CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan các nghiên cứu về hệ thống cấp nước nóng trung tâm cho khách sạn 1.1 Các nghiên cứu hệ thống nước nóng trên thế giới Hệ thống cấp nước nóng trung tâm đã được nghiên cứu từ rất lâu và áp dụng trong các tòa nhà, khách sạn trên thế giới.Các hệ thống cấp nước từ lúc bắt đầu hình thành, phát triển để phù hợp với xu hướng cuộc sống và môi trường sinh thái.Hệ thống tạo nhiệt đi qua lịch sử của mình với các công nghệ hiện đại vượt bậc. Ngày nay, thế giới đang dần phát triển hệ thống nước nóng trung tâm sử dụng bơm nhiệt để thay thế cho các hệ thống truyền thống khác như hệ thống sử dụng sợi đốt bằng điện, hệ thống sử dụng khí gas để đốt nóng, hệ thống boiler dùng dầu diesel. Ngoài ra năng lượng sạch cũng đang được áp dụng công nghệ vào hệ hống cấp nước nóng đem lại hiệu quả trong việc sử dụng năng lượng. Nicholas Carnot đã đề xuất ra một khái niệm chung, ông nhận ra rằng dòng nhiệt thường di chuyển từ nơi có nhiệt độ nóng đến nơi có nhiệt độ lạnh.
Một nhà phắt minh người Mỹ, Robert C. Webber, đã có ý tưởng về một máy bơm nhiệt lấy nguồn nhiệt mặt đất khi anh đang thử nghiệm với tủ đông đặt âm sâu của mình. Ông đã đảo ngược quá trình đó để lấy nhiệt dư tỏa ra dùng sưởi ấm nhà của mình, đó là bước đầu tiên cho phát minh máy bơm nhiệt. Sau các lần thử nghiệm và diều chỉnh thiết kếcuối cùng ông đã tạo ra máy bơm nhiệt hoàn chỉnh để cung cấp nhiệt cho toàn bộ ngôi nhà của mình [17].
Sau máy bơm nhiệt đầu tiên, năm 1748, William Cullen đã chứng minh sự làm lạnh nhân tạo có thể được ghi nhận là sự khởi đầu của nguyên lý khoa học của máy bơm nhiệt. Lord Kelvin đã phát triển ý tưởng vào năm 1852. Đến năm 1855-1857 Peter von Rittinger đã phát triển và xây dựng hệ thống bơm nhiệt đầu tiên [17]. Máy bơm nhiệt thời gian gian đầu mới hình thành đực sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực làm lạnh, sấy khô, hay sưởi ấm.
5 Công ty NEOS CORP có trụ sở đặt tại thành phố Munich chuyên sản xuất thiết bị xử lý nước nóng cho công nghiệp và dân dụng, máy nước nóng năng lượng mặt trời và thiết bị xử lý nước bể bơi. Công ty SEILAR THERMO AUSTRALIA là một trong những công ty hàng đầu trên thế giới chế tạo và lắp đặt máy bơm nhiệt công nghiệp và dân dụng. Từ năm 1970 Mitsubishi Electric đã thử nghiệm, thiết kế và sản xuất các dòng sản phẩm bơm nhiệt thương mại.Công ty là một trong những nhà sản xuất đầu tiên ở Nhật Bản đi tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ bơm nhiệt vào việc cung cấp nước nóng và cũng là nhà sản xuất đầu tiên phát triển dòng sản phẩm dùng môi chất lạnh R407C để tạo ra nước nóng với nhiệt độ lên đến 70°C, đủ cao để hạn chế sự phát triển của vi khuẩn và nấm mốc [18].2 Các nghiên cứu hệ thống nước nóng ở Việt Nam Đã từ lâu, việc khai thác, sử dụng hợp lí các nguồn năng lượng đang trở thành một vấn đề cấp bách mang tính toàn cầu. Những nguồn năng lượng truyền thống (năng lượng hóa thạch) đang ngày càng cạn kiệt, ô nhiễm môi trường và sự nóng lên của khí hậu trái đất do chất thải công nghiệp.
