Nghiên cứu các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời trung tâm (công suất lớn) cho các khách sạn và các khu nghỉ dưỡng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.06 MB, 104 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------
CAO TRUNG HẬU
NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI TRUNG TÂM (CÔNG SUẤT LỚN)
CHO CÁC KHÁCH SẠN VÀ CÁC KHU NGHỈ DƯỠNG
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 7 NĂM 2011
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. NGUYỄN THẾ BẢO .................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ..................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ..................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và tên:
CAO TRUNG HẬU
Ngày, tháng, năm sinh: 18-06-1980
Nơi sinh: TP.HCM
Địa chỉ liên lạc: 54, Hiệp Nhất, phường 4, quận Tân Bình, Tp.HCM
Q TRÌNH ĐÀO TẠO :
Từ năm 1998 đến 2003 : Học chuyên ngành công nghệ nhiệt tại trường Đại học
Bách Khoa Tp.HCM
Từ năm 2009 đến 2011 : Học Cao học tại trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
Q TRÌNH CƠNG TÁC :
Từ năm 2005 đến 2011
nghiệp Tp.HCM
: Công tác giảng dạy tại trường Đại Học Công
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm . . . . . .
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
----------------
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:
CAO TRUNG HẬU
Phái: Nam
Ngày, tháng, năm sinh:
18/06/1980
Nơi sinh: TP.HCM
Chuyên ngành:
CÔNG NGHỆ NHIỆT.
MSHV: 09060396
1- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRUNG
TÂM (CƠNG SUẤT LỚN) CHO CÁC KHÁCH SẠN VÀ CÁC KHU NGHỈ DƯỠNG
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
a. Nghiên cứu các hệ thống cung cấp nước nóng cơng suất lớn trong thực tế.
b. Nghiên cứu hệ thống cung cấp nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời nói chung và
kết hợp với các hệ thống gia nhiệt phụ nói riêng.
c. Lập chương trình mơ phỏng các hệ thống, tính tốn các thơng số của từng phương
án.
d. Đánh giá tính khả thi của hệ thống về mặt kỹ thuật và kinh tế để lựa chọn ra phương
án tối ưu dành cho khách sạn.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :
05-07-2010
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30-06-2011
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ):
TS. NGUYỄN THẾ BẢO
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thơng qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
KHOA QL CHUN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)
TS. NGUYỄN THẾ BẢO
GS.TS. LÊ CHÍ HIỆP
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
Luận văn thạc sĩ
LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn các tập thể, cá nhân đã giúp đỡ để hoàn thành
quyển luận văn này:
- Thầy TS.Nguyễn Thế Bảo đã tận tình hướng dẫn, cũng như thầy chủ nhiệm
bộ mơn GS.TS. Lê Chí Hiệp và các thầy cơ rất nhiệt tình trong việc giảng dạy cho
tác giả trong thời gian qua.
- Giám đốc và tập thể anh chị làm việc tại khách sạn Majestic đã tạo điều kiện
cho tác giả tham quan và khảo sát hệ thống cung cấp nước nóng trong thời gian làm
luận văn.
- Cô Dương Thị Thụ Lương chủ tịch HĐQT Cty Mặt Trời Bách Khóa, đã tạo
điều kiện cho tác giả tham quan các hệ thống cung cấp nước nóng bằng năng lượng
mặt trời mà công ty đã triển khai lắp đặt.
- Sau cùng tôi xin dành những lời cảm ơn tới mọi người trong gia đình tơi, mẹ,
vợ và con tơi, những người đã hết lòng lo lắng và động viên cho tôi trong suốt thời
gian qua.
Và các bạn đồng nghiệp đã nhiệt tình trao đổi, góp ý và cung cấp thông tin tư
liệu liên quan đến luận văn.
Tác giả
Cao Trung Hậu
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
Luận văn thạc sĩ
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong những năm gần đây, các cơng trình khách sạn, resort, khu nghỉ
dưỡng đã được xây dựng rất nhiều ở Việt Nam. Điều đó gắn liền với việc sử
dụng hệ thống cung cấp nước nóng trung tâm tại những nơi này. Thế nhưng
sự tiêu hao năng lượng cho nó lại chiếm đến khoảng 17% năng lượng sử dụng
của tòa nhà. Điều này làm tăng chi phí vận hành như tiền điện cho các hệ
thống đun nước nóng bằng điện trở hoặc các nhiên liệu để vận hành các hệ
thống đun nước nóng bằng lị hơi, bằng gas. Chính vì lý do đó tác giả đã tập
trung nghiên cứu các hệ thống cung cấp nước nóng bằng năng lượng mặt trời
cơng suất lớn dành cho các khách sạn, resort. Với phương pháp nghiên cứu so
sánh về mặt kỹ thuật các phương án cung cấp nước nóng và kết hợp với việc
đánh giá tính kinh tế, để từ đó đưa ra phương án mang tính khả thi, phù hợp
với người sử dụng, đảm bảo tiết kiệm năng lượng và hạn chế việc gây ô
nhiễm môi trường.
