ghi nhận là sự khỏi đầu của nguyên lý khoa học của miy bom nhiệt Lord Kelvin đã phát tiễn ý tưởng vào năm 1852, Đến năm 1855-1857 Peter von

Rittinger đã phát triển và xây dựng hệ thống bơm nhiệt đầu tiên [17]

May bơm nhiệt thời gian gian đầu mới hình thành đực sử dụng rộng rãi trong nhiều. lĩnh vực làm lạnh, sy khô, hay sưởi ấm

“Công ty NEOS CORP có trụ sở đặt ti thành phổ Munich chuyên sản xuất thế bị xử lý nước nóng cho công nghiệp và dân dụng, máy nước nóng năng lượng mặt rồi vàthiết bị xử lý nước bể bơi.

'Công ty SEILAR THERMO AUSTRALIA là mội trong những công ty hing đầu trên

thể giới chế tạo và lắp đặt máy bơm nhiệt công nghiệp và dân dụng.

Từ năm 1970 Mitsubishi Electric đã thir nghiệm thiết kế và sin xuất các đồng sản

phẩm bom nhiệt thương mại Công ty là một trong những nhà sản xuất đầu tiên ở Nhật

công nghệ bơm nhiệ

nồng và cũng là nhà sản xuất đầu tiên phát triển dong sản phẩm ding môi chất lạnhBản đi tiên phong trong việc ứng dụm

R407C để tạo ra nước nóng với nhiệt độ lên đến 70°C, đủ cao để hạn chế sự phát triển

của vi khuẩn và nắm mốc (18)

1.12 Các nghiền cứu hệ hỗng nước nồng ở Việt Nam

lau, việc khai thác, sử dụng hợp lí các nguồn năng lượng dang trở thảnh một vấn bắp bách mang tính toàn cầu Những nguồn năng lượng truyỄn thống (năng lượng

hóa thạch) dang ngày cảng cạn kiệt, ô nhiễm môi trường và sự nóng lên của khí hậu

tri đắt do chất thải công nghiệp Việt Nam đang từng bước hội nhập với nên kính tẾ

thé g ñ ngudn nang lượng không nhiễu, hiệu suất sử dụng năng lượng hiện nay rt thấp Khi luật “ Sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả 2010” ra đời được Quốc hội nước Cộng hỏa xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XII kỳ hợp thứ & thông qua ngày 17

tháng 6 năm 2010 nhằm giảm tổn tất, giảm mức tiêu thụ năng lượng phương tiện,

thi bị mà vẫn đảm bảo nu cầu, mục tiêu đặt ra đối với qué trình sản xuất và cuộc sống Tổn tại lớn nhất hiện nay ở nước ta là sử dụng năng lượng côn hết súc ling phí,

néu so với các nước trong Khu vie và rên thé giới thì hiệu suắt sử dụng năng lượng

của ta rt thấp, gắp 5-7 lần so với các nước trên thể giới, lâm cho cường độ năng lượng, (kgOE/USD) và hệ số đàn hồi nước ta cao Trong các tòa nhà, chỉ số tiêu thụ điện tính.

Im’ sản cao hơn từ 30% - 50% so với các công trình cùng loại Thật vậy, ở châuÂu để sản xuất ra IKWh điện người ta ta đã thải vào mỗi trường 0.6kg COs, thành

phần chủ yếu gây ra hiệu ứng nhà kính.Ở Việt Nam him lượng CO: thai ra tính trên 1kWh điện sản xuất chắc chin cao hơn Tuy nhiền, trong xu thé hội nhập quốc tế và cchuyén hóa trong công cuộc đổi mới hiện nay.Việt Nam dang dẫn din chú trọng vào

6

phip tết kiệm năng lượng và tim nguồn năng lượng mới thuy thé cho năng lượng hóa thach [2| Nhận thức được điều này, dé tài khoa học này triển khai nghiên cứu, tính toán và dé xuất các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quá.

Hiện nay, trong xu thé hoi nhập quốc ổ, nước ta đã và đang cổ ác công tỉnh nghiên cứu về hệ thống nước nóng sử dụng năng lượng sạch thay thé cho năng lượng điện Một số công trình nghiên cứu chế to đáng chủ ý

+ Thầy Vũ Xuân Qué - Hiệu trường trường THCS &THPT Bát Xát (Lào Cai) đã tự

tạo ra hệ thống đun nước nóng công suất lớn sử dụng nguyên liệu tự nhiên để chống

rết cho học sinh vào mùa đông.

+ Ong Ngô Quốc Tuần - thợ sửa đồ điện ở phường Da Mai, thành phố Bắc Giang đã

nghiên cứu, chế tạo ra bé nước nồng sử đụng năng lượng mặt rồi có quy mô nhỏ. + Công ty Cổ phần 22 chế tao, lắp đặt hệ thống tắm nước nồng cho bộ đội vùng rét (Qua các hình tựu trên, một số nghiên cứu ché tạo hệ thổng nước nóng chỉ đừng li tự phát theo đặc điểm từng ving, tùy vào thời tit cụ thé, Các nghiên cứu đồ còn mang tích chất cá nhân, chưa được hệ thống hay bảo cáo khoa học để ứng dụng rộng trong LS Tiếtkiệm tả sử dạng năng lượng hiệu quả trong các tồn nhà

Trong xây dựng nói chung và các tòa nhà nói riêng là một tong những ngành têu thy năng lượng rất lớn, ở hầu hết các giả đoạn trong chủ trinh sống của công trình: từ thiết hi công, khai thác sử dụng Chi ring việc tiêu thy ning lượng điện đã thy có nhiễu vẫn đề cần giải quyết [2]

« Tiêu thụ điện trực tiếp: sử dụng máy điều hỏa không khí, đun nước nóng, chiếu.sáng, thiết bị điện sinh hoạt, thang may.

«Tiêu thy gián tiếp: vật liệu xây dung, vật liệu cách nhiệt, mật độ dân cư.

Hình 1-1: Tiêu thụ điện năng trong các khách sạn [2]

Hình 1.1 ta thấy tỉ lệ sử dụng điện năng cho hệ thông máy nước nóng 4.41% Do đó. trong luận văn này triển khai nghiên cứu và dé xuất các giải pháp có thể giảm khoảng.

