Đồ án thiết kế và tính toán hệ thống cung cấp nhiệt cho tòa nhà khách sạn Lào Cai Sapa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

ĐỒ ÁN NHIỆT LẠNH 1
ĐỀ TÀI :
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT CHO
KHÁCH SẠN LÀO CAI – SAPA KHI SỬ DỤNG PHƯƠNG ÁN
LÒ HƠI KẾT HỢP VỚI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Giáo viên hướng dẫn

: Th.s Nguyễn Tiến Cương

Sinh viên thực hiện

: Nguyễn Văn Cường

MSSV

: 20150517

Lớp

: Kỹ thuật nhiệt 01 _ K60

Hà Nội - 2018


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU......................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ...............................................2

1.1. Tìm hiểu về các loại nguồn cấp nhiên liệu của lò hơi...........................................2
1.1.1. Lò hơi đốt than................................................................................................................2
1.1.2. Lò hơi đốt dầu..................................................................................................................4
1.1.3. Lò hơi đốt gas..................................................................................................................7
1.2 . Tìm hiểu về hệ thống cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời...............................9
1.3. Tổng quan về hệ thống cấp nhiệt..................................................................................11
1.3.1. Cấp hơi.............................................................................................................................11
1.3.2. Cấp nước nóng cho khách sạn...............................................................................11
1.3.3. Hệ thống thu hồi nước ngưng.................................................................................11
1.3.4. Hệ thống nước hồi.......................................................................................................11
1.3.5. Hệ thống tự động.........................................................................................................12
1.3.6. Các đường ống nhánh................................................................................................13
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẤP NHIỆT TRUNG TÂM CHO
KHÁCH SẠN LÀO CAI STAR.......................................................................14
2.1. Sơ bộ về khách sạn Lào Cai star...................................................................................14
2.2. Việc sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời.............................................................14
2.3. Tính toán công suất nhiệt.................................................................................................15
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MẠNG NHIỆT...................................................20
3.1. Tính toán thủy lực ống dẫn cấp nước nóng..............................................................21
3.1.1. Tính toán thủy lực cho đường nước nóng được cấp từ hệ thống NLMT
đến bình nước nóng.................................................................................................................22
3.1.2. Tính toán thủy lực cho trục kỹ thuật....................................................................22
3.2. Tính toán thủy lực ống dẫn cấp đường hơi..............................................................31


3.3. Tính toán thủy lực ống dẫn nước ngưng...................................................................33
3.4. Tính toán thủy lực ống dẫn nước hồi..........................................................................34
3.5. Vật liệu cách nhiệt cho đường ống..............................................................................36
3.5.1. Vật liệu cách nhiệt cho đường nước nóng........................................................36
3.5.2. Vật liệu cách nhiệt cho đường hơi........................................................................38

3.5.3. Vật liệu cách nhiệt cho đường nước ngưng.....................................................39
CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH VÀ TỔNG HỢP......40
4.1. Tính chọn lò hơi và phương án sử dụng nhiên liệu..............................................40
4.2. Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt cho bình đun nước nóng trên mái..............42
4.3. Tính chọn bơm cấp nước..................................................................................................47
4.4. Tổng hợp kết quả của đồ án............................................................................................48
KẾT LUẬN........................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................50


LỜI MỞ ĐẦU
Nhiệt là dạng năng lượng quan trọng và phổ biến được con người khai thác
và sử dụng từ rất lâu. Nhu cầu sử dụng nhiệt ngày càng đa dạng và trở thành một
phần không thể thiếu trong sinh hoạt hàng ngày như: tắm, giặt, đun nấu... Các
nhu cầu cao hơn như xông hơi, vật lý trị liệu, sấy sưởi phục vụ cuộc sống con
người.
Các nhu cầu về nhiệt thông thường hoàn toàn có thể đáp ứng bằng việc sử
dụng các thiết bị điện (như bình nóng lạnh…), nhưng đối với các khu trung tâm
lớn như tòa nhà, khách sạn, các khu vật lý trị liệu, xông hơi massage thì nhu cầu
về nhiệt rất lớn. Nếu chỉ sử dụng các thiết bị điện thông thường thì vốn đầu tư
ban đầu khá cao, vấn đề bảo quản, sửa chữa và thay thế phức tạp, chi phí sử
dụng đắt. Do đó đối với một trung tâm có nhu cầu về nhiệt lớn thì việc thiết kế
một hệ thống cấp nhiệt trung tâm là hoàn toàn cần thiết.
Rõ ràng việc sản xuất và sử dụng nhiệt của hơi nước đã góp phần quan
trong trong cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật, phát triển của xã hội và nâng cao
đời sống nhưng cũng cần lưu ý việc lắp đặt, vận hành và sử dụng hơi cũng tiềm
ẩn những nguy hiểm nếu không biết hiểu rõ. Do đó chúng ta cũng phải tuân thủ
các tiêu chuẩn để sử dụng an toàn hiệu quả.
Vì vậy, từ thực tế đó em xin được tìm hiểu đề tài: Tính toán thiết kế
hệ thống cung cấp nhiêt cho khách sạn Lào Cai – Sapa băng phương pháp sử

