Đề tài thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt trung tâm cho khách sạn silk path 195 hàng bông hà nội kết hợp sử dụng năng lượng mặt trời

Lò hơi cung cấp hơi bão hòa ở áp suất 5 kG/cm2, hơibão hòa được đưa lên bể nước nóng để gia nhiệt cho nước lạnh đến nhiệt độ 80 oC trong bể chứa.. Nước nóng được đưa đến các phòng nhờ hệ

1.1 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT LÒ HƠI

Việc tính chọn công suất lò hơi và thiết kế mạng nhiệt được thực hiệntrong trường hợp phụ tải của khách sạn lớn nhất và hệ thống không sử dụng kết

75

hợp năng lượng mặt trời (do trong những ngày mùa đông hoặc ngày mưa,cường độ bức xạ mặt trời là rất thấp).

Theo đề tài đã cho, thiết kế hệ thống cung cấp nước nóng cho khách sạnSilk Path-195 Hàng Bông Lò hơi cung cấp hơi bão hòa ở áp suất 5 kG/cm2, hơibão hòa được đưa lên bể nước nóng để gia nhiệt cho nước lạnh đến nhiệt độ 80

oC trong bể chứa Nước nóng được đưa đến các phòng nhờ hệ thống đường ốngmạng nhiệt của khách sạn, tại đây nước nóng được hòa trộn với nước lạnh ở 15

oC (nhiệt độ trung bình để tính toán) để trở thành nước sử dụng có nhiệt độ 40

oC Ngoài chức năng là thiết bị trao đổi nhiệt, bể nước nóng còn có nhiệm vụ là

bù nước nóng vào các giờ cao điểm Trước giờ cao điểm, ta có thể cho lò hoạtđộng gia nhiệt cho nước trong bể Trong giờ cao điểm, ngoài lượng nhiệt do lòhơi cung cấp ta còn có thể sử dụng lượng nước nóng dự trữ trong bể

- Mô tả đặc điểm khách sạn Silk Path-195 Hàng Bông:

+ Khách sạn có 11 tầng với 112 phòng ngủ (bắt đầu từ tầng 2 đến tầng 9).+ Tầng 1 là sảnh chính của khách sạn, khu nhà bếp, quầy hàng bán lẻ …

+ Tầng mái là khu giặt là của khách sạn…

- Lựa chọn phương án bố trí mạng nhiệt: Có rất nhiều phương án bố trí mạngnhiệt cho 1 khách sạn Việc lựa chọn 1 phương án cụ thể phụ thuộc vào 1 sốyếu tố như: chi phí đầu tư, cấu trúc xây dựng, sơ đồ hệ thống cấp nước lạnh …Dựa trên các yếu tố trên và để thuận tiện cho quá trình thi công, vận chuyển,vận hành và sửa chữa, ta quyết định bố trí nhà lò và bể nước nóng của kháchsạn đặt trên tầng áp mái của khách sạn Như vậy, hơi bão hòa từ lò hơi sẽ đượcđưa đến bể nước nóng nhờ vào áp suất của hơi, sau đó hơi sẽ gia nhiệt cho nướclạnh trong bể chứa nước nóng (dung tích bể chọn bằng 5000 lít), từ đây nướcnóng sẽ được cung cấp cho các phòng ngủ, nhà bếp, khu giặt là và khu spa qua

hệ thống đường ống mạng nhiệt của khách sạn

76

G15.(40 - 15) = G80.(80 – 40) G15 + G80 = G40

- Đối với khách sạn thì tiêu thụ nhiệt dùng để tắm chỉ tập trung vào các giờ cao

điểm, còn trong các giờ còn lại thì ít tiêu thụ Vì vậy việc tính toán nhiệt cho hệthống được quy về bài toán tính lựa chọn công suất nhiệt của hệ thống sao cho

đủ cung cấp nhiệt phục vụ cho tắm vào các giờ cao điểm Thời gian giờ caođiểm lấy là 2 giờ, do đó bể nước nóng có khả năng bù 2500 lít nước nóng chomỗi giờ Theo tiêu chuẩn, lưu lượng nước nóng cần cho 1 phòng khách sạntrong giờ cao điểm là 250 l/h nước nóng ở 40 oC

