Luận văn thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật cấp thoát nước: 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 TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ MINH TÙNG

NGHIÊN CỨU HIỆU QUA VÀ ĐÈ XUAT CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NANG LƯỢNG CHO HE THONG

CAP NƯỚC NÓNG BEN TRONG CONG TRÌ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HO CHÍ MINH, NAM 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRUONG ĐẠI HỌC THUY LỢI

LÊ MINH TÙ \G

NGHIÊN CUU HIỆU QUA VA DE XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THÓNG

CÁP NƯỚC NÓNG BÊN TRONG CÔNG TRÌNH

Chuyên ngành: Ky thuật Cấp Thoát nước.Mã số: 8580213

NGƯỜI HƯỚNG DẪN: ‘Ts Khương Thị Hải Yến

HO CHÍ MINH, NAM 2021

LỜI CAM DOAN

Ho và tên: Lê Minh TùngMSHV: 191801045Lớp: 27CTNII-CS2

“Chuyên ngành: Kỹ thuật Cấp Thoát nước.

Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, Không sao chép từ bắt kỳ một nguồn nào và dưới bắt ky hình thức nào Việc tham khảo

các nguồn tài liệu (nêu có) đã được thực hiện trích din và ghỉ nguồn ti liệu tham khảođúng quy định,

“Tác giả luận văn.

Lê Minh Tùng

LỜI CÁM ƠN

“rong quá tình hoàn thành khóa luận mặc dù gặp nhiều khó khăn thách thức nhưng

bằng sự quan tâm giáp đỡ của thầy cô, anh chị đồng khóa tôi đã hoàn thành luận vănđúng thời hạn.

Tôi xin dành lời cảm ơn chân thành đến Ts, Khương Thị Hải YẾn người đã tận nh giúp đỡ, tư vẫn, din dit tôi hoàn thành luận văn và bổ sung giáp tôi nhiễu kiễn thức

"hữu ích về chuyên môn.

Tôi cũng xin dành lời cảm ơn chân thành đến Khoa Kỳ thuật Tai nguyên Nước nói chung và Bộ môn Cấp thoát nước nói riêng cùng tập thé lớp cao học 27CTNII-CS2 đãdng hành, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu tại Đại học Thủy lợi.

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LUC

DANH MỤC BANG BIEU vũ1 Tính cắpthiếtcủa để tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 3

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu, 3 4 Nội dụng nghiên cứu 35 Cách tiếp cân và phương pháp nghiên cứu 4CHƯƠNG 1 TÔNGQUAN 5

1.1 _ Tổng quan về hệ thống cấp nước nóng Ss LLL Công nghệ gia nhiệt nước nông 6 1.1.2 Đặc điểm cfu tạo và tôn tit nhiệt trên mạng lưới cắp nước nồng ) 1.2 Các nghiên cứu về hệ thống nước nóng trên thể giới la L3 _ Các nghiên cứu về hệ thống nước nóng ở Việt Nam “ 14 Các tồn tại của hệ thống cắp nước nóng bên trong công trình l5 15 Kết luận, 16 CHUONG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CHO NGHIÊN CỨU HE THONG CAP NƯỚC NONG BEN TRONG CONG TRINH 19

21 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu hệ thống nước nóng 19

2.1.1 Hệ thống nước nóng và cơ sở xác định nhu cầu nhiệt 19

2.1.2 _ Cơ sở lý thuyết tỉnh toán mạng lưới cắp nước nóng 2 2.13 Thiét bi cấp nước nông cục bộ 28 2.14 Hệ thống cấp nước nóng gia nhiệt bing bơm nhiệt 31 2.1.5 Hệ thống cấp nước nóng gia nhiệt bằng bức xạ mat i 33

2.1.6 Hệ thống cắp nước nóng gia nhiệt bằng điện trở 37

22 Cơ sở xác định tin thất nhiệt lượng trên hệ thống cắp nước nóng 39 Corsi sắc định hiệu quả sử dung năng lượng của thiết ị gia nhiệt 4i

So sánh các phương dn cắp nước nồng 43

2.5 Corso thực tiễn nghiên cứu hệ thống cắp nước nóng 4g2.5.1 Nước nóng ra chậm khi mỡ voi nước nồng 4g

2.52 Nhiệtđộ nước nóng không đều tại các kha vực sử đụng 49 25.3 Quá tải hệ ching vào giờ cao điểm 50 25.4 Hạn chế triển khai hệ thống hồi nước nóng cho các đơn nguyên có đồng.

hỗ nước sỉ 25.5 Hệ thống hoạt động với công suất thấp hơn thết kế 32 2.5.6 Rô vỡ bình chứa tid bi gia nhiệt cục bộ 33 HUONG 3 DE XUẤT GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NANG LƯỢNG CHO HỆ THONG CAP NƯỚC NÓNG BEN TRONG CÔNG TRÌNH 35

3.1 Giải pháp thiết kế 5s 3.1 Giảipháp hệ thing hồi cho mạng lưới cắp nước nóng 35 3.1.2 Giảipháp lắp dat van Venturi tuin hoàn nước nồng 38

3.1.3 Giải pháp lắp đặt van xa áp cho bình nước nóng cục bộ 62

3.144 Đồng hỗ hồi nước nóng 6

3.15 Sit dụng hệ thống đo đếm nước tự động 65 3.1.6 Sir dụng vật liệu ống va bọc cách nhiệt c 6 3.2 Giảipháp quản ý và vận hành n32.1 Chia đơn nguyễn gia nhiệt phù hợp với ké hoạch vận hành n 3.2.2 _ Quan lý phân chế độ vận hành theo mùa, theo giờ dùng nước T1 3.3 Các giải pháp kết hợp hệ thống 76 33.1 Tận dung các nguồn nhit từ các hệ thống kỹ thuật khác 16

3.3.2 Kết hợp các phương thức gia nhiệt hỗ trợ lẫn nhau 78

CHUONG 4 ỨNG DỤNG KẾT QUÁ NGHIÊN CỨU VÀO TÍNH TOÁN HIỆU

QUA SỬ DỰNG NANG LƯỢNG TIẾT KIỆM CHO CÔNG TRÌNH 844.1 Giới thiệu công tinh ví dụ tính toán 8442 Tĩnh toán chung hệ thông nước nồng 8642.1 Tính oán nhủ cầu nước nông và nhiệt lượng sử dụng 8642.2 Tính toán mang lưới cắp nước nóng 87

4.3 Tính toán các phương án gia nhiệt nước nóng 92

43.1 Cơ sở gi thuyét tinh toán và so sánh các phương án 24.3.2 Chọn thếtbị cấp nước nông cục bộ 924.3.3 Tính toán phương dn gia nhiệt Heatpump %434 Tính toán phương dn gia nhiệt Solar kết hợp Heatpump 9

43.5 Tính toán phương án gia nhiệt bằng điện trở44 Thống kê năng lượng sử dụng cho gia nhiệt

49° Khái toán chỉ phí thiết bị

46 Dinh giá lựa chọn phương án gia nhiệt cho công trình KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ.

1 Kết quà đạt được của đỀ ti

3 Những tổn tai tong để dài

DANH MỤC CÁC HÌNH ANH

Hình 1.1 Nhà tắm có nước nóng tại La Ma Tình 1.2 Miy nước nóng của Waddy Maughan

inh 1.3 Mạng lưới cắp nước nóng dạng kinHình 1.4 Mạng lưới cắp nước nồng dang hetHình 2.1 Nguyên lý máy nước nóng gián tiếp

Hình 2.2 Máy nước nóng trực tiếp 2.3 May nước nồng giản tỉ

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý trao đổi nhiệt của bơm nhiệt Hình 2.5 Hệ thông nước nóng ông chin không,

Hình 2.6 Hệ thống nước nóng ống dầu.

2.7 Hệ thông nước nóng năng lượng mặt tời tắm phẳng Hình 2.8 Điện trở đun nước.

Hình 2.9 Bảng so sinh phương ân sin xuất nước nóng từ MesaSun 2.10 Biều đồ Chỉ phí và hiệu suất các phương dn từ MegaSun Hình 2.11 Chờ nước nóng

2.12 Nước yêu vào giờ cao điểm, Hình 2.13 Đồng hỗ nước

Hình 2.14 Trang bị vệ sinh cho khách sạnHình 2.15 Ri nước mây nước nồng gián tiếp

Hình 3.1 Sơ đồ mạng lưới cắp nước nóng với đường hỗiHình 3.2 Van Cân bằng nhiệt áp

Hin 33 Van cảm biển nhiệt

Hình 3.4 Sơ đồ tuần hoàn nước nông bằng van Venturi 3.5 Nguyên lý Venturi

Hình 3.6 Van venturi chế độ tàn hoàn giờ thấp điểm Hình 3.7 Chế độ tuần hoàn Venturi giờ cao điểm.