dụng lò hơi và năng lượng mặt trời.
Mặc dù em đã cố gắng tìm tòi và học hỏi trong thời gian thực hiện đồ án
nhưng do lượng kiến thức chuyên môn còn hạn chế và khả năng áp dụng vào
thực tế chưa cao nên sẽ không tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện
đồ án. Rất mong được sự chỉ bảo tận của thầy cô giáo và các bạn để em được
hoàn thiện hơn về chuyên môn cũng như nhiều kỹ năng khác.

1


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
1.1. Tìm hiểu về các loại nguồn cấp nhiên liệu của lò hơi.
1.1.1. Lò hơi đốt than.

Hình 1: nguyên lý cấu tạo của lò hơi .
Nguyên lý chung Lò hơi:
Không khí cùng bột than phun vào buồng lửa qua vòi phun (3) và cháy,
truyền nhiệt lượng cho các dàn ống bố trí xung quanh buồng đốt (1). Nước trong

2


dàn ống sinh hơi (2) được đốt nóng, sôi và sinh hơi. Hỗn hợp hơi nước sinh ra
được đưa lên bao hơi (5). Bao hơi dùng để tách hơi ra khỏi nước. Khối lượng
riêng của hơi nhỏ hơn nước làm bay hơi lên.
Phần nước chưa bốc hơi có trong bao hơi được đưa trở lại dàn ống, qua
các ống xuống bố trí ngoài tường lò, có trọng lượng riêng lớn hơn hỗn hợp hơi
nước ở trong các dàn (vì không được hấp thu nhiệt) tạo nên độ chênh trọng
lượng cột nước. Do đó môi chất chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong một chu

trình kín. Hơi ra khỏi bao hơi được chuyển tới bộ phận quá nhiệt để tạo thành
hơi quá nhiệt, có nhiệt độ cao. Khói thoát khỏi bộ phận quá nhiệt, nhiệt độ còn
cao, do đó bố trí bộ phận hâm nước và bộ phận sấy không khí để tận dụng
nhiệt thừa của khói.
 Ưu, nhược điểm của lò hơi đốt than:
-Ưu điểm:
+ Tốc độ làm nóng nước nhanh.
+ Vận hành tương đối dễ dàng.
+ Duy trì nhiệt độ nước bể sau khi tăng nhiệt cũng tiêu tốn ít năng lượng.
+ Thiết bị của hệ thống rất dễ thay thế, đơn giản.
+ Giá trị đầu tư ban đầu ít, vật tư thiết bị sản xuất tại Việt Nam.
+ Không phải lắp đặt thêm hệ thống điều hoà không khí trong phòng bể bơi vì
tận dụng được hơi nóng từ hệ thống đưa vào làm nóng luôn không khí.
-Nhược điểm:
+ Gây ô nhiễm môi trường rất nặng nề cho nên việc xin cấp phép cho hệ thống
hoạt động rất khó khăn (trong khi công trình nằm giữa khu dân cư đông đúc).
+ Cần có khu chứa than, phòng đặt nồi hơi nên tốn diện tích và phức tạp do
kích thước của hệ thống rất cồng kềnh.

3


1.1.2. Lò hơi đốt dầu
1.1.2.1. Lò hơi đốt dầu kiểu đứng

Hình 2: Nguyên lý cấu tạo lò hơi đốt dầu kiểu đứng
Nguyên lý hoạt động: Cấp nước vào phần rỗng của thành lò hơi, tiến hành
đốt nhiên liệu, nước bắt đầu sôi và bốc hơi. Khói theo đường ống dẫn đi ra ngoài
vào cyclone ướt và được xử lý, hơi nước sinh ra được dẫn ra ngoài đưa đến các
thiết bị sử dụng.