+ Số phòng sử dụng nước nóng (n): 112 phòng+ Nhiệt độ nước lạnh (t1): 15 oC

+ Nhiệt độ nước nóng (t2): 80 oC

+ Nhiệt độ nước sử dụng (t3): 40 oC

+ Lưu lượng nước cho 1 phòng trong giờ cao điểm (g40): 250 l/h

+ Hệ số sử dụng phòng của khách sạn (K1): 0,75

+ Hệ số sử dụng nước trong cùng 1 thời điểm (K2): 0,8

- Lượng nước sử dụng ở 400C tiêu thụ trong giờ cao điểm của phòng ngủ:

G40= K1.K2 .n.g40 = 0,75 0,8 112 250 = 16800 l/h

- Ta có hệ phương trình cân bằng nhiệt và vật chất như sau:

Giải hệ phương trình trên ta được:

G80 = 6462 l/h

G15 = 10338 l/h

77

Vậy trong 1 giờ cao điểm khách sạn tiêu thụ lượng nước nóng ở 800C là

6462 lít Do trong giờ cao điểm bể nước nóng bù được 2500 lít nước nóng trong

1 giờ nên lò chỉ cần cung cấp nhiệt tương đương với 3962 lít nước nóng 800C

- Lượng nhiệt cần thiết truyền cho nước lạnh để 3962 lít nước từ t1 = 15 oC trởthành nước nóng t2 = 80 oC:

Q1 = mc (t2 – t1) = 3962 0,985 4,2 (80 – 15)

= 1065277,5 ( kJ/h )

- Công suất nhiệt yêu cầu của lò hơi:

+ Công suất hơi phục vụ gia nhiệt nước cung cấp cho khối phòng ngủ:

D1 = Q1/(q.) = 1065277,5 / (2110,9 0,95)

= 531.2 kghơi/h

Trong đó:

q = 2110,9 kJ/kg - nhiệt ẩn hóa hơi của 1 kg nước ở áp suất p = 5 kG/cm2

 = 0,95 - hiệu suất của thiết bị gia nhiệt

+ Lượng hơi cần thiết cho giặt là (theo yều cầu của khách sạn):

Dgiặt = 80 kghơi/h

+ Lượng hơi cần thiết cho khu spa (theo yêu cầu của khách sạn):

Dspa = 50 kghơi/h+ Lượng hơi cần thiết cho khu nhà bếp (theo yêu cầu của khách sạn):

Dbếp = 50 kghơi/h+ Vậy tổng công suất yêu cầu của lò hơi cấp nhiệt cho toàn khách sạn:

78

- Trên đây là chúng ta tính tải lớn nhất xảy ra ở giờ cao điểm, còn trong cácgiờ khác, chỉ cần chạy một lò và một lò dự phòng.

- Nhiệt độ giả thuyết tính toán của nước nóng là 80 oC để tăng độ dự trữ tínhtoán công suất lò hơi Trong tính toán thủy lực đường ống, nhiệt độ này chỉnằm trong khoảng 65  70 oC theo tiêu chuẩn an toàn

2.2 TÍNH THỦY LỰC HỆ THỐNG CẤP NHIỆT KHÁCH SẠN

Nhiệm vụ cơ bản của việc tính toán thủy lực đường ống dẫn nhiệt là xácđịnh đường kính ống dẫn và tổn thất áp suất khi biết trước lưu lượng chất mangnhiệt chảy trong ống Theo tiêu chuẩn Liên Xô, ta chọn ống dẫn nước nóngtrong hệ thống là ống thép chịu nhiệt loại CT3

- Tổn thất áp suất gồm 2 phần: tổn thất do ma sát dọc đường ống và tổn thất ápsuất cục bộ do các trở ngại khác trên đường ống (các van chắn, tê, cút … )

