Đồ án hệ thống cung cấp nhiệt đề tài tính toán thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt cho bể bơi khách sạn paraside

Hình 1.1: Sơ đồ cấp nhiệt cho bể bơi bằng bơm nhiệt 1.1 Nguyên lí hoạt động của bơm nhiệt Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm dòng nhiệt từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độcao hơn để sử dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT

 ĐỀ TÀI  :TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIỆT CHO BỂ

BƠI KHÁCH SẠN PARASIDE

Hà Nội - 2021

Mục Lục

LỜI MỞ ĐẦU 4

Chương 1: Giới thiệu về các phương pháp cấp nhiệt cho bể bơi 5

1 Cấp nhiệt cho bể bơi bằng bơm nhiệt 5

1.1 Nguyên lí hoạt động của bơm nhiệt 5

1.2 Thiết bị phụ 7

1.3 Ưu nhược điểm 8

2 Cấp nhiệt cho bể bơi bằng lò hơi 10

2.1 Nguyên lý hoạt động của lò hơi 11

2.2 Các thiết bị phụ 12

2.3 Ưu nhược điểm 13

3 Làm nóng hồ bơi bằng thảm năng lượng mặt trời 13

3.1 Nguyên lí hoạt động của hệ thống 13

3.2 Ưu nhược điểm 15

4 Một số bể bơi 4 mùa 16

4.1 Bể bơi bốn mùa Hapulico 16

4.2 Bể bơi bốn mùa Time City 17

Chương 2: Tính toán sơ bộ 18

1 Nguyên lý hoạt động của bể: 18

2 Tính toán nhiệt lượng cấp cho bể 19

2.1 tính toán nhiệt lượng cần cấp cho bể ban đầu 19

2.2 tính toán bơm nhiệt gia nhiệt cho nước khi bể hoạt động 19

2.3 tính chọn bơm nhiệt 21

Chương 3: Tính toán đường kính ống và giáng áp trên đường ống 22

1 Sơ đồ nguyên lý 22

2 Tính cho đoạn AB 23

2.1 Tính đường kính đoạn AB 23

2.2 Tính giáng áp trên đoạn AB 23

3 Tính cho đoạn BC 25

3.1 Tính đường kính ống cho đoạn BC 25

3.2 Tính giáng áp trên đoạn BC 25

4 Bảng tổng kết tính toán mạng nhiệt 26

Chương 4: Tính toán chọn bơm 28

1 Tính toán cột áp của bơm 28

2 Tính công suất bơm và chọn bơm 30

Chương 5: Bản vẽ hệ thống cấp nhiệt cho bể bơi bằng bơm nhiệt 32

Tài liệu tham khảo 33

Hiện nay đã xuất hiện một số bể bơi hiện đại với những trang thiết bị mới không những phục vụ tốt cho mùa hè mà còn có thể sử dụng vào những ngày đông thời tiết lạnh giá Hình thức bể bơi này đem lại nhiều lợi ích cả về sức khỏe cũng như tinh thần cho con người đồng thời nâng cao hiệu quả phục vụ cũng như lợi nhuận của chủ đầu tư Hình thức bể  bơi nói trên là bể bơi bốn mùa Đây cũng chính là đối tượng nghiên cứu trong đề tài lần này của chúng em.

Với đề tài lần này chúng em sẽ nghiên cứu thiết kế hệ thống cấp nhiệt cho bể bơi bốn mùa Trong quá trình nghiên cứu, trình bày chúng em không tránh khỏi những thiếu sót mong thầy và các bạn đóng góp ý kiến

