CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tính cấp thiết của đề tài. Trong giai đoạn hiện nay, khoa học công nghệ đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế và đời sống xã hội. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, kỹ thuật được xem là nền tản tạo nên bước đà vững chắc ngày càng cải thiện nhu cầu đời sống nước ta, nhưng bên cạnh đó thì vấn đề môi trường, nguồn năng lượng sạch hoặc tiết kiệm năng lượng cũng là mối quan tâm hàng đầu không những của nước ta mà là của toàn thế giới nhằm giảm thiểu thiên tai do biến đổi khí hậu và ngăn ngừa hiện tượng trái đất đang nóng dần lên.
Một trong những yếu tố ảnh hưởng tới môi trường đó là chúng ta đả thải một lượng nhiệt đáng kể ra môi trường để giải nhiệt cho dàn ngưng của các hệ thống lạnh dân dụng và trung tâm. Trong khi rất nhiều hộ gia đình và các tòa nhà khách sạn ở nước ta phải sử dụng nước nóng cho sinh hoạt thông qua việc sử dụng các nguồn nhiệt khác như điện năng, nhiên liệu hoặc bằng năng lượng mặt trời… Với phương pháp gia nhiệt nước bằng điện năng, ví dụ như máy nước nóng, phương pháp này có ưu điểm là tạo ra nguồn nước nóng nhanh, liên tục và có nhiệt độ phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng cá nhân, thiết bị nhỏ gọn, đơn giản và dễ sử dụng nhưng do phương pháp này sử điện năng mà điện năng chủ yếu được tạo ra từ các loại nhiên liệu và trong quá trình sản xuất điện cũng thải ra môi trường không ít các chất độc hại làm ô nhiễm môi trường và làm cho trái đất nóng lên. Với nhu cầu thiết yếu trên, nhóm chúng em với mong muốn được tối ưu hóa nên đã quyết định chọn đề tài “ Thiết kế và chế tạo hệ thống bơm nhiệt thu hồi nhiệt thải từ đầu đẩy máy nén hệ thống điều hòa không khí Water Chiller”. Với mục tiêu đưa ra hệ thống bơm nhiệt thu hồi nhiệt thải, đồng thời kết hợp với nhiều giải pháp nhằm nâng cao công nghệ để cải thiện chi phí vận hành, giảm thải các chất ô nhiễm môi trường và có hiệu quả năng lượng tốt hơn và lợi ích kinh tế.
Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển hệ thống bơm nhiệt là cần thiết để hệ thống này được sử dụng phổ biến rộng rãi với những ưu điểm mà nó có. Tổng quan các nghiên cứu liên quan. Nghiên cứu ngoài nước. Các nguồn nhiệt có triển vọng để sử dụng trong máy bơm nhiệt (HP) là nước thải công nghiệp và nhiệt thải từ các nhà máy xử lý nước thải đô thị.
Alekseiko và cộng sự [1] đã nghiên cứu và phân tích về hiệu quả của các bơm nhiệt được lắp đặt trong các nhà máy xử lý nước thải của Vladivostok được trình bày. Một sơ đồ của thiết bị sử dụng nhiệt nước thải đô thị được hiển thị. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của bơm nhiệt sử dụng các nguồn nhiệt ở nhiệt độ thấp đã được xác định. Việc đánh giá kinh tế của các giải pháp công nghệ được đề xuất đã được thực hiện.
Các điều kiện thực tế của việc sử dụng bơm nhiệt trên đối tượng được xác định trong nghiên cứu. Nghiên cứu đã xem xét các đặc tính công nghệ của cốt liệu và xả nước thải đô thị.1: Sơ đồ lắp đặt bơm nhiệt cho nhà máy xử lý nước thải. Sara Simona Cipolla và Marco Maglionico [2] đã nghiên cứu nước thải sinh hoạt được đặc trưng bởi nhiệt độ cao hơn bởi vì bên trong các tòa nhà 60% nước được làm nóng bằng vòi hoa sen, bồn tắm, bồn rửa, máy rửa chén và máy giặt quần áo. Nhiệt này, ngày nay bị mất vào hệ thống thoát nước, có thể làm cho nước thải trở thành chất mang nhiệt.