Trên thành lò có 2 ống thủy, ống phía dưới để đo mực nước trong lò nhằm
có sự điều chỉnh cũng như cung cấp thêm nước cho lò hơi trong quá trình hoạt
động, ống trên dùng để đo áp suất lò hơi, nếu áp suất hơi trong lò quá cao thì ta
vặn van an toàn phía trên lò hơi để xả bớt hơi nhằm giảm áp suất trong lò tránh
nguy cơ nổ lò hơi.

4


Hình 3: lò hơi đốt dầu D.O kiểu đứng – CTCP đầu tư và
phát triển công nghiệp xây dựng Lam Sơn .
1.1.2.2. Lò hơi đốt dầu kiểu ngang

5


Cấu tạo tương tự như lò hơi kiểu đứng, lò hơi kiểu nằm dạng ống nước cấu
tạo bởi 2 khoang trên và dưới. Khoang trên là khoang hơi. Khoang dưới là
khoang nước. Liên kết giữa 2 khoang là các giàn ống. Buồng đốt được bố trí bên
trong của các dàn ống. Nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt truyền nhiệt
bức xạ cho dàn ống phía trong sau đó qua khe thoát khói ra phía ngoài và truyền
nhiệt đối lưu cho dàn ống phía ngoài và thoát ra ống khói.
So với lò hơi đốt dầu kiểu đứng thì lò hơi đốt dầu kiểu nằm có công suất
hơi lớn hơn. Thông thường nếu năng suất hơi mà lớn hơn 1 tấn/h thì sẽ sử dụng
lò hơi kiểu nằm.

 Ưu, nhược điểm của lò hơi đốt dầu :
- Ưu điểm:
+ Khả năng tự động hóa của hệ thống là rất cao
+ Có tác động nhanh tới sự thay đổi của phụ tải

+ Thời gian khởi động của hệ thống ngắn

6


+ Vấn đề mĩ quan được đảm bảo
- Nhược điểm :
+ Chi phí đầu tư ban đầu lớn hơn so với lò hơi đốt than
1.1.3. Lò hơi đốt gas
Về mặt nguyên lý, lò hơi đốt gas không khác nhiều so với lò hơi đốt dầu.
Phần khác biệt quan trọng nhất là bộ phận mỏ đốt do sử dụng nhiên liệu đốt
khác nhau.

Hình a) Mỏ đốt kim loại không và có hỗn hợp trước.
Hình b) Mỏ đốt được xây bằng tường.
- Mỏ đốt kim loại không hỗn hợp trước: không khí và khí đốt được cấp vào
nhưng chúng gặp nhau trước mỏ đốt và cháy trước mỏ đốt.
- Mỏ đốt kim loại hỗn hợp trước: không khí và khí đốt được cấp vào và gặp
nhau trước khi ra khỏi mỏ đốt. Mỏ đốt loại này thì nhiên liệu dễ cháy hơn
và cháy nhanh.
- Để tăng hiệu suất quá trình cháy thì ta thường lắp thêm thiết bị tạo xoáy:

7


a) Cánh dẫn hướng – hướng trục và hướng bán kính
b) Cấp tiếp tuyến vào mỏ đốt
c) Cấp tiếp tuyến vào buồng đốt

 Ưu, nhược điểm của hệ thống lò hơi đốt gas

• Ưu điểm:
+ Vận hành tương đối dễ dàng.
+ Duy trì nhiệt độ nước bể sau khi tăng nhiệt cũng tiêu tốn ít năng lượng.
+ Không cần xin cấp phép hoạt động cho hệ thống.
+ Độ bền của hệ thống tương đối cao.
• Nhược điểm:
+ Duy trì nhiệt độ nước bể tại mức 280C tiêu tốn khoảng 30% năng lượng
so với ban đầu.
+ Tiêu hao năng lượng khá lớn gây tốn kém trong quá trình khai thác sử
dụng, hiệu suất của hệ thống đạt 85%.
+ Biện pháp an toàn cho hệ thống cần phải có van an toàn.
8


+ Quá trình lắp đặt rất chính xác, yêu cầu kỹ thuật cao.
1.2. Tìm hiểu về hệ thống cấp nhiệt bằng năng lượng mặt trời

Hình về Máy nước nóng năng lượng mặt trời
*Cấu tạo: Máy nước nóng năng lượng mặt trời gồm 2 bộ phận chính