1% phần điện năng đó.

12 Tổng quan về thiết kế hệ thống cấp nước nóng trung tâm khách sạn Holiday — thành phố Nha Trang

1.2.1 Sơ lượt về thiết kế cơ điệna cấp thoát nước khách sạn Holiday~ Nha TrangKhách sạn Holiday ~ Nha Trang do công ty Trách nhiệm Hữu hạn Thương mại Dich vụ Khải Hoàng làm chủ đầu te, nằm trên đường Phạm Văn Đồng phường Vĩnh Hồn thành phố Nha Trang tỉnh Khách Hòa, có vỉ tí thuận lợi giao thông, ắt thích hợp xây“dựng khách sạn đạt tiêu chuẩn 4 đến 5 sao.

“Các hạng mục cơ diện và cấp thoát nước do công ty Cổ phần tư vẫn kỹ thuật NBM ¢NBM CORP) chịu trách nhiệm thiết ké cho công trình.

Nình1-2: Mặt bằng tổng thể

1.2.2 Hệ thống cấp nước sử dụng khách sụn

Hệ thống cắp nước bao gồm tất cả các đường ông thiết bị dùng để xử lý, phân phối và van chuyển nước đến các đối trợng ding nước Các đường Ống chính và phụ được nỗi Với nhau thông qua các nối, van v.v, Các hệ thẳng điều chỉnh áp lục (bình giãn nd công tắc áp suit) các hệ thông điều chỉnh lưu lượng nước (công lắc mực nước, van

phao ) và hệ thống điều khiển bơm bằng điện

Cum bơm cấp nước lạnh sinh hoạt: Cụm bơm cấp nước từ bể nước ngằm chứa nước thủy cục lên bể chứa nước trên ting mái sinh hoạt gồm có 2 bơm dy TP-01/02-BF (gồm 1 bơm chạy, 1 dự phòng, bom được thiết kế chạy luân phiên) Cụm bơm tăng áp BP-01/02-RF được cấp nước sinh hoạt cho các ting 17, 18, 19, 20 và cẤp nước cho hệ

thống nước nóng (bơm được thiết kế chạy luân phiên).

Hệ thông bơm cấp nước nóng sử dụng heatpump: Cum bơm twin hoàn

CP-(01/02/03/04-RF bù áp cho hệ thống làm nước nóng heatpump ( mỗi heatpump sử dụng

coum bơm riêng) Cụm bom

Nước nông được làm nóng trong bốn heatpump HĐ-R-01/02/03/04 sau khi được làm ch ốn bình nước nóng RP-01/02-RF bơm nước hồi về ình bảo ôn nóng sẽ dẫn về 4 bình chứa nước nóng có thé 5m3 Nước nóng từ

chứa nước nóng có thé tích V= 5m3 néu nhiệt độ nước ở bình thấp hơn nhiệt độ nước theo yêu cầu th điện trở sẽ làm nước nóng lên bing nhiệt độ yêu chu, Hệ thống này sẽ đảm bảo luôn có nước nóng sử dụng trong mọi diễu khiện thời tiết, bắt kế những ngày mưa bảo liên tục hay rời không có nắng kéo dài Nước nóng từ diy sẽ chảy tự do theo trọng lực) cắp xuống cho các ting condotel, khách sạn, khu bẾp, Hệ thing này hoạt động liên tục cùng với mạng lưới cắp nước nóng, nước nóng không sử dụng hết sẽ được cụm bơm hỏi về 4 bình chứa nước nóng có thể tích V= Sm3 Điều này sẽ giúp cho hệ cấp nước nóng của công trình luôn đảm bảo được nhiệt độ cần thiết trong đường ống để phục vụ một cách tốt nhất nhu cầu dùng nướ

kỹ thời điểm nào [1I]

nóng của công tình ở bắt

10

1.3 Tổng quan vé đặc điểm tạo nhiệt của Heatpump 13.1 Giới thiệu về heapump

Ta luôn thấy một nguyên tắc là nước luôn chảy từ trên cao xuống thấp, nhiệt luôn tuyển từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp, khi di chuyển từ trên cao xuống thấp thi áp xuất không khí thay đổi từ thấp lên cao Tuy nhiên chúng ta vẫn có thể bơm nước hay nhiệt i chuyển ngược li chu trình trên Vậy tacó th điều khiển cả bai chu trình thuận nghịch của nhiệt đó thông qua máy bơm nhiệt

Bơm nhiệt (Tiếng Anh: heat pump, Tiếng Php: pompe à chaleur) là một thiết bị hoại động theo nguyên lý nhiệt động lực học nhằm mục dich vận chuyển nhiệt lượng từ mỗi

trường nảy sang môi trường khác Một máy bơm nhiệt thông thường chỉ cho phép.

nhiệt lượng di chuyển theo một chiều cổ định (tử “nóng” sang "lạnh" hoặc ngược la) ‘vi dụ như lồ sưởi, tủ lạnh, máy nước nóng.

Về lý thuyết, nhiệt lượng được vận chuyển bởi máy bơm nhiệt tối noi cần cung cắp sẽ

bằng nhiệt lượng lấy từ môi trường cộng với năng lượng ding để chạy máy bơm.Một

máy bơm nhiệt chạy điện điễn hình cổ công suất 100 kWh nhiệt lượng với chỉ từ 20-40kh điện năng tiêu thụ.Một số máy bơm nhiệt dàng trong công nghiệp còn có th đạt

được hiệu năng lớn hơn, ví dụ như công suất 100 kWh chỉ tiêu thụ 3-10 kWh điện.năng,

Nhờ wu điểm tiêu thy ít năng lượng hơn những thiết bị cung cấp nhiệt thông thường, máy bơm nhiệt là một cải tiền kĩ thuật quan trong trong việc giém lượng khí thải độc hại m môi tường như khí CO2, khí SO2 (sulphur dioxide), khí Nox (nitrogen

oxides).Tuy vậy, tác động đến môi trường của máy bơm nhiệt chạy điện còn phụ thuộc.

nhiều vio việc nguồn điện năng cung cấp được được sin xuất như thể nào Nếu nguồn

điện được sản xuất từ khí hydro hay những dạng năng lượng tái tạo rõ rang sẽ giảm 6

nhiễm môi tường nhiều hơn à nguồn điện lấy ừ than đá, xăng dẫu

Hình]-4: Hệ thong nước nóng trung tâm của Megarsun. 1.32 Cắu tạo của hệ thống Hearpump

+ May bơm nhiệt Heat Pump

« Thiết bị truyền nhiệt làm nông nước

« May bơm nước tuần hoàn.« Bom hồi nước nóng

+ Bình bảo ôn giữ nhiệt cho nước

® Máy bơm tăng áp tự động.

