tính toán thiết kế hệ thống bơm nhiệt cung cấp nước nóng sinh hoạt cho khách sạn mercy emerald đà nẵng

Máy nước nóng bơm nhiệt cho phép nhiệt lượng di chuyển theo chiều ngược lại mà chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ năng lượng cung cấp từ điện, xăng… Do đó máy nước nóng bơm nhiệt có thể vận c

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT

Lê Văn Tuấn Mã sinh viên : 1911504310142

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌCNGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT NHIỆT

Lê Văn Tuấn Mã sinh viên : 1911504310142

1911504310152

Tên đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống bơm nhiệt cung cấp nước nóng sinh hoạt cho khách sạn Mercy Emerald - Đà Nẵng

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Tuấn Mã SV:1911504310152 Trần Văn Sang 1911504310142 Lớp: 19N1

Đề tài: “ Tính toán thiết kế hệ thống bơm nhiệt cung cấp nước nóng sinh hoạt cho

khách sạn Mercy Emerald - Đà Nẵng” gồm 5 chương với các nội dung chính sau: Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH

1.1 Vị trí công trình 1.2 Nhu cầu sử dụng nước nóng

Chương 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BƠM NHIỆT

2.1 Lịch sử phát triển của bơm nhiệt (vai trò/ ứng dụng trong thực tế ) 2.2 Khái niệm (lý thuyết/ đặc điểm/ so sánh với máy điều hoà )

Chương 3: TÍNH CÔNG SUẤT VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÓNG

3.1 Tính thông số đặc trưng của hệ thống 3.2 Nguyên lí vận hành

Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BƠM NHIỆT

4.1 Các thông số ban đầu (lưu lượng/ nhiệt độ/ thời gian ) 4.2 Tính toán nhiệt (đặc điểm/ công thức/ kết quả )

Chương 5: LẮP ĐẶT VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG BƠM NHIỆT

5.1 Phạm vi công việc 5.2 Quy trình lắp đặt

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp là nhiệm vụ và yêu cầu của bộ môn góp phần hỗ trợ sinh viên xác định được công việc mà mình sẽ làm trong tương lai khi tốt nghiệp ra trường

Với đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống bơm nhiệt cấp nước nóng sinh hoạt cho khách sạn Mercy Emerald - Đà Nẵng Cùng với sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn, đề tài này đã đem lại cho em những kiến thức bổ ích và các nghiệm cho công việc tương lai sau này

Trong suốt quá trình làm đồ án với sự nỗ lực của em và các giảng viên bộ môn khác trong khoa đến nay đồ án của em đã được hoàn thành Mặc dù em đã cố gắng tìm tòi và học hỏi nhưng do kinh nghiệm, kiến thức còn hạn hẹp nên khó tránh khỏi thiếu sót trong quá trình làm đồ án Em rất mong nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô và các bạn để em hoàn thiện hơn về kiến thức chuyên môn

Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS.Nguyễn Công Vinh rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài Và em cũng cảm ơn quý thầy cô đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập và thực hiện đề tài này

Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô bộ môn ngành công nghệ kỹ thuật nhiệt thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục công việc của mình là truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm cho thế hệ mai sau

Bản đồ án này do tôi nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên:

ThS Nguyễn Công Vinh

Để hoàn thành đồ án này tôi đã sử dụng những tài liệu ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác mà không được ghi

Nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 9

1.1 Giới thiệu về công trình 9

1.2 Nhu cầu sử dụng nước nóng ở khách sạn 10

1.3 Năng lượng mặt trời 10

1.4 Ưu điểm và hạn chế của năng lượng mặt trời 10

1.5 Nhận xét chung 11

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA BƠM NHIỆT 12

2.1 Lịch sử phát triển của bơm nhiệt 12

2.2 Khái niệm về bơm nhiệt 12

2.3 Phân loại phương pháp cấp nước nóng 12

2.4.Chọn phương pháp cấp nước nóng 14

2.5 Tổng quan về hệ thống bơm nhiệt và máy nước nóng năng lượng mặt trời 15

2.5.1 Lịch sử phát triển máy nước nóng năng lượng mặt trời 15

2.5.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt 16 CHƯƠNG 3: TÍNH CÔNG SUẤT VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ

THỐNG CẤP NƯỚC NÓNG 3.1 Tính chọn thông số đầu vào đầu ra 3.2 Nguyên lí vận hành hệ thống

3.3 Tính chọn công suất bộ thu năng lượng mặt trời và bơm nhiệt 3.4 Tính chọn panel mặt trời và bơm nhiệt

3.4.1 Tính chọn panel mặt trời 3.4.2 Tính chọn bơm nhiệt 3.4.3 Chọn bồn bảo ôn

4.1 Thiết kế và chọn ống dẫn nước nóng 4.2 Tính chọn hệ thống bơm hồi

4.3 Tính chọn bơm tuần hoàn cho hệ thống panel mặt trời và bơm nhiệt CHƯƠNG 5: QUY TRÌNH XÂY DỰNG, LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG

5.1 Phạm vi công việc 5.2 Quy trình lắp đặt 5.3 Kiểm tra hệ thống 5.4 Bảo dưỡng và sửa chữa 5.5 Giải pháp khắc phục sự cố KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Bảng 4.9: Bảng tính lưu lượng và đường kính ống ở trục chính 2 Bảng 4.10: Áp lực nước tự do các tầng

Bảng 4.11: Bảng tra lượng nước chứa trong 1m ống nước nóng PPR Hình 1.1: Hình ảnh khách sạn

Hình 2.1: Lò hơi cỡ nhỏ cho khách sạn Hình 2.2: Bình nước nóng Rossi Hình 2.3: Bảng so sánh chi phí vận hành Hình 2.4: Hệ thống nước nóng bằng năng lượng mặt trời Hình 2.5: Bơm nhiệt

Hình 2.6: Nguyên lí hoạt động của bơm nhiệt Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lí

Hình 3.2: panel mặt trời MGS-2500BLT Hình 3.3: Bơm nhiệt Megasun MGS-40HP Hình 3.4: Bồn bảo ôn BBO-8000-CA Hình 4.1: Sơ đồ bố trí thiết bị

Hình 4.2: Sơ đô cấp nước nóng Hình 4.3: Sơ đồ cấp nước nóng ở nhánh trục 1 Hình 4.5: Bơm nước nóng tuần hoàn

Hình 4.6: Van chặn

Hình 4.8: Van giảm áp Hình 5.1: Chi tiết ống qua tường Hình 5.2: Chi tiết ống treo tường Hình 5.3: Chi tiết van giảm áp cấp nước

MỞ ĐẦU

❖ Mục đích thực hiện đề tài

Đồ án tốt nghiệp được thực hiện vào kỳ cuối của chương trình đào tạo hệ đại học, nhằm giúp sinh viên ôn lại cũng như tìm hiểu tự học hỏi, có khả năng sáng tạo tìm kiếm thông tin, khả năng sử dụng các phần mềm hiện nay

❖ Mục tiêu đề tài

Áp dụng những kiến thức đã học và kinh nghiệm thực tế để thiết kế đưa ra giải pháp cấp nước nóng phù hợp cho khách sạn

❖ Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Tính toán thiết kế hệ thống bơm nhiệt cung cấp nước nóng sinh hoạt cho khách sạn Mercy Emerald - Đà Nẵng

❖ Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu , tìm hiểu các giáo trình, bài giảng và các tiêu chuẩn về thiết kế hệ thống bơm nhiệt

❖ Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp

Đồ án có các nội dung chính như sau: Chương 1: Tổng quan về công trình Chương 2: Cấu tạo và nguyên lí làm việc Chương 3: Tính toán các thông số chọn thiết bị bơm nhiệt Chương 4: Tính toán thiết kế bơm nhiệt