In recent years , lots of hotel , restaurant and resort constructions have
been built in Vietnam , which associate with the use of central hot water
supply system at these places , yet the energy consumption for it constitutes
around 17% of the energy use of the entire buildings. This increases the
operating costs such as electric costs for using electric resistants to operate
the system of water heating boilers and gas . It is because of that reason that
the author has focused on researching the heating systems using solar power
for hotels , resorts . Using comparative methods in view of technical project
of water heating and combining with the economic evaluation , the author
proposes feasible options corresponding with consumers , ensuring
economical energy use and reducing pollution of the environment .
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
Luận văn thạc sĩ
MỤC LỤC NỘI DUNG LUẬN VĂN
LỜI NÓI ĐẦU ..........................................................................................................Trang 1
CHƯƠNG 1 :PHẦN MỞ ĐẦU ...............................................................................Trang 2
1.1Yêu cầu thực tiễn cần thiết của đề tài ..................................................................Trang 3
1.2 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................Trang 3
1.3 Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................Trang 4
1.4 Giới hạn đề tài .....................................................................................................Trang 4
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐUN NƯỚC NÓNG CÔNG SUẤT
LỚN ...........................................................................................................................Trang5
2.1 Tổng quan về nhu cầu sử dụng nước nóng cho khách sạn..................................Trang 6
2.2 Các phương pháp cung cấp nước nóng cho khách sạn ........................................Trang 6
2.2.1 Hệ thống cung cấp nước nóng gia nhiệt bằng gas LPG (khí hóa lỏng) ........Trang 6
2.2.1.1 Một số đặc tính cơ bản của gas (LPG) ..............................................Trang 6
2.2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động .......................................................Trang 7
2.2.1.3 Một số sơ đồ bố trí hệ thống .............................................................Trang 8
2.2.1.4 Lắp đặt hệ thống ống khói của bình đun gas ....................................Trang 9
2.2.2 Hệ thống đun nước nóng gia nhiệt bằng lị hơi đốt dầu ...............................Trang10
2.2.2.1 Một số đặc tính của dầu (DO) ...........................................................Trang10
2.2.2.2 Các dạng lị hơi đốt dầu ...................................................................Trang11
2.2.3 Hệ thống cung cấp nước nóng gia nhiệt bằng điện trở ............................... Trang12
2.2.4 Hệ thống cung cấp nước nóng gia nhiệt bằng bơm nhiệt (Heat pumps) .... Trang13
2.2.4.1 Kiểu tách rời ......................................................................................Trang13
2.2.4.2 Loại kết hợp ......................................................................................Trang13
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
Luận văn thạc sĩ
2.2.4.3 Nguyên lý hoạt động ........................................................................Trang14
2.2.4.4 Sơ đồ lắp đặt hệ thống bơm nhiệt ....................................................Trang15
2.2.5 Hệ thống cung cấp nước nóng gia nhiệt bằng năng lượng mặt trời. ............Trang15
2.2.5.1 Hệ thống Hiline Solar Water Heating System ................................Trang15
2.2.5.2 Hệ thống Loline Solar Water Heating System.................................Trang16
2.2.6 Hệ thống cung cấp nước nóng kết hợp .........................................................Trang17
2.2.6.1 Hệ thống kết hơp NLMT với bình đun bằng gas hoặc bằng điện .....Trang18
2.2.6.2 Hệ thống kết hợp NLMT với lò hơi ..................................................Trang18
2.3 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời để đun nước nóng cho khách sạn với cơng suất
lớn trên thế giới .........................................................................................................Trang19
2.4 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời đun nước nóng cho khách sạn với cơng suất lớn
tại Việt Nam ..............................................................................................................Trang20
2.5 Các dạng collector ................................................................................................Trang22
2.5.1 Collector dạng tấm phẳng ............................................................................Trang22
2.5.2 Collector dạng ống chân không ...................................................................Trang23
CHƯƠNG 3 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................Trang25
3.1 Các công thức tính tốn cho các phương pháp cấp nhiệt tập trung .....................Trang26
3.1.1 Tính tốn nhiệt .............................................................................................Trang26
3.1.2 Phương pháp đun bằng gas ...........................................................................Trang28
3.1.3 Phương pháp đun bằng lò hơi đốt dầu DO ...................................................Trang28
3.1.4 Phương pháp đun bằng điện trở ....................................................................Trang29
3.1.5 Phương pháp đun bằng bơm nhiệt ...............................................................Trang29
3.1.6 Phương pháp đun bằng năng lượng mặt trời ................................................Trang30
3.2 Các hệ số liên quan đến năng lượng mặt trời .......................................................Trang30