© Văn điện từ

12

Máy bơm nhiệt gồm 4 bộ phận chính: thiết bị bay hơi, máy ngưng tụ, máy nén và van tiết lnutgo thành một vòng kín Một luồng chất lưu đễ bay hơi, gọi là lưu chất vận

động (working fluid) luân chuyển trong máy bơm với nhiệm vụ vận chuyển nhiệt

lượng lấy từ môi trường ngoài cung cấp cho mỗi trường tiếp nhận Bơm nhiệt làm việc

bằng cách truyền tải nhiệt không phải theo nguyên tắc chuyển đổi điện năng thành

nhiệt năng Một bơm nhiệt ấy năng lượng nhiệt từ nguồn nhiệt thấp (không khí xung cquanh hoặc nguồn nước thai) và vận chuyển ching đến bình chứa nước nóng nhiệt độ

là

cao Điện năng được sử dụng để hoại động cho máy nén để tăng thêm nhiệt ra củanăng lượng nhiệt chứ không phải tạo raố máy bơm nhiệt loại nhỏ sử dụng cho gia đỉnh vẫn đang sử dụng điện dé tạo ra năng lượng nhiệt.

Nguyễn lý hoạt động của bơm nhiệt dồng chất lưu sẽ thu nhiệt lượng từ mỗi tường

sẽ làm tăng nhiệt độ

sổ sung thêm nhiệt (bit lại ổn thất nhiệt khi chất lưu dĩ "bên ngoài thông qua dân thu và được đưa đến máy nén, máy né:

lên tới mức cần thi

chuyển trong ống), dòng chất lưu lạ di chuyển tới bình ngưng tụ sẽ giải phóng nhiệt lượng, quá trình này lập đi lập lại trong suốt quá trình làm việc của máy bơm nhiệt Nếu máy bơm nhiệt lạnh thì quá trình nén sẽ ngược lại Chất lm (mi chất làm lạnh) sôi ở nhiệt độ thấp trong bộ phận bay hơi.

134 Ngun cung cấp nhiệt

“Theo nguyên lý hoạt động như trên, ta thấy hiệu năng của một máy bơm nhỉphụ

thuộc tất nhiều vào những đặc tính của nguồn cung cấp nhiệt (nguồn nhiệ) Một

nguồn nhiệt lý tưởng cho may bơm nhiệt phải cỏ nhiệt độ cao và ổn định các mùa

trong năm, không gây ăn min bay 6 nhiễm mỗi trường, cố những tinh chất nhiệt hóa

vật lý phù hợp với máy, chi phí đầu tư ban đầu cũng như chi phi cho bảo dưỡng và. hoạt động thấp Trong tw nhiên hằu ht các nguồn nhiệt luôn có ẵn, chúng a phi sử

cdụng hợp lý là một chia khoá quyết định tới việc lắp đặt và sử dụng máy bơm nhiệt

Bing 1-1: Những nguồn nhiệt thường được sử đụng hiện nay

Nguồn ni độ của nguồn (độ C)

Đá 0-5 Mặt đất 0-10 "Nước thai >10

Không khi thông thường, khí xa, đất và nước ngầm được sử dụng cho các máy bom nhiệt công suất và phạm vi sử dụng nhỏ, trong khi nước lấy từ biển, sông, hồ đá và nước xã được sử dụng trong quy mô lớn,

“Thông thường người ta dựa vào 3 nguồn nhiệt chính lấy từ không khí, nước vả đất để phân loại các máy bơm nhiệt

13.4.1 Không khí

"Đây là một nguồn nhiệt miễn phí và được sử dụng rộng rãi, đổng thời là nguồn nhiệt

phố biển nhất trong các máy bơm nhiệt Nhiệt lượng do máy bơm nhiệt dang này cung cắp có thể sử dụng dễ âm ấm trựctếp không gian bên trong, hoặc cung cấp cho ác lò sưởi và các bình nước nóng Loại máy bơm sử dụng nguồn nhiệt lấy từ không khí (máy bơm nhkhí) có uu điểm là lắp đặt dễ ding, chỉ phí rẻ hơn các loại máy bơmkhác, thích hop để thay thể các loại lò suai điện thông thường:

Khi tải: khí thải cũng là một nguồn nhiệt được sử dung rộng ri trong các máy bơm ởcác khu căn hộ và khu thương mại Máy bom thu nhiệt lượng từ hệ thống quạt gió để sung cấp cho hệ thống nước nóng hoặc hệ thống sưới Một và loại may bơm nhĩ được thiết kế dé có thé sử dụng đồng thời 2 nguồn nhiệt từ không khí và khí thải134.2 Nước

Nước ngằm: nước ngầm thường đạt được nhiệt độ dn định tử 4 tới 10 °C ở nhiề vực Các mấy bơm nhiệt sử dụng nguồn nước có tu điểm là lắp đặt đ và hoạt động ôm

đinh, hiệu suất tương đối Tuy vậy cằn phải tim được nguồn nước thích hợp ở gin nơi

lắp đặt, hi thích hop với các lò sưởi nhiệt độ thấp hoặc các hệ thống sưởi cho sản nhà, thêm vào đó khi lắp đặt cần lưu ý các vấn để về chống 6 nhiễm nguồn nước và ô nhiễm khu vực đất xung quanh.