Việt Nam đang từng bước hội nhập với nền kinh tế thế giới, nguồn năng lượng không nhiều, hiệu suất sử dụng năng lượng hiện nay rất thấp. Khi luật “ Sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả 2010” ra đời được Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XII kỳ hợp thứ & thông qua ngày 17 tháng 6 năm 2010 nhằm giảm tổn thất, giảm mức tiêu thụ năng lượng phương tiện, thiết bị mà vẫn đảm bảo nhu cầu, mục tiêu đặt ra đối với quá trình sản xuất và cuộc sống. Tồn tại lớn nhất hiện nay ở nước ta là sử dụng năng lượng còn hết sức lãng phí, nếu so với các nước trong khu vực và trên thế giới thì hiệu suất sử dụng năng lượng của ta rất thấp, gấp 5-7 lần so với các nước trên thế giới, làm cho cường độ năng lượng (kgOE/USD) và hệ số đàn hồi nước ta cao. Trong các tòa nhà, chỉ số tiêu thụ điện tính trên 1m2 sàn cao hơn từ 30% - 50% so với các công trình cùng loại.
Thật vậy, ở châu Âu để sản xuất ra 1kWh điện người ta ta đã thải vào môi trường 0.6kg CO2, thành phần chủ yếu gây ra hiệu ứng nhà kính.Ở Việt Nam hàm lượng CO2 thải ra tính trên 1kWh điện sản xuất chắc chắn cao hơn.Tuy nhiên, trong xu thế hội nhập quốc tế và chuyển hóa trong công cuộc đổi mới hiện nay.Việt Nam đang dần dần chú trọng vào 6 các biện pháp tiết kiệm năng lượng và tìm nguồn năng lượng mới thay thế cho năng lượng hóa thạch [2].Nhận thức được điều này, đề tài khoa học này triển khai nghiên cứu, tính toán và đề xuất các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả. Hiện nay, trong xu thế hội nhập quốc tế, nước ta đã và đang có các công trình nghiên cứu về hệ thống nước nóng sử dụng năng lượng sạch thay thế cho năng lượng điện. Một số công trình nghiên cứu chế tạo đáng chú ý: Thầy Vũ Xuân Quế - Hiệu trưởng trường THCS &THPT Bát Xát (Lào Cai) đã tự tạo ra hệ thống đun nước nóng công suất lớn sử dụng nguyên liệu tự nhiên để chống rét cho học sinh vào mùa đông. Ông Ngô Quốc Tuấn - thợ sửa đồ điện ở phường Đa Mai, thành phố Bắc Giang đã nghiên cứu, chế tạo ra bể nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời có quy mô nhỏ.
Công ty Cổ phần 22 chế tạo, lắp đặt hệ thống tắm nước nóng cho bộ đội vùng rét. Qua các thành tựu trên, một số nghiên cứu chế tạo hệ thống nước nóng chỉ dừng lại tự phát theo đặc điểm từng vùng, tùy vào thời tiết cụ thể. Các nghiên cứu đó còn mang tích chất cá nhân, chưa được hệ thống hay báo cáo khoa học để ứng dụng rộng trong cả nước.3 Tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả trong các tòa nhà Trong xây dựng nói chung và các tòa nhà nói riêng là một trong những ngành tiêu thụ năng lượng rất lớn, ở hầu hết các giai đoạn trong chu trình sống của công trình: từ thiết kế, thi công, khai thác sử dụng. Chỉ riêng việc tiêu thụ năng lượng điện đã thấy có nhiều vấn đề cần giải quyết [2].
Tiêu thụ điện trực tiếp: sử dụng máy điều hòa không khí, đun nước nóng, chiếu sáng, thiết bị điện sinh hoạt, thang máy. Tiêu thụ gián tiếp: vật liệu xây dựng, vật liệu cách nhiệt, mật độ dân cư. 7 Hệ thống ĐHKK 4.41% Hệ thống chiếu sáng 9.11% Hệ thống máy nước 74.83% nóng Hệ thống thang máy Hệ thống khác Hình 1-1: Tiêu thụ điện năng trong các khách sạn [2] Hình 1.1 ta thấy tỉ lệ sử dụng điện năng cho hệ thống máy nước nóng 4. Do đó trong luận văn này triển khai nghiên cứu và đề xuất các giải pháp có thể giảm khoảng 1% phần điện năng đó.2 Tổng quan về thiết kế hệ thống cấp nước nóng trung tâm khách sạn Holiday – thành phố Nha Trang 1.1 Sơ lượt về thiết kế cơ điện và cấp thoát nước khách sạn Holiday – Nha Trang Khách sạn Holiday – Nha Trang do công ty Trách nhiệm Hữu hạn Thương mại Dịch vụ Khải Hoàng làm chủ đầu tư, nằm trên đường Phạm Văn Đồng phường Vĩnh Hòa thành phố Nha Trang tỉnh Khách Hòa, có vị trí thuận lợi giao thông, rất thích hợp xây dựng khách sạn đạt tiêu chuẩn 4 đến 5 sao.