để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1: Giới thiệu về các phương pháp cấp nhiệt

cho bể bơi

1 Cấp nhiệt cho bể bơi bằng bơm nhiệt

Trong tự nhiên, xu hướng nhiệt độ truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi cónhiệt độ thấp hơn Chính vì vậy, người ta dùng máy bơm nhiệt heat pump để dichuyển nhiệt từ một nguồn nhiệt thấp hơn tới nguồn nhiệt cao hơn và ngược lại. Như vậy, máy bơm nhiệt là một thiết bị hoạt động theo nguyên lý Nhiệt độnglực, sử dụng một lượng nhỏ năng lượng để hấp thụ và điều chỉnh nhiệt độ, dichuyển nó đến nơi mong muốn Vì lý do đó, bơm nhiệt được sử dụng nhiều đểcấp nhiệt cho bể bơi (Hình 1.1)

Hình 1.1: Sơ đồ cấp nhiệt cho bể bơi bằng bơm nhiệt

1.1 Nguyên lí hoạt động của bơm nhiệt

Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm dòng nhiệt từ nhiệt độ thấp lên nhiệt độcao hơn để sử dụng Để duy trì hoạt động của bơm nhiệt cần phải tiêu tốn mộtnăng lượng để chạy máy nén Như vậy bơm nhiệt có nguyên lý và hoạt độngnhư máy nén lạnh Sự khác nhau chỉ là mục đích sử dụng, ở máy lạnh người ta

sử dụng hiệu ứng lạnh do máy tạo ra ở dàn bay hơi, còn ở bơm nhiệt người ta

sử dụng hiệu ứng nhiệt sinh ra ở dàn ngưng tụ hoặc đồng thời sử dụng cả lạnh

và cả nhiệt (Hình 1.2)Giai đoạn 1: bay hơi

Chất thải nhiệt (dạng lỏng) có nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ không khí đivào dàn ngưng tụ tại đây , chất thải hấp thụ nhiệt độ của không khí và nóng lên, bay hơi và trở thành chất tải nhiệt ấm (dạng khí).

Không khí bị mất nhiệt liền ngưng tụ thành nước trên bề mặt ngưng tụ

Giai đoạn 2: Nén

Chất tải nhiệt ấm ( dạng khí) tiếp tục đi vào máy nén của bơm nhiệt nươc nóng

Do tính chất vật lý đặc trưng nên nhiệt độ của chất tải nhiệt dễ dàng tăng vọt lênkhi ta tác động lên nó một lực nén

Giai đoạn 3: Ngưng tụ

Ra khỏi máy nén , chất tải nhiệt lúc này đã có nhiệt độ rất cao (khoảng hơn 100°C)tiếp tục đi vào dàn bay hơi tại đây , chất tải nhiệt truyền nhiệt cho nước và làmnóng lên đến nhiệt độ yêu cầu (55-65°C)

 Nước nóng được dẫn về trữ trong bồn bảo ôn để trung hòa với nước lạnh hơn trong bồn

Giai đoạn 4: Giảm áp

Chất tải nhiệt nóng sau khi truyền nhiệt cho nước liền mất nhiệt trở thành chất tảinhiệt ấm Tiếp tục đi qua van tiết lưu (van giảm áp ) để hạ về mức nhiệt độ banđầu Sau đó bắt đầu một vòng tuần hoàn nhiệt mới

Quá trình làm nóng nước sẽ kết thúc khi toàn bộ nước trong bồn bảo ôn đạt đếnnhiệt độ yêu cầu

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

1.2 Thiết bị phụ

a) Bơm nước

Bơm được đặt trước bộ lọc để luân chuẩn nước thành vòng tuần hoàn từ bể bơi đến

 bộ lọc qua các thiết bị van đến hệ thống bơm nhiệt rồi trở lại hồ bơi

 Các chất bẩn dạng rắn, xác vi trùng… sẽ được giữ lại trong buồng lọc (cácchất bẩn này sau một thời gian sẽ bị thải ra ngoài khi tiến hành xúc bộ lọc)

 Các chất bẩn dưới dạng hóa chất (nước tiểu, mồ hôi…) sẽ được các vật liệulọc nước giữ lại và chuyển hóa thành nước sạch