Nhiệt này có thể được tái sử dụng, để sản xuất năng lượng nhiệt sạch và có thể tái tạo, thông qua các bộ trao đổi nhiệt và bơm nhiệt, để điều hòa và sưởi ấm các tòa nhà. Có một số lựa chọn để thu hồi nhiệt này: trong nhà (ứng dụng quy mô nhỏ), từ cống (ứng dụng quy mô trung bình) hoặc tại các nhà máy xử lý nước thải (ứng dụng quy mô lớn). Trong bài báo 12 này, kết quả của một khoảng thời gian theo dõi sáu tháng trong hệ thống cống của Bologna (Ý) đã cho thấy sự thay đổi của tốc độ dòng chảy và nhiệt độ nước thải và xu hướng hàng ngày của chúng. Xu hướng của dòng chảy (tỷ lệ giữa lưu lượng hàng giờ và lưu lượng trung bình hàng ngày) cho ngày chung được liên kết với dân số, với các hệ số nằm trong khoảng 0,25 - 1,50 với các giá trị cao nhất nằm trong khoảng từ 1,30 đến 1,50; xu hướng của nhiệt độ nước thải trong ngày chung có các hệ số trong khoảng từ 0,90 đến 1,05 và nó độc lập với dân số.
Lượng năng lượng nhiệt có thể thu được từ nước thải và thiết kế tối ưu các hệ thống thu hồi nhiệt phụ thuộc vào kiến thức về tốc độ dòng chảy và nhiệt độ nước thải. Nghiên cứu này có thể hữu ích để lập bản đồ năng lượng nhiệt tiềm năng của các hệ thống nước thải và thiết kế các hệ thống thu hồi nhiệt. Marco Lucentini và cộng sự [3] đã nghiên cứu kiểm soát khí hậu trong nhà của các tòa nhà hiện nay chiếm tỷ lệ tiêu thụ năng lượng cao nhất trong Liên minh châu Âu. Do đó, việc đánh giá hệ thống HVAC hoạt động tốt nhất là mục tiêu chiến lược cho cả tiêu thụ năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính.
Zhang Qunlia [4] đã nghiên cứu một loại phương pháp gia nhiệt hỗn hợp cho việc thu hồi nhiệt thải của nước thải để xây dựng nguồn cung cấp nhiệt. Bằng cách là liên kết nhà máy xử lý nước thải và nhà máy sưởi kết hợp với vận hành sưởi ấm, thông qua hệ thống bơm nhiệt nguồn nước thải để tái chế năng lượng nhiệt nước thải cho hệ thống sưởi ấm đô thị. Kết quả nghiên cứu cho thấy so với hai phương pháp sưởi ấm khác, trong cùng một tải nhiệt, phương pháp gia nhiệt kiểu bơm nước thải kết hợp có ưu điểm là thu được nguồn năng lượng cao, chi phí vận hành thấp, phù hợp cho việc sưởi ấm. Hiệu quả của bơm nhiệt phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ của nguồn nhiệt.
Alekseiko và các cộng sự [5] đã nghiên cứu vào mùa hè, nhiệt độ của nước thải cao. Nhờ đó, hiệu suất chuyển đổi cao. Trong trường hợp này, bơm nhiệt có thể làm nóng nước với chi phí năng lượng thấp. Vào mùa hè, hầu hết tải được giải quyết bởi các máy bơm nhiệt.
Với sự gia tăng tiêu thụ nhiệt, các lò hơi được sử dụng trong lò hơi khí. Các bơm nhiệt giảm tiêu thụ nhiên liệu để chuẩn bị nước cho mạng lưới sưởi ấm. 13 Vào mùa đông, nhiệt độ của nước thải giảm xuống và mức tiêu thụ nhiệt tăng lên đáng kể. Trong thời gian này, bơm nhiệt chỉ được sử dụng như một nguồn nhiệt bổ sung để làm nóng nước.
