Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC Danh mục Trang Lời mở đầu 2 Phần I. Đánh giá lợi ích của việc sử dụng bơm nhiệt 1 Mục đích đề tài 3 1.1 Lợi ích sức khỏe 1.2 Lợi ích thương mại 1.3 Nhu cầu ứng dụng 2 Phương pháp 6 Phần II. Cơ sở lý thuyết 7 I.Tìm hiểu chung về bơm nhiệt. 7 1.1.Giới thiệu chung về bơm nhiệt 1.2 Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt nén hơi. 1.3 Đánh giá hiệu quả của bơm nhiệt qua hệ số φ 1.4 Sơ đồ công nghệ của phương pháp sử dụng bơm nhiệt II.Tìm hiểu nguyên nhân tổn thất năng lượng ra ngoài môi trường. 9 III Tính thủy lực cho mạng nhiệt 10 1 Tính chọn đường kính ống 2 Tính sức cản thủy lực 2.1 Các loại tổn thất áp suất 2.2 Hệ số trở lực ma sát λ 2.3 Hệ số trở lực cục bộξ 3 Phân bố áp suất môi chất trên đường ống 4 Tính chọn bơm , quạt cho mạng nhiệt: Phần III Tính toán thiết kế sơ bộ 18 Lời mở đầu Khí hậu Việt Nam được chia làm hai mùa với sự chênh lệch nhiệt độ rất lớn, vì vậy các công trình bể bơi chủ yếu chỉ được khai thác trong 06 tháng mùa nóng còn lại 06 tháng mùa lạnh thì không được sử dụng. Điều này gây lãng phí lớn trong quá trình khai thác cũng như đầu tư xây dựng bể bơi cho chủ đầu tư. Để khắc phục mặt hạn chế này, đã có một số Hãng sản xuất thiết bị làm nóng nước cho bể bơi với nhiều dây chuyền công nghệ khác nhau, kinh phí đầu tư và khai thác vận hành cũng rất khác nhau cho nên bài toán về kinh tế đang là một vấn đề đáng quan tâm. Qua quá trình tìm hiểu và tiếp xúc với một số công nghệ đang được dùng hiện nay, em xin được phân tích tóm tắt một số điểm chủ yếu để có phương án so sánh, lựa chọn phương án đầu tư hiệu quả, tối ưu nhất cho công trình bể bơi của mình. Dưới đây là bản tính toán thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt cho bể bơi. Do kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án này chắc chắn không tránh khỏi sai sót, rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đỗ Anh Tuấn đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn
MỤC LỤC Danh mục Trang Lời mở đầu Phần I Đánh giá lợi ích việc sử dụng bơm nhiệt Mục đích đề tài 1.1 Lợi ích sức khỏe 1.2 Lợi ích thương mại 1.3 Nhu cầu ứng dụng Phương pháp Phần II Cơ sở lý thuyết I.Tìm hiểu chung bơm nhiệt 7 1.1.Giới thiệu chung bơm nhiệt 1.2 Nguyên lý làm việc bơm nhiệt nén 1.3 Đánh giá hiệu bơm nhiệt qua hệ số 1.4 Sơ đồ cơng nghệ phương pháp sử dụng bơm nhiệt II.Tìm hiểu ngun nhân tổn thất lượng ngồi mơi trường III Tính thủy lực cho mạng nhiệt 10 Tính chọn đường kính ống Tính sức cản thủy lực 2.1 Các loại tổn thất áp suất 2.2 Hệ số trở lực ma sát λ 2.3 Hệ số trở lực cục bộ-ξ Phân bố áp suất môi chất đường ống Tính chọn bơm , quạt cho mạng nhiệt: Phần III Tính tốn thiết kế sơ 18 Lời mở đầu Khí hậu Việt Nam chia làm hai mùa với chênh lệch nhiệt độ lớn, cơng trình bể bơi chủ yếu khai thác 06 tháng mùa nóng lại 06 tháng mùa lạnh khơng sử dụng Điều gây lãng phí Để khắc phục mặt hạn chế này, có số Hãng sản xuất thiết bị làm nóng nước cho bể bơi với nhiều dây chuyền cơng nghệ khác nhau, kinh phí đầu tư khai thác vận hành khác toán kinh tế vấn đề đáng quan tâm Qua trình tìm hiểu tiếp xúc với số công nghệ dùng nay, em xin phân tích tóm tắt số điểm chủ yếu để có phương án so sánh, lựa chọn phương án đầu tư hiệu quả, tối ưu cho cơng trình bể bơi Dưới tính tốn thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt cho bể bơi Do kiến thức hạn chế nên đồ án chắn không tránh khỏi sai sót, mong góp ý thầy cô bạn Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đỗ Anh Tuấn giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! PHẦN I ĐÁNH GIÁ LỢI ÍCH CỦA VIỆC SỬ DỤNG BƠM NHIỆT Mục đích đề tài 1.1 Lợi ích sức khỏe Tắm nước nóng mang lại cảm giác thư giãn, tinh thần thoải mái làm ấm thểtrong mùa lạnh Các gia đình có điều kiện thường lắp máy nước nóng để sử dụng.Vì chúng khơng làm thời gian tiện lợi sử dụng Tăng cường sức khỏe: Không người cho rằng, tắm nóng – lạnh phương pháp giúp thể khỏe mạnh, tăng cường sức chịu đựng, tăng cường thị lực trì trí nhớ,… Nhưng với phương pháp lại không tốt cho lứa tuổi sau 30, bệnh nhân bị tim mạch Một lời khuyên không nên tắm nước nóng Mà phải làm cho nhiệt độ tăng từ từ lên Cảm, nghẹt mũi: Khóa phòng tắm bật nước nóng từ 10-15 phút giúp bạn khỏi đờm, loại bỏ kích thích niêm mạc, chữa ho, viêm mũi hiệu Cho thêm dầu bạch đàn loại tinh dầu khác nhận hiệu chữa bệnh giúp thư giãn tối ưu Sau lần tắm bạn thở dễ dàng giảm đau cổ họng Đau đầu, đau nửa đầu: Máu không lưu thông Thiếu máu lên não nguyên nhân việc bị đau đầu Vì lúc dây thần kinh bị co lại, máu khơng lên não Nước nóng làm giãn dây thần kinh mang lại cảm giác dễ chịu Mất ngủ, ngủ không ngon giấc, stress: Tinh thần thoải mái, dây thần kinh, tĩnh mạch giãn Mang lại cảm giác dễ chịu Các chuyên gia sức khỏe khuyên bạn nên tắm nước nóng để thư giãn Việc ngâm bồn nước nóng với tinh dầu phù hợp cách thư giãn tối ưu Giảm đau khớp: Tuy không chữa bệnh Nhưng với người bệnh khớp tắm nước nóng làm bắp thư giãn, máu lưu thông tốt Giảm đau bắp: Vận động không cách, tập thể dục nặng hay tập động tác thường làm bạn đau mỏi Chỉ cần 15 phút tắm nước nóng kết hợp tinh dầu massage, đau mỏi dịu Tăng tuần hoàn máu, giảm béo: Nhiệt độ nước nóng kích thích tuần hồn máu thể Vì vậy, có vòi sen, bạn nên ý xịt nước vào vùng tích nhiều mỡ bắp tay, hông, bụng, đùi Cách thức hiệu cho muốn giảm số đo cách nhẹ nhàng 1.2 Lơi ích thương mại _Chi phí vận hành thấp Bơm nhiệt có chi phí vận hành hàng năm thấp nhiều so với việc sử dụng điện ga để làm sản xuất nước nóng Điều có thiết bị sử dụng điện khơng phải để đun nóng nước mà để hấp thụ nhiệt từ khơng khí, gia tăng nhiệt cho dùng để làm nóng nước Khoảng ba phần tư nhiệt độ có hấp thụ từ mơi trường.Trong chu trình nêu trên, thấy lượng bơm nhiệt tạo tương đương với nhiệt lượng QC truyền vào nước lạnh bình chứa (bình bảo ơn) Theo tính tốn chun gia, nhiệt lượng hấp thụ từ khơng khí QA 3/4 QC phần lượng hệ thống tiết kiệm được.Hệ thống tiêu thụ lượng điện QB 1/4 tổng khối lượng lượng tạo Do sử dụng công nghệ bơm nhiệt làm nóng nước phục vụ cho sinh hoạt tiết kiệm đến 75% chi phí lượng so với việc sử dụng bình nước nóng thơng thường Bảng giá thành phải trả cho triệu BTU nhiệt _Khả thu hồi vốn nhanh Các thiết bị nhiệt điều hòa thường có giá thành cao Tuy nhiên, có chi phí đầu tư ban đầu cao Bơm nhiệt (Heat Pum) có chi phí vận hành hàng năm thấp nhiều so với so với việc sử dụng điện gas để sản xuất nước nóng Một hệ thống Heat Pump lắp đặt hợp lý tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành mang lại cho chủ đầu tư khả thu hồi vốn khoảng năm _Độ bền cao Nhiệt lượng khơng khí miễn phí vơ tận.Nhưng vơ ích thiết bị có tuổi thọ khơng cao chẳng mang lại lợi ích cho chủ đầu tư cả.Bơm nhiệt (heat pump) thiết kế với hệ thống bảo vệ thông minh, phận tiếp