 Phần nước sạch sau khi được lọc sẽ được chạy qua hệ thống châm hóa chất – khử trùng, qua hệ thống bơm nhiệt sau đó được trả vào bể bơi Đồng thờiqua quá trình này PH của nước cũng được cân bằng ở mức chuẩn 7,2-7,6 đểkhông gây hại cho da

1.3 Ưu nhược điểm

a) Ưu điểm

Ưu điểm vượt trội của bơm nhiệt chính là phần lớn nhiệt thu được ở dàn ngưng

là được lấy từ môi trường bên ngoài như không khí hoặc nước luôn có sẵn xungquanh chúng ta Hiệu quả năng lượng COP của bơm nhiệt phụ thuộc chủ yếuvào độ chênh giữa nhiệt độ ngưng tụ và bay hơi.Để đảm bảo COP của bơmnhiệt phải bằng 3 trở lên thì độ chênh nhiệt đọ không được quá 50oC-60oC.Cũng chính vì lí do hiệu quả năng lượng nên nhiệt độ nước nóng và không khí

ra từ dàn ngưng tụ dung cho sấy sưởi và sinh hoạt thường không vượt quá 60oC.Trừ trường hợp nguồn nhiệt thải (môi trường) cao hơn cung cấp cho dàn bayhơi

 _Chi phí vận hành thấpBơm nhiệt có chi phí vận hành hàng năm thấp hơn nhiều so với việc sử dụng điệnhoặc ga để làm sản xuất nước nóng (Hình 1.3) Điều này có được là do thiết bị sửdụng điện không phải để đun nóng nước mà là để hấp thụ nhiệt từ không khí, giatăng nhiệt cho nó và dùng nó để làm nóng nước Khoảng ba phần tư nhiệt độ cóđược là do hấp thụ từ môi trường.Trong chu trình nêu trên, chúng ta có thể thấyrằng năng lượng do bơm nhiệt tạo ra tương đương với nhiệt lượng QC đã đượctruyền vào nước lạnh trong bình chứa (bình bảo ôn) Theo tính toán của các chuyêngia, nhiệt lượng được hấp thụ từ không khí QA bằng 3/4 QC và đây chính là phầnnăng lượng hệ thống tiết kiệm được.Hệ thống chỉ tiêu thụ lượng điện năng QB bằng 1/4 tổng khối lượng năng lượng tạo ra Do vậy khi sử dụng công nghệ bơmnhiệt làm nóng nước phục vụ cho sinh hoạt chúng ta có thể tiết kiệm đến 75% chi phí năng lượng so với việc sử dụng bình nước nóng thông thường

Hình 1.3: Bảng giá thành phải trả cho 1 triệu BTU nhiệt

 _ Khả năng thu hồi vốn nhanhCác thiết bị nhiệt và điều hòa thường có giá thành cao Tuy nhiên, mặc dù có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn nhưng Bơm nhiệt (Heat Pum) có chi phí vận hành hàngnăm thấp hơn nhiều so với so với việc sử dụng điện hoặc gas để sản xuất nướcnóng Một hệ thống Heat Pump được lắp đặt hợp lý sẽ tiết kiệm đáng kể chi phívận hành và mang lại cho chủ đầu tư khả năng thu hồi vốn trong khoảng 2 năm  _ Độ bền cao

 Nhiệt lượng trong không khí là miễn phí và vô tận.Nhưng sẽ là vô ích nếu thiết bị

có tuổi thọ không cao và nó sẽ chẳng mang lại lợi ích gì cho chủ đầu tư cả.Bơmnhiệt (heat pump) được thiết kế với hệ thống bảo vệ thông minh, các bộ phận tiếpxúc với nước được làm bằng thép không gỉ hoặc tráng men, vỏ máy sơn tĩnh điệncao cấp chịu được mọi thời tiết đảm bảo tuổi thọ máy 15 đến 20 năm

Với tính năng tiết kiệm và an toàn cao, bơm nhiệt được áp dụng trong dân dụng sẽđảm bảo nhu cầu nước nóng quanh năm với chi phí ít hơn khoảng 65% so với sửdụng bình nước nóng đun điện thông thường