Các hạng mục cơ điện và cấp thoát nước do công ty Cổ phần tư vấn kỹ thuật NBM (NBM CORP) chịu trách nhiệm thiết kế cho công trình. 8 Hình1-2: Mặt bằng tổng thể Hình1-3: Công trình đang trong giai đoạn thi công 9 1.2 Hệ thống cấp nước sử dụng khách sạn Hệ thống cấp nước bao gồm tất cả các đường ống, thiết bị dùng để xử lý, phân phối và vận chuyển nước đến các đối tượng dùng nước. Các đường ống chính và phụ được nối với nhau thông qua các nối, van v. Các hệ thống điều chỉnh áp lực (bình giãn nở, công tắc áp suất) các hệ thống điều chỉnh lưu lượng nước (công tắc mực nước, van phao.) và hệ thống điều khiển bơm bằng điện.
Cụm bơm cấp nước lạnh sinh hoạt: Cụm bơm cấp nước từ bể nước ngầm chứa nước thủy cục lên bể chứa nước trên tầng mái sinh hoạt gồm có 2 bơm đẩy TP-01/02-BF (gồm 1 bơm chạy, 1 dự phòng, bơm được thiết kế chạy luân phiên). Cụm bơm tăng áp BP-01/02-RF được cấp nước sinh hoạt cho các tầng 17, 18, 19, 20 và cấp nước cho hệ thống nước nóng. Hệ thống bơm cấp nước nóng sử dụng heatpump: Cụm bơm tuần hoàn CP- 01/02/03/04-RF bù áp cho hệ thống làm nước nóng heatpump ( mỗi heatpump sử dụng cụm bơm riêng). Cụm bơm hồi nước nóng RP-01/02-RF bơm nước hồi về bình bảo ôn.
Nước nóng được làm nóng trong bốn heatpump HP-R-01/02/03/04 sau khi được làm nóng sẽ dẫn về 4 bình chứa nước nóng có thể tích V= 5m3. Nước nóng từ bốn bình chứa nước nóng có thể tích V= 5m3 nếu nhiệt độ nước ở bình thấp hơn nhiệt độ nước theo yêu cầu thì điện trở sẽ làm nước nóng lên bằng nhiệt độ yêu cầu. Hệ thống này sẽ đảm bảo luôn có nước nóng sử dụng trong mọi điều khiện thời tiết, bất kể những ngày mưa bão liên tục hay trời không có nắng kéo dài. Nước nóng từ đây sẽ chảy tự do (theo trọng lực) cấp xuống cho các tầng condotel, khách sạn, khu bếp.
Hệ thống này hoạt động liên tục cùng với mạng lưới cấp nước nóng, nước nóng không sử dụng hết sẽ được cụm bơm hồi vể 4 bình chứa nước nóng có thể tích V= 5m3. Điều này sẽ giúp cho hệ cấp nước nóng của công trình luôn đảm bảo được nhiệt độ cần thiết trong đường ống để phục vụ một cách tốt nhất nhu cầu dùng nước nóng của công trình ở bất kỳ thời điểm nào [11].3 Tổng quan về đặc điểm tạo nhiệt của Heatpump 1.1 Giới thiệu về heatpump Ta luôn thấy một nguyên tắc là nước luôn chảy từ trên cao xuống thấp, nhiệt luôn truyền từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp, khi di chuyển từ trên cao xuống thấp thì áp xuất không khí thay đổi từ thấp lên cao. Tuy nhiên chúng ta vẫn có thể bơm nước hay nhiệt di chuyển ngược lại chu trình trên.