Hình 3.8 Chế độ Venturi 2 chiều khi lấy nước trong nhánh vòng.3.9 Mang hồi với van Ventury

Tình 3.10 Lip đặt van an toàn

Hình 3.11 Van xa áp may nước nóng

Hình 3.12 Đồng hồ có tinh đường hỗi (tương tự BTU meter)

3.13 Đồng hỗ nước đặt ngay tại căn hộ Hinh 3.14 Dang hỗ nước kết nối mạng M-Bus

3.15 Ong và phụ kiện nhựa PP-r Hình 3.16 Ong và phụ kiện nhựa e.VC

Hình 3.17 Cấu tạo bồn bao ôn

Hình 3.20 Ong cách nhiệt định hình GlassWool

Hình 3.21 Cách nhiệt bông khoáng.

Hình 3.22 Cụm bơm nhiệt cho công trình khách san Hình 3.23 Phân ving hoạt động một phẫn

Hình 3.24 Sơ đồ mô hình trao đổi nhiệt3.25 Bơm nhiệt kết hợp Solar Panel Hình 3.26 Lắp điện trở bổ sung cho dân solar

Tình 3.27 Bơm nhiệt hoạt động kết hợp điện trở dự phòng.

Hình 3.28 Hệ thống dàn solar bổ sung bởi heatpump và dy phòng điện tr.

4.1 Phỏng điều đường đơn.Hình 4.2 Căn hộ an dưỡng.

Hình 4.3 Két qua chon bơm tang áp trên Grundfos- SelectionHình 4.4 Kết quả chon bơm hai trên Grundfos - Selecdon

Hình 4.5 Đặc tính kỹ thuật bơm nhiệt

Hình 4.6 Kết quá chọn bơm tuần hoàn Heatpump trên Grundfos - Selection inh 4.7 Tỷ lệ năng lượng của đàn Solar va Bơm nhiệt

Hình 4.8 Kết quả chon bơm tuần hoàn solar trên Grundfos - SelectionHình 4.9 Biểu đồ điện tiêu thụ các phương án gia nhiệt

DANH MỤC BANG BIEU

Bang 2.1 Bảng tiêu chuẩn ding nước nóng ở nhiệt độ 65°C 21 Bảng 22 Bảng tra trị số a 23 Bảng 23 Bảng tr tr số K 23Bảng 24 Bảng ta hệ số a %Bảng 2.5 Bang hệ số đồng thời của các đụng cụ vệ sinh trong các phòng, gian khẩn,

gia, các công trình thé thao, xi nghiệp ăn uống công cộng 25

Bảng 2.6 Bảng hệ số đồng thời của các đụng cụ vệ sinh trong nhà sin xuất va cácphòng sinh hoạt của xí nghiệp công nghiệp 2

Bang 2.7 Ưu nhược điểm của phương pháp gia nhí 31

Bảng 28 Ưu nhược điểm của phương pháp gia nhiệt bằng bơm nhiệt 3

Bang 2.9 Ưu nhược điểm của phương pháp gia nhiệt bằng din Solar 37

Bảng 2.10 Ưu nhược điểm của phương pháp ga nhig 39Bảng 2.11 Hiệu suit i thiểu COP của bơm nhiệt cắp nước nông 42 Bang 2.12 Hiệu suit tối thiểu của thiết bị dun nước nóng 43 Bang 2.13 Phạm vi ứng dụng hệ thông gia nhiệt theo ving địa lý Việt Nam 46 Bảng 2.14 Đặc điểm ứng dựng các phương án gia nhiệt AT Bảng 4.1 Bảng tính khối lượng nước nồng 86 Bảng 42 Cột áp bơm tăng áp 88Bảng 43 Lưu lượng bom ting áp 88Bảng 44 Bảng tính tổn thất ma sát bơm tng áp 89Bảng 4.5 Bảng chon bơm tăng áp 90 Bing 4.6 Bảng tinh tn thất me sit bơm hỏi 91 Bảng 47 Bảng chọn bơm hồi 92 Bảng 4.8 Bảng chọn mây nước nóng gián tiếp 94 Bảng 4.9 Bảng chọn máy nước nóng cục bộ 94

Bang 4.10 Bang chọn bơm nhiệt 96Bang 4.11 Bảng chọn tuần hoàn Heatpump 97

Bang 4.12 Bảng chọn tim thu năng lượng mặt trời 98

Bing 4.13 Bảng chọn bơm nhiệt hỗ trợ dn solar 99Bing 4.14 Bảng chon bơm tuén hoàn 100Bảng 4.15 Bảng so sánh công suất din tiêu thụ 102

Bang 4.16 Khải toán phương án gia nhiệt cục bộ 106

Bảng 4.17 Khai toán phương én gia nhiệt bằng bơm nhiệt 107 Bảng 4.18 Khải toán phương án gia nhiệt bằng Solar Ci bơm nhiệt 108 Bing 4.19 Tổng kết chỉ phí đầu tư các phương in 109

Bảng 4.20 Khai toán phương án gia nhiệt bằng điện trở dun 109

Bảng 4.21 So sánh giải pháp gia nhiệt Hô

DANH MỤC CÁC TỪ VỊ

DHTL Dai học Thủy lợi.

LVTHS — :LuậnvănThạcNLMT ‘Nang lượng mặt trời.

cop Coefficient Of Performance! Hệ số hiệu suất

EER Energy Efficiency Ratio/ Ty lệ hiệu suất năng lượng.

Led Leadership in Energy & Environmental Design (một giấy chứng nhận

cho các công ình xây đựng xanh được cắp bai Hội đồng Xây dựng Xanh Mỹ ra đồi

năm 1995 tại Mỹ, Day là iêu chuẩn quốc tế iên phong về vẫn đề xây dựng các công trình tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường sống của con người)

TCVN “Tiêu chuẩn Việt Nam.

QCYN Quy chuẩn Việt Nam.

BMS Building Managenment System Hệ thông quản lý tỏa nhàBru British Thermal Uni’ Đơn vi nhiệt Anh; [BTU ~ 1055 5BXD Bộ Xây Dựng

ELCB — :EanhLedayeCreuitBreakerCủugiaochốngròd

RCBO _ :ResdulCumentCieuitOsereuven/ Cầu giao chẳng dng rd

ODU Outdoor Unit Tổ nóng (dàn nóng).

ow Coo! Water Nước lạnh.HW Hot Water Nước nồng

RHW —— :ReereulationHoLWateơ Nước néng tain hoanSố lượng

HP Heatpump/ Bơm nhiệt.

T&C ‘Testing & Commissioning (T&C) là quá trình chạy thử, cân chỉnh hệ thống cơ điện cuỗi cũng để dim bảo hệ thống hoạt động đúng thông số kỹ th

định trước khi bàn giao.

VRV/VRE _ : Variable Refrigerant Volume/Variable Refrigerant Flow Là hệ thống điều hòa trung tâm với din nóng cấp công suit trao đổi cho nhiều din lạnh thông qua

hệ thống ống đồng và bộ chịa gas lạnh, lưu lượng môi chit lạnh đến các dàn lạnh có,thể link hoạt thay đổi theo c lộ vận hành bằng biến ting.

MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tai

Ngày nay sự phát tiễn kinh tế xã hội dẫn đến các nh cầu tiện nghỉ sinh hoạt ngày càng cao hơn trong đó nhu cầu nước nóng cho sinh hoạt là không thể thiểu Nắm bắt như cầu đó cúc công trinh đầu tr hộ thống cắp nước nóng để tăng giá tị sử đụng làm hài lồng người ding Các hệ thống cắp nước nóng ngày nay phát iển ứng dụng nhiều

wn di

công nghệ mới với c vấn tiriêng theo đó là nhỉ ÿ thuật liên quan trong

thiết kế, quản lý và vận hành hệ thống Mặc dù là một tiện ich không thể thiéu tuy nhiên năng lượng để vận hành hệ thống là vấn đề cần nhiễu sự quan tâm khi quyết định đầu tr Khoảng 15%-40% năng lượng sử dụng cho mục dich sinh hoạt được iều thụ để sản xuất nước nóng [3]

Hệ thống cấp nước nông tập trung hiện nay được ứng dung rộng rai do nhiều ưu điểm

vé đặc điểm kỹ thuật va lợi eh mà nó mang lại Hệ thống nước nóng tập trung có các

dling, én định hệ thống sinh hoạt do không chứa các thibị gia nhiệt công suất cao trong mạng lưới điện sinh hoạt của các đơn nguyên/căn hộ. Hệ thống gia nhiệt sản xuất nude với lưu lượng lớn, nhiệt độ ồn định, kiếm soát vận hành tập trung thông qua các hệ thống điều khiển thông mình tích hợp như Smanhome, BMS

thiết k

5 Seada, HE thống nước nóng trung tâm dang là xu thé mối trong c công trình cao ting đặc biệt là chung cư phân khúc cao cấp, trung tâm an

dưỡng, khách sạn Các đổi tượng ding nước lớn, yêu cầu vẻ thiết kế phải duy tìnhiệt độ, lưu lượng ổn định với ngân siđầu tư rộng rãi

