CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT VÀ THIẾT BỊ NGUỒN CẤP NHIỆT 1: Giới thiệu về các sơ đồ cấp nhiệt a. Sơ đồ cấp nhiệt sử dụng thiết bị đun nóng nước đơn giản: Ngay từ xa xưa, con người đã biết sữ dụng lửa để đun nấu chín t hức ăn, để sưởi ấm và con người biết sử dụng lửa tạo ra nhiệt làm nóng nư ớc phục vụ cuộc sống thường ngày dưới đây là sơ đồ đun nước đơn giản: nl bnl bnn Hình 1. Sơ đồ cấp nước nóng sử dụng thiết bị đun nước đơn giản BNN- bể nước nóng; BNL- bể nước lạnh; NL- nước lạnh vào Nguyên lý hoạt động: Nước lạnh đươc cấp vào bể nước lạnh. Từ đây nước lạnh được đưa vào khoang chứa nước lạnh bao quanh cột khói.
Nhiên liệu nước đốt cháy t rong không gian lò, khói lò có nhi ệt độ cao sẽ trao đổi nhiệt với nước lạnh xung quanh qua bề mặt t hành ống khói. Nước được đưa đến bể nước nóng rồi từ đây được cấp đến các hộ tiêu thụ nhi ệt. Khi nhiệt độ của nước nóng ở trong đường ống giảm xuống dưới m ứ c yêu cầu thì có thể cho nước quay trở lại gia nhiệt thêm ở khoang nước lạnh nhờ được hồi. Ưu đi ểm : Hệ thống nước nóng này có kết cấu đơn giản, dễ thiết kế, gia công và chế tạo lắp đặt.
Chi phí đầu tư cho hệ thống thấp. Việc vận hành hệ 4 thống này cúng tương đối đơn giản. chi phí vận hành thấp, chi phí chon nhiên liệu không cao. Hệ thống này đặc biệt t hí ch hợp với các hộ ti êu thủ nhỏ.
Nhiên liệu thường dùng l à gỗ, mụn cưa…. Than là nguyên l i ệu nhiệt trị cao, sắn có ở nước ta, trư lượng lớn, giá thành thấp. Nhược điểm: Hiệu suất thấp (chỉ có khoảng 40-50%) là một nhược điểm lớn của hệ thống này. Khả năng tư động hóa cúng như đi ều chỉnh nhiệt độ nước nóng t hấp do cột đun thường l àm bằng thép đen nên khi đun nước nóng sẽ có váng sắt (đặt biệt khi sử dụng một thời gian xột thép bị oxi hóa).
Hệ thống không đạt yêu cầu về thẩm mỹ và chỉ sữ dụng được ở những nơi yêu cầu công xuất thấp. Phát tán các khí độc gây ô nhiểm môi trường. Bên cạch đó, việc sử dụng sinh khối, nhiên liệu có nguồn gốc từ các sản phẩm nông nghiệp và lâm nghiệp lại rất đáng được quan tâm. Hiện nay, hệ thống này ít được sữ dùng thay vào đó là các hệ thống năng lương mặt trời, điện năng, lò hơi…vv b.
Sơ đồ cấp nhiệt dùng lò hơi loại vừa và nhỏ: - Sơ đồ này sử dụng cho các nơi sử dụng nhi ệt cỡ vừa. Ngoài nhu cầu dùng nước nóng nó còn cung cấp được một số nhu cầu dùng nhiệt cao cấp khác như hơi để giặt là, các thiết bị sấy, xông hơi. - Nhiên liệu thường dùng là than, dầu hoặc khí đốt. - Dựa vào phương pháp gia nhiệt cho nước ta cso thể phân ra làm 2 loại sơ đồ trung tâm cấp nhiệt dùng lò hơi.