Lượng nhiệt cơ bản cho thành phố được cung cấp bởi các lò hơi.2 cung cấp một đánh giá về COP 4 của một bơm nhiệt không khí ở Vladivostok trong tháng Tư ở nhiệt độ ngưng tụ Tc ¼ 70 C Hình 1.2: Sự thay đổi của COP 4 cho bơm nhiệt không khí (Vladivostok, AprileAugust 2011). Sara Simona Cipolla và Marco Maglionico [2] đã nghiên cứu dữ liệu được ghi lại sau mỗi 3 phút, được tính trung bình với bước thời gian là một giờ. Dữ liệu được ghi lại, để loại bỏ sự cố có thể xảy ra của các thiết bị, đã được xử lý thông qua một quá trình lựa chọn dựa trên đường trung bình động. Hình 3 cho thấy chuỗi thời gian trong tháng 10, cho ba thông số được theo dõi: lưu lượng, nhiệt độ nước thải và nhiệt độ bên ngoài (nhiệt độ không khí), đối với ống dẫn "C", để xác định các động thái theo thời gian.3: Biểu diễn xu hướng của nhiệt độ không khí bên ngoài, nhiệt độ nước thải và lưu lượng (trung bình hàng giờ) được ghi lại trong ống dẫn "C" trong tháng 10.
Lưu lượng và nhiệt độ nước thải có xu hướng gần như không đổi; các biến động hàng ngày định kỳ có thể nhìn thấy rõ ràng. Rõ ràng là sự thay đổi nhiệt độ trong nước thải bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi của tốc độ dòng chảy hơn là sự thay đổi của nhiệt độ không khí bên ngoài. Trong các đợt mưa, kể từ khi hệ thống cống được kết hợp, có sự gia tăng tốc độ dòng chảy và do đó nhiệt độ nước thải giảm. Phân tích dữ liệu nhiệt độ của nước thải trong toàn bộ thời gian quan sát có sẵn, có thể xác định sự thay đổi của nó so với nhiệt độ không khí ngoài trời.4 cho thấy nhiệt độ nước thải trong hệ thống cống, so với nhiệt độ không khí bên ngoài, tương đối ổn định trong thời gian quan trắc.
Nhiệt độ nước thải là 11-16 ° C vào mùa đông, cao hơn nhiệt độ không khí; Đặc biệt, nhiệt độ tối thiểu của nước thải được ghi nhận trong khoảng thời gian từ cuối tháng 12 đến đầu tháng 1 khi nhiệt độ không khí giảm xuống khoảng -2,5 ° C trong khi nhiệt độ nước thải luôn trên 11 ° C.4: Biểu đồ chuỗi thời gian ghi từ ngày 28/09/2006 đến ngày 15/02/2007 trong ống dẫn "C" của nhiệt độ trung bình hàng giờ của nước thải và của không khí bên ngoài. Marco Lucentini và cộng sự [3] đã nghiên cứu không có sự thay đổi đáng kể ở các vùng khí hậu khác nhau trong biểu đồ thể hiện trong Hình 1.5, vì sự gia tăng chi phí trong một mùa nói chung được cân bằng với sự giảm trong mùa khác. Sự kết hợp giữa lò hơi với máy bơm nhiệt không khí thể hiện sự khác biệt rõ ràng nhất giữa các vùng khí hậu khác nhau, trên thực tế, nó đắt hơn ở các vùng khí hậu nóng, do hiệu suất của máy bơm nhiệt không khí giảm do nhiệt độ bên ngoài tăng lên, trong thời gian mùa hè. Đối với các vùng khí hậu khác, việc kết hợp máy bơm nhiệt với lò hơi sinh khối sẽ rẻ hơn, nhất là đối với vùng khí hậu lạnh.
Điều này liên quan đến một bất lợi cho các máy bơm nhiệt hấp thụ. Đây là một công nghệ tương đối non trẻ cho lĩnh vực gia dụng và nó đang nổi lên trên thị trường năng lượng, nhưng nó chưa thể cạnh tranh với các máy bơm nhiệt điện trưởng thành hơn và độ tin cậy đã được thiết lập tốt của chúng. Một kết quả rất quan trọng liên quan đến máy bơm nhiệt địa nhiệt luôn được coi là một công nghệ quá đắt tiền.