Nước sông, hỗ: theo lý thuyết đây là những nguồn cung cấp nhỉnhưng có một"hạn chế lớn là nhiệt độ vào mùa đông thường thấp (0 °C ở các nước ôn đới), và cầnthi một hệ thống chồng đông lạnh hơi nước,

Nước biển: đây là một nguồn cung nhiệt rit tốt nễu đáp ứng được một số điều kiện cần

thi „ thường được sử dụng cho những máy bom cỡ vừa và lớn, trong công nghiệp O

độ sâu tr 25 tới 50 m, nhiệt độ nước biển đạt ôn định (tr 5-Š °C), k gây nên những vẫn 48 về đóng băng hơi nước Việc lắp dat hệ thống máy bơm nhiệt lưu ý tới việc chống ăn mòn cho các đường ống dẫn nhiệt có thé gây ô nhiễm cho môi trường nước biển.

"Nước xả: thường có nhiệt độ cao và én định trong suốt các khoảng thời gian trongnăm Một vai vi dụ là nước xa từ các kênh hay các dường ống thoát nước (đã hoặc

chưa qua xử lý), nước thải công nghiệp, nước thải từ các nhà máy điện, điện lạnh

Môi trong những trở ngại trong việc sử dụng nguồn nhiệt này cho các khu căn hộ vàthương mại là khoảng cách từ những nơi này tới các nguồn nước xả, do các khu côngnghiệp thường được bổ trí ở ngoại 6, xa khu dân cư Tuy vậy với các máy bơm nhiding trong công nghiệp, nó ngược lại không phải là trở ngại mà con là một thuận lợi cho phép tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong công nghiệp.

1343 Di

Mỗi ngày, ảnh nắng mặt toi truyền năng lượng xuống Trái đất và được lưu trữ lại một

lượng đáng kể trong lòng đất Máy bơm nhiệt sử dụng nguồn năng lượng này được gọilà máy bơm địa-nhiệc, có uu điểm là tận dụng được nguồn nhiệt năng tự nhiên có sẵntrong lòng đất của mỗi công trình, không chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường

xung quanh (do nhiệt lượng trong lòng đất thường ồn định) nhưng chi phí lắp đặt khá

sao Khi lấp đặt máy bơm dia-nhigt, cổ hai cách bé tri hệ thống thu dẫn nhiệt Ii theo

chiều ngang (đặt sâu khoảng 0,6 tới 1,2m so với mặt đắt, và chiếm một diện tích lớn, thường được đặt rong sin vườn nh, và theo chiều dọc (không yêu cầu noi lắp đặt phải có sin vườn nhưng cần đảo sâu từ 80 tới 120m).

l6

13.44 Hiệu suất

Đối với một máy bơm nhiệt, hiệu năng của máy COP (Coefficient Of Performance) được tính bằng tỉ nhiệt lượng mà máy bơm cung cấp được và năng lượng cần cung cấp để máy bơm hoạt động Hiệu năng của lò sưởi điện thông thường luôn luôn bằng 1, trong khi với n áy bơm nhiệt, hiệu năng sử dụng có thé lên tới 3 (với my bơm,

nhiệt sử dụng nguồn nhiệt từ đất) hoặc xắp xi 2 với máy bơm sử dụng nguồn nhiệt từ

không khí Trong công nghiệp, mấy bơm nhiệt MVR (Mechanical VapourRecompression) có thể cho hiệu năng từ 5 tới 80,

1.3.4.5 Law chất vận động.

‘Nhu đã trình bay trong phần nguyên tắc hoạt động, mỗi máy bơm nhiệt cin sử dụng một loại chất lưu có nhiệm vụ mang theo nhiệt năng lấy từ nguồn nhiệt tới cung cấp cho các thiết bị nhận nhiệt (như lò sưởi, bình nước nóng ), gọi ld lưu chất vận động Hiện nay, những loại lưu chất vận động phố biến nhất cho máy bơm nhiệt là:

+ CFC-12, ding cho máy bơm nhiệt cung cắp nhiệt độ thấp và trung bình (cao nhất 80 °C):

+ CEC-114, ding cho máy bơm nhiệt cung cấp nhiệt độ cao (cao nhất 120 °C):+ R-500, dùng cho máy bơm nhiệt cung cắp nhiệt độ trung bình (cao nhất 80 °C),+ R-502, ding cho máy bơm nhiệt cung cấp nhiệt độ thấp (cao nhất 5 °C);

+ HCFC-22, ding cho máy bơm nhiệt thuận nghịch và máy bơm nhiệt cung cắp

nhiệt độ thấp (cao nhất 55 °C)

1-33 Du điểm cia hệ thẳng nước nóng trung tam

Ngày nay, bình nóng lạnh là sản phẩm cung cấp nước nóng quen thuộc với cuộc sống

của chúng ta

s Giá thành điện tăng vot do máy phải thường xuyên hoạt động để đáp ứng nhu cầu sử dụng, thời gian làm nóng nước khá lâu nên mắt thời gian chờ đợi

«Sir dụng trực tiếp thanh gia nhiệt kim loại để làm nóng nước dẫn đến rò ri, giật điện

gây nguy hiém đến tính mang của người sử dụng.

+ Phải lắp đặt nhiều thiết bị với những hộ gia đình có nhiều phòng tắm nên tốn kém.

tiễn mua thiết bị, dây điện, Ống nước

«Chính từ những nhược điểm.a

wy của bình nóng lạnh ma ngày nay nhiễu hộ gia đình

in tưởng và tìm đến hệ thống nước nóng trung tâm với những ưu điểm vượt trội+ Chỉ cằn 1 thết bị là có thé cung cắp nước nóng cho toàn bộ gia định, do đ giảm chỉ

phí mua trang thiết bị

+ Lâm ning nước chỉ trong vài phút tiết kiệm thời gian để làm việc khác

© Sử dụng nguồn nhiệt từ môi trường để làm nóng nước, không trực tiếp sử dụng.

điện tiết kiệm chỉ phi, han chế tinh trạng rò rỉ điện và cục kỹ thân thiện với môi

+ Ở đầu van nước ra cổ thiết bị pha nước tự động khi nhiệt độ của nước quá nóng hạn

chế nh trạng bị bồng ở những hộ gia định có trẻ nhỏ và người già 13.6 Lợi ích khỉ sử dụng hệ thẳng nước nóng trung tâm

`Với những ưu điểm vượt trội so với những thiết bị cung cấp nước nóng thông thường như: bình nóng lạnh, máy nước nóng năng lượng mặt ri,.hệ thống nước nóng trungtâm đã ngày cảng được ta chuộng và sử dung rộng rãi tại Việt Nam.