Bình bảo ôn 3 lớp: được làm bằng inox siêu bền, được cách nhiệt
và có khả năng chịu nhiệt lên tới 160 độ C



Ống hấp thu nhiệt chân không: có bề mặt là màng tráng kim loại,
có tác dụng hấp thu nhiệt và truyền nhiệt làm nóng nước

*Nguyên lý hoạt động:



Hệ thống hoạt động theo nguyên lý đối lưu nhiệt tự nhiên và hiện
tượng hiệu ứng lồng kính, giúp biến đổi quang năng thành nhiệt năng
và bẫy nhiệt lượng này. Năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt

9


thiết bị sẽ bị đun nóng nước, do quá trình đối lưu nhiệt, nước tại bình
bảo ôn sẽ tăng lên, quá trình này diễn ra liên tục cho đến khi nhiệt độ
trong bình bằng nhiệt độ của nước tại thiết bị hấp thụ.


Việc tạo ra nước nóng không phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường
bên ngoài mà phụ thuộc vào khả năng hấp thụ nhiệt của thiết bị năng
lượng với các tia bức xạ ánh nắng mặt trời.



Máy nước nóng năng lượng mặt trời hoạt động được không phụ thuộc
vào các mùa trong năm mà phụ thuộc vào thời tiết, cứ có ánh nắng mặt
trời là có nước nóng trong máy nước nóng năng lượng mặt trời.

*Ưu điểm:


Sử dụng nguồn năng lượng miễn phí, có khẳ năng tái tạo.



Bình nước nóng NLMT giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn nguyên
liệu hóa thạch, giúp cải thiện an ninh năng lượng về độc lập khi trong
sử dụng nhiên liệu.



Thuận lợi cho những quốc gia có cường độ nắng cao.



An toàn, tiện lợi khi sử dụng.



Tiết kiệm điện khi sử dụng.



Thân thiện với môi trường.

*Nhược điểm:


Giá thành sản phẩm cao so với các thiết bị sử dụng nước nóng hong
thường.



Phụ thuộc vào thời tiết, những ngày mùa đông hoặc những ngày không

có ánh nắng mặt trời thì không đc sử dụng hiệu quả.



Nước có nhiệt độ khá cao.

10




Cần nhiều khoảng không gian để lắp đặt.

1.3. Tổng quan về hệ thống cấp nhiệt.
1.3.1. Cấp hơi.
Hơi bão hòa từ lò hơi cấp vào ống góp phân phối hơi. Từ ống góp phân
phối hơi cấp hơi cho các hộ tiêu thụ nhiệt bằng ống thép đen. Có 1 đường cấp
hơi chính từ ống góp hơi, được chia làm 3 đường nhỏ cấp hơi đi. Đường thứ
nhất cấp hơi cho thiết bị trao đổi nhiệt trên mái để cung cấp nước nóng, đường
thứ 2 cấp hơi cho phòng giặt là, đường thứ 3 cấp hơi cho thiết bị trao đổi nhiệt ở
cho khu xông hơi mát xa.
1.3.2. Cấp nước nóng cho khách sạn.
Lợi dụng trọng lượng của cột nước ta áp dụng phương pháp cấp nước
nóng ở trên cao bằng cách đặt bể nước nóng ở trên mái. Nước nóng sau khi qua
bình gia nhiệt đặt tại trên mái được đưa tới bể dự trữ nước nóng. Tại đây, nước
nóng theo đường nước nóng chính đi tới ống phân phối nước nóng chia ra các
đường cấp nước nóng theo các hộp kỹ thuật dẫn xuống các phòng tắm sử dụng
nước nóng ở dưới.
1.3.3. Hệ thống thu hồi nước ngưng.
Hơi sau khi gia nhiệt cho bình trao đổi nhiệt bề mặt (bình ngưng ống vỏ)

ngưng tụ lại thành nước. Nước ngưng được thu hồi cùng nước bổ sung đã được
xử lý ở bể nước mềm cấp cho lò hơi. Chúng ta phải bổ sung nước mềm cho lò
hơi là do nước ngưng trở về lò bị tổn thất do rò rỉ hoặc do hơi thoát khi xả khí
không ngưng trong hệ thống ống dẫn hơi.