3.3 Lý thuyết của loại collector kiểu tấm phẳng ........................................................Trang31
3.3.1 Tính cường độ bức xạ lên mặt phẳng nằm nghiêng ....................................Trang31
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
Luận văn thạc sĩ
3.3.2 Các góc tương tác giữa bức xạ mặt trời và kính ..........................................Trang32
3.3.3 Hệ số hao phí nhiệt tổng của collector (UL) : ..............................................Trang33
3.3.4 Các thơng số hiệu suất ..................................................................................Trang34
3.3.5 Năng lượng hữu ích (Qu) ............................................................................Trang35
3.3.6 Tính hiệu suất giờ .........................................................................................Trang36
3.3.7 Nhiệt độ trung bình của tấm hấp thụ và chất lỏng ........................................Trang36
3.4 Lý Thuyết tính tốn của loại collector kiểu ống chân khơng chữ U ....................Trang36
3.4.1 Tính cường độ bức xạ lên mặt phẳng nằm nghiêng (như tấm phẳng) .........Trang36
3.4.2 Các góc tương tác giữa bức xạ mặt trời và kính ( như tấm phẳng) ..............Trang36
3.4.3 Hệ số hao phí nhiệt tổng của collector (UL) .................................................Trang36
3.4.4 Các thông số hiệu suất .................................................................................Trang37
3.4.5 Năng lượng hữu ích (Qu) ..............................................................................Trang38
3.4.6 Nhiệt độ trung bình của tấm hấp thụ ...........................................................Trang38
3.4.7 Tính hiệu suất giờ ........................................................................................Trang38
3.5 Lý Thuyết tính tốn của loại collector kiểu ống chân khơng thường .................Trang38
3.5.1 Tính cường độ bức xạ lên mặt phẳng nằm nghiêng (như tấm phẳng) .........Trang38
3.5.2 Các góc tương tác giữa bức xạ mặt trời và kính ( như tấm phẳng) .............Trang38
3.5.3 Năng lượng hữu ích nhận từ Collector chân khơng ......................................Trang38
3.5.4 Tổn thất nhiệt từ ống kính phủ đến môi trường xung quanh .......................Trang39
3.5.5 Tổn thất nhiệt giữa ống kính phủ và ống hấp thụ .........................................Trang39
3.5.6 Tổn thất nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa ống hấp thụ và dòng chất lỏng (đối lưu
cưỡng bức) .............................................................................................................Trang40
CHƯƠNG 4 : PHẦN MỀM TÍNH TỐN MƠ PHỎNG .....................................Trang41
4.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng LabView 2009 ............................................Trang42
4.1.1 Giới thiệu .....................................................................................................Trang42
4.1.2 Một số thành phần chính của Labview 2009 ................................................Trang43
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
Luận văn thạc sĩ
4.1.3 Ứng dụng Labview 2009 .............................................................................Trang46
4.2 Giao diện của chương trình mơ phỏng ................................................................Trang49
4.2.1 Solar Water Heating (SWH.vi) ....................................................................Trang49
4.2.1.1 Tab “THONG SO THOI TIET” ........................................................Trang49
4.2.1.2 Tab “GIAN DO SO SANH” ..............................................................Trang50
4.2.1.3 Tab “COLECTOR TẤM PHẲNG” ....................................................Trang51
4.2.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN (LCPA.vi) .....................................................Trang51
4.2.2.1 Tab “TINH TOAN NHIET” ...............................................................Trang52
4.2.2.2 Tab “DUN BANG GAS” ...................................................................Trang53
4.2.2.3 Tab “DUN BANG DIEN” .................................................................Trang54
4.2.2.4 Tab “DUN BANG LO HOI” .............................................................Trang55
4.2.2.5 Tab “DUN BANG BOM NHIET” .....................................................Trang56
4.2.2.6 Tab “DUN BANG NLMT” ...............................................................Trang57
4.2.2.7 Tab “DANH GIA PHUONG AN” ......................................................Trang58
CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ....................................................Trang59
5.1Điều kiện khảo sát ................................................................................................Trang60
5.2Tính tốn các phương án ......................................................................................Trang61
5.2.1 Tính tốn nhiệt sơ bộ cho địa điểm khảo sát ...............................................Trang61
5.2.2 Phương án sử dụng bình đun gas ................................................................Trang62
5.2.3 Phương án sử dụng bình đun điện ...............................................................Trang63
5.2.4 Phương án sử dụng lò hơi đốt dầu DO ........................................................Trang64
5.2.5 Phương án sử dụng bơm nhiệt ....................................................................Trang65
5.2.6 Phương án sử dụng năng lượng mặt trời .....................................................Trang66
5.3 Phương án kết hợp ..............................................................................................Trang68
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