Chương 5: Lắp đặt vận hành hệ thống bơm nhiệt

1.1 Giới thiệu về công trình

Tòa khách sạn nằm tại địa chỉ 172 đường Nguyễn Văn Thoại phường An Hải Đông quận Sơn Trà, Đà Nẵng Có tổng diện tích sử dụng hơn 4000 m2 gồm 15 tầng,(1 tầng hầm và 15 tầng nổi ) hơn 85 phòng nghỉ, và được chia làm các khu vực:

Tầng hầm : được bố trí làm nơi để xe cho nhân viên và khách, phòng bếp và phòng kỹ thuật

Tầng 1: Được dùng làm không gian lễ tân, caffe và sảnh chính khách sạn Tầng 2: Được bố trí làm khu vực nhà hàng

Tầng 3-14: Không gian các phòng nghỉ cho khách Tầng 11-12: Tầng kỹ thuật, bể bơi ngoài trời và skybeer

Hình 0.1: Hình ảnh khách sạn

1.2 Nhu cầu sử dụng nước nóng ở khách sạn

Trong cuộc sống hằng ngày hay trong các ngành công nghiệp, dịch vụ nước nóng được sử dụng rất phổ biến Từ nấu ăn, giặt ủi đến tắm rửa, cùng với việc đời sống ngày càng nâng cao, nhu cầu sử dụng nước nóng càng lớn Đặc biệt trong dịch vụ khách sạn cung cấp nước nóng cho sinh hoạt của khách hàng là một yêu cầu bắt buộc

Khác với nhu cầu nước nóng trong các hộ gia đình các khách sạn có những yêu cầu đặc thù như lưu lượng nước cấp lớn, tính ổn định cao cũng như sự phức tạp của hệ thống ống dẫn nước nóng Việc tính toán công suất cũng như lựa chọn phương án cấp nước nóng sẽ ảnh hưởng đến chi phí đầu tư và vận hành của khách sạn Chính vì vậy việc lựa chọn phương án và tính toán thiết kế sao cho đảm bảo tính kinh tế - kỹ thuật sẽ là mục đích của đồ án này

1.3 Năng lượng mặt trời

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, dồi dào, vô tận, có ở khắp nơi và dễ dàng khai thác nhất Nó mang đến nhiều giá trị to lớn cho con người, đặc biệt không ảnh hưởng xấu đến môi trường Vì vậy, trong những năm gần đây, năng lượng mặt trời đang được nhiều quốc gia khai thác và đưa vào sử dụng Chẳng hạn như sử dụng năng lượng mặt trời để làm máy nước nóng năng lượng mặt trời, đèn năng lượng mặt trời, hệ thống lọc nước biến nước mặn hoặc nước lợ thành nước uống được Hay sử dụng năng lượng mặt trời để đun nấu, phơi sấy, khử trùng hoặc tạo ra điện phục vụ cho mục đích sinh hoạt, kinh doanh

1.4 Ưu điểm và hạn chế của năng lượng mặt trời

Ưu điểm + là năng lượng tái tạo và bền vững + tiết kiệm nhiên liệu

+ là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường + chi phí bảo trì thấp, tuổi thọ lâu dài

+ dễ lắp đặt, vận hành + tận dụng được không gian Nhược điểm:

+ phụ thuộc vào thời tiết + chi phí đầu tư ban đầu lớn + không phù hợp với một số không gian

1.5 Nhận xét chung

Thực tế cho thấy ,việc sử dụng năng lượng mặt trời là một trong các năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường ,tuy chi phí đầu tư ban đầu cao nhưng xét về lâu dài phù hợp cho các công trình lớn như tòa nhà ,khách sạn,…nhằm khai thác tối ưu những ưu điểm mà năng lượng mặt trời mang lại

CHƯƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA BƠM NHIỆT

2.1 Lịch sử phát triển của bơm nhiệt Vai trò của bơm nhiệt: Trong tự nhiên, nhiệt lượng di chuyển từ nhiệt độ cao tới

thấp Máy nước nóng bơm nhiệt cho phép nhiệt lượng di chuyển theo chiều ngược lại mà chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ năng lượng cung cấp (từ điện, xăng…) Do đó máy nước nóng bơm nhiệt có thể vận chuyển nhiệt lượng lấy từ môi trường tự nhiên tới một căn hộ hoặc một khu nhà cao tầng