11


1.3.4. Hệ thống nước hồi.
Hệ thống hồi bao gồm: tủ điều khiển, máy bơm nước nóng, van từ, van 1
chiều, cảm ứng nhiệt độ và các phụ kiện lắp đặt kèm theo.
Hệ thống hồi nước nóng là kĩ thuật tạo ra vòng tuần hoàn nước từ trong
đường ống về bồn chứa để đảm bảo lượng nước nóng trong đường ống và ngay
tại vòi nước luôn nóng ở nhiệt độ mong muốn. Nếu không lắp hệ thống hồi nước
nóng khi sử dụng ta cần phải đợi cho lượng nước lạnh trong đường ống chảy hết
mới có có thể sử dụng được nước nóng.
Lưu ý : Công trình cần phải có đường hồi thì mới lắp đặt được hệ thống
hồi nước nóng.

 Những trường hợp nào nên sử dụng hệ thống hồi.
- Chúng ta chỉ lắp hệ thống hồi khi trên mái lắp máy nước nóng năng lượng mặt
trời hoặc hệ thống headpum.
- Đối với hộ gia đình, ta nên lắp hệ thống hồi với những nhà cao tầng (từ 4 tầng
trở lên thì nên lắp) vì đường nước nóng ở những nhà cao tầng rất dài và chứa
nhiều nước.
- Đối với các biệt thự đã đầu tư headpum thì nên lắp thêm hệ thống hồi. Đây là 1
cặp hoàn hảo và mang đến những tiện ích tuyệt vời cho gia chủ.
- Các khách sạn lớn, cao cấp và các nhà máy sản xuất thực phẩm cũng nên lắp
để tiết kiệm thời gian cũng như 1 lượng nước đáng kể trong hệ thống đường
nước.

1.3.5. Hệ thống tự động.
Lò hơi được trang bị hoàn toàn tự động:
- Tự động hóa quá trình đốt.
- Tự động cấp nước.
- Khống chế nhiệt độ vách lò.
12


- Khống chế áp suất trong lò hơi, van an toàn.
- Bộ khống chế nhiệt độ nước nóng trong hệ thống: Khi nhiệt độ trong hệ
thống lớn hơn 70°C thì van từ cấp hơi đóng, ngừng cấp hơi gia nhiệt và
lò hơi tự động ngừng đốt, khi nhiệt độ trong hệ thống nhỏ hơn 70°C thì
van từ cấp hơi mở cấp hơi gia nhiệt để gia nhiệt cho nước và lò hơi tự
động đốt trở lại.
1.3.6. Các đường ống nhánh.
Các đường ống nhánh dẫn hơi tới các thiết bị trao đổi nhiệt và đường ống dẫn
nước nóng sẽ đi trong hộp kỹ thuật (ống có bảo ôn cách nhiệt) hoặc đi ngầm
trong tường (với đoạn ngắn tới từng vòi nước nóng)
 Ưu, nhược điểm của hệ thống:
- Ưu điểm:
Lò không phải hoạt động liên tục và luôn hoạt động ở phụ tải kinh tế nên



hiệu suất lò cao.
Dung tích két nước nóng và công suất lò nhỏ vì ta có thể chạy lò bù nhiệt



liên tục cho thiết bị trao đổi nhiệt và cấp nước cho bình trao đổi nhiệt

những lúc có phụ tải.
Do ta sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu liên tục nên có thể đáp ứng nhu



cầu nước nóng và hơi cho khách sạn một cách nhanh nhất.
Hệ thống này có khả năng khống chế nhiệt độ nước nóng tốt, khả năng tự



động hóa cao. Có khả năng đáp ứng tốt nhu cầu nước nóng và hơi của
khách sạn – Hệ số an toàn của hệ thống cao.
-

Nhược điểm:



Quản lý và vận hành tương đối phức tạp.



Chi phí đầu tư khá cao do lắp đặt bình gia nhiệt, các thiết bị tự động.