Luận văn thạc sĩ
5.3.1 Phương án kết hợp NLMT bình đun điện ..................................................Trang68
CHƯƠNG 6: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG TẠI
VIỆT NAM ...............................................................................................................Trang71
6.1 Dự đốn kinh phí và khả năng hồn vốn của các phương pháp cấp nhiệt công suất lớn
....................................................................................................................................Trang72
6.2 Giới thiệu phương pháp chi phí vốn hóa..............................................................Trang72
6.2.1. Chi phí đầu tư ...............................................................................................Trang72
6.2.2. Các chi phí liên quan đến vận hành, bảo trì, tiêu thụ năng lượng ................Trang72
6.2.3. Chi phí đầu tư để thay thế tài sản ..................................................................Trang73
6.3 Kết luận phương pháp chi phí vốn hóa ................................................................Trang74
6.4 Ý nghĩa của phương pháp chi phí vốn hóa ..........................................................Trang74
6.5 Tính tốn kinh tế cho cơng trình đang khảo sát ..................................................Trang75
6.5.1 Bảng chi phí cho các phương án hằng năm .................................................Trang75
6.5.2 Phân tích dự án ............................................................................................Trang75
CHƯƠNG 7 :ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU - ỨNG DỤNG CHO ĐIỀU KIỆN Ở VIỆT NAM
....................................................................................................................................Trang78
7.1 Đặc điểm chung
...............................................................................................Trang79
7.2 Vị trí địa lý và nét đặc trưng của từng vùng .......................................................Trang80
7.3 Tiềm năng sử dụng nước nóng trong các khu nghỉ dưỡng và khách sạn ...........Trang82
CHƯƠNG 8 : KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................Trang84
8.1 Kết luận ................ ...............................................................................................Trang85
8.2 Các đề nghị ........... ...............................................................................................Trang85
8.3 Hướng phát triển của luận văn .............................................................................Trang86
PHỤ LỤC..............................................................................................................Trang87
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
Luận văn thạc sĩ
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 : Biểu đồ phần bố mức tiêu thụ năng lượng cho khách sạn ........................ 06
Hình 2.2 : Cấu tạo và hình dáng bình đun nóng nước bằng gas của hãng Rheem .... 07
Hình 2.3 : Nguyên lý và cấu tạo bình đun nóng nước tức thời ...................................08
Hình 2.4 : Hệ thống đun trực tiếp bằng gas được lắp đặt thực tế ...............................08
Hình 2.5 : Hệ thống tích trữ bằng gas được lắp đặt thực tế ........................................09
Hình 2.6 : Hệ thống đun nóng nước nhanh bằng gas của hãng Rinnai .......................09
Hình 2.7 : Hướng dẫn cách lắp đặt nhiều bình đun gas theo một tầng .......................10
Hình 2.8 : Hướng dẫn cách lắp đặt nhiều bình đun gas theo từng tầng ......................10
Hình 2.9 : Cấu tạo và hình dáng lị hơi nằm trực lưu đốt dầu DO ..............................11
Hình 2.10 : Cấu tạo và hình dáng lị hơi nằm trực lưu đốt dầu DO ............................11
Hình 2.11 : Cấu tạo bình đun điện của hãng Rheem...................................................12
Hình 2.12 : Hình dáng của heatpump kiểu tách rời ...................................................13
Hình 2.13 : Hình dáng và thơng số kích thước Heat pump kiểu kết hợp (hãng Rheem)
.....................................................................................................................................13
Hình 2.14 : Nguyên lý hoạt động của Heat pump (bơm nhiệt) ...................................14
Hình 2.15 : Giãn đồ so sánh cơng suất tiêu thụ điện với cơng suất nhiệt ...................14
Hình 2.16 : Sơ đồ lắp đặt hệ thống bơm nhiệt ............................................................15
Hình 2.17 : Hệ thống cung cấp với nước nóng bằng NLMT hệ HILINE ...................16
Hình 2.18 : Hệ thống cung cấp với nước nóng bằng NLMT hệ LOLINE ..................17
Hình 2.19 : Hệ thống kết hợp NLMT với bình đun bằng gas của hãng Rinnai ..........18
Hình 2.20 : Hệ thống NLMT kết hợp với lị hơi đốt dầu nằm ngang của hãng Rheem
.....................................................................................................................................19
Hình 2.21 : Một số cơng trình trên thế giới sử dụng NLMT để cung cấp nước nóng
với cơng suất lớn .........................................................................................................19
Hình 2.22: Hệ thống cung cấp nước nóng sử dụng NLMT thực tế tại khách sạn
Majestic của Cty Solar BK ..........................................................................................20
Hình 2.23: Cơng trình lắp đặt hệ thống cung cấp nước nóng NLMT kết hợp với bơm
nhiệt của Cty Solar BK, tại khách sạn Đệ Nhất ..........................................................21
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
Luận văn thạc sĩ
Hình 2.24: Một số dự án khác đã triển khai đã thành công của cơng ty Solar Bách
Khoa ............................................................................................................................21