"Đầu tur ứng dụng rộng rãi hệ théng nước nóng trung tâm còn nhiễu rào cân về chỉ phi đầu tư ban đầu và chi phí vận hành Hệ thông gia nhiệt nước công suất lớn đòi hỏi mức năng lượng tiêu thụ cao, Vấn đề hộ số hoại động không điều hòa giờ ding nước không điều làm cho công suất thiết kế đáp ứng lớn hơn làm tăng chỉ phí đầu tư ban đầu Tiết kiệm năng lượng cho hệ thống nước nóng cần phải được xem xét ngay từ lúc lập phương án thiết kế công nghệ tới giai đoạn T&C và quản lý vận hành khai thác Ngày,nay giải pháp thiết kế được ycầu phải tang “gid trị mềm” của công trình là yemới của chủ đầu tư nên các công trình dang dần định hướng các công trình đạt các tiêu.

chuẩn về quan lý tiết kiệm năng lượng và thiết ké xanh như Leed, chương trình Energy

star Các iêu chuẩn này làm ting giá trị hấp dẫn của công trình đối với người dùng

tim năng Bên cạnh đó Việt Nam cũng có các quy định mang tính quy phạm về sử cdụng hiệu quả năng lượng tong công trinh bằng QCVN 09:2017/BXD với các thông số quy định rõ ring nhằm dim bảo định mức sử dụng hiệu quả năng lượng trong công trình, tết kiệm tài nguyên Yêu cầu về sử dụng năng lượng hiệu quả đặt ra thách thúc cho đội ngũ thiết kế phải đáp ứng hài hòa giải pháp kỳ thuật, chi phí vả thắm my cho công trình

Xu thé ứng dụng năng lượng sạch vô hạn như Năng lượng mặt trời (Solar) - nguồn.năng lượng thay thể đang là hưởng đi mới trong tiết kiệm năng lượng, tài nguyên và chống biến đổi khí hậu Trong thiết kế hệ thống nước nóng tập trung để tết kiệm năng lượng, giảm giá thành nước bán ra cho nhu cầu sinh hoaGiá dich vụ kết hợp với lợithể khí hậu nhiệt đ năng lượng bức xạ cao của Việt Nam khiển hệ thống nước nồng trung tâm bằng năng lượng mặt trời (Solar Heating) được ứng dụng ring rãi Số giờ nắng và nhiệt lượng ở nước ta lồn bởi điều kiện khí hậu nhiệt đới ở min Nam và cận

nhiệt ở miễn Bắc từ trên vĩ tuyển 17, bite xạ mặt trời không chỉ nhiều ma còn rất ôn

định trong suốt thời gian của năm, giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mia mưa Số

miễn Nam Việt Nam, con số nay vào khoáng 2000-2600 giờ mỗi năm Bức xạ mặt trời g trong năm ở miễn Bắc vào khoảng 1500-1700 giờ tong khi ở niễn Trung và là một nguồn ti nguyên vô cùng quan trọng tại Việt Nam Trung bình, tổng bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt Nam vào khoảng SkW/h/mP/ngày ở các tỉnh miền Trung và miễn Nam, và vào khoảng 4kW/h/m2/ngày ở các tinh miễn Bắc [1]

Hệ thông nước nóng trung tim đặc biệt la hệ thống nước nóng gia nhiệt kết hop solar đem li rất nhiều lợi ích về mặt năng lượng Tuy nhiên nhìn chung thi hệ thống cấp nước nồng trung tâm luôn tiêu hao một lượng lớn năng lượng cho công tic gia nhiệt va thất thoát nhiệt là vấn đề không thể tránh khỏi, bên cạnh đó chỉ phí đầu tư ban đầu ca hệ thống gia nhiệt và mạng lưới cấp nước nóng cũng rất cao Vin đề chỉ phi trở

thành rào cản khi ứng đụng hệ thống nảy trong các công trình hiện nay Vì thé cầnthiết da ra một nghiên cứu đánh giá tổng quan về hệ thống nước nồng, các sơ đỗ cắpnước, các phương pháp gia nhiệt và phạm vĩ ứng dụng, chỉ phí năng lượng ti thụ, từđồ đưa ra các đểxuất thiết kế nhằm giảm thiêu năng lượng tiêu thụ với từng hệ thống

"Đề tai “Nghién cứu hiệu quả và đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho he

thống cấp nước nóng bên trong công trình" Xuất phit từ thực tiễn với mong muỗn

đưa ra các giải pháp tit kiệm năng lượng và nâng cao tính hiệu qua ôi để xuất để tài

nghiền cứu với mong muốn giải quyết các vẫn để trong hệ thing cấp nước nóng và thúc diy ứng dụng công nghệ mới trong cấp nước bên trong cí1g trình,

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Phân đặc điểm kỹ thuật và phạm vi ứng dụng các hệ thống nước nóng đang được sử dụng:

~ Thiết bị nước nông cục bộ.

- _ Hệ thống nước nóng gia nhiệt bằng bơm nhiệt

~ _ Hệ thống nước nồng gia nhat bằng Solar kết hợp Heatpump

~ _ Hệ thống nước nóng gia nhiệt bing điệ tr,

Phân tích ưu nhược điểm của các hệ thống nước nóng cho công tình.

So sánh hiệu quả sử dụng năng lượng của các công nghệ gia nhiệt nước nóng va

để xuất giải pháp

"Để xuất các phương án thiết kể, quản lý và vận hành để ễt kiệm năng lượng,

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

ví dụ tại khu vực Đồng bằng

Đối tượng nghiên cứu: hệ thống cắp nước nóng bên trong công tình,

Pham vi nghiên cứu: Cho các công trình tại Việt Nam (cụ thể là một công trìnhic Bộ)

4 Nội dung nghiên cứu

Tổng quan về các hệ thống gia nhiệt nước nóng vi đặc điểm mạng lưới cấp.nước nóng, tình hình nghiên cứu lĩnh vực nảy hiện nay.

Đưa ra tinh toán so sánh các phương án gia nhiệt nước nóng cho một công trình cu thé và so sánh mức tiêu thụ năng lượng của mỗi phương án từ đó đưa đánh giá so sinh phương ân tối ưu.

5 Cách tip cận và phương pháp ni

Dựa theo các nghiên cứu sẵn có đưa ra các phương án đề xuất tiết kiệm năng lượng.

Phuong pháp phân tích thống kê, tống hợp và thu thập số liệu: Thu thập va

Hiệu liên quan về hệ thống nước nóng ở Việt Nam và thống kê, phân tích các

trên thé giới Các tài liệu liên quan về các phương pháp gia nhiệt nước nóng.hệ thống bơm nhiệt, tắm thu solar heating, bơm nước. “Tổng hợp, phân tích, điều tra theo yêu cầu, cũng cấp diy đủ các thông tin cần thiết trong việc tính toán so sánh hiệu qua năng lượng,

Phương pháp kế thừa: Kế thừa có chọn lọc các kết quả nghiên cứu các ti thông tin kỹliệu thu thập được về hệ thống gia nhiệt và cấp nước nóng C:

thuật từ các nhà cung cắp thiết i hg hổng nước nóng

Phương pháp tinh toán: Dựa trên các điều kiện có sẵn và lý thuyết cộng với tài liệu kỹ thuật của các sản phẩm thực té tính toán, định lượng để đưa ra kết ‘qua so sánh các phương án.

Phương pháp biểu đồ: Dựa trên các số liệu tổng hợp được, tính toán được xử lệu nhằm ý thành các biểu liệu để cung cấp một cách trực quan các

đưa ra các nhận xét, ý kiến cy thé liên hệ bằng biểu đồ với diễn tả một cách hiệu quả

Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến từ giáo viên hướng dẫn, các đơn

vi tự vấn thiết kế cắp thoát nước bên trong công rình, các đơn vị cung cắp sản phim gia nhiệt cấp nước nóng để hoàn thiện đề ti

CHUONG1 TONG QUAN

1.1 Tổng quan về hệ thống cấp nước nóng

Nước nồng phục vụ nhủ cầu rửa, tim, chuẩn bi, sơ ch thie ăn với nhiệt độ ding nước

nóng cắp tới thường đạt từ 50-60°C nhiệt độ sử dụng sau hòa trộn tốt nhất 40-45°C Hệ.

thống nước nóng thường được chia thành 2 thành phần chỉnh [13

= Bộ phận gia nhiệt có th ích hợp trở nước.