Ứng dụng của bơm nhiệt:

+ sử dụng 2 chu trình lạnh có thể được dùng làm mát môi trường như máy điều hòa không khí, có thể đảo chiều trở thành hệ thống sưởi làm ấm môi trường khi cần thiết

+ sử dụng để gia nhiệt cho nước cung cấp nước nóng cho sinh hoạt

2.2 Khái niệm về bơm nhiệt

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

Máy bơm nhiệt thông thường sẽ chỉ cho phép nhiệt lượng di chuyển theo một

chiều cố định, ví dụ như từ “nóng” sang “lạnh” hoặc ngược lại (như lò sưởi hay tủ lạnh…) Loại máy bơm nhiệt cho phép điều chỉnh và lựa chọn nhiều chiều di chuyển của nhiệt lượng thì được gọi là Máy bơm nhiệt thuận nghịch Máy bơm nhiệt heat pump thích hợp sử dụng cho hệ thống sưởi của gia đình và trong cả những môi trường có phạm vi lớn hơn

Máy bơm nhiệt về cơ bản các thiết bị chính, nguyên lí hoạt động tương tự như một máy điều hòa không khí, tuy nhiên bơm nhiệt có thể đảo chiều sự dụng giàn lạnh như dàn nóng và ngược lại Bơm nhiệt thường được sự dụng nhiệt từ dàn nóng để tạo ra nước nóng sinh hoạt nên có thể tận dụng tiết kiệm năng lượng hơn điều hòa không khí

2.3 Phân loại phương pháp cấp nước nóng

Dựa vào nguồn nhiệt cung cấp cho nước, ta có thể chia cách chuyển hóa năng lượng thành nhiệt năng của nước thành 3 loại chính là chuyển hóa trực tiếp nhiệt-nhiệt, điện-nhiệt, quang-nhiệt

Theo đó ta có các phương pháp cấp nước nóng sau: - Cấp nước nóng bằng lò hơi

Hình 2.1: Lò hơi cỡ nhỏ cho khách sạn - Cấp nước nóng bằng điện trở nhiệt

Chú thích: 1 Vỏ nhựa 6 Lỗ cắm thăm nhiệt

3 Ruột bình tráng men 8 Rơle nhiệt 4 Thanh magie 9 Volume điều chỉnh nhiệt độ 5 Thanh gia nhiệt 10 Ống nước vào ra

Hình 2.2: Bình nước nóng Rossi - Cấp nước nóng bằng panel năng lượng mặt trời - Cấp nước nóng bằng bơm nhiệt

Bảng 2.1: Ưu và nhược điểm của các phương pháp cấp nước nóng Phương pháp

-Có công suất từ vừa đến lớn -Chi phí vận hành không cao nếu sử

dụng than hoặc sinh khối

-Chi phí đầu tư ban đầu lớn -Vận hành phức tạp, yêu cầu

người vận hành -Không phù hợp với công trình

Năng lượng mặt trời

-Có công suất từ nhỏ đến lớn -Không tốn chi phí vận hành -Thân thiện với môi trường

-Chi phí đầu tư ban đầu lớn -Công suất phụ thuộc nhiều vào

diện tích mặt bằng lắp đặt -Phụ thuộc vào thời tiết

Bơm nhiệt

- Có công suất từ nhỏ đến lớn -Tiết kiệm điện do COP lớn

(thường từ 3 đến 5)

-Chi phí đầu tư ban đầu lớn

Trên thực tế ta có thể kết hợp các phương pháp trên để phát huy ưu điểm và khắc phục nhược điểm của chúng