May sử dụng năng lượng tự nhiên nên sẽ hạn chế sự lãng phí năng lượng Với nguồn. nước nóng luôn dồi dio sẽ giúp người sử dung có được những giây phút thư giãn thoải mái bất cứ lúc nào Hệ tÌ ing nước nóng trung tâm có thể tủy chỉnh nhiệt độ phủ hopvới gia đỉnh, thuân tiện dùng cho mùa đông.

Không những vậy vào mùa hè hệ thông côn tụo được hơi nước mắt đ thay thé cho diều hòa nhiệt độ Tit kiệm đăng kế chỉ phí mua tang thiết bị và chỉ phí nhin liệu,

giúp các chủ nha nghỉ, khách sạn, bể bơi, resort, nhanh thu hồi vốn hơn Việc lắp đặt và bảo dưỡng hệ thing nit don giản không gây thay đổi hoặc ảnh hưởng đến cfu trúc

của ngôi nhà

14 Tổng quan vé máy nước nóng năng lượng mặt trời

LAL Lịch sit va đời "áp nước ning năng lượng mặt trời

thé kỳ XIX, các nước phương Tây lim tăng nhột độ của nước bằng phương pháp thù công, đó là dùng gỗ hoặc than đá để đốt nóng Phương pháp này rất tốn kém về nguyên liệu, công sức và bắt tiện

O những vùng nông thôn có nhiều nắng hơn thi nông dn đã nghĩ ra phương pháp khác Họ chứa nước trong một thing phuy và đậy nắp sau đó đem phơi dưới ánh nắng

mặt trời suốt cả ngày Tuy nhiên phương pháp này chỉ sử dụng ban ngày, những thùng.

phuy này nhanh chống bị mắt nhiệt về ban đêm, khi nhiệt độ hạ xuống Ở vũng ít ning thì phương pháp không thể sử dụng vào mùa đồng, vì thể việc tăng nhiệt độ nước chỉcó thể sử dụng nguyên liệu tự nhiên m.

Mãi cho đến năm 1891, Clarence Kemp, bang Maryland, Mỹ, đã tạo ra một loại bồn kim loại lưu giữ được nhiệt độ của nước từ hip thu năng lượng mặt trời Ông đã đặt tên cho sản phẩm của minh là Climax va đây là máy nước nóng từ năng lượng mặt trời dau tiên trên thể giới

Đầu năm 1900, Kemp đã đưa Climax đến với người dân ác tgu bang khác có nắng và

nhiệt độ thường cao hơn Tại miễn Nam California, Mỹ, hàng trăm máy được lắp đặt

vào năm 1900Sau đó, hệ thống tha nhiệt của Climax đã có nhiễu cải tién và hoàn thiện din, trong đó có việc sử dụng hộp thủy tỉnh bao xung quanh các ống kim loại giống như phương pháp hiệu ứng nhà kính Do đó, nước được nóng nhanh hơn Khối

lượng riêng của nước nóng thường nhẹ hơn nước lạnh, khi thông qua ông dẫn thì nước.

nồng sẽ được dồn vào bình chứa (bình bảo ôn) và đảm bảo cho nhu cầu cả ngày và đêm,

Nam 1909, William J Bailey của công ty thép Carnegie, Mỹ, đã năng kỹ thuật lên một

bước nữa bing cách t fh miy nước nóng ning lượng mặt ti ra làm hai phần: một phần hấp thụ nhiệt và một phan trữ nhiệc Phin hip thụ nhiệt là các ống kim loại sơn den và đặt trong một hộp kính, phần còn lại là một bồn chứa lớn dé trữ nước nóng “rong những năm 1920-1930, những khám phá lớn vé khí đốt tai Los Angeles, Mỹ đã

lam đình trệ sự phát triển ứng dụng của năng lượng mặt trời Sau năm 1930, Heater lả.

người kể nghiệp Bailey, đã phát tiễn rộng rãi ding may Solar Day - Night Heater Sau

chiến tranh thể giới thứ hai, có những nước mà cả na số dân đã dùng mấy nước nóng

năng lượng mặt trời, gop phin tiết kiệm điện cho cúc ngành công nel khác

p sin xuất

Năm 1960, người Nhật đã

máy nước nóng năng lượng mặt tờiĐổi lại, họ được mua đầu mỏ với giá ưu bận khu vực Trung Déng bing những ứng dụng của đãi Nhưng không lâu sau đó, vào năm 1973, giá dầu mỏ tăng viin vụt, máy nước nóng năng lượng Mặt trời trở nên có giả.Khi xuất hiện lệnh cắm vận một số nước Trung

Đông, mỗi năm Nhật Bản xuất sang Trung Đông hơn 100,000 máy nước nóng năng

lượng Mặt trời.Khi cuộc khủng hoảng giá dầu Lin thứ hai xây ra (năm 1979), doanh, thu của nước Nhật tăng khủng khiếp chỉ bằng việc xuất khẩu máy nước nồng nănglượng Mặt trời, trung bình trên 250,000 máy/năm.

Hiện tại, Nhật Bản đang có trên 10 triệu gia đình dùng máy nước nóng năng lượng.Mat ti,

‘Tai Australia, Solarhar la nhà sản xuất tiên phong khi cả tiến bộ hip thy nhiệt và bồn nước (bình bảo ôn) được thiết kế gọn nh, rất thuận lợi khi lắp đặt trên mái nhà Nếu năm 1960, trên cả th giới cổ khoảng 100,000 bộ may nước nóng năng lượng Mặt trithì đến năm 1969 đã có khoảng 4 triệu máy.Cuộc khủng hoàng vé dẫu mỏ năm 1973 và năm 1979 đã làm người din Australia gin gũi hơn với nguồn năng lượng từ Mặt trời Trong khoảng thôi gian này, ở lãnh thổ phía Bắc của Australia đã cỏ khoảng 45-50% số gia đình sử dụng máy nước nóng năng lượng mặt trời.Trong những năm cudi của thập kỷ 80 của thé kỷ 20, Australia là nước xuất khẩu my nước nồng năng lượng

mặt tời lớn nhất thé giới khi thị phần của thương hiệu Solarhart chiếm 50% tổng thị

Tại Israel, năm 1953, Levi Yissar là người đầu tiên đưa máy nước nông năng lượng

mặt trời về và sự kiện này đã thu hút nhiều tờ báo hàng đầu ở nước nay.