Một số loại máy bơm nhiệt còn được kết hợp giữa việc làm nước nóng và điều hòađảm bảo cả nhu cầu làm mát, sưởi ấm và nước nóng quanh năm với chi phí thấp

  _Trong thương mại và công nghiệp

Trong thương mại và công nghiệp, bơm nhiệt (Heat Pump) rất thích hợp ứng dụngcho những nghành cần lượng nước nóng lớn như khách sạn, khu tổ hợp chung cư,nhà máy sản xuất thực phẩm, nhà hàng, xưởng giặt là và bệnh viện

Với việc sử dụng nước nóng thường xuyên, chi phí điện năng, dầu là rất lớn Ápdụng công nghệ bơm nhiệt sẽ góp phần tiết kiệm đáng kể chi phí khổng lồ trên qua

đó giúp giảm giá thành, tăng khả năng cạnh tranh, tăng lợi nhuận

 b) Nhược điểm _Chi phí ban đầu khá cao Tuy nhiên, sau khoảng 2 năm sẽ bù được vốn vìtiền điện sẽ bù tiền máy

 _Có thể gây tiếng ồn lớn với máy có công suất cao

2 Cấp nhiệt cho bể bơi bằng lò hơi

Trước kia, nồi hơi là phương pháp gia nhiệt được sử dụng khá phổ biến với các loạihình như nồi hơi dầu, nồi hơi điện, nồi hơi gas… Bởi phương pháp gia nhiệt nàyđược đánh giá là có hiệu suất cao, đáp ứng được nhu cầu lớn về nước nóng trongcác bể bơi (Hình 1.4) hoặc khách sạn

Hình 1.4: sơ đồ cấp nhiệt cho bể bơi bằng lò hơi

2.1 Nguyên lý hoạt động của lò hơi

Các thiết bị chính trong lò hơi

Hệ cấp liệu: được trang bị hoạt động tự động hoặc bán tự động Bao gồm các thiết

 bị như xe xúc lật, xe múc, phễu chứa liệu, gầu tải, băng tải,… Được bố trí điểukhiển một cách liên tự động, tự định lượng và tự cấp liệu cho lò hơi Hệ thống cấpliệu còn được bố trí thêm cân khối lượng để xác định lượng nhiên liệu tiêu hao.Buồng đốt- Thân lò: được thiết kế để đốt nhiên liệu cháy kiệt nhất có thể Hấp thụnhiệt tốt nhất cho quá trình sinh hơi Bao gồm các thiết bị như: Buồng đốt, béc đốt,chùm ống hấp thụ bức xạ nhiệt, chùm ống sinh hơi

Bộ thu hồi nhiệt (bộ hâm nước, bộ sấy không khí):  để tận dụng nhiệt lượng từkhói thải, tăng hiệu suất của lò hơi và giảm nhiệt độ khói thải ra môi trường

Hệ thống lọc bụi: có thể lựa chọn lọc bụi túi vải, lọc bụi tĩnh điện, cyclone lọc bụi

đa cấp, tháp lọc bụi ướt, bể lắng tro Để xử lý tro bụi từ quá trình cháy nhiên liệucủa lò hơi Mục đích để cho khói thải khi ra khỏi ống đảm bảo được các tiêu chuẩn

do nhà nước quy định

Quạt hút và ống khói: khói thải sau khi đã được tận dụng nhiệt Xử lý lọc bụi quanhiều cấp sẽ được quạt hút đẩy lên ống khói và thải ra môi trường

Nguyên lý làm việc của lò hơi:

 Nồi hơi là một bồn kín hình trụ có khả năng chứa nước và hơi nước Nước được lưutrữ trong nồi hơi để tạo ra hơi nước Nước được làm nóng bằng ngọn lửa hoặc khínóng được tạo ra bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu Và do đó hơi nước được tạo ratrong lò hơi ở áp suất khác nhau Theo các thông số thiết kế của nồi hơi và đặc điểm

kỹ thuật của nó Hơi nước sẽ được đưa qua một đường ống cung cấp cho nhiều nhucầu khác nhau