- Trên cơ sở bố trí mặt bằng của khách sạn, ta tiến hành vạch tuyến ống, dựng

sơ đồ không gian và dự kiến bố trí phụ kiện trên đó để bước vào tính toán thủylực đường ống (như trên bản vẽ) Khi tính toán thủy lực cần lưu ý một số điểm:+ Xác định tuyến chính của mạng nhiệt dựa theo độ giảm áp suất trên một đơn

vị dài

+ Tính tuyến chính trước, tuyến phụ và ống nhánh sau

+ Phân tuyến ống ra thành từng đoạn để tính toán Hai đầu của một đoạnthường là điểm nút phân nhánh, nếu đoạn ống quá dài có thể phân nhỏ từ 300 

500 m đối với ống dẫn hơi bão hòa, 1000 m đối với ống dẫn hơi quá nhiệt.+ Áp suất ở các điểm nút phải cân bằng về mọi phía của các ống dẫn, do vậykhi tính tuyến phụ, có thể lấy kết quả đã tính ở tuyến chính dùng cho việc tínhtoán nó

+ Tính từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp Áp suất dư tại các điểmdùng sinh hoạt theo tiêu chuẩn thường lấy nhỏ hơn hoặc bằng 1 atm Nếu áp

79

suất sau khi tính toán còn dư nhiều so với tiêu chuẩn thì có thể bố trí van giảm

áp hoặc vòng đệm tiết lưu để giảm áp suất trên đường ống Áp lực thủy tĩnhkhông được vượt quá áp lực giới hạn cho phép Hgh = 60 mH2O

+ Khi chọn đường kính ống dẫn, phải căn cứ vào các thông số của bài toán,ngoài ra cần xem loại ống đó có được sản xuất hay không, đặc tính của nó nhưthế nào, để tiện lợi khi dự trù và lắp đặt

+ Trong tính toán cần lưu ý những điều kiện ràng buộc về chế độ thủy lực,phải biết chất lỏng chảy ở chế độ nào, để dùng đúng công thức và biểu đồ lậpvới nó

Bảng 2.1 Tốc độ giới hạn của chất mang nhiệt, m/s

- Trị số độ nhám tương đương đối với ống thép chịu nhiệt theo tài liệu thamkhảo [6] lấy như sau:

Đối với ống dẫn hơi nước Ktd = 0,2 mm

Đối với ống dẫn nước nóng Ktd = 0,5 mm

Đối với ống dẫn nước ngưng Ktd = 1,0 mm

- Mô tả hệ thống cấp nhiệt cho khách sạn: nước nóng (lấy bằng 70 oC) từ 2 bểchứa nước nóng trên tầng áp mái sẽ theo 4 đường ống nằm ngang cấp nướcnóng cho 16 trục kỹ thuật của khách sạn Các trục kỹ thuật chạy từ tầng 10( mái 1 ) xuống tầng 2, cấp nước cho khối phòng ngủ Cuối các trục có lắp hệthống van hồi tự động có tác dụng kiểm soát nhiệt độ của nước nóng trong hệthống, khi nhiệt độ nước nóng thấp hơn nhiệt độ cho phép (lấy bằng 50 oC) thìvan hồi sẽ mở và bơm hồi sẽ bơm nước trở lại bể chứa để gia nhiệt lại

80

- Nhiệt độ trung bình của nước nóng trong mạng nhiệt lấy bằng 70 oC.

- Khối lượng riêng của nước nóng trong hệ thống mạng nhiệt được coi là khôngđổi và lấy ở nhiệt độ 70 oC: r = 977,5 kg/m3

- Trọng lượng riêng tương ứng: g = 9589,275 N/m3

- Độ nhám tương đương của ống nước nóng: Ktd = 0,5 mm

- Độ nhớt động học của nước nóng ở 70 oC: n = 4,16.10-7 m2/s

2.2.1 Tính thủy lực cho đường ống ngang

Nước từ bể nước nóng sẽ theo các đường ống ngang cấp nước nóng chocác trục kỹ thuật của khách sạn Cụ thể ở Khách sạn Silk Path, ta chia thành 2đường ngang:

+ Đường ngang I chạy dọc trên mái, cấp nhiệt cho các trục kỹ thuậtchạy từ mái xuống tầng 7

+ Đường ngang II chạy theo trần tầng 7, cấp nhiệt cho các trục kỹ thuật

Việc tính toán thủy lực được thực hiện trong trường hợp giờ cao điểm vàtất cả các phòng đều sử dụng nước (bỏ qua hệ số sử dụng phòng và hệ số sửdụng đồng thời) Các đường ống được chia ra thành các phân đoạn để tính toán,