“Tại Việt Nam, sự xuất hiện của máy nước nóng năng lượng mặt trời tuy muộn nhưng

ding thời điểm và được coi là một trong những giải pháp tiết kiệm hàng đầu trong đầu

‘Tir đầu những năm 90 của thé ky XX, máy nước nóng năng lượng mặt trời nói riêng và các thiết bị dùng năng lượng mặt trời nói chung đã nhen nhóm xuất hiện tại Việt Namnhưng mới chi ở dạng nghiên cứu của các trường đại học hoặc viện nghiên cứu.

20

én đầu năm 2000, máy nước nóng năng lượng mặt trời đã có hình thức thương mại nhưng đa phần nhập ngoại như Solarhart và Edwards (Australi), Solar Meru

(Malaysia), Solar Heps (Ierael) |§]

Hình1-7: Giản máy nước nóng năng lượng mặt trời

1.42 Cấu go chính và nguyên lý hoạt động

142.1 Chu ao

Bộ phận thu nhiệt (Collector: bộ thu nhiệt có vai to hết sức quan trong vi cht lượng

nhiệt độ của nước đều phụ thuộc vào sự làm việc của bộ này Trước đây phổ

loại tha nhiệt phẳng lâm bằng kim loại (dang ống cánh với ống bằng đồng và cánh bằng đồng hoặc nhôm) Gần đây, loại thu nhiệt phẳng bằng nhựa (PP-R có độ din nhiệt cao) và loại thu nhiệt sử dụng ống thủy tỉnh 2 lop rút chân không khá phổ biển giữa là lớp không khí hay dầu làm tăng khả năng dẫn nhiệt Như vậy là có 3 loại collector: loại phẳng dạng ống cánh kim loi, dạng phẳng bằng nhựa và dang Sng chin

không Collector của may nước nông có dạng ống thủy tinh 2 lớp rút chân không với

"hiệu suất cao (93%) và tuổi thọ tương đối cao nếu sử dụng đúng cách.Giá thành cũng như chi phí thay thé ống rit rẻ, và ống có thể chịu đựng được va đập của các trận mưa đã lớn Lớp hấp thy của ống nước được sơn bằng công nghệ phun mạ do đó tính hip thụ bức xạ mặt trời cao đến hiệu suất thu nhiệt của ống khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời rất cao (95%), hiệu suất phát xạ nhiệt khi tiếp xúc với ánh nắng mặt trời thấp 6% "Nhược điểm duy nhất là đời hỏi nguồn nước cung cấp đảm bảo phải liên tục và cổ chất

a

lượng tốt, nhằm trình gây phá hủy các ông thu nhiệt do "sốc nhiệt" hay đồng bin sẽ làm giảm hiệu suất

Bộ phân giữ nhi (Bình bảo ôn): Dùng để hưu trữ nguồn nước nóng và nước lạnh, Cấu tạo gồm 3 lớp: Ruột bình, lớp bảo ôn và võ bình Ruột bình: Được chế ạo bằng thép không gi SUS304/2B ding trong công nghệ thực phẩm và được hàn néi bằng phương pháp hàn cao tin do đó đảm bo được thành phin của nước khi sử dụng không bị thay đỗi do xúc tác của nhiệt độ Lớp bio ôn: Dược làm từ hợp chất PolyUretbane bọt PU cách ly 55mm rat tốt và giữ được nhiệt độ rat lâu (khoảng 72 giờ), khả năng thất thoát nhiệt không đáng ké, V6 bình: Lim bằng thép không gỉ, độ dây tiêu chun mang lạ cho bình độ bén, đẹp, sử dụng tốt trong cả những môi trường khắc nhiệt (vùng ven biển, hải đảo )

14.2.2 Nguyên lý hoạt động

Hệ thống hoạt động theo nguyên lý đối lưu nhiệt tự nhiên và hiện tượng hiệu ứng lồng, kính, giúp biến đổi quang năng thình nhiệt năng và bẫy nhiệt lượng này Năng lượng mặt trời được hấp thụ ti bề mặt thiết bị, lâm tăng nhiệt độ nóng nước, do quá trình đối én tục cho đến khi lưu nhiệt, nước tại bình bảo ôn sẽ tăng lên, quá trình này diễn ra

nhiệt độ tong bình bằng nhiệt độ của nước tại thết bị hip thụ Việc tạo ra nước nồng

không phụ thuộc vào nhiệt độ của mối trường bên ngoài mà phụ thuộc vào khả năng

bắp thụ nhiệt của thiết bị năng lượng với các ta bức xạ ảnh nắng mặt trời

May nước nóng năng lượng mặt trời hoạt động được không phụ thuộc vào các mùatrong năm mà phụ thuộc vào thời tiết và khả năng làm việc của collector, cứ có ánh.ning mặt tri là có nước nồng trong máy nước nóng năng lượng mặt tồi Nhiễu người do chưa hiểu rõ nguyên lý hoạt động của sản phẩm lại có quan niệm sai Lim và cho rằng: "Máy nước nóng năng lượng mặt trời chỉ hoạt động được mùa hé côn mia đông hong có tác dụng hoặc rất kém”

Hình1-8: Nguyên lý hoạt động của hệ thông máy nước nóng năng lượng mặt trời

Máy nước nóng năng lượng mặt trời ống chân không: Máy nước nóng năng lượng mặt trời ống chân không bao gồm nhiều ống thủy tinh chân không được gắn và ghép nối

vào các ỗ thông hơn trên thân bồn nước nóng Loại này có khả năng giữ nhiệt lâu, an

toàn kh sử dụng, giá thành rẻ Tuy nhiên, hiệu suất hoạt động kém khi thời tiết xắn,

không có năng, đễ bam bụi, yêu

Hình!-9: May nước nóng năng lượng mặt trời ống chân không

May nước nồng năng lượng mặt trời ông diu:loai này tương tự mấy nước nông chân không về mặt cấu tạo, chỉ khác về chất dung môi dẫn nhiệt Loại thiết bị này có kha năng hip thụ nhiệt nhanh, giớp nước nông nhanh an toàn, không bi bám bin, Đặc bit, chúng có thể hoạt động tốt kể cả khi không có nắng Nhược diém của dang máy nước