Hình 2.25: Hình dáng và cấu tạo collector tấm phẳng ................................................22
Hình 2.26: Hình dáng và thơng số collector dạng ống chân khơng ............................23
Hình 3.1: Vĩ độ, góc giờ và độ xích vĩ .......................................................................31
Hình 3.2: Quy ước các góc..........................................................................................32
Hình 3.3: Sơ đồ trao đổi nhiệt và sơ đồ nhiệt trở của ống chân khơng .......................39
Hình 4.1: Giao diện mở các file trong labview ...........................................................43
Hình 4.2: Màn hình làm việc của labview ..................................................................44
Hình 4.3: Màn hình điều khiển các lệnh trong Front panel ........................................44
Hình 4.4: Màn hình viết code trong Block Diagram...................................................45
Hình 4.5: Các hàm trong block diagram .....................................................................45
Hình 4.6: Cách thể hiện icon của file Vi .....................................................................46
Hình 4.7: Phần giao diện mô phỏng độ run của xe phụ thuộc vào tốc độ ..................47
Hình 4.8: Phần lập trình mơ phỏng độ run của xe ......................................................47
Hình 4.9: Phần giao diện mô phỏng biến đổi của nhiệt độ theo thời gian ..................48
Hình 4.10: Phần lập chương trình mơ phỏng sự biến đổi nhiệt độ theo thời gian ......48
Hình 4.11: Phần giao diện tính tốn các thơng số vể thời tiết ....................................49
Hình 4.12: Phần giao diện biểu thị các giãn đồ về thơng số thời tiết .........................50
Hình 4.13: Giao diện của tab “COLLECTOR TẤM PHẲNG”..................................51
Hình 4.14: Giao diện tab “TINH TOAN NHIET” ......................................................52
Hình 4.15: Giao diên tab “DUN BANG GAS” ..........................................................53
Hình 4.16: Giao diện tab “DUN BANG DIEN” .........................................................54
Hình 4.17: Giao diện tab “DUN BANG LO HOI” .....................................................55
Hình 4.18: Giao diện tab “DUN BANG BOM NHIET” ............................................56
Hình 4.19: Giao diện tab “DUN BANG NLMT” .......................................................57
Hình 4.20: Giao diện tab “DANH GIA PHUONG AN” ............................................58
Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống cung cấp nước nóng bằng gas của KS Majestic (1 cụm máy)
.....................................................................................................................................63
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
Luận văn thạc sĩ
Hình 5.2: Sơ đồ hệ thống cung cấp nước nóng bằng bơm nhiệt của KS Majestic
( 1 cụm máy) ...............................................................................................................66
Hình 5.3: Hệ thống cung cấp nước nóng sử dụng NLMT của KS Majsestic
( 1 cụm máy) ...............................................................................................................67
Hình 5.4: Hệ thống nước nóng NLMT kết hợp với bình gia nhiệt phụ bằng điện trở
( 1 cụm máy ) .............................................................................................................68
Hình 6.1: Biểu đồ dịng chi phí của một dự án ...........................................................74
Hình 6.2: Đồ thị so sánh các chi phí vốn hóa của các phương án ..............................76
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1: Mức phụ tải nhiệt cho sinh hoạt [2]........................................................... 26
Bảng 3.2: Bảng tra hệ số sử đồng thời k [2] .................................................................. 27
Bảng 3.3: Dãy công suất bơm tiêu chuẩn [2] .................................................................. 27
Bảng 6.1: Chi phí vận hành hằng năm của từng phương án .....................................75
Bảng 6.2: So sánh các chi phí vốn hóa của từng phương án ....................................76
KÝ HIỆU
NLMT : Năng lượng mặt trời
I:
Cường độ bức xạ trên mặt phẳng nằm ngang theo giờ (W/m2)
φ:
Vĩ độ nơi đặt bộ thu (0)
β:
Góc lệch bộ thu (0)
Ac :
Diện tích một bộ thu tấm phẳng (m2)
N:
Số lượng bộ thu tấm phẳng, tổng số ống.
v:
Vận tốc gió (m/s)
nk :
Số lượng tấm kính phủ
UL:
Tổn thất nhiệt tồn phần (W/m2K)
Tf,i:
Nhiệt độ nươc vào bộ thu (0C)
Ta :
Nhiệt độ môi trường (0C)
m:
Lưu lượng nước vào bộ thu (kg/s)
LC:
Chiều dày bộ thu (m)
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
WC:
Chiều rộng bộ thu (m)
δp:
Chiều dày tấm hấp thụ (m)
k1 :
Hệ số dẫn nhiệt của tấm hấp thụ (W/mK)
εp:
Hệ số phát xạ của tấm hấp thụ
εK:
Hệ số phát xạ của tấm kính
α:
Hệ số hấp thụ của tấm hấp thụ
l1:
Chiều dày tấm kính (m)
k2 :
Độ suy giảm của tấm kính phủ (m-1)
hf,i:
Hệ số trao đổi nhiệt giữa nước và tấm hấp thụ (W/m2K)
Cb :
Hệ số dẫn nhiệt mối hàn (W/mK)
W:
Chiều rộng cánh (m)
D:
Đường kính ngồi của ống (m)
Di :
Đường kính trong của ống (m)
Cp :
Nhiệt dung của nước (J/kg.độ)
l2:
Chiều dày lớp cách nhiệt (m)
k3 :
Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt (W/mK)
δcn:
Bề dày lớp cách nhiệt (m)
TL:
Nhiệt độ nước lạnh vào bình tích trữ (0C)
σ:
Hằng số bức xạ (W/m2K4)
δ:
Bề dày cánh (m)
λ:
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm cánh (W/mK)
Cb :
Hệ số dẫn nhiệt tổng hợp (W/mK)
εg:
Hệ số phản xạ của ống thủy tinh ngoài cùng
TP :
Nhiệt độ tại ống hấp thụ (0C)
Tg:
Nhiệt độ của lớp kính phủ ngồi (0C)
d:
Đường kính ống chữ U (m)
Wu:
Khoảng cách giữa hai nhánh ống chữ U (m)
N:
Số tấm collector .