= He thẳng đường dng dẫn và hit bị sử dụng

Bởi tính chất nhiệt độ dng nước cao nên yêu cầu về đường ống và các phương pháp chống tổn that nhiệt được quan tâm áp dụng Ngoài đường ống có yêu cầu chuyên biệt thì hệbị tiêu thụ nước cũng có các đặc thù riêng dé đưa rađiểm sử đụng và hòa rộn nước đến nhiệt độ thích hợp trước khi sử dụng

hệ thống cấp nước thành 2 loại Dựa theo quy mô của hệ thống người ta thường chi

~ _ Thiết bị gia nhiệt cục bộ (Local Heating): có cấu tạo đơn giản chi bao gồm thiết bị gia nhiệt và đường ống đến thiết bị sử dụng rắt ngắn nên có thể tận dụng áp

lực của dong nước lạnh cấp vào đến điểm sử dung Thiết bị gia nhiệt cục bộ có.công suất giới han thường phục vụ cho nhu cầu ở quy mô hộ gia định, cầu tạothiết bị gia nhiệt đơn giản, thể tích lưu trữ thường nhỏ hơn 100 ít hoặc sử dụngđiện trở gia nhiệt trực tiếp không qua lưu trữ nước nóng Các thiết bị gia nhiệteye bộ thường dùng điện trở đun nước để gia nhiệt và có các cơ chế cách ly

chống rò điện để bảo vệ người sử đụng

= HG thing cấp nước nóng tập trung (Centralized Heating): có công suắt hoạt

động lớn thường phục vụ nhu cầu nước nóng cho các công trình quy mô lớn như chung cư, viện an đưỡng, bệnh viện, khách sạn Hệ thống có hệ thống gianhiệt công suất lớn có thể kết hợp nhiều phương pháp gia nhiệt và lưu trừ nhiệtđể đảm bảo nhiệt độ cấp nước và giảm thất thoát nhiệt Mạng lưới đường ống sắp nước có th kết hợp tram tăng áp để truyền tải nước đến điểm sử dung nước

"bên cạnh đó còn có thể kết hợp hệ thống hồi nước nguội bằng bơm va van tuần hoàn để giữ nhiệt độ nước cấp đến nơi sử dụng được én định.

1.1.1 Công nghệ gia nhiệt nước nóng

Việc đun nước nóng dé sử dụng là nhu cầu không thé thiểu trong lối sống của con người từ xưa, lúc này con người chủ yếu sử dụng than củi để dun nước với quy mô nhỏ phục vụ sinh hoạt hàng ngay.

'Năm 298 AD - 306 AD Người La Mã đã xây dung những bén tắm lớn với nước nóng trong khi đây không phải là những bình đun nước nóng riêng lẻ mà người ta đã sử dụng các bếp đun lớn, đây là bước đầu tiên hướng tới việc làm nóng nước ở quy mô.

Hình 1.1 Nhà tắm có nước nồng tại La Mã

“Ngư: lidps/imieredinsenginerrin com

[Nam 1868 - Benjamin Waddy Maughan một họa sĩ người Anh được cắp bằng sing chế cho chiếc mây nước nóng tức thời đầu tiên Ong đã phát minh ra mấy đun nước nóng tức thời Gas Gyser, nhưng thiết bị này chưa có lỗ thông hơi và rất nguy hiểm khỉ sử dung, Thiết bị chạy bằng khí Gas này là thiết bị đầu tiên làm nóng nước trước khi nước vào bản tắm.

Hình 1.2 Máy nước nóng của Waddy Maughan

Newin: ps fagentisplambing.com

Nam 1889 - Edmund Rudd da sit dung ý tưởng của ông Waddy Maughn nâng cấp thết ké thêm van an toàn bổ sung vào máy nước nóng và sử dung dilàm nguồn năng lượng cho ra máy nước nông và thiết bị nước nóng có nguyên lý quen thuộc như ngày

nay đã ra đời

[Nam 1891 - Hệ thống nước nóng ning lượng mặt trời thương mại pho biến đầu én ra đời và được mở bán rộng rãi tại Califonia ~ USA, Thiết bị này là một bén chứa nước duge sơn den để tối ưu hap thụ bức xạ nhiệt làm nồng nước.

Năm 1929 ~ Máy nước nóng không bồn chứa sử dụng điện có nguyên lý tương tự maynước nồng trực tiếp ngày nay được Stiebel-Eltron phát minh

Gitta thể ky XVII các nhà khoa học lẫn lượt đưa ra các nghiền cứu đầu tiên về công

nghệ nhiệt lạnh, bảng các thí nghiệm chứng minh được khả năng kim lạnh cường bức.

bằng phương pháp nhân tạo thông qua quá trình bay hơi của một chất long chẳng hạnnhư rượu hoặc ete có thé được dùng đẻ giảm nhiệt độ của một vật thể xuống dưới điểmdong bing của nước,

‘én năm 1852 Lord Kelvin đưa ra các khái niệm cơ bản về máy bơm nhiệt với nguyên lý tương tự để giữ ấm môi trường không khí

Năm 185:1857 Peter von Rittinger lần đầu tiên nghiên cứu và chế tạo bơm nhiệt với

nguồn nghiệt từ hơi nước cắp từ một lò hơi để sấy mudi - đặt nén móng đầu tiên cho sự phát triển của heatpump sau này.

‘Nam 1945 John Summer el é tạo heatpump sử dung nguồn nhiệt nước (Water source heatpump) để sưởi ấm cho một công trình thực thy với hiệu suất COP tớc dat 3.42, bắt chip hiệu quả cao nhưng giá nhiên liệu hóa thạch lúc này còn rit rẻ nên mô hình chưa cđược nhân rộng Tuy nhiên diy là bước đầu tiên của con người áp dung hệ thống vào

công trình.

[Nam 1950 John Sumner chế tao heatpamp sử ding nguồn địa nhiệt (Ground source heatpump) đầu tiên bằng hệ thống ống đồng chôn ở độ sâu Ï m xung quanh aha của mình và bao quanh bởi chất chống đông.

Những năm 1970 cuộc khủng hoàng dầu mô nỗ ra đe dọa nguồn nhiên liệu hóa thạch cho hệ thống sưởi Sự kiện nảy thúc đây phát triển hệ thống heatpump và dần hoàn thiện đến ngày nay, dip ứng quá trình rỗi ấm cho các nước xử lạnh và gia nhiệt cung cấp nước nóng cho công trình.

Sau này sự phát triển về quy mô của các công trình xây dựng doi hỏi phải có phương pháp dun nước với công suất lớn, tiết kiệm hơn phục vụ cho công trình Thời điểm bắt đầu cuộc cách mạng công nghiệp đầu tiên con người đã biết sử dung nhiên liệu hóa thạch như than da, dầu mỏ khí dét để dun nóng vận hành các lò hơi cắp hoi với hiệu suất nhiệt cao hơn thời kỷ trước đó, giảm tổn that nhiệt tốt hơn nên công suất dun nước nóng thời điểm này cũng lớn hơn và bắt đầu xuất hiện khải niệm về mạng lưới đường

cống cắp nước nóng riêng biệt để cung cấp nước nóng Tuy nhiên phương pháp dun

bing nhin liệu hóa thạch cũng gây ra nhiều vin đề mỗi trường do to, khối sinh ra trong quá trình đốt nhiên liệu Thời ky này con người chưa thật sự chú đến vấn đề 6 nhiễm không khí do đốt nl hóa thạch, người ta chỉ sử dụng ống khói cao đểphát tần khói bụi lên cao, Mãi sau này mới sử dụng các phương pháp giảm nhẹ khói bụi phát tán ra bằng các phương pháp hắp thu, hấp phụ khí trước khi phát thải.

Đồng thời với sự phát triển của ngành nhiệt lạnh người ta bắt đầu ứng dụng công nghệ

nhiệt lạnh vào hệ thống gia nhiệt nước nóng Bởi tính an toàn, tết kiệm và 6 nhiễm

thấp, hệ thông gi nhiệt bằng các công nghệ nhiệt lạnh đã thay thé hệ thông gia nhiệtsử dụng nhiên liệu hóa thạch trong cấp nước nóng sinh hoạt trong công trình.