5 * Trao đổi nhiệt hỗn hợp : Hình 1.2 Sơ đồ cấp nước nóng sử dụng thiết bị hỗn hợp. LH- lò hơi; OGH - ống góp hơi; BNM – bể nước mềm; NN-nước nóng ra; NH- Nước hồi Nguyên lý hoạt động: Nước lạnh được cấp vào bể nước nóng. Nhiên li ệu được đốt nóng trong không gian buồn đốt của lò hơi. Khói nóng sẽ trao đổi nhiệt bề mặt với nước đi trong giàn ống gia nhiệt trong không gian buồng đốt làm sinh hơi tại đó.
Hơi nước có nhiệt độ cao này sẽ được dẫn tới ống góp hơi. Từ đây hơi bão hòa sẽ được trích ra để dẫn qua bể nước nóng và tại đây nó sẽ được trao đổi nhiệt với bề mặt nước lạnh trong bể trước khi hòa trộn với nước lạnh để làm tăng nhiệt độ của nước trong bể lên nhiệt độ yêu cầu. Nước cấp cho lò được lấy từ bể nước mềm. Nước nóng sẽ được đưa đến các hộ tiêu thụ nhiệt.
Khi nhiệt độ ở trong đường ống cấp giảm xuống dưới nhiệt độ cho phép thì ta cho quay lại bề nước nóng để gia nhiệt bổ sung qua đường hồi. Ưu điểm: đơn giản, dễ quản lý và vận hành. Nhược điểm: Khống có lượng nước ngưng tuần hoàn về nên thiết bị xử lý nước cấp vào lò phải có công suất lớn nên giá thành tăng Áp dụng cho các tòa nhà khách sạn chung cư cao t ầng có nhu cầu nhi ệt vừa và nhỏ 6 * Trao đổi nhiệt bề mặt : Hình 1.3 Sơ đồ cấp nước nóng sử dụng thiết bị bề mặt kiểu dung tích LH- lò hơi; OGH - ống góp hơi; BNM – bể nước mềm; NN-nước nóng ra ; NH- Nước hồi Nguyên lý hoạt động: Cũng tương tự như nguyên lý hoạt động của lò hơi trao đổi nhiệt hỗn hợp, chỉ khác ở chỗ là hơi sau khi tr ao đổi nhiệt bề mặt với nước trong bể thì không hòa trộn tại đó nữ a mà được dẫn quay trở lại lò hơi. Bể nước mềm có nhiệm vụ bổ sung sự thiếu hụt cho nước cấp tới lò.
Áp dụng cho những nơi sử dụng nước nóng nhiều và chế độ dùng nước nóng không đều đặn. Sơ đồ cấp nhiệt sử dụng năng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời không những là một nguồn năng lượng vô hạn, mà còn là nguồn năng lượng sạch, không tổn hại đến môi trư ờng. Như vậy, trong tương lai gần, mặt trời sẽ là nguồn năng lượng chủ yếu phục vụ nhu cầu tiêu dùng – sinh hoạt của con người trên trái đất. Thiết bị đun nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời là m ột ví dụ điển hình của ứng dụng năng lượng mặt trời.
Bình nước nóng năng lượng mặt trời Bình nước nóng năng lượng mặt trời có ưu điểm là sử dụng một nguồn năng lượng m i ễn phí và có khả năng tái tạo. Ở những vùng, những quốc gia nhiều nắng với cường độ nắng cao và thời gian chiếu sáng dài thì vi ệc lắp đặt hệ thống bình nước nóng năng lượng mặt trời là một quyết định vô cùng chính xác. Ưu điểm của bình nước năng lượng m ặt trời còn được kể đến khi so sánh với bình nước nóng sử dụng điện hoặc gas đó là nếu nhà bạn có nhiều hơn một phòng tắm thì bạn sẽ phải dùng số bình nước nóng điện tương đương với số phòng tắm đó trong khi nếu dùng bình nước nóng năng lư ợng mặt trời thì chỉ cần một bình là đủ đáp ứng yêu cầu của cả gia đình, cả sinh hoạt cá nhân và sinh hoạt chung cả gia đình Nhược điểm của bình nước nóng năng lư ợng m ặt trời phải kể đến đó là giá thành. Chi phí ban đầu của nó đắt hơn nhi ều so với bình nước nóng sử dụng điện hoặc gas.