2.4 Chọn phương pháp cấp nước nóng

Hình 2.3: Bảng so sánh chi phí vận hành của các hệ thông cấp nước nóng Căn cứ vào việc khách sạn HYATT có 163 phòng, có mặt bằng tầng mái rộng rãi, xung quanh thông thoáng, cũng như điều kiện khí hậu Đà Nẵng, đề xuất chọn phương án cấp nước nóng bằng bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời

Ưu điểm của việc sử dụng kết hợp 2 phương pháp này là vừa tiết kiệm năng lượng, chi phí vận hành thấp lại vừa đảm bảo được tính ổn định, không phụ thuộc thời tiết, đặc biệt là thân thiện với môi trường

2.5 Tổng quan về hệ thống bơm nhiệt và máy nước nóng năng lượng mặt trời

2.5.1 Lịch sử phát triển máy nước nóng năng lượng mặt trời

Năm 1891, Clarence Kemp, bang Maryland, Mỹ, đã chế ra một loại bồn kim loại giữ được nhiệt của nước từ năng lượng Mặt Trời Ông đã đặt tên cho sản phẩm của mình là Climax và đây là máy nước nóng từ năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới được thương mại Sau đó, hệ thống thu nhiệt của Climax đã có nhiều cải tiến và hoàn thiện dần, trong đó có việc sử dụng hộp thủy tinh 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 ống dẫn thì nước nóng sẽ được dồn vào bình chứa (bình bảo ôn) và đảm bảo cho nhu cầu cả ngày và đêm

Năm 1909, William J Bailey của công ty thép Carnegie, Mỹ, đã nâng kỹ thuật lên một bước nữa bằng cách tách máy nước nóng năng lượng Mặt Trời ra làm hai phần: một phần hấp thụ nhiệt và một phần trữ nhiệt Phần hấp thụ nhiệt là các ống kim loại sơn đen và đặt trong một hộp kính, phần còn lại là một bồn chứa lớn để trữ nước nóng.Từ năm 1909, Bailey đã tung sản phẩm của mình ra thị trường và với những ưu điểm nổi trội, khiến Climax bị loại ra khỏi cuộc chơi

Hình 2.4: Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời công nghiệp

2.5.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

Về máy nước nóng bơm nhiệt, đây là một thiết bị hoạt động theo nguyên lý nhiệt động lực học tương tự như máy lạnh nhưng theo chiều ngược lại Bơm nhiệt vận chuyển nhiệt lượng từ môi trường để gia nhiệt cho nước

Hình 2.5: Bơm nhiệt dân dụng và bơm nhiệt công nghiệp

Máy bơm nhiệt gồm có 4 bộ phận chính cấu tạo thành: máy sấy, máy nén, máy ngưng tụ và van giảm áp suất nối với nhau tạo nên một vòng kín Một luồng chất lưu dễ bay hơi được gọi là lưu chất vận động sẽ luân chuyển trong máy bơm với nhiệm vụ là vận chuyển nhiệt lượng được lấy từ môi trường bên ngoài và cung cấp cho môi trường tiếp nhận

Nếu ở chế độ sưởi thì cơ chế hoạt động của nó chính là: Máy bơm nhiệt sẽ thu nhiệt lượng từ môi trường phía bên ngoài và được luồng lưu chất vận động sẽ vận chuyển tới vùng máy nén Tại vùng máy nén thì luồng lưu chất vận động này sẽ bị nén lại và sẽ tăng nhiệt độ lên khoảng 80 độ C, đồng thời nhiệt lượng dùng cho luồng lưu chất vận động mang theo bên mình cũng sẽ được tăng lên theo Sau đó luồng lưu chất vận động ở nhiệt độ cao sẽ được chuyển tới vùng máy ngưng tụ, ngay tại đây luồng lưu chất vận động khi được ngưng tụ thành chất lỏng thì sẽ giải phóng nhiệt lượng mang theo lúc này để có thể cung cấp cho thiết bị sưởi Ngay lúc này lượng lưu chất vận động sẽ đi qua vùng van giảm áp để có thể đưa trở về lại máy sấy, ngay sau đó nó được sấy thành luồng lưu chất vận động mới ở dạng hơi và mang theo nhiệt lượng thu được từ môi trường bên ngoài, và tiếp tục một chu trình mới