A:
Diện tích bề mặt hấp thụ của mỗi ống (m2)
HVTH: CAO TRUNG HẬU
Luận văn thạc sĩ
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
-1-
Luận văn thạc sĩ
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây hiện tượng biến đổi khí hậu diễn ra ngày càng
nhanh và liên tục, không chỉ riêng Việt Nam mà ngay cả thế giới đều bị ảnh hưởng
một cách trầm trọng. Theo GS.TS Phạm Duy Hiển thì nguyên nhân chính dẫn đến
việc khí hậu tồn cầu bị biến đổi như hiện nay chính là do sự tác động của con
người đối với môi trường tự nhiên. Nhiệt độ của khí quyển tăng là do lượng CO2 mà
người tạo ra trong quá trình đốt nhiên liệu và sử dụng quá nhiều hoá chất và các
nguồn nguyên liệu hoá thạch. Tuy nhiên do nhu cầu cuộc sống ngày càng nâng cao,
đòi hỏi con người sử dụng ngày càng nhiều những nhiên liệu phục cho cuộc sống
chẳng hạn như nhiên liệu đốt để cung cấp nước nóng cho các hộ gia đình, nhà nghỉ,
khách sạn, resort…Do đó việc đầu tư một hệ thống cung cấp nước nóng trung tâm
với cơng suất lớn phải đảm bảo các tiêu chí về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi
trường.
Trong luận văn này tác giả sẽ trình bày nhiều giải pháp cung cấp nước
nóng trung tâm với công suất lớn phục vụ cho khách sạn, resort, giúp cho người tiêu
dùng có cái nhìn tổng quát về hệ thống, từ đó người tiêu dùng có thể lựa chọn ra
giải pháp tối ưu nhưng vẫn đảm bảo những tiêu chí về kỹ thuật cũng như tính kinh
tế của hệ thống.
Cấu trúc của luận văn được chia làm 8 chương bao gồm :
Chương 1 & 2 : Giới thiệu tổng quát về hệ thống cung cấp nước nóng cơng suất lớn.
Chương 3 : Cơ sở lý thuyết
Chương 4 : Phần mềm mô phỏng
Chương 5 : Thực nghiệm và kết quả
Chương 6 : Phân tích đánh giá tính kinh tế của hệ thống
Chương 7 : Đặc điểm khí hậu - ứng dụng của hệ thống tại Việt Nam
Chương 8 : Kết luận và đề nghị
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
-2-
CHƯƠNG 1 :
PHẦN MỞ ĐẦU
HVTH: CAO TRUNG HẬU
Luận văn thạc sĩ
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
-3-
Luận văn thạc sĩ
1.1 Yêu cầu thực tiễn cần thiết của đề tài :
Hiện nay so với giá điện tăng 15.28% và giá xăng dầu tăng hơn 16% so với năm
2010, các doanh nghiệp trong nước cũng như các chủ đầu tư khách sạn đang phải
đối mặt với nhiều chi phí ngày càng tăng. Một trong những nguyên nhân dẫn đến
việc tăng chi phí là việc đun nóng nước được sử dụng cho các phịng tắm, phịng
bếp, phịng giặt,hay bể bơi của khách sạn. Chính vì vậy việc lựa chọn các phương
án đun nóng nước có thể tiết kiệm được chi phí vận hành và tiêu thụ năng lượng là
yêu cầu thực tiễn của để tài này.
Việc lập chương trình tính tốn và mơ phỏng các hệ thống đun nóng nước có thể
phục vụ cho cơng tác tư vấn, nghiên cứu khoa học và giảng dạy cho sinh viên công
nghệ nhiệt lạnh.
1.2 Nội dung nghiên cứu :
Với nhu cầu sử dụng nước nóng ở Việt Nam ngày càng nhiều, đặc biệt các lĩnh
vực khách sạn, resort, nhà hàng, trung tâm giải trí…Để cung cấp một lượng nước
nóng tương đối lớn, giải pháp tối ưu trong trường hợp này là hệ thống cung cấp
nước nóng trung tâm. Ngày nay đã có nhiều phương pháp cung cấp nước nóng rất
phổ biến như đốt bằng Gas (LPG), đốt bằng lò hơi đốt dầu (DO), đốt bằng điện trở,
bơm nhiệt và bằng năng lượng mặt trời …Tuy nhiên tùy theo trường hợp cụ thể sẽ
có những phương án thích hợp và tối ưu.