Hiện nay có rit nhiễu công nghệ gia nhiệt nước nóng được sử dụng rộng rãi, các công, nghệ sử dung nhiễ nguồn nl khác nhau có nhiều ưu, nhược điểm khác nhau Các công nghệ gia nhig bao gồm:

Hệ thống gia nhiệt bằng lò hơi nhiên liệu hóa thạch; - _ Hệ thống gia nhiệt bằng điện trở đơn:

~ _ Hệ thống gia nhiệt bằng bơm nhiệt nguồn nhiệt nước (Water source heatpump);

~ _ Hệ thống bom nhiệt nguồn nhiệt khí (Air source heatpump): - _ Hệ thắng bơm nhiệt nguồn địa nhiệt (Ground source heatpump; ~ _ Thiết bị gia nhiệt bằng bức xạ nhiệt mặt rời (Solar heating),

‘Cong nghệ gia nhiệt nước nóng tuy da dạng nhưng khả năng ứng dụng cũng như. giới hạn về chỉ phí nên thưởng được ấp dụng ở Việt Nam có chọn lọc các loại bình như sau;

~ _ Hệ thống gia nhiệt bằng điện trở đun;

= Hg thống gia nhiệt bằng bơm nhiệt giải nhiệt khí(Air source heatpump)

1.1.2 Đặc diém cấu tạo và tấn thất nhiệt trên mạng lưới cấp mước ning

Do tính chất vừa truyền tải lưu lượng nước vừa mang theo năng lượng ở dang nhiệt năng đến điểm sử dụng nên đường ống nước nóng thường có yêu cầu khác so với nước lạnh Đường ông có độ diy cao hơn, thường chọn các vật liêu bén nhiệt chịu được nhiệt độ t < 120°C, không bị ăn mòn Tính chất đồng nước mang nhiệt gây giãn nở' biển dạng dng, đối với các tuyến ống thing di quá dài cần bố trí điều giãn (khớp nối mềm) để hạn ch tác động của biển dang do nhiệt độ [I3]

Đường ống tuần hoàn có nhiệm vụ đưa nước khi sử dụng bị nguội di từ mạng lưới

phân phổi về thiết bị lim nước độ yêu cầu, Đường ống hỏi nước nóng cũng có tính chất nóng để tái gia nhiệt đến nhiệt tương tự ống cắp nước nóng [13]

Mang lưới cắp nước bên trong công trình hiện nay theo quy mô có thể chia thành 2 hệthống chính

Hệ thống cấp nước nóng cục bộ (Local heating): là hệ thỗng gia nhiệt và cắp nước ngay tại điểm sử dụng nước của khu vệ sinh, sử đụng bình đun với nguồn nhiệt thông

thường là điện trở đun, có thé gia nhiệt lưu trữ nước hoặc cấp trực tiếp qua chế độ trộn.nước và căn chỉnh nhiệt độ trộn đầu ra Hệ thống sử dụng áp lực từ nguồn nước lạnh. cắp tới đề dẫn nước đến điểm sử dụng Tiêu bidu cho loại hình này là các tht bi gia nhiệt cục bộ như máy nước nóng trực tiếp, gián tiếp.

He thắng cấp nước nông trung tâm (Centralized Heating): Bay là hệ thẳng cắp nước nóng quy mô lớn với mạng lưới đường ống cắp nước chuyên biệt, hệ thống gia nhiệt sông suất lớn cổ cơ chế điều khiển và ting áp riêng, tram gin nhiệt công suit lớn, sử

cdụng các phương pháp gia nhiệt có thể kết hợp nhiều phương pháp để đảm bảo cung

sắp nhiệt tt kiệm chỉ ph đầu tơ và quản lý, vận hành Hệ thống được kiểm soát nhiệt

4 và lưu lượng để cắp đến điễm sử dụng có nhiệt độ dn định và liên tục

Mang lui sắp nước nóng tập trung thường chia thành 2 loại chính là mạng lưới cấp nước nóng kín và mạng lưới cấp nước nóng hở với đặc điểm thủy lực khác nhau.

Mang lưới cắp nước nóng mang kin: Hệ thong cấp nước nóng kín là hệ thông cấp nước không cổ tắc động của ấp suất dư khí quyển, hệ thống kín hoàn toàn để giảm thất

thoát nhiệt do tiếp xúc với khí quyển và tạo thành vòng tuần hoàn kín dé thu nước

nóng cấp vào mạng lưới do nước nóng nhẹ hơn nước lạnh nên thông thường nước nóng lấy ra ở các điểm phần trên của bồn chứa, thiết bị gia nhiệt Hệ thống này yêu cẩu bồn nước phải chịu được áp lực nhất định và thông thường bỏn sẽ đóng vai trò vừa cdự trữ nước nóng vừa tích áp để cấp nước sử dung [13].

10

Hình 1.3 Mang lưới cắp nước nóng dạng kín

Mang, lưới cắp nước ning mang hỏ: Hệ thing cấp nước nông mạng hở là hệ thông có sur tác động của ấp suất dư khí quyển vào mạng lưới, có nguyên ắc hoạt động trơng tr "hệ thống cấp nước lạnh, hệ thông này có hệ số nhiệt tổn hao trong mạng lưới cao hon so với mang kín, thường ứng dụng cho các công tình như cầu sử dựng nhiệt lớn và đều Từ bồn hở sẽ qua hệ thông bơm tăng áp hoặc sử dụng động lực trọng trường cấp đến điểm sử dung VỀ cơ bản mạng lưới kiểu hở có cấu tạo và nguyên lý tương tự một

hệ thống cấp nước lạnh đơn thuần [13].

Hung ~| va) [ar |

Hình 1.4 Mang lưới cấp nước nóng dạng ho

"

Tổn that nhiệt là 1 van đề không thể tránh khỏi khi sử dụng hệ thống cắp nước nóng,

đặc biệt là hệ thống cắp nước nóng trung tim, Nguyên nhân tổn thắt nhiệt trong hệ

thông có rắt nhiều nhưng có thể phân loại thành 3 nhóm sau [3]

~_ Điểm sử dung: Do hành vi sử dung của con người, do thiết bị sử dụng nước.

= _ Mạng lưới hân phốt: tn thất áp lực và nhiệt lượng rên mạng lưới đường ống

cấp nước và hồi nước nguội

~ Ton thắt trên thiết bị lưu trữ nước nồng,

Vn để tin thất ti điểm sử dung có nguyên nhân chủ yếu do đặc điềm thiết bị vệ sinhvà thối quen sử dụng của người ding Hiện nay, nhu cầu ding nước của con người tăng do chit lượng cuộc sống cao hơn Vi dụ cụ thé là thời gian tắm ti vòi sen ngày càng đài ra điều này kém theo nhu cầu nước nóng ting, có thé gây quả ải hệ thống ta sắc giờ cao điễm Ngoài ra việc tăng tiêu chuẩn size ống cấp nước nóng đến thết bị

dùng nước so với trước đây cũng làm tăng lưu lượng hao phí do lưu lượng xả ra tại

điểm sử dụng cao hơn.

Mạng lưới phân phối có vai trỏ vận chuyển và phân phối nước nóng, mạng lưới còn có.chức năng thu gom và tuần hoàn nước nguộ (nước nóng có nhiệt độ thắp hơn ngưỡng,cho phép cài đặt trước) đường ống phân phối có thé được bọc lớp bảo ôn cách nhiệt

vicó thêm lớp cách nhiệt giúp giảm nhiệt lượng tiêu hao do tỏa ra trên đường ống,điều này làm tiêu tổn chỉ phí đầu tr ban đầu lớn hơn Do thời gian sử dụng nước là không liên tục và có thé hệ thống ở trạng thái tinh trong thời gian dai (ban đêm) làm cho nước trong mạng lưới phân bổ rộng khắp dẫn tin nhiệt ra môi trường có nhiệt độ

thấp hơn môi trường xung quanh đường ống, bên cạnh dé hệ thống tuẫn hoàn sẽ hoạt

động iên tục khi ngưỡng nhiệt thắp hơn mức ải đặt (do yêu cầu hồi gian chờ có nước nóng tại điểm sử dụng ngắn nên bắt buộc phải bổ sung hệ thống tuần hoàn) căng làm lượng tên thất ting cao hơn do nhiễu lượt nước di về và twin hoàn làm nguồn gia nhiệt phải duytoại động để tái gia nhiệt lượng nước nguội này.

Tôn thất trong bồn chứa chiếm tỷ trọng rit thấp trong hệ thống từ 2-36% [3] tay thuộc vào loại bên chúa dự tr Bin nước nóng thông thường sẽ được bọc lớp bảo ôn cách

nhiệt để giảm tổn thắt, bên cạnh đó là hệ thống bom đối lưu qua các thiết bị gia nhiệt

12

để giữ nước nóng trong bồn có nhiệt độ dat ngưỡng cho phép Bồn nước nóng có 2 loại

~ Bin không chị áp: sử dung cho mạng cắp nước nóng hở, có áp sắt khí quyén

đi vào ống Ban hở có thu khí từ ngoài vào nên tổn thất sẽ cao hơn do cân bằng nhiệt với không khi nạp vào do nước bơm di [13L

~ Bản chịu áp: sử dụng cho mạng lưới cấp nước nóng kín Hệ thông không có sự

can thiệp của áp suất khi quyén và tuin hoàn liên tục hệ thống, ban lúc này đồng vai t vừa tích áp vừa lưu trừ nhiệt lượng Sử dụng bin nước chịu ấp

tồn thất nhiệt tại bồn chứa [13] giúp giảm ding

1.2 Các nghiên cứu vé hệ thống nước nóng trên thé giới

‘Vin đề sử dụng năng lượng trong các công trình xây dựng đã được nghiên cứu từ lâu, tuy nhiên bay giờ tỷ lệ năng lượng của hệ thống nước nồng chiếm tỷ trọng nhỏ trong tổng mức tiêu thụ so với các nhu cầu khác bên cạnh đó vin đề nghiên cứu kết hợp giữa ngành nhiệt và ngành cấp nước làm giới hạn phạm vi của nghiên cứu ở công đoạn gia nhiệt hoặc mạng lưới cung cắp mà chưa mang tinh chất tổng thể