xúc với nước làm thép không gỉ tráng men, vỏ máy sơn tĩnh điện cao cấp chịu thời tiết đảm bảo tuổi thọ máy 15 đến 20 năm 1.3 Nhu cầu ứng dụng Với đặc tính ưu điểm bật Bơm nhiệt (Heat Pump) ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực lĩnh vực có sử dụng nước nóng _Trong dân dụng Với tính tiết kiệm an tồn cao, bơm nhiệt áp dụng dân dụng đảm bảo nhu cầu nước nóng quanh năm với chi phí khoảng 65% so với sử dụng bình nước nóng đun điện thơng thường Một số loại máy bơm nhiệt kết hợp việc làm nước nóng điều hòa đảm bảo nhu cầu làm mát, sưởi ấm nước nóng quanh năm với chi phí thấp _Trong thương mại công nghiệp Trong thương mại cơng nghiệp, bơm nhiệt (Heat Pump) thích hợp ứng dụng cho nghành cần lượng nước nóng lớn khách sạn, khu tổ hợp chung cư, nhà máy sản xuất thực phẩm, nhà hàng, xưởng giặt bệnh viện Với việc sử dụng nước nóng thường xuyên, chi phí điện năng, dầu lớn Áp dụng cơng nghệ bơm nhiệt góp phần tiết kiệm đáng kể chi phí khổng lồ qua giúp giảm giá thành, tăng khả cạnh tranh, tăng lợi nhuận Phương pháp Gia nhiệt nước nóng cho bể bơi ứng dụng phổ biến, đặc biệt bể bơi thương mại Giúp gia tăng thời gian hoạt động bể bơi từ tháng chưa có cơng nghệ gia nhiệt nước nóng lên đến 12 tháng Các phương pháp gia nhiệt sử dụng trước chủ yếu nồi dầu, nồi ga nồi điện, phương pháp đảm bảo khả gia nhiệt công suất lớn nhiên thường gặp hạn chế với vấn đề xin cấp phép nguy cháy nổ xảy ra, vấn đề khơng gian lắp đặt cần ý Một hệ sử dụng lượng mặt trời để gia nhiệt nước nóng đưa vào ứng dụng nhiên thiết bị gia nhiệt lượng mặt trời hỗ trợ gia nhiệt nước nóng hiệu vơi hồn tồn khơng thể đứng độc lập cơng trình Ngày nay, Các chủ đầu tư ý thường lựa chọn công nghệ bơm nhiệt cho gia nhiệt nước nóng bể bơi Hoạt động nguyên lý hấp thụ nhiệt từ môi trường nhiệt lượng thu có hiệu suất cao gấp lần so với thiết bị gia nhiệt điện loại Bơm nhiệt thiết bị gia nhiệt gián tiếp cho nguồn nước khả an toàn cho người sử dụng đảm bảo tuyệt đối Máy nước nóng bơm nhiệt đảm bảo khả cung ứng cho dung tích bể bơi suất làm nóng cao PHẦN II CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Tìm hiểu chung bơm nhiệt Giới thiệu chung bơm nhiệt Bơm nhiệt thiết bị dung để bơm dòng nhiệt từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độ cao để sử dụng Để trì hoạt động bơm nhiệt cần phải tiêu tốn lượng để chạy máy nén.Như bơm nhiệt có nguyên lý hoạt động máy nén lạnh Sự khác mục đích sử dụng, máy lạnh người ta sử dụng hiệu ứng lạnh máy tạo dàn bay hơi, bơm nhiệt người ta sử dụng hiệu ứng nhiệt sinh dàn ngưng tụ đồng thời sử dụng lạnh nhiệt Ưu điểm vượt trội bơm nhiệt phần lớn nhiệt thu dàn ngưng lấy từ môi trường bên ngồi khơng khí nước ln có sẵn xung quanh Hiệu lượng COP bơm nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào độ chênh nhiệt độ ngưng tụ bay hơi.Để đảm bảo COP bơm nhiệt phải trở lên độ chênh nhiệt đọ không 50 oC-60oC Cũng lí hiệu lượng nên nhiệt độ nước nóng khơng khí từ dàn ngưng tụ dung cho sấy sưởi sinh hoạt thường không vượt 60 oC Trừ trường hợp nguồn nhiệt thải (môi trường) cao cung cấp cho dàn bay Nguyên lý làm việc bơm nhiệt nén Môi chất lạnh máy nén hút từ thiệt bị bay với trạng thái p t0, nén lên áp suất pk đẩy vào thiết bị ngưng tụ Ở thiết bị ngưng tụ môi chất tỏa nhiệt q k cho môi trường để ngưng tụ lại thành lỏng nhiệt độ t k Lỏng lại tiết lưu trở lại thiết bị bay hơi, môi chất lại bay thu nhiệt q