Để có cách nhìn tổng qt về các phương pháp cung cấp nước nóng cho khách
sạn và các khu resort, đối với luận văn này tác giả sẽ trình bày chi tiết về 5 hệ thống
cơ bản như hệ thống cung cấp nước nóng gia nhiệt bằng gas LPG, bằng điện, bằng
lò hơi đốt dầu, bằng bơm nhiệt và bằng năng lượng mặt trời. Ngoài ra tác giả mở
rộng thêm một số hệ thống trong thực tiễn như hệ thống kết hợp NLMT với đun
bằng gas, NLMT với đun bằng điện, NLMT với bơm nhiệt, NLMT với lò hơi đốt
dầu.
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
-4-
Luận văn thạc sĩ
1.3 Phương pháp nghiên cứu :
- Khảo sát nhu cầu sử dụng nước nóng ở một số khu nghỉ dưỡng, khách sạn tại
Việt Nam. Từ đó đánh giá cơng suất tiêu thụ nước nóng theo ngày, tháng, năm.
- Lập chương trình mơ phỏng tính tốn thiết kế hệ thống nước nóng cơng suất
lớn với nhiều phương pháp khác nhau, mô phỏng lắp đặt hệ thống và hiệu quả kinh
tế mà nó mang lại. Với giao diện dễ dùng và thân thiện với người sử dụng.
- Đánh giá tính khả thi của việc ứng dụng hệ thống đun nước nóng bằng năng
lượng mặt trời cơng suất lớn tại Việt Nam.
1.4 Giới hạn đề tài :
- Tại Việt Nam, phần lớn các trạm quan trắc chưa hồn thiện các số liệu khí
hậu, như việc đo các bức xạ theo giờ cũng rất hạn chế…, tuy nhiên đó cũng là tình
hình chung của các nước trên thế giới.
- Ngoài ra sự ảnh hưởng của hiện tượng biến đổi khí hậu trên tồn cầu hiện nay,
do đó các số liệu khí hậu có thể khơng ổn định, do đó chương trình có thể áp dụng
cho thời điểm hiện tại, ở những thời điểm khác trong tương lai có thể khơng chính
xác.
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
-5-
Luận văn thạc sĩ
CHƯƠNG 2 :
TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG ĐUN
NƯỚC NĨNG CƠNG SUẤT LỚN
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
-6-
Luận văn thạc sĩ
2.1 Tổng quan về nhu cầu sử dụng nước nóng cho khách sạn :
Hiện nay nhu cầu sử dụng nước nóng cho các khách sạn, resort hoặc các
khu nghỉ dưỡng chiếm một phần không nhỏ trong tổng năng lượng tiêu thụ của
khách sạn, điều đó được biểu diễn dưới sơ đồ sau :
Hình 2.1 : Biểu đồ phần bố mức tiêu thụ năng lượng cho khách sạn.
Nhu cầu sử dụng nước nóng trong khách sạn thường được sử dụng với
những mục đích sau :
-
Phịng tắm (cung cấp cho các bồn rửa mặt, vòi tắm, bồn tắm).
-
Nhà hàng (cung cấp nước uống, rửa mặt).
-
Nhà bếp (dùng nấu ăn, rửa chén).
-
Hồ bơi.
-
Giặt ủi (quần áo sẽ giặt sạch hơn trong mơi trường nước nóng).
-
Phịng massage (dùng trong các bể xục, bồn ngâm)
2.2 Các phương pháp cung cấp nước nóng cho khách sạn :
2.2.1 Hệ thống cung cấp nước nóng gia nhiệt bằng gas LPG (khí hóa lỏng) :
2.2.1.1 Một số đặc tính cơ bản của gas (LPG)
- Gas hay còn gọi LPG ( Liquified Petroleum Gas ) là khí đốt hố lỏng có
nguồn gốc từ dầu mỏ, thành phần chính là hỗn hợp của khí : PROPANE
(C3H8 ) và BUTANE (C4H10 ). Không màu , không mùi , không độc hại.
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
-
-7-
Luận văn thạc sĩ
Tỷ trọng:
o Gas lỏng - propan 0,507 kg/l, ở 15 0C - Butan: 0,582kg/l, ở 15 0C
o Hơi Gas- propan: 1,89kg/m3, ở 15 0C - Butan: 2,53kg/m3, ở 15 0C
-
Khói thải của gas LPG thân thiện và không gây ô nhiễm môi trường.
2.2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động : thiết bị đun nước nóng bằng gas
có 2 dạng thiết kế cơ bản :
-
Dạng bình đun nước :
Hình2.2: Cấu tạo và hình dáng bình đun nóng nước bằng gas của hãng Rheem
Ưu điểm :
o Tăng diện tích trao đổi nhiệt với nước. Do đó hiệu suất nhiệt có thể
đạt đến 90 % đối với dạng bình đun nóng một phao.