2 đầu của 1 phân đoạn thường là điểm nút phân nhánh các trục kỹ thuật Quátrình tính toán thủy lực cho các đường ống cũng như các phân đoạn được thựchiện hoàn toàn tương tự nhau

Tính toán trục chính cấp nước từ bể xuống đường ngang số II:

Từ bể chứa trên tầng mái, cần 1 trục kỹ thuật chính cấp nước cho đường ngang

ở tầng 7 Từ đường ngang này sẽ cấp nước cho các trục kỹ thuật để đưa nướcnóng vào các phòng ngủ từ tầng 2 đến tầng 6

- Lưu lượng nước ở 40 oC cần thiết cung cấp cho khách sạn khi bỏ qua hệ số sửdụng phòng và hệ số sử dụng đồng thời:

- Chọn sơ bộ tốc độ nước chảy trong phân đoạn 1 (theo bảng 2.1):

p g

2 2 2 1

2 1 1

2 2

- Đường kính ống nước tương ứng với tốc độ nước giới hạn:

4 4.0, 00215 0, 46

V d

  

0,077 m = 77 mmTheo phụ lục 10 tài liệu [4] ta chọn d = 82 mm, bề dày 4 mm, đường kính ngoài

90 mm

- Xác định lại tốc độ nước:

 2  .0,072 

0018 , 0 4

4

93152 , do đó l được tính theo công thức sau:

, 0

77290

68 70

5 , 0 11 , 0 Re

68 11

, 0

= 32,06.(34,95-22,550+2)

=461,664 (Pa)

Trong đó

Z1 =34,95 m ( Chiều cao của mái đặt bể so với mặt đất)

Z2 =22,550 m ( Chiều cao tầng 7 so với mặt đất)

H = 2 m – chiều cao cột nước trong bể chứa (chọn sơ bộ)

Vậy, áp suất nước ở cuối trục chính là:

r = 977.5 kg/m3 – khối lượng riêng của nước nóng ở 70 oC

Do đây đang là tầng 7, và từ đây sẽ tiếp tục cấp nước cho các tầng phía dưới, đo

đó quyết định đặt van giảm áp tại cuối trục chính, trước khi cấp nước cho đoangngang số II sao cho áp sau van chọn là 1,2.105 Pa, và coi đây chính là áp suấtđầu đoạn ngang số II

Tính toán thủy lực cho phân đoạn 1 của đường ngang số II:

84

Từ sơ đồ mặt bằng, ta chia đường ngang số II thành 8 phân đoạn, với các thông

p g

2 2 2 1

2 1 1

2 2

- Đường kính ống nước tương ứng với tốc độ nước giới hạn:

85

4 4.0, 0007278 0, 46

V d

0,04483 m = 44,83 mmTheo phụ lục 10 tài liệu [4] ta chọn d = 51 mm, bề dày 3 mm, đường kính ngoài

57 mm

- Xác định lại tốc độ nước:

2 2

4 4.0,0007278 0,051

V d

79520 , do đó l được tính theo công thức sau:

, 0

77290

68 70

5 , 0 11 , 0 Re

68 11

, 0

- Chiều dài quy dẫn: lqd = l1 + ltd = 2 + 2,726 = 4,726 m

- Giáng áp tổng trên đoạn ống 1: dp = Rdd.lqd = 113,74 4,726 = 210,692 Pa

- Do ở cùng độ cao và coi như tốc độ nước trong ống không đổi, áp suất ở cuốiđoạn ống 1 là: p1'' p1'  p  1,2 105 – 210,692 = 1,1979 105 Pa

86

* Kết quả tính toán thủy lực của các đường ống ngang còn lại được trình bày trong các bảng sau:

87

Số

đoạn

ống

Lưulượng

áp suất

dp, Pa

Áp suất đầu

p’, Pa

Áp suấtcuối

4.082

3 0.37 248.21 1.1979 1.1945

2.8823

10.88

2 0.3022 311.91 1.1979 1.1866

3.0385

29.03

9 0.37 96.978 1.2 1.1906L5

0.001107

1.3943

7.994

3 0.434 171.66 1.1906 1.1919L6

0.000791

4.120

3 25.62 0.3873 157.58 1.1919 1.1776L7

Bảng 2.1 Kết quả tính toán thủy lực ống nước nóng ngang số 2

Số

đoạn

ống

Lưulượng

áp suất

dp, Pa

Áp suất đầu

p’, Pa

Áp suấtcuối

6.202

2 0.444 734.81 1.1957 1.1884

0.2381

6.238

1 0.3022 648.58 1.1957 1.1892L3

0.001012

4.4521

21.45

2 0.4957 1833.2 1.1957 1.1774L4

0.000822

4.4521

23.95

2 0.4028 1359.1 1.1774 1.1638L5

0.000379

7 32 38 2.5 2 2.726 4.726 0.4722 656.97 1.1638 1.1586L6

0.000253

2 27 32 2.5 3.6 2.726 6.326 0.4422 955.35 1.1586 1.1491L7 0.000126 20 25 2.5 5.4 2.726 8.126 0.4029 1487 1.1491 1.1438

Bảng 2.2 Kết quả tính toán thủy lực ống nước nóng ngang số 1

- Từ kết quả tính toán, ta nhận thấy rằng với đường kính ống đã chọn tốc độnước nóng chảy trong ống là nằm trong giới hạn cho phép Áp suất tại cácđiểm của đường ống nằm ngang đều lớn hơn áp suất bão hòa của nước ở 70

oC (pbh = 0,312.105 Pa) như vậy thoả mãn điều kiện nước không thể có hiệntượng sôi trong đường ống

2.2.2 Tính thủy lực cho các trục kỹ thuật

Khách sạn Silk Path- 195 Hàng Bông có 16 trục kỹ thuật chạy từ tầngmái xuống tầng 2 cung cấp nước nóng cho 112 phòng ngủ Cũng giống nhưkhi tính toán thủy lực các đường nước ngang, phương pháp tính toán thủylực các trục kỹ thuật và các phân đoạn là hoàn toàn tương tự nhau và chỉkhác so với tính toán đường ống nước ngang ở 2 điểm sau:

+ Trong quá trình tính toán thủy lực phải kể đến ảnh hưởng của cao độcác điểm trên trục kỹ thuật vì các trục kỹ thuật là các trục đứng

+ Để đảm bảo cân bằng áp lực trên 2 đường nước nóng và nước lạnh,cũng như theo tiêu chuẩn áp lực tại các điểm dùng nước xấp xỉ 1 atm, taquyết định sử dụng cụm van giảm áp đặt trên trục kỹ thuật chính

Phương pháp tính toán thủy lực các trục hoàn toàn tương tự như cáchtính thủy lực cho trục chính ( đãtrình bày ở trên ), lưu ý 1 điều rằng ở cuốitrục chính, trước khi cấp nước cho trục ngang số II, ta đã đặt 1 van giảm á,

và áp suất sau van giảm áp lấy bằng 1,2.105 Pa

Việc đánh số thứ tự các trục được thể hiện trên bản vẽ kèm theo, việcchia đoạn các trục và lưu lượng max của các trục được thể hiện ở các bảngsau:

Trục 1 Chiều dài số phũng Trục 2 Chiều dài số phũng

số phũng

Trục 9 Chiều dài số phũng Trục 10 Chiều dài số phũng

số phũng

- Lưu lượng G ( m3/s )

- Đường kính ống d ( trong, ngoài ) (mm)

_ chiều dài ống l , dài tương đương ltd , dài quy dẫn lqd ( m) _ Vận tốc nước ù ( m/s )

_ áp suất đầu p’, áp suất cuối p’’ ( Pa )

Số

đoạn

ống

Lưulượng

áp suất

dp, Pa

Áp suất đầu

p’, Pa

Áp suấtcuối

p’’, Pa

dtr Dng Dày l ltđ lqd

L1 0.0003164 33 38 2.5 2.3 0.86 3.16 0.369985 261.44 1.2 1.4225L2 0.0002532 27 32 2.5 3.1 0.93 4.03 0.442155 608.61 1.4225 1.7197L3 0.0001899 27 32 2.5 3.1 0.64 3.74 0.331616 320.67 1.7197 2.0199L4 0.0001266 20 25 2.5 3.1 0.64 3.74 0.402914 684.37 2.0199 2.3164L5 6.329E-05 20 25 2.5 3.9 0.64 4.54 0.201457 213.81 2.3164 2.6959