2

nông này là gi thình khi cao, thường cao hơn từ 2 ~ 3 iệu đồng so với máy nước

Hình 1-10: Cấu tạo đơn giản ông dẫn nhiệt của máy nước nóng solar

Mây nước nóng năng lượng mặt trời loại tim phẳng: Máy nước nóng năng lượng mặt trời dạng các tắm phẳng được bảo vệ một lớp kính cường lực cao cấp, cách bên dưới bÈ mặt tắm phẳng là chất dung môi din nhiệt là không khí hoặc

phẳng bao

dầu, thưởng máy năng lượng dang tắm phẳng sử dung dung môi bằng không khí

Hình 1-11: Máy nước nóng năng lượng mặt ti loại tắm phẳng

‘Tay thuộc vào diện tích và vị trí lắp đặt ma việc lắp đặt bình nước nóng năng lượng mặt trời cũng có nhiều sơ đỏ khác nhau.Dưới đây li 3 sơ đỏ lắp đặt hệ thông nước. iến nhất Máy nước nồng năng lượng mặt ti loại gia nồng năng lượng mặt trời phí

4

Hình 1-12: Máy nước nóng năng lượng mặt trời trên mái hộ gia đìnhMây nước nóng năng lượng mặt trời loại công nghiệp

Hình 1-13: Máy nước nóng năng lượng mặt trời công nghiệp15 Tổng quan về lý thuyết điều khiển tự động

15.1 Khái niệm

Ly thuyết điều khiển tự động là một cơ sở lý thuyết, nó nghiên cứu những nguyên tắc

thành lập hệ tự động và các qui luật của các quá trình xây ra trong hệ Từ đó xây dựng.

được các hệ tối ưu hoặc gần tối ưu bằng những phương pháp kỹ thuật, đồng thỏi "nghiên cứu quá tình tĩnh và động của hệ thống đó.

25

`Với những phương pháp hiện đại của lý thuyé khiển tự động, chúng ta có thể lựa chọn cấu trúc hệ thống hợp lý, xác định tị số tối ưu của các thông số Đánh giá tinh ồn định và các chỉ tiêu chất lượng trong quá trình điều khiển [4]

Một vải khấi niệm có tính chit chung nhất của kỹ thuật diễu khiển trong các nghành khoa học khác nhau Không kể đến đặc điểm cụ thể, nguyên lý tác động va công dụng của các hệ Htạ đó, các khái niệm đó lề

« Đối tượng điều khiển: La các thiết bị tạo ra đại lượng vật lý theo yêu cầu của côngnghệ

« Thiết bị điều khiển: Là thiết bị gia công tín hiệu diều khiển để tác động vio đổi tượng điều khiển.

+ Tin higu điều khiển: Là tn hiệu phù hợp để tác động vào thiết bị điều khiển

© Điều khiển: La tập hợp tắt cả các tác động được thực biện lên đối tượng cần điều

khiển theo một nguyên tắc, một quy luật nào đó nhằm thoả mãn các yêu cầu đặt ra

Một hệ thông không có sự tham gia trực tiếp của con người trong quá trình điều khiển

sọi là hệ thông điều khiển tự động ‘Tuy nhiên, quá trình này vẫn phải được con

người kiểm soát và hiệu chỉnh.

29) (reference mpu tin hiệu vào, tín hiệu chuẩn,

rolled oup): tin hiệu cả

sip.— u(r): án hiệu điều khiển.

Hình I-14: Sơ đồ đặc trưng của điều khiển tự động 1.52 Phân loại đều khién tự động theo tín hiệu

Tin hiệ là diễn biến cia một đại lượng vậtlý chữa đựng tham số thông tn hay dữ liệu và có thé truyền dẫn được Theo quan điểm toán học thì tín hiệu được coi là một him

6

của thời gian Trong các lĩnh vue kỹ thuật, các loại tin hiệu thường dùng là điện, quang,‘kh nén, thủy lực va âm thanh.

Cúc tham số sau diy thường được đồng ive tiếp, gián tiếp hay kết hợp để iw thị nội dang thông tin hay đữ igus Biên độ (điện áp, dng.) Tân sổ, nhịp xung, độ rộng cña

"xung, sườn xung; Pha, vị trí xung,

Không phân biệt tính chất vật lý của tín hiệu (điện, quang, khí nén th ta có thể phân loại tihiệu dya theo tập hợp giá trị của tham số thông tin hoặc đựa theo diễn

biển thi gian thành những dạng sau:

« Tin hiệu rời rac (về mặt thời gian) là tín hiệu chỉ xác định trân 1 lập rời rae của thời sian (tập những thời điểm rồi rac), Dưới dạng toán học, tín hiệu rời rae mang giả tị thực (hoặc phúc) cổ thể được xem là 1 him liên kết từ tập số tự nhiên đến tập số thực (hoặc phức).

+ Tin hiệu liên tục (vé mặt thời gian) là tin hiệu mang giá trị thực (hoặc phúc) xác

định với mọi thời điểm trong một khoảng thời gian, trường hợp phổ biến nhất là

một khoảng thời gian vô hạn.

“Chú ý: Một ham không liên tục về mặt toán học, ví dụ như ham sóng vuông

(square-wave) hay sóng răng cưa (sawtooth-(square-wave), vẫn có thé là ham liên tục về mặt thời gian.

‘Tin hiệu tương tự là tín hiệu có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian.