Hình 2.6: Nguyên lí hoạt động của bơm nhiệt

CHƯƠNG 3: TÍNH CÔNG SUẤT VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG CẤP NƯỚC NÓNG

3.1 Tính chọn thông số đầu vào-đầu ra

Đối với hệ thống năng lượng mặt trời nhiệt độ nước nóng có thể lên đến 90°C và của bơm nhiệt là (55÷60)°C Để đảm bảo tính ổn định của hệ thống chọn nhiệt độ nước nóng đầu ra là tr = 60°C

Để đảm bảo công suất hệ thống, chọn nhiệt độ môi trường là nhiệt độ Đà Nẵng vào tháng lạnh nhất là tm= 14,5°C [TL1]

Nhiệt độ nước vào tv= tm - 2°C = 14,5 - 2 = 12,5°C Bức xạ mặt trời vào tháng thấp nhất ( tháng 12) và cao nhất ( tháng 7) là: - Wt=78,06 ; kWh/m2/1tháng (hay 2,602 kWh/m2/1ngày)

- Wc=159,24 ; kWh/m2/1tháng (hay 5,815 kWh/m2/1ngày) Theo tài liệu [2] và tài liệu [7], ta tính toán cho khách sạn hạng II tiêu chuẩn dùng nước nhiều nhất cho một người là 150 lít/1ngày ( ta áp dụng cho khách trong khách sạn Lượng nước đã bao gồm tất cả các mục đích sử dụng bao gồm cả quầy bar, sinh hoạt và

ăn uống ) , nguồn nước nóng cấp sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời nên ta chọn hệ

số cấp nước nóng bằng 0,3 Giả thiết khách ở 95 phòng, mỗi phòng 2 người, mỗi người 1 ngày dùng 150 lít nước

Lưu lượng nước nóng cấp cho khách sạn trong một ngày đêm: Lnước nóng = (tiêu chuẩn cấp) x (số người ở) x (hệ số cấp nước)

= 150 x (95 x 2) x 0,3 = 8550 ; (lít/ngày)

Bảng 3.1: Định mức dùng nước nóng – Viessman-Canada [TL7]

Đặc tính nhà ở Khu dân cư

nhà khách

Khách sạn (bồn tắm + vòi

sen)

Khách sạn bồn

tắm

Khách sạn vòi sen

Định mước nước nóng sử dụng (L/người/ngày) ở 500C

50 170÷260 135÷196 74÷135

Định mước nước nóng sử dụng (L/người/ngày) ở 600C

3.2 Nguyên lý vận hành hệ thống

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hệ thông bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời

Chú Thích: 1: Bơm ; 2: Bồn chứa (nước lạnh) ; 3: bảng điều khiển ; 4: Bơm nước hồi ; 5: Bơm tăng áp ; 6: Ống thoát hơi sôi ; 7: Bồn bảo ôn của panel mặt trời; 8: Bồn bảo ôn của bơm nhiệt ; 9: Panel nước nóng mặt trời; 10: Bơm nhiệt; 11: Bơm tuần hoàn

Nguyên lý vận hành hệ thống:

Nước ở nhiệt độ môi trường được bơm (1) bơm lên và tích trong bồn (2) Khi mức nước trong bồn bảo ôn (7) giảm, bộ điều khiển (3) nhận tín hiệu rồi điều khiển van mở, nước từ (2) chảy vào (7) theo nguyên lý bình thông nhau cho đến khi đầy, van đóng, ngắt dòng giữa (2) và (7)