Randi H Brazeau và Mare A Edwards (2013): đã có nghiên cứu so sảnh hiệu quả

năng lượng của 3 hệ thông nước nóng: 1 Hệ thống nước nồng với bồn rỡ và không số bơm hồi: 2~ Hệ thống nước nóng với bồn tr và bơm hồi 3 Hệ thông nước nóng làm nóng ngay tại điểm sử dụng ma không cổ ban chứa (Tvơng tự may nước nồng trựctiếp) Kết quả cho thấy hệ thống nước nóng có twin hoàn có thể nâng hiệu quả năng

lượng sử dụng lên thêm 329-366, tuy nhiên hệ thống này cũng gây thất thoát nước nhiễu hơn Và bắt ngờ là hệ thống nước nóng sử dụng tức thời là hệ thống hiệu quả nhất với hiệu suất năng lượng gần như 100%, tuy nhiên theo tác giả hệ thống này không én định và cần có c và nguồn điện én định để vận

hành [14]

lượng trang bị điện t

G Panaras, E Mathioulakis, V Belessiotis (2013): đã thực nghiệm mô hình kết hợphoạt động của bơm nhiệt và đàn thu solar để đánh giá hiệu quả năng lượng của hệ thống kết hop tiết kiệm 70% ở điều kiện khí hậu tại địa phương là Aten, Hi Lạp [I6]

B

1.3 Các nghiên cứu về hệ thống nước nóng ở Việt Nam

Nghiên cứu về hệ thống nước nóng bên trong công trình hiện nay ở Việt Nam còn rất ít do hệ thống này vừa được ứng dung tại nước ta chưa lâu và chỉ phí co hep để triểnkhai rộng rãi trong các loại công trình,

Một số nghiên cứu tiêu biểu hiện nay:

Ta Văn Chương và Nguyễn Nguyên An thực hiện đề tài đánh giá hiệu quả năng lượng

nghiên cửu này các tác giả đã xây dụng hệ thống do và tự gỉ số

ông cá nồng ding bộ thu năng lương mặt trời kết hợp bơm nhiệt Từ gu Kết qua do đạt được cho thấy năng lượng tiêu thy của hệ thống chi bằng 10.6% so với sử dụng điện trở đun nước và lượng giảm phát thải CO» là 8744.5 kgháng Các kết quả trên đã chothấy lợi thé ứng dựng wu việt của nguồn năng lượng từ mặt trời trong sản xuất nướcnồng.

Nguyễn Dinh Vịnh, Hà Đăng Trung nghiên cứu ứng dụng tiết kế và thử nghiệm mô

hình thiết bị bơm nhiệt sử dụng Môi chất lạnh R22 và din lạnh không khí trong dig kiện nước ta và cho ra kết qua bơm nhiệt dun nước nóng có COP 3.3 ~ 3.8 trong điềukiện môi trường trong nhà 22°C và độ ẩm 60%, tết kiệm 65% đến 70% so với dùng

bình nước nang bằng điện l4]

Bùi Ngọc Hùng nghiên cứu mô hình tận dung nhiệt thải từ đàn nóng của máy điều hỏa

Không khí công suất nhỏ để dun nước nồng năng lượng Kết luận được đưa ra é

là ngoài tết kiệm được năng lượng thi phương pháp này không làm ảnh hưởng đến

hiệu suất làm việc của máy lạnh [5]

Nguyễn Công Vinh nghiên cứu sử dụng hơi qu nhiệt trong bình ngưng tụ của dinlạnh tác nhân nước (water chillet) để làm tác nhân gia nhiệt đun nước nóng, phần hơi

«qd nhiệt còn lại sẽ được giải toa hông qua thấp giải nhigt Két luận được đưa ra l ở nhiệt độ nước đạt được 40°C 1hệ thông dat được hiệu quả cao nhất và cảng tăngnhiệt độ nước tì hiệu suất của máy lạnh sẽ giảm [14]

Ts Khương Thị Hải Yến cùng học viên thực hiện nghiên cứu về hiệu suất của một hệ thống gia nhiệt Heatpump cho bể bơi bốn mùa và đưa ra kết luận sự phụ thuộc của hiệu suất bom nhiệt vào nhiệt độ môi trường khi hoạt động; Hệ số COP cảng cao thi hệ

4

thống cảng tiết kiệm năng lượng và edn căn cứ vào nhiệt độ môi trường, yêu cầu nhiệt

độ đầu ra để phân công hoạt động gin gia nhiệt hợp lý tết kiệm [2]

"Nghiên cứu hệ thống nước nóng ở Việt Nam hiện nay còn thưa thớt tuy nhiên đã có nhiều nghiên cứu đề xuất thiết thực có tính ứng dụng cao như các giải pháp tận dụng các nguồn nhiệt thi để n xuất nước nóng dé tt kiệm năng lượng

14 Các ần ti của hệ thắng cấp nước nóng bên trong công trình

Hệ thống nước nóng bên trong công tình được áp dụng ở nước ta cích đây hơn 30năm và công nghệ không chỉ đồng ở điểm hiện ti, mà còn nhiễu im năng để nghiên cứu phát triển theo nhiều hướng mới như: Nghiên cứu phương pháp gia nhiệt mới; phương pháp tăng hiệu quả năng lượng, phương pháp giảm nhiệt lượng tổn thUnước

rò ri Cải tiến thiết bị sử dụng,

Vin đề vận hành hiệu quả để in lõi của bệ thống nước nóng cũng là vẫn đề các nhà

quản lý lưu tâm, bởi thật ế cho thấy ring nhiều công tình có hệ thống nước nóng trung tâm bin nước cho người sử dụng tuy nhiên nguồn lợi thụ về Iai không bù dip <duge chỉ phí vận hành đã bỏ ra Nguyên nhân của vấn đề này có thé do công trình 6 tỷlệ lắp day sử dụng thấp hơn dự định, do hệ thống thắt thoát nhiệt làm không công bing

trong cấp nu „ người ding nhận được nước ở nhí

thường phải xả bỏ lượng nước này, nhưng chỉ phí trả tiễn nước không hÈ giảm điều này dẫn đến tâm lý ngại sử đọng hệ thống nước nóng làm cho công suất sử dụng thực thấp hơn công suất thiết kế ở cả công tinh có tỷ lệ lắp đầy cao gây ra lỗ vốn trong ‘quan lý vận hành.

‘Ton thất nhiệt năng trong cấp nước nóng chính là vẫn đề kỹ thuật tồn ti chủ yếu của hệ thống nước nóng hiện nay Chi phí năng lượng đẻ vận hành hệ thống nước nóng là rit lớn và thêm vio đó là nhiệt lượng bị lang phi do thất thoát, t6a nhiệt trên hệ thông

làm tăng thêm chỉ phí để bù nhiệt lượng th thoát này Nhiệt lượng tổn thất này làm

giảm di nhiệt độ nước nóng yêu cầu ảnh hưởng đến chất lượng dich vụ đưa đến người sử dụng

Ngày nay hệ thông nước nóng trong công trình vẫn còn nhiều khuyết điểm so với thiết KẾ ban đầu khi vật liệu nhựa chuyên biệt cho ống cắp nước nóng chưa phổ bin, người

Is

ta sử dung ống đồng để cắp nước nóng với size ống tới thiết bị là DN10, nhưng quá

trình chuẩn hóa thiết bị vệ sinh/ thiết bị dùng nước đã nâng đường kinh éng cắp cộng với vậ liệu nhựa được ứng dụng trong cắp nước nóng làm đường kính ông cấp tớithi bị lớn hon, àm tăng lưu lượng cấp nước so vớ thiết ké thd gian đầu, trong khỉ nguồn nước bị lãng phí lại gia tăng

Hệ thông thiết kế với công suit quá lớn do hệ số ding nước không điều hòa ngày dao

động làm hệ thống có công suất dư nhiễu so với như cầu sử đụng thật Thực tế người ta

thiết kế hệ thống gia nhiệt nước nóng theo lưu lượng sử dụng tức thời của thiết bị vệsinh có k tối hệ số đồng thời Do đặc điểm lim mạng kin nước nóng cắp đến điểm sử dụng là lượng nước ạnh cắp vào I a tục do đó nguồn nước nóng dự trữ bị hạ nhiệt độ nhanh chóng đặc biệt vào mùa đông Vì vậy cần thiết kế hệ thống gia nhiệt theo lưu lượng thiết kế tức thời để kip thai gia nhiệt bù dip nhiệt độ bị hao hụt do sự hòa trộn

nước lạnh vào bổn chứa

Hệ thống nước nóng là một phần nguyên nhân không nhỏ gây ra sự lăng phí nước Do nhiệt độ nước nóng tong đường ống lâu không sử dụng nguội đi, khi sử dụng lạingười ta phải xã bỏ lượng nước nguội nảy cho tới khi nước nóng ra đều mới có thểđiều chỉnh nước ở nhiệt độ thích hợp Điễu này lim tăng sự lãng phí vì nếu lượng nước nguội nhiều có thể phải bỏ đi rắt nhiề

L5 Kếtuận

[Nhu vậy hệ théng nước nóng bên trong công tình đã được nghiên cứu ứng dụng từ lâu để phục vụ nhu câu sinh hoại, các hệ thống cũng rất đa dạng và ứng dụng ở mỗi quốc gia lại có đặc điểm riêng theo thối quen ding nước của người dân và theo mùa chịu tác động từ yếu tố khí hậu của mỗi quốc gia.