13


14

CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẤP NHIỆT TRUNG TÂM CHO
KHÁCH SẠN LÀO CAI STAR
2.1. Sơ bộ về khách sạn Lào Cai star
Khách sạn Lào Cai nằm ở vị trí trung tâm thành phố Lào Cai. Khách sạn
Lào Cai Sapa gồm 11 tầng (1 tầng hầm) có các nhu cầu sử dụng ở các tầng
khác nhau, cụ thể như sau :
+) Tầng hầm: giặt là, sấy quần áo, nấu ăn, phòng vệ sinh cá nhân
+) Tầng 1, 2, 3: khu phòng nghỉ tắm nước nóng, mỗi tầng có 10 phòng.
+) Tầng 4: khu phòng nghỉ VIP có xông hơi massage cao cấp và tắm nước
nóng, gồm 10 phòng xông hơi và tắm nước nóng.
+) Tầng 5, 6, 7, 8, 9: khu phòng nghỉ tắm nước nóng, mỗi tầng có 10
phòng.
2.2. Việc sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời.
Dưới đây là biểu đồ phân bố số giờ nắng các tháng trong năm 2010 tại trạm
Lào Cai. Với trục hoành là các tháng từ 1 đến 12, và trục tung là số giờ nắng
ở Lào Cai.

15


Bảng thể hiện số giờ nắng và cường độ bức xạ tại khu vực Tây Bắc.
(số liệu tháng 11 – năm 2016)

Từ các số liệu trên, ta thấy thời điểm trong năm khai thác hiệu quả nhất
NLMT tại khu vực Tây Bắc mà cụ thể ở đây là Lào Cai là vào tháng 4 đến
tháng 9, trong khi vào các tháng mùa động hiệu quả khai thác NLMT là rất
thấp. Do đó ta sẽ chỉ sử dụng hệ thống NLMT vào các tháng 4, 5, 6, 7, 8, 9 để

16

đảm bảo hiệu quả khai thác là tốt nhất, nước được làm nóng ở nhiệt độ 70°C
sẽ phục vụ nhu cầu tắm rửa của khách sạn.
Hệ thống này sẽ được lắp đặt trên tầng thượng của khách sạn để tận dụng
bức xạ của mặt trời. Ta có tổng diện tích tầng thượng bao gồm phần mở rộng
của tầng thượng của khách sạn theo bản vẽ là: S = 40.25 = 1000 m 2. Ở đây ta
sẽ sử dụng lò hơi là nguồn nhiên liệu chính, nên ta sẽ chỉ lắp đặt hệ thống
NLMT với Smt = 800 m2 vào hướng chiếu của mặt trời.
2.3. Tính toán công suất nhiệt
Đối với các tòa nhà cao tầng hay các khách sạn cao cấp, nước nóng được
cung cấp tới từng phòng nghỉ để phục vụ cho sinh hoạt hàng ngày như tắm,
giặt là... Trong đó, tiêu thụ nhiệt cho tắm nước nóng chỉ tập trung vào một số
giờ cao điểm, các giờ còn lại tiêu thụ ít hơn. Mặt khác, các phụ tải nhiệt khác
nếu có thì công suất nhỏ so với phụ tải nhiệt phục vụ tắm nước nóng và ta có
thể bố trí hoạt động vào những giờ không trùng với giờ cao điểm của phụ tải
tắm nước nóng. Do đó, tính toán lựa chọn công suất nhiệt của hệ thống và
thiết kế mạng nhiệt được thực hiện trong trường hợp phụ tải của tòa nhà là lớn
nhất, đủ để cung cấp nhiệt phục vụ cho tắm vào các giờ cao điểm.
Theo đề tài đã cho, thiết kế hệ thống cấp nhiệt trung tâm cho khách sạn
Lào Cai Sapa bằng phương pháp lò hơi kết hợp với năng lượng mặt trời.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống tổng thể như sau: bồn nước lạnh đặt ở trên
tầng mái chảy vào hệ thống năng lượng mặt trời được làm nóng ở một nhiệt
độ nhất định nào đó tùy thuộc vào bức xạ nhiệt trong ngày. Và lò hơi cung cấp
hơi bão hòa ở áp suất 3,2 kG/cm 2, hơi bão hòa được đưa lên bể nước nóng để
gia nhiệt thêm cho nước đến nhiệt độ 70 oC trong thiết bị trao đổi nhiệt. Nước
nóng được đưa đến các phòng nhờ hệ thống đường ống mạng nhiệt của khách
sạn, tại đây nước nóng được hòa trộn với nước lạnh ở 10 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