G, m3/s

Đường kính ống mm

Chiều dài ống, m Tốc độ

nước

w, m/s

Tổn thất

áp suất

dp, Pa

Áp suất đầu

p’, Pa

Áp suấtcuối

p’’, Pa

dtr Dng Dày l ltđ lqd

L1 0.000316448 33 38 2.5 2.3 0.64 2.94 0.37 243.24 1.1884 1.411L2 0.000253158 27 32 2.5 3.1 0.57 3.67 0.4422 554.24 1.411 1.7088L3 0.000189869 27 32 2.5 3.1 0.57 3.67 0.3316 314.67 1.7088 2.009L4 0.000126579 20 25 2.5 3.1 0.57 3.67 0.4029 671.56 2.009 2.3057

áp suất

dp, Pa

Áp suất đầu

p’, Pa

Áp suấtcuối

p’’, Pa

dtr Dng Dày l ltđ lqd

L1 9.49343E-05 20 25 2.5 8.5 0.64 9.14 0.3022 950.29 1.1892 2.0115L2 6.32895E-05 20 25 2.5 3.1 0.64 3.74 0.2015 176.13 2.0115 2.3131L3 3.16448E-05 20 25 2.5 3.9 0.64 4.54 0.1007 56.168 2.3131 2.6941

G, m3/s

Đường kính ống mm

Chiều dài ống, m Tốc độ

nước

w, m/s

Tổn thất

áp suất

dp, Pa

Áp suất đầu

p’, Pa

Áp suấtcuối

p’’, Pa

dtr Dng Dày l ltđ lqd

L1 0.000316448 33 38 2.5 2.3 0.64 2.94 0.37 243.24 1.1774 1.4L2 0.000253158 27 32 2.5 3.1 0.64 3.74 0.4422 564.82 1.4 1.6977L3 0.000189869 27 32 2.5 3.1 0.64 3.74 0.3316 320.67 1.6977 1.9979

L4 0.000126579 20 25 2.5 3.1 0.64 3.74 0.4029 684.37 1.9979 2.2944L5 6.32895E-05 20 25 2.5 3.9 0.64 4.54 0.2015 213.81 2.2944 2.6739

G, m3/s

Đường kính ống mm

Chiều dài ống, m Tốc độ

nước

w, m/s

Tổn thất

áp suất

dp, Pa

Áp suất đầu

p’, Pa

Áp suấtcuối

p’’, Pa

dtr Dng Dày l ltđ lqd

L1 0.000316448 33 38 2.5 3.1 0.86 3.96 0.37 327.63 1.1906 1.4907L2 0.000253158 27 32 2.5 3.1 0.93 4.03 0.396 215.14 1.4907 1.7919L3 0.000189869 27 32 2.5 3.1 0.86 3.96 0.3316 339.53 1.7919 2.0918L4 0.000126579 20 25 2.5 3.1 0.896 3.996 0.4029 731.22 2.0918 2.3879L5 6.32895E-05 20 25 2.5 3.9 0.79 4.69 0.2015 220.87 2.3879 2.7673

G, m3/s

Đường kính ống mm

Chiều dài ống, m Tốc độ

nước

w, m/s

Tổn thất

áp suất

dp, Pa

Áp suất đầu

p’, Pa

Áp suấtcuối

p’’, Pa

dtr Dng Dày l ltđ lqd

L1 0.000316448 33 38 2.5 2.3 0.86 3.16 0.37 261.44 1.1919 1.4144L2 0.000253158 27 32 2.5 3.1 0.79 3.89 0.4422 587.47 1.4144 1.7118L3 0.000189869 27 32 2.5 3.1 0.93 4.03 0.3316 345.54 1.7118 2.0117L4 0.000126579 20 25 2.5 3.1 0.966 4.066 0.4029 744.03 2.0117 2.3076