Hệ thống nước nóng chiếm một tỷ lệ iêu thụ năng lượng lớn trong tổng năng lượng 8 cao ‘cia công trình, vấn dé tiết kiệm năng lượng trong các công trình ngày nay được

bởi tư duy của nhà quản lý, sở hữu và còn được đưa cầu trong các văn bảnpháp ch để các công tình áp dụng để tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải khí nhà

kính, chống biến đổi khí hậu Ở Việt Nam Hiện nay đã có QCVN 09:2017/BXD —

‘Quy chuẩn kỹ thật quốc gia về các công trình sử dụng năng lượng hiểu quả” Vige ban hành các văn bản mang tinh chat rằng buộc tạo động lực cho các nghiên cứu cải

16

tiến, ứng dung công nghệ tiết kiệm năng lượng trong công tình nói chung và tiết kiệm

năng lượng cho hệ thống nước nóng nồi riêng

Hệ thống cắp nước nóng là một bộ phận của hệ thống cấp nước bên rong công trình Va có nhiều đặc điểm đặc trưng khác biệt so với hệ thống cấp nước lạnh Mạng lưới sắp nước nóng không chỉ truyền ti lưu lượng nước đến điểm sử dụng mã côn truyền tải năng lượng thông qua nhiệt năng đến người dùng Do đặc điểm nguồn nước có mang năng lượng nhiệt và dễ tỏa nhiệt thất thoát di nên vin đề kiểm soát thất thoátvà giữ ôn định nhiệt độ trên mạng lưới luôn được quan tâm trong cả khâu thết kế

nghiêm túc rong giai đoạn phương án quyết định ngân sich dẫu tr Vin đề này được nhiều học giả quan tâm nghi sửa nhằm cải én hệ thông cắp nước nóng, các nghiên cứu về phương án sử cdụng năng lượng tiết kiệm cho hệ thống nước nóng

Hg thống nước nóng được nghiên cứu rộng rãi trên thé giới, các nghiên cứu hệ thống nước nông chủ yếu về các công nghệ gia nhiệt mới, các giải pháp tiết kiệm ning

lượng, ứng dụng hệ thống vào thực tiễn Nhìn chung các nghiên cứu ứng dung cao vào

i R

kiện sử dụng thực ế của mỗi quốc gia, bởi hưởng nghiên cứu img dung theo đặc thủ khí hậu của các quốc gia, Nhiễu sing kiến ứng dụng thực tiễn làm tăng hiệu quả cấp nước nóng và tiết kiệm năng lượng.

“Tình hình nghiên cứu về hệ thống nước nóng ở Việt Nam hiện nay còn thưa thới Do

chưa lớn bằng các nước khí hậu ôn đới nên ứng dụng thi

m khí hậu nước ta nhiệt đới và cận nhiệt, nhu cầu nước nóng trong sinh hoạt

sông tình chưa rộng rãi Theo thai gian nhủ cầu sử dụng nước nóng sinh host củabigia nhiệt cục bộ cơ bản đáp ứng được da số nhu cầu này Các dự én chung cư, khách người din Việt Nam được dự bo lăng nhi hơn trước, ty nhiễn hiện nay các tí ạn, an during cũng ứng dụng hệ thông nước nóng trung tâm nhưng ở mite thấp, chủ you tập trung ở các phân khúc cao cấp sang trọng Vấn đề về chỉ phí đầu tư ban đầu

đắt đỏ và chỉ phí vận hành cao cũng là trở ngại trong ứng dựng các công nghệ gia nhiệt

tip trung Việc hệ thống không được ứng dung phd biến ở Việt Nam làm cho các

nghiên cứu về hệ théng này còn thưa thớt Trong tương lai khi hệ thống nước nóng

17

‘rung tâm được nhân rộng rãi hơn, bỉ vọng các nghiên cứu về hệ thống này tại nước tasẽ được chú trọng và đạt được nhiều thành tựu.

18

'CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC CHO NGHIÊN CỨU HE THONG CAP NƯỚC NÓNG BEN TRONG CÔNG TRINH

2A Cơ sở lý thuyết nghiên cứu hệ thống nước nóng

2.1.1 Hệ thing nước nồng và cơ sở xác định như cầu nhiệt sinh hoạt

Hệ thống nước nóng phục vụ nhủ cầu sinh hoạt chủ yêu chia ra ba loi với ba mức nhiệt độ khác nhau theo mục đích sử dụng: [13]

~ Ding cho sinh hoạt vệ sinh, tắm rửa: nhiệt độ yêu cầu 35-40C.

~ Ding cho sinh hoạt chuẩn bị thức ăn chín và các mục đích khác: 65-7ữC,

~ Ding cho sắt trùng, chuẩn bị thức ăn chính: nhiệt độ sôi ~ 100°C.

Nhu dũng nước néng cũng có hệ số không điều hỏa tương tự nước lạnh, tuy nhiên cũng có sự khác nhau trong chế độ dùng nước nóng giữa các mùa trong năm với cùng một đối tượng dùng nước, Ché độ tiêu thụ nước nóng theo ngày đêm có thể xác định cqua điều tra chế độ ding nước.

“Thông thường qua kinh nghiệm người ta hay sơ bộ chọn tông nhu cầu nước nóng của.

một công tình bằng 30% tổng nhu cầu cấp nước cho công trình đó [15] Hiện nay

thông qua điều tra nhu cầu sử dụng các nhà khoa học đã xác định được nhu cầu nướcnóng cụ thể đối với từng đối tượng cụ thể và để thuận tiện trong tính toán người ta quyđổi nhu cầu nước nóng về cùng một mức nhiệt độ và tính toán chuẩn hóa bằng nhu cầu nhiệ lượng Từ 46 làm cơ sở tinh toán thiết bị gia nhiệt và mạng lưới cắp nước nồng "Để xác định nhiệt lượng cần cho mục dich sinh hoạt của công tinh ta sử dụng côngthức

WY =g, xí, “LN kCalingđ 4)Trong đó:

We Nhiệt lượng cần thiết của hệ thống

4 Tiêu chuẩn ding nước đối với các đối tượng: Lit (xem bảng 2.1) 19

‘ye: Nhiệt độ nước nồng yêu cầu: °C t Nhiệt độ nước lạnh thấp nhất N: số lượng đơn vị dùng nước.

Do nhu cầu nước xét tới nhiều đổi tượng có định mức tiêu chuẩn dùng nước nóng khác nhau nên thông thường người ta sẽ sử dụng ting khối lượng nước nồng trong tính toán

48 đơn giản hóa phép tính

Ø=ÖŠ(4,xA) living @)

Khi d6 công thức được viết lại như sau:

"Trong đó,

Tổng khối lượng nước nóng: lí.

Xác định công suất nguần cấp nhiệt lâm việc điều hỏa được xác định IT kCaUh Cy“Trong đó;

T: số giờ hoạt động của nguồn cấp nhiệt trong 1 ngày đêm: giờ.

hoạt động của hệ thống gia nhiệt rất quan trong trong thiét k Việc xác định số

thống cấp nước nóng quy mô tập trung, nếu công việc nảy được xác định chính xácgiúp hệ thing hoạt động dn định sau này Số giờ hoạt động này người ta thường chọn xung quanh các giờ cao điểm dùng nước để hệ thống dip img được hệ số không điều hòa ở mức tối đa va tr đỏ dư để cắp nhiệt cho các giờ dùng nước còn li Đối với mỗi loại công trình khác nhau có cách xác định khác nhau,

Bảng 21 Bảng tiêu chuẩn ding nước nóng ở nhit độ 65°C

1 Nhớ

= Dang nước ing ev 20-0 Vogt kes Dang nước ing ip ng 15-120 agg

2 Nb gpd "mm

3 Khe a

Chi có chậu rửa mặt .60lứng ngủ.

= cote bite 200 vag ngữ

Ni api, qun cate

= cox vig guin i.

‘6 Nha tm công cộng ding nước nóng.

= eyes song tania

“Tấm hương sen khi sản xuất bắn 30 Ving.

= Tim hương sen khi san xuất sụch 20 ing.

= Rink sin x bi, 3.

Rita khi sản xuất sạch 1 Ving.