17


vào các giờ cao điểm. Trước giờ cao điểm, ta có thể cho lò và hệ thống năng
lượng mặt trời hoạt động gia nhiệt cho nước trong bể. Trong giờ cao điểm,
ngoài lượng nhiệt do lò hơi và hệ thống năng lượng mặt trời cung cấp ta còn
có thể sử dụng lượng nước nóng dự trữ trong bể.
Lựa chọn phương án bố trí mạng nhiệt: Có rất nhiều phương án bố trí
mạng nhiệt cho 1 khách sạn. Việc lựa chọn 1 phương án cụ thể phụ thuộc
vào 1 số yếu 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 ở tầng
hầm của khách sạn, bể chứa nước nóng đặt trên tầng áp mái của khách sạn,
bồn nước lạnh và hệ thống năng lượng mặt trời đặt trên tầng mái của khách
sạn. Như vậy, hơi bão hòa từ lò hơi sẽ được đưa lên bể nước nóng nhờ vào
áp suất của hơi, sau đó hơi và hệ thống năng lượng mặt trời sẽ gia nhiệt cho
nước lạnh trong 2 bể chứa nước nóng. Một phần hơi của lò hơi sẽ được
cung cấp trực tiếp cho nhu cầu sấy sưởi, giặt là ở tầng hầm, khu bếp nấu ăn
ở tầng 1 và khu xông hơi spa ở tầng 4. Do ta bố trí nhà lò ở tầng hầm nên
sẽ hạn chế tối đa đường ống dẫn hơi, cũng như tổn thất nhiệt. Đường nước
nóng 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.
Thông số sử dụng nhiệt của khách sạn:
Số phòng sử dụng nước nóng

90 phòng

Nhiệt độ nước lạnh (T1)

15°C

Nhiệt độ nước sử dụng (T2)

40°C

Nhiệt độ nước cấp đến các phòng (T3)

70°C

Lượng nước sử dụng trong một phòng trong giờ cao điểm (

230 lít/giờ

18


Hệ số sử dụng không đồng thời về số phòng (K1)

0,75

Hệ số sử dụng không đồng thời về thời gian (K2)

0,8

Hai thông số K1, K2 giả sử theo quy chuẩn và kinh nghiệm của các khách
sạn. Ở đây, K1 có nghĩa là tối đa cũng chỉ có 75% của 90 phòng được sử dụng
đồng thời. K2 có nghĩa là tối đa cũng chỉ có 80% của 90 phòng sử dụng đồng
thời.

 Do nguồn nước nóng được cung cấp của hệ thống NLMT là không ổn

định nên trong phần này ta sẽ tính toán riêng cho lò hơi.
Lượng nước sử dụng ở 40°C trong giờ cao điểm:
= K1.K2.n. = 0,75.0,8.90.230 = 12420 (lít/giờ)
Lượng nước nóng ở 70°C là:
Lượng nước lạnh ở 15°C là:
Ta có hệ phương trình cân bằng nhiệt:
Giải hệ phương trình ta được: = (lít/giờ) , làm tròn thành 5700
(lít/giờ)
Vậy trong 1 giờ cao điểm khách sạn tiêu thụ lượng nước nóng ở 70°C
là 5645 lít nước nóng ở 70°C. Do trong giờ cao điểm bể nước nóng bù được
3000l/h nên ta cần cung cấp thêm 2700 lít nước nóng vào giờ cao điểm.
Lượng nhiệt cần thiết truyền cho nước lạnh để 2700 lít nước từ T1 =
15°C trở thành nước nóng ở T3 = 70°C:
Q1 = m.c.(T3-T1) = 2700.4,2.(70-15) = 623700 (kJ/h)
Công suất hơi phục vụ gia nhiệt nước cung cấp cho khối phòng ngủ:
D1 = = = 325 (kg hơi/h)
η: hiệu suất của thiết bị gia nhiệt
r: nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở áp suất 3 bar.
Lượng hơi cần thiết cho nhu cầu giặt là (theo yêu cầu của khách sạn):
Dgiặt = 20 (kg hơi/giờ)
19


Lượng hơi cần thiết cho khu spa, xông hơi (theo yêu cầu của khách sạn):
Dspa = 15 (kg hơi/giờ)
Lượng hơi cần thiết cho khu nhà bếp (theo yêu cầu của khách sạn):
Dbếp = 15 (kg hơi/giờ)
Vậy tổng công suất yêu cầu của lò hơi toàn khách sạn là:
Dtổng = D1 + Dgiặt + Dspa + Dbếp = 325 + 20 + 15 + 15 = 375 (kg
hơi/giờ)