Tín hiệu số là tin higu mà các giá trị tham số thông tin của một tin hiệu được biểu diễn

bằng mã nhị phân

Hệ thống điều khiển thực té rit đa dang và có bản chất vật ý khác nhau Trong giáo trình nảy chỉ giới hạn nội dung nghiên cứu là hệ thống tuyển tính bắt biến liên tục (Quan hệ giữa tín hiệu vào và tn hiệu ra của một hệ thống tuyển tính bắt bin liên tục tắt phức tạp, cần có cơ sở chung để phân tích, thiết k các bệ théng điều khiển có bản chất vật lý khác nhau [3]

2”

1.5.3 Mô tả tán học hệ thing điều khiẫn

“rong hệ thống liên tục người ta hay sử dụng phép biển đổi Laplace để biển đổi từ miễn thời gian sang miễn tin số phúc, đây là sử đụng mô hình toán bằng ham truyền đạt, Các phương trình vỉ úch phân sẽ chuyển đổi hành các phương trình đại số thong thường

Dinh nghĩa: Goi F(s) là biến đổi Laplace của hàm f), khi đó ta có:

F(s) = LUFC) = Sy f()e"* at a4) “Trong đó: s là biển phức (biến Laplace); L là toán tir Laplace; F(s) là biển đổi Laplace của ham f().

(9) t

“| G(s) L8 i Hình 1-15: Mô tả hệ thống dưới dang him truyés

Hàm số truyền của hệ thông (còn gọi là hàm truyỄn dat) là tỷ số giữa tín hiệu ra va tin

ầu triệt tiêu (điều kiện đầu hiệu vào biểu điễn đưới dang toán tử Laplace với điều

bằng 0).

© u(t) > U(s) = Luo],+ y0 Y@vol

1.6 Kếtluận chương!

V6i việc biển đổi khí hậu ngày nay, thay thé năng lượng hỏa thạch bằng các nguồn

ning lượng ái tạo đang ngày càng được chú trong và quan tim hùng đầu tong khâu thkế, vận hành, quản lý.Từ đó đưa ra giải pháp thích hợp để lựa chọn phủ hợp với thực tế Các nguồn năng lượng có thể thay thể:

+ Năng lượng gió

# Nẵng lượng mặt tồi (solar)# Nang lượng địa nhiệt

+ Các nguồn năng lượng khác

28

Trong luận văn sẽ nghiên cứu năng lượng solar ding trong hệ thống cắp nước nóng nại

pháp hạn chế tổn thất nhiệt rong hệ thông (phn năng lượng tạo ra tổn thất nhiệ),

thay thể hoàn toàn hoặc một phần hệ thống heatpump.Bên cạnh đó nghiên cứu về

“Trong cuộc sống ta ngày nay, yêu tổ quan trọng quyết định đến sự sống trên trái đất đó chính là năng lượng.Hằng ngày, chúng ta đều sử dụng năng lượng cho việc phát triển kinh KF thuật Trong đó, ác nhiề tiệu như than đá, dầu mỏ đang dẫn kiệt gu Đây là điều ding báo động cho tinh trang hiện nay, có thể dẫn đến việc thiếu nhiên liệu, gây khủng hoảng kinh tý‘ling như trật tự xã hội và quan trong hơn khi sử dụng. 4qué nhiều dẫn đến gây 6 nhiễm môi trường trim trọng, ảnh hưởng đến sức khoẻ con

người và động vật Với sự phát triển vượt bật của khoa học ~ công nghệ thi việc phát

triển và nghiên cửu một thiết bị, hệ hổng giúp tt kim năng lượng va trắnh lạm dung

‘vo nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dẫu mỏ, là vô cùng quan trọng.

Hệ ú ống nước nóng trung tâm sử dụng bơm nhiệt hay năng lượng mặt trời (solar) là

một thành phần trong số đỏ, giúp tiết kiệm điện năng sử dung, không gây 6 nhiễm mai

trường khi sử dụng dem lạ lợi ich cho cuộc sống V

nhà ca ting ngly nay theo xu hướng phát triển của thời đại, hệ thống nước nồng trung tâm là một giải php thiết thực g6p phần vào việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.

Bai nghiên cứu luận văn sau đây sẽ đưa ra những phân tích, đánh giá một cách tổng.

«quan về nguyên lý, cẩu tao, các ưu nhược điểm theo thuyết minh thiết kế ban đều đưa ra, qua đó đưa 1a một số giải pháp tit kiệm năng lượng hơn và an toin trong công tắcVận hành

Do tòa nhà khách sạn còn đang trong giai đoạn xây dựng, chưa ban giao đưa vào sit

dung Nên các đánh giá, chứng minh, giải pháp đưa ra trong luận văn này cũng sẽ chỉ

mang tinh chất ý thuyết lý uận Nhưng ác gi by vọng Lý thuyết, giải pháp này sẽ có

thể mang lại lợi ích thiết thực vào các công trình khác để đem lạ lợi ích kinh tế và bảo

2»

CHƯƠNG 2 CO SỞ TÍNH TOÁN HE THONG CAP NI TRUNG TAM CUA KHACH SAN HOLIDAY

2.41 HG thống cắp nước nóng trung tâm của khách sgn Holiday

2.1.1 Cơ sử tính toán hệ thẳng cấp nước nóng trung tâm gia nhiệt bằng heatpump

của khách sạn

Hệ thống cấp nước trong nhà làm nhiệm vụ đưa nước từ mang lưới cắp nước ngoài nhà ảnh hoặc máy mốc sản xuất có đùng nước bên trong nhà Hệ thống cấp nước trong nhà gồm:

s During ống dẫn nước vào nhadén các thiết bị* Nút đồng hồ do nước va các thiết bị kèm theo

+ During ông chính nỗi từ nút đồng hỗ đến các Sng đứng, các Sng đúng dẫn nước lên

các từng, các ống nghinh dẫn nước từ Ống chính đến các thếtbị, các thếtbị vệ sinh và dùng nước, các hệ thông điều tiết nước khác

Hình 2-1: Sơ đồ hệ hông cắp nước trong nhà đơn gián

Ngày nay trong thiết kế hệ thống cắp nước trong nhà cao ting hoặc khách sạn cao ting dé giảm gid thành xây đựng, giảm độ chênh áp giữa các tng, thuận tiện cho việc phân phổi nước đến các ting và để giảm chỉ phi điện năng cho việc bơm nước, cần phải phân

30