Do nước lạnh có khối lượng riêng lớn nên sẽ tập trung ở đáy bình (7) làm giảm nhiệt độ ở đầu hút nước cấp cho panel nước nóng mặt trời (9), khi nhiệt độ sensor tại đầu hút giảm t1 < 55°C và sensor ánh sáng đo được > 1000 lux thì bơm tuần hoàn (11) chạy bơm nước từ (7) qua (9) Tại (9) nước được gia nhiệt rồi quay về (7) Quá trình này lặp lại đến khi nhiệt độ t1 > 60°C hoặc sensor ánh sáng đo được < 400 lux thì bơm (11) ngừng Sau khi bơm (11) ngừng, nước trong (9) nếu tiếp tục được gia nhiệt sẽ sôi và tự quay về bình (7), tại đây hơi nước sôi sẽ thoát qua ống thoát hơi sôi (6)

Với bơm nhiệt, đường nước cấp vào đặt ở giữa thân bồn bảo ôn (8) khi nhiệt độ sensor tại đây giảm t2< 55°C bơm tuần hoàn (11) chạy bơm nước từ (8) qua bơm nhiệt (10) , nước được gia nhiệt rồi quay về (8) Quá trình này lặp lại đến khi nhiệt độ t2> 55°C thì bơm nhiệt (10) ngừng

Với cách vận hành như trên ta có thể đảm bảo nhiệt độ và lưu lượng nước cấp luôn ổn định cũng như giảm tối thiểu điện năng tiêu thụ Việc còn lại là chọn công suất bơm nhiệt cũng như panel nước nóng mặt trời

3.3 Tính chọn công suất bộ thu năng lượng mặt trời và bơm nhiệt

Dựa vào bảng phân bố bức xạ mặt trời trong năm tại tỉnh Đà Nẵng, ta có bức xạ

mặt trời vào tháng thấp nhất và cao nhất là Wt= 2,602 ; kWh/m2/1ngày và Wc= 5,815 kWh/m2/1ngày Để đảm bảo tính ổn định và mức tiêu thụ năng lượng thấp của hệ thống ta chọn tính diện tích panel mặt trời trong trường hợp chỉ có hệ nước nóng năng lượng mặt trời hoạt động, còn vào những ngày trời mưa, không có nắng thì bơm nhiệt hoạt động, hoặc có những trường hợp sẽ kết hợp cả 2 hệ, nên tính chọn bơm nhiệt vẫn phải đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng nước nóng khi tấm panel hoạt động không hiệu quả

Tổng nhiệt lượng cần cung cấp Q được tính theo công thức:

Trong đó: m – khối lượng nước cần gia nhiệt trong 1 ngày, [kg/ngày] c – nhiệt dung riêng của nước bằng 4,18 ; kJ/kg

3.4 Tính chọn panel mặt trời và bơm nhiệt

3.4.1 Tính chọn panel mặt trời

Dựa vào số liệu đã tính toán ở các mục 3.1 và 3.3 và [TL3] chọn panel mặt trời

MGS-2500BLT của hãng Megasun

Chú thích: 1: Lớp hấp thụ năng lượng 2: Khung hợp kim

3: Kính cường lực 4: Lớp cách nhiệt 5: Ống trao đổi nhiệt

Hình 3.2: Panel mặt trời MGS-2500BLT của hãng Megasun

Bảng 3.2: Thông số panel mặt trời MGS-2500BLT của hãnh Megasun

Dựa vào thông số nhà sản xuất cung cấp, ta tính được số tấm panel cần lắp đặt: N = Qmt /Wc/S/µ= 1697603/(5,815.3600)/2,35/0,95 = 36 ; (tấm)

Trong đó: - N: số tấm panel - Qmt – nhiệt lượng cung cấp bởi các tấm panel mặt trời [kJ/ngày] - Wc - Bức xạ mặt trời vào tháng cao nhất [kWh/m2.ngày]

- S - Diện tích hấp thu [m²] - µ - Độ hấp thu

Hình 3 3 Bơm nhiệt Megasun MGS-40HP Bảng 3 3 Thông số kỹ thuật bơm nhiệt Megasun MGS-40HP

Lưu lượng nước làm nóng trung bình

Nhiệt độ nước ra tối đa

Loại điều khiển Thông minh & LCD