Như vậy, để đảm bảo cung cấp nhiệt cho khách sạn gồm 90 phòng có hệ
thống spa, nhà bếp, tắm tráng và giặt là kèm theo, ta chọn trạm cấp nhiệt trung
tâm gồm 2 lò hơi, lò hơi 1 có công suất 300 kghơi/h, lò hơi 2 có công suất
100kghơi/h và áp suất làm việc 3,2 bar (kG/cm 2) để bù tổn thất áp suất trên các
đường ống.
Trên đây, chúng ta tính toán tải lớn nhất vào giờ cao điểm và khi không sử
dụng được hệ thống NLMT.
Khi sử dụng hệ thống NLMT: Ta dùng model ST-2500 trên thị trường
Model

ST-2500

Kích thước (mm)

2000x1150x90

Tổng bề mặt (㎡)

2.30

Bề mặt thuần (㎡)

2.31

Trọng lượng (kg)

51

Công suất (L)

2.65

Kiểm tra áp suất (bar)

10

Áp suất vận hành tối đa (bar)

7

20


Với Smt = 500 m2 .Ta sẽ lắp được số tấm phẳng là N = = 348 tấm.
Vậy công suất tổng của hệ thống NLMT là: Q mt = 348.2,65 = 922,2 W =
3320 kJ/h
Do ta chỉ sử dụng hệ thống NLMT vào những tháng có tiềm năng sử dụng
hiệu quả nên nhiệt độ nước sẽ thường được đảm bảo trên 70°C và sẽ cấp nước
nóng cho bình nước nóng. Tuy nhiên để phòng trường hợp khi trời mưa, nhiệt độ
nước nóng nhỏ hơn 70°C thì nước sẽ chuyển vào thiết bị trao đổi nhiệt. Từ đó
cũng giảm được công suất của lò hơi.
CHƯƠNG 3
TÍNH TOÁN MẠNG NHIỆT
Mục đích đảm bảo cấp nước, hơi một cách đầy đủ cho toàn bộ các cơ sở
trong khách sạn tại mọi thời điểm.
Tổn thất áp suất toàn phần bao gồm 2 phần: tổn thất do ma sát dọc đường
ống và tổn thất áp suất cục bộ do các trở lực khác trên đường ống.
Tổn thất áp suất toàn phần được tính theo công thức sau:
Δptp = Rdd(l + ltd) = Rdd.ltt
Ở đây Δp – tổn thất áp suất tính trên một đơn vị chiều dài

Rdd =

(Pa)

ltt – chiều dài tính toán của đường ống, m .
Khi tính toán tìm áp suất tại điểm cuối, ta sử dụng công thức đối với chất
lỏng không chịu nén chuyển động trong ống dẫn như sau (viết cho 1 kg)
Z1g + + = Z2g + + +
Trong đó:

21


Z1 và Z2 – chiều cao hình học của ống dẫn ở tiết diện 1 và 2 so với mặt
ngang, m
ω1 và ω2 – tốc độ chuyển động của chất lỏng ở tiết diện 1 và 2, m/s
P1 và P2 – áp suất chất lỏng ở tiết diện 1 và 2, m/s
– khối lượng riêng của chất lỏng ở tiết diện 1 và 2, (Pa)
g = 9,81 – gia tốc rơi tự do.
– động năng của 1kg chất lỏng ở tiết diện đã cho
– thế năng của 1kg chất lỏng ở tiết diện đã cho, J/kg
– tổn thất thế năng của 1kg chất lỏng do ma sát và trở kháng cục bộ trên
đoạn ống 1-2, J/kg.
3.1. Tính toán thủy lực ống dẫn cấp nước nóng.
Sử dụng ống thép tiêu chuẩn chịu nhiệt CT3 theo tiêu chuẩn liên xô
Ống dẫn hơi nước Ktđ = 0,2 mm
Ống dẫn nước nóng Ktđ = 0,5 mm
Ống dẫn nước ngưng Ktđ = 1 mm
Ống cái chính là ống dài nhất.
Bảng 1: Vận tốc tới hạn nước trong ống.

Nhiệt độ °C

Ktđ

0

50

75

80

100

150

0,2

5,1

1,6

1,15

1,05

0,86

0,59

0,5

1,98

0,58

0,46

0,42

0,34

0,23

1,0

1

0,29

0,24

0,22

0,18

0,12

Áp suất dư theo tiêu chuẩn tại các hộ tiêu thụ <1 bar nên ta bố trí van
giảm áp dọc các trục kỹ thuật. Áp suất thủy tĩnh trên đường ống không vượt qua

giới hạn H = 60mmH2O.
22