môi trường lạnh lại máy nén hút, khép kín vòng tuần hồn mơi chất lạnh Đánh giá hiệu bơm nhiệt qua hệ số Hệ số nhiệt gọi COPheating tỉ số nhiệt hữu ích thu giàn ngưng tụ điện tiêu tốn cho máy nén Trong hệ số lạnh máy lạnh Hệ số nhiệt tiêu đánh giá hiệu bơm nhiệt Thông thường (nghĩa 1kW điện tiêu tốn người ta phải thu 3kW nhiệt) bơm nhiệt có hiệu chi phí ban đầu để xây dựng bơm nhiệt so với điện trở lớn Cũng máy lạnh hệ số bơm nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào hiệu nhiệt độ vận hành giàn bay giàn ngưng ( nhiệt độ giàn ngưng, nhiệt độ giàn bay hơi) Theo chu trình carnot ta có: , bơm nhiệt mang lại hiệu kinh tế, nhỏ hiệu cao Sơ đồ công nghệ phương pháp sử dụng bơm nhiệt II Tìm hiểu nguyên nhân tổn thất lượng nước nóng ngồi mơi trường Lượng nhiệt cấp cần để làm nóng bể Q = m*c* M khối lượng nước cần gia nhiệt C nhiệt dung riêng độ chênh nhiệt độ nước nóng nước lạnh Vấn đề tổn thất nhiệt môi trường Vấn đề gặp phải bể bơi nước nóng q trình làm nóng nước có lượng nhiệt bị tượng truyền nhiệt qua vách thành bể, đáy bể đối lưu mặt nước với mơi trường Do ta cần phải tính tốn lượng nhiệt bị tổn thất để bù lại nhằm đáp ứng yêu cầu nhiệt độ bể khoảng quy định tiêu chuẩn Dưới dây cơng thức tính tốn dạng tổn thất Lượng nhiệt tổn thất qua thành bể đáy bể Q1 = k1*F1* k1 hệ số truyền nhiệt qua kết cấu F1 diện tích thành bể đáy Lượng nhiệt tổn thất bay bề mặt bể Q2 = k2*F2* hệ số trao đổi nhiệt đối lưu nước khơng khí diện tích bề mặt bể độ chênh nhiệt độ nước khơng khí III.TÍNH THUỶ LỰC CHO MẠNG NHIỆT - Xác định đường kính ống - Tính tổn thất áp suất (hay tổn thất thuỷ lực) - Tìm phân bố áp suất môi chất đường ống - Kiểm tra áp suất lưu lượng môi chất đến hộ tiêu thụ cuối đường ống - Chọn bơm quạt cho mạng nhiệt Tính chọn đường kính ống: Việc chọn đường kính d dựa vào lưu lượng V(m 3/s) G(kg/s) khốilượng riêng ρ(kg/m3) vận tốc ω(m/s) loại môi chất theo quan hệ sau: G = ρV = ρωf =, đó: (m), với: (m/s) vận tốc trung bình mơi chất ống, cho theo bảng sau: (Nếu ống khơng tròn lấy đường kính ) TT Mơi chất Chất lỏng tự chảy Chất lỏng ống hút bơm Chất lỏng ống đẩy 10 (m/s) bơm Chất khí chảy tự nhiên Khí ống đẩy quạt Khí ống đẩy máy nén Hơi bão hòa Hơi nhiệt Tính sức cản thủy lực Sức cản thủy lực đo hiệu số áp suất (hay tổn thất áp suất) (N/ =Pa) Quan hệ tính đổi đơn vị áp suất là: 1Pa = 1N/m = 10-5bar = 0,987.10-5 atm = 1,02.10-5 at = 0,102mmH2O (40C) 2.1 Các loại tổn thất áp suất Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục tất sức cản thuỷ lực hệ thống ống dẫn, thiết bị, mơi chất chảy đẳng nhiệt là: trongđó: + , (N/) áp suất để khắc phục trở lực ma sát môi chất chảy ổn định ống thẳng, l(m) chiều dài ống, đường kính ống, hệ số ma sát thủy lực, động dòng chảy + , (N/) áp suất để khắc phục trở lực cục chi tiết, với ξ hệ số trở lực cục bộ, (m) chiều dài tương đương, chiều dài ống thẳng có trở lực trở lực cục chi tiết + = fgh (N/) áp suất để nâng chất lỏng lên cao khắc phục áp suất thuỷ lực, với ρ (kg/) khối lượng riêng chất lỏng, g = 9,81 m/), h(m) chiều cao nâng chất lỏng cột chất lỏng + = (N/) áp suất động lực học, cần để tạo dòng khỏi ống với tốc độ ω(m/s) + (N/) áp suất để khắc phục trở lực thiết bị + (N/) áp suất bổ sung cuối ống dẫn cần đưa chất lỏng vào thiết bị có p > pk để phun chất lỏng vào thiết bị, v.v 2.2 Hệ số trở lực ma sát λ Nói chung λ = f (Re, độ nhám ε thành ống) Khi chảy tầng Re