Hơn nữa, bì nh nước nóng năng lượng mặt t rời sử dụng nguồn nhiên liệu phụ thuộc vào thời gian chiếu sáng của mặt trời, do đó t rong những ngày mùa đông hoặc những ngày không có ánh nắng m ặt trời thì có thể bạn sẽ không có nước nóng để dùng Dưới đây là 2 sơ đồ trung tâm cấp nhiệt dùng t hi ết bị đun nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời. 8 * Thiết bị đun nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời tuần hoàn tự nhiên có thiết bị đốt nóng bổ sung : NN NL Hình 1.5: Sơ đồ t hi ết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời tuần hoàn tự nhiên có thiết bị đốt nóng bổ sung Nguyên lý: Khi ánh nắng mặt trời chiếu rọi vào những ống thủy tinh chân không hoặc các tấm Panel thu nhiệt, với tính năng hấp thụ ánh nắng mặt trời cao, sẽ hấp thụ bức xạ ánh nắng mặt trời rồi chuyển hoá thành nguồn nhiệt năng. Sau đó với nguyên lý tỉ trọng nước lạnh lớn, tỉ trọng nước nóng nhỏ đã tự hình thành nên 1 vòng tuần hoàn tự nhiên (nước l ạnh l i ên tục đi xuống, những ống chân không hoặc các tấm Panel hấp thụ nhiệt năng của ánh nắng mặt trời, tạo thành nguồn nước nóng đi ngược lên và lưu giữ trong bình chứa. Vòng tuần hoàn nước cứ thế chuyển động không ngừng, tạo cho nhiệt độ nước trong bình chứ a liên tục tăng dần từ 50°C đến 90°C.
Từ đây nguồn nước nóng đã sẵn sàng phục vụ theo nhu cầu sinh hoạt của mọi ngư ời. Vào ban đêm vì không có năng lượng mặt trời nên bộ thu lạnh đi dẫn đến không có sự tuần hoàn của nước trong hệ thống. 9 Bể chứa thường được cách nhiệt rất tốt để hạn chế tổn thất nhiệt, từ đây nước nóng đư ợc phân phối cho hộ tiêu thụ tuỳ theo nhu cầu sử dụng. Ngoài ra người ta thường hay bố trí thêm thi ết bị đốt nóng bổ sung để dự phòng khi m à nhiệt độ nước nóng cấp cho hộ tiêu thụ không được đảm bảo.
Ví dụ như: những ngày trời nhiều mây, trời có mưa, vào mùa đông…. * Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời tuần hoàn c- ưỡng bức có thiết bị đốt nóng bổ sung : Hình 1.6 Sơ đồ thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời tuần hoàn cưỡng bức có thiết bị đốt bổ sung Nguyên lý hoạt động: nước lạnh từ bể nước bên ngoài đưa vào bể chứa. Dưới tác dụng của bơm 5, nước từ bể chứa được đẩy lên bộ thu và nhận được nhiệt từ nguồn năng l ư ợng mặt trời làm cho nước nóng lên rồi chảy về bể chứa. Từ đây, nước được phân phối cho hộ tiêu thụ tuỳ theo nhu cầu sử dụng.
Trên đường đến hộ tiêu thụ người ta còn lắp đặt thêm một bộ gia nhiệt nước bổ sung, nó được dùng khi mà nhiệt độ nước nóng không đảm bảo được nhu cầu của hộ tiêu thụ. Thiết bị điều khiển 4 trong hệ thống l ấy 3 tín hiệu: từ bộ thu 1, từ van 5, từ bể chứa 2. 10 Trong hệ thống tuần hoàn cưỡng bức, không nhất thiết phải đặt bể chứa cao hơn bộ thu vì hệ thống đã được t rang bị một bơm nước tuần hoàn, nhằm duy trì chế độ tuần hoàn của nước trong bộ thu. Ngoài ra người ta còn lắp đặt thêm một van kiểm tra để ngăn chặn sự tuần hoàn ngược của nước và tránh tổn thất nhiệt vào ban đêm của bộ thu.