Nhược điểm :
o Thiết kế cồng kềnh nếu như cần lượng nước nóng lớn. Thời gian gia
nhiệt lâu. Khó bảo trì và vệ sinh.
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
-
-8-
Luận văn thạc sĩ
Dạng bình đun nóng tức thời :
Hình 2.3: Nguyên lý và cấu tạo bình đun nóng nước tức thời
Ưu điểm :
o Thiết kế gọn nếu như cần lượng nước nóng lớn, phải kết hợp nhiều
bình và lưu trữ nước nóng với một bình chứa riêng.
o Dễ sửa chữa từng bình nếu có sự cố. Thời gian gia nhiệt nhanh.
Nhược điểm :
o Hiệu suất nhiệt khoảng 80%
o Bề mặt trao đổi nhiệt nhỏ.
2.2.1.3 Một số sơ đồ bố trí hệ thống :
-
Hệ thống đun trực tiếp :
+ Chi phí vận hành và lắp đặt thấp .
+ Có thể điều khiển nhiệt độ nước ở đầu ra.
+ Đối với hệ thống lớn, tải nước nóng sử dụng được chia đều cho
từng thiết bị.
+ Chủ động trong việc điều tiết lưu lượng nước nóng ra.
Hình 2.4: Hệ thống đun trực tiếp bằng gas được lắp đặt thực tế.
-
Hệ thống tích trữ :
+ Thời gian tích trữ nước nóng tối đa từ 1 đến 2 giờ mỗi ngày
+ Vào thời gian cao điểm lưu lượng nước nóng đảm bảo liên tục và ổn định .
Hình 2.5: Hệ thống tích trữ bằng gas được lắp đặt thực tế
-
Hệ thống làm nóng nước nhanh :
+ Sản lượng nước nóng mang tính thương mại cao.
+ Dễ dàng lắp đặt và sửa chữa theo từng cụm.
+ Đáp ứng được những nơi có yêu cầu lưu lượng lớn và nhiệt độ cao.
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
-9-
Luận văn thạc sĩ
Hình 2.6 : Hệ thống đun nóng nước nhanh bằng gas của hãng Rinnai.
2.2.1.4 Lắp đặt hệ thống ống khói của bình đun gas :
Vì đây là hệ thống cung cấp lượng nước nóng lớn bằng cách kết hợp nhiều
bình đun gas lại với nhau , do đó việc bố trí và lắp đặt các ống khói vừa phải
đúng kỹ thuật và mỹ quan cho khách sạn.
-
Các bình đun gas lắp chung một tầng
Hình 2.7 : Hướng dẫn cách lắp đặt nhiều bình đun gas theo một tầng.
-
Các bình đun gas lắp từng tầng .
Hình 2.8 : Hướng dẫn cách lắp đặt nhiều bình đun gas theo từng tầng
2.2.2 Hệ thống đun nước nóng gia nhiệt bằng lò hơi đốt dầu :
2.2.2.1 Một số đặc tính của dầu (DO) :
+ Đặc tính dầu DO (Diesel Oil):
HVTH: CAO TRUNG HẬU
GVHD: TS.NGUYỄN THẾ BẢO
- 10 -
Luận văn thạc sĩ
- Dầu Diesel là một loại nhiên liệu lỏng, được đặt tên theo nhà sáng chế
Rudolf Diesel, DO sản phẩm tinh chế từ dầu mỏ có thành phần chưng cất nằm
giữa dầu hoả (kesosene) và dầu bôi trơn (lubricating oil). Chúng thường có nhiệt
độ bốc hơi từ 175 đến 370 o C. Cũng như xăng dầu là nhiên liệu đốt cho nên dầu
khơng được phép có tạp chất cơ học và nước; hàm lượng keo nhựa và các chất gây
ăn mòn (axit, lưu hùynh) phải được khống chế trong phạm vi cho phép.
2.2.2.2 Các dạng lò hơi đốt dầu :
+ Lò hơi đứng trưc lưu đốt dầu :
Hình 2.9: Cấu tạo và hình dáng lị hơi nằm trực lưu đốt dầu DO
Đặc điểm :
-
Độ an toàn cao.
-
Khởi động nhanh và dễ sử dụng (4-5 phút là đủ hơi ).
-
Thể tích nhỏ gọn, hiệu suất cao, dễ lắp đặt.
-
Giá thấp so với lò hơi nằm cùng cơng suất.
+ Lị hơi nằm trực lưu đốt dầu :
Hình 2.10: Cấu tạo và hình dáng lị hơi nằm trực lưu đốt dầu DO
+ Đặc điểm :
- Lò hơi nằm đốt dầu được thiết kế bên trong buồng đốt dạng ống lò - ống lửa 3
pass với vách sau khô và vách sau ướt.
- Dễ vận hành, bảo trì và sửa chữa phù hợp với điều kiện sử dụng ở Việt Nam.
HVTH: CAO TRUNG HẬU