13, Lượng nước nóng cho in xuẫ heo yêu cần công nghệ

(0 Vig Non i hn nhóc nồng sĩ t yz bing nước nh ng hit 30.35'C

“Nguôn: Giáo trình Cấp hoa nước.

a

2.1.2 Cơ sỡlý thuyét tinh toán mạng lưới cắp nước nóng2.1.2.1 Xác định lưu lượng.

Bước đầu tên để tính toán mạng lưới cấp nước nóng sinh hoạt chính là xác định lưu lượng cp tức thời trong mạng lưới Cơ bản cách xác định lưu lượng tức thời trong mạng lưới cũng được xác định bằng hệ số đương lượng tương tự cấp nước lạnh Tuy nhiền bệ thẳng nước ning phải được xem xét đến hệ số hòa trộn cân bằng nhiệt, do

nguồn nước nóng trước khi xả ra tại điểm dùng có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sử dụng.

khi xả, nên cin được hòa trộn vớ tỷ lệ tùy theo nhu cầu ding của từng đối tượng và tỷlệ này là không đều và khó có thể xác định đúng một cách tuyệt đổi, do đó các kỹ sự448 xuất hai phương pháp là hệ số hỏa trộn chung trước khi sử dụng và nhiệt độ tiêu thy

48 xác định hệ số hòa trộn.

‘Theo TCVN 4513:1988 lưu lượng nước lạnh khi có hệ thông cắp nước nóng tập trung sé liy bằng 70% lưu lượng tín toán toàn phần, như vậy lưu lượng nước nóng xác định lấy bằng 30% lưu lượng nước lạnh.

Ngoài ra có thể xác định hệ số hòa trộn bằng phương pháp tính toán da trên nhiệt độ

yêu cầu chung Tỷ số hòa trộn của 2 đồng nước nóng lạnh tại điểm ding nước:

“Trong đó;

ki hệ số hỏa trộn đồng nước nóng

‘Tye: nhiệt độ nước nông yêu cầu lấy ra tại điểm dùng nước: °C

Nhiệt độ nước lạnh cấp vào nguồn gia nhiệt

‘Trout Nhiệt độ nước nóng cắp đến trước điểm sử dụng: °C.

Lưu lượng tính toán hệ thống cấp nước dựa trẻn TCVN 4513:1988, tiêu chuẩn nàyhướng cách tính lưu lượng khác nhau đổi với các loại công năng công trình khác nhau, thêm nữa cần kể đến hệ số hòa trộn k đối với nước nóng trong tính toán lưulượng:

Lưu lượng nước tính toán trong một gidy cho nhà ở được xác định theo công thức:

4=k02UN+KN: (6)

Trong đó:

k: hệ số hòa trộn nước nóng.

4 lưu lượng tính toán trong một git: Vs

a; trị số dùng nước phụ thuộc vào tiêu chuẩn dùng nước tính cho một người trong một ngây lẤy theo bảng

Lưu lượng nước tính toán trong một giây cho các cơ quan hành chính trụ sở, nhà trọ,

khách sạn, nhả ở tập thé, kí túc xá, nhà tr, trường học, cơ quan giáo dục, bệnh viện đa

khoa, nhà tim công cộng, trại thiểu nhĩ xác định theo công thức: ạ=ka02/N (1)

“Trong đó;

2B

k: hệ số hỏa trộn nước nồng

lưu lượng tính toán trong một giấy: Vs

`: Tổng số đương lượng của các dụng cụ vệ sinh trong nhà hay đoạn ống tính toán ta: hệ số phụ tùng chức năng của mỗi loại nha lấy theo bang sau:

Bang 2.4 Bang tra hệ số œ

Hệ số Loại nhà

Nhàễm Ben vin, | Trusốcơ - Trưởng | Bệnhviện | Nhip

công công, phòng | quanhinh hạcvàcơ ahidigu | thế nhà

name hima | chinh, eva | quaogio đường nhà | tọ, khíchkhoa | hang, viện dục — nghỉ tại | sam, ký túc

thiết kế thiếu nhỉ | “xa“ 12 Lá 1s 18 20 28

"Nguồn TOWN 4513:1988

Lưu lượng nước tinh toán cho một giấy cho nhu cầu sinh hoạt tong nhà sin xuất vàcác phòng sinh hoạt của xí nghiệp công nghiệp, phòng gian khán giả, công trình thể ‘dye thé thao, xi nghiệp ăn tống công cộng, xác định theo công thúc:

a=bDayxnxa’ (8)Trong đó:

k: hệ số hòa trộn nước nóng.

4 lưu lượng tính toán trong một giây: Vs

4: lưu lượng nước của 1 dung cụ vệ sinh cũng loại: Vs số dụng cụ vệ sinh cùng loại

ash sb hoạt động đồng thời của dung cụ vệ sinh Ly theo các bảng sau:

24

Bảng 26 Bảng hệsố đồng thời của các dụng cụ vỆ si trong nhà sản xuất và các phòng sinh hoạt của xí nghiệp công nghiệp

- Châu tiêu tro 1 | 07 | 05 | os | 03] 03 | 03 | 025 | 025

-chivxicdvaixi | 1 | 03 |025 | 02 |o45 | o1 | 04 | o1 | oons- Chậu xí eó bình xã | 1 [075 | 065 | 06 | os | o4s | 04 | 04 | 04

“Ngưôn: TCVN 4513:1988

Bảng 2.5 Bảng hệ số đồng thời của các dụng cụ vệ sinh trong các phòng, gian khánsả, các công trình thể thao, xi nghiệp ân uống công cộng

Hệ số hoạt động đồng thời của các dụng cụ vệ sinhñ Rap chiếu bóng,

Dụng cụ vésinh | hội trường edu lac | Nhàhát rạp | Cita hing an

bộ, công trình thé xiếc tống công cộng.thao

= Chau na mật 08 06 os- Binh xả chậu xi 03 os 06 ~ Chậu tiểu treo 1 08 05~ Voi tắm hương sen 1 1 1

"Đường kính ống cắp nước tong nhà với vận tốc kinh tế tính bằng 0.5 — 1.5 mỹ [13]

Dựa trên vận tốc kinh tế người ta có thé tinh toán được đường kính ông nước cấp phi

hợp khi đã có sẵn lưu lượng cần cấp:

9 loom, VP Trong đó:

Dy: đường kính tính toán: m 4 Iu lượng qua đoạn ông: Us

ve vận tốc cắp nước kinh tế: 0.5 = 1.5 ms

Sau khi e6 được đường kính tinh toán ta chọn đường kính thực Dy có ngoài thị trường, sau d kiểm tr lại vận tốc thực ví có đáp ứng vận tốc kinh t (w ø [05/5] m)

i: Độ dốc thủy lực của dng (tồn thất trên một đơn vị chiều dài ống);

.Q: Lưu lượng nước chảy trong ống: m'Vs;ức cân theo chiều dis

<i: Đường kính trong của ông;

v: Vận tốc trùng bình của nước chy trong ống: mis

#; Gia tốc trọng trường: mis"

Dựa trên tính toán thực nghiệm có sẵn trong [7] ta xác định được.

lực của các giả trị lưu lượng ở các vận tốc tương ứng Do giá tr i sau phần thập phânrit bé nên thường được ghi trong bảng tính với giá trị 1000i Như vậy dựa trên giá tị độ đốc thủy lực và khẩu độ có sẵn hoặc xác định đựa trên vạch tuyển đường ông xác định được tổn thất ma sát trên khẩu độ tương ứng đó:

“Trong đó:

bạc tốn thất ma sắt trên đoạn ống: m;

I: khâu độ đoạn ống: m.

Trong tính toán thủy lực cấp nước bên trong để xác định được tổn thất áp lực tối da trên đoạn ống, người a giá sử đoạn ống dưới ác động của dng chy ở vận tốc kinh

bắt lợi nhất chính là vận t-ao nhất ~ 1.5 mvs, lúc này tổn thất ma sắt trong đoạn ống là tối da trong khoảng vận tốc cho phép Như vậy dựa trên [7] kết hợp nội suy

giá tị 10601 của ác size ống tại vận tố 1.5 mís để tính toán tổn thất ma sắt [13]

Áp lực cần thiết trên đường ống cắp nước xác định như sau:H= Hy + Hye-+ Hạ, + Hạ (13)Trong đó:

HH: cột iptại điểm tính toán trên mạng lưới: m;

Hộ, là chênh lệch cao trình hình học của điểm tinh toán và điểm bắt lợi nhất trên manglưới: mỹ

Hi: Cột áp yêu cầu tại điểm đồng nước bắt lợi nhất: ms Hs Ton thất ma sit theo phương pháp xác định ở trên: ms

He: Tên thất cục bộ (hưởng lấy bằng 206 = 30% tổn thất ma sáp: ms

Đối với cắp nước bên trong công trình bằng giải pháp sử dụng kết nước mái, Kỹ suthiết kế thường chọn tăng áp cho 3 ting trên cùng, do lúc này cột áp trọng trường tạo.