2.2 Các thiết bị phụ

a) Bộ lọc

Đúng như tên gọi, bình lọc dùng để tạo ra nguồn nước sạch trong bể Bình lọc có

thiết kế với cấu tạo nhiều lớp có khả năng lọc nước, lọc bụi bẩn, cát, cũng như diệt

 Các chất bẩn dạng rắn, xác vi trùng… sẽ được giữ lại trong buồng lọc (cácchất bẩn này sau một thời gian sẽ bị thải ra ngoài khi tiến hành xúc bộ lọc)

 Các chất bẩn dưới dạng hóa chất (nước tiểu, mồ hôi…) sẽ được các vật liệulọc nước giữ lại và chuyển hóa thành nước sạch

 Phần nước sạch sau khi được lọc sẽ được chạy qua hệ thống châm hóa chất –khử trùng, qua thiết bị gia nhiệt sau đó được trả vào bể bơi Đồng thời quaquá trình này PH của nước cũng được cân bằng ở mức chuẩn 7,2-7,6 đểkhông gây hại cho da

b) Bơm nước

Hệ thống sử dụng bơm nước để luân chuyển nước tuần hoàn từ bể bơi qua hệ thốnglọc đến thiết bị gia nhiệt rồi quay trở lại bể

c) Thiết bị gia nhiệt

Để nước được gia nhiệt từ lò hơi, cần có thiết bị gia nhiệt Thiết bị này có tác dụngthực hiện sự trao đổi nhiệt nhiệt giữa hơi ở lò hơi và nước trong đường ống

d) Bơm tuần hoàn

Bơm tuần hoàn giúp tạo ra vòng tuần hoàn cưỡng bức trong lò hơi (chuyển độngcủa môi chất làm việc trong ống sinh hơi)

Tác dụng của bơm tuần hoàn:

 Tăng năng suất sinh hơi

 Đáp ưng tốt hơn khi tải thay đổi

 Phân bố nhiệt đồng đều hơn

 Thu nhỏ tiết diện ống

2.3 Ưu nhược điểm

a) Ưu điểm

Phương pháp gia nhiệt này được đánh giá là có hiệu suất cao, đáp ứng được nhu cầulớn về nước nóng trong các bể bơi hoặc khách sạn

b) Nhược điểm

-Tiêu thụ nhiều điện năng cho hệ thống quạt cao áp

- Việc lắp đặt nồi hơi cần có không gian và diện tích rất lớn

- Trong quá trình sử dụng nồi hơi tạo ra nhiệt lượng và áp suất rất lớn nên dễ phátsinh tình trạng cháy, nổ

- Khi sử dụng nguyên liệu đốt sinh nhiệt có thể sản sinh ra khói, bụi gây ảnh hưởngđến môi trường xung quanh

3 Làm nóng hồ bơi bằng thảm năng lượng mặt trời

Với năng lượng mặt trời ban đầu là đơn giản và hấp dẫn Đây là một phương pháptiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường để làm ấm hồ bơi

3.1 Nguyên lí hoạt động của hệ thống

Các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời bao gồm năm phần chính (Hình 1.5):

Bộ hấp thụ năng lượng mặt trời:

Được làm từ nhiều vật liệu khác nhau, được sử dụng để hấp thụ năng lượng mặttrời Nước trong bể bơi sẽ được lưu thông qua đây, giúp làm tăng nhiệt độ cho nước

Bộ điều khiển năng lượng mặt trời:

Một bộ điều khiển giúp theo dõi và kiểm soát nhiệt độ nước và hệ thống làm việcVan điều khiển dòng chảy:

Đây là thiết bị có khả năng hoạt động tự động hoặc điều chỉnh bằng tay để điềukhiển hướng nước bể bơi đi qua bộ thu năng lượng mặt trời

Quy trình làm nóng nước như sau: Nước được đưa vào máy, chảy qua hệ thống

 bộ lọc, rồi sau đó chảy vào bộ thu năng lượng mặt trời Tại đây, nước được làmnóng lên, sau đó được bơm trả lại vào hồ Việc luân chuyển nước vào ban đêm giúplàm giảm nhiệt độ của nước vào ngày hè oi bức

Hình 1.5: Nguyên lí hoạt động của thảm năng lượng mặt trời

3.2 Ưu nhược điểm

a) Ưu điểm

Máy có khả năng biến năng lượng mặt trời thành nhiệt năng để làm nóngnước bể bơi Ở Việt Nam, có nhiều vùng nắng nóng, mức độ chiếu sáng của mặttrời cao, như ở miền Nam, miền Trung nên việc lắp đặt máy nước nóng năng lượngmặt trời rất dễ dàng

Máy có thể thoải mái lắp đặt nó ở bất cứ vị trí nào trên mái nhà sản phẩm antoàn và thân thiện với môi trường

Một nhược điểm nghiêm trọng của các thảm mặt trời này là sự phụ thuộc thờitiết của chúng Không có ánh sáng mặt trời, thảm sẽ không truyền đủ nhiệt vàonước hồ bơi

4 Một số bể bơi 4 mùa

4.1 Bể bơi bốn mùa Hapulico

Hình 1.6 Bể bơi bốn mùa Hapulico

Bể bơi bốn mùa Hapulico nằm dưới tầng hầm của toà nhà chung cư cao cấpHapulico Hệ thống bể có diện tích cực rộng lên đến 1000m2, được chia làm bakhu có kích thước tương đương nhau là 50m x 20m Trong đó có hai khu vựcdành cho người lớn và khu dành cho trẻ em

 Nước tại bể bơi Hapulico được lọc bằng công nghệ điện phân muối Thiết bị sẽ

tự phân tích muối được cho vào bể bơi tao thành chlorine để khử trùng cho bể

Hệ thống nước nóng của bể bơi đang sử dụng là công nghệ máy nước nóng bơmnhiệt gồm hai máy Green Heat RB - GH - 3PU và 5 máy Green Heat GHT -25PTU

4.2 Bể bơi bốn mùa Time City

Hình 1.7 Bể bơi bốn mùa Time City

Bể bơi Time City có không gian lên đên 4000m2 được chia theo chức năng, đốitượng rõ rệt thành 3 bể người lớn, thiếu niên và trẻ em Bể người lớn rộng nhất với400m2 có từng làn bơi cụ thể với chiều dài 56m Bể bơi thiếu niên và trẻ em có độsâu tương ứng là 0,9m và 0,5m

Để đáp ứng nhu cầu của người dân trong 4 mùa, toàn bộ cụm hồ bơi được gianhiệt bởi hệ thống bơm nhiệt Cùng với nhiệt độ nước, không gian bể bơi cũngđược làm ấm vào mùa đông. Tiếp theo đó hồ bới còn được trang bị thiết bị hồ bơi bằng hệ thống lọc nước tuần hoàn chuyên dụng với công suất hoạt động lớnnhưng luôn đảm bảo an toàn cho người sử dụng Hệ thống lọc đó bao gồm bình lọccát máy bơm nước hồ bơi và hệ thống ống dẫn ngầm bên dưới Nước hồ bơi sẽ liêntục được đẩy vào bình lọc cát bằng máy bơm hút Vi khuẩn và chất bẩn đi qua bìnhlọc sẽ giữ lại ở lớp cát trong bình, nước sạch còn lại sẽ tiếp tục theo đường ống dẫntrả lại cho hồ đảm bảo cho hồ luôn đủ nước phục vụ nhu cầu người sử dụng

Chương 2: Tính toán sơ bộ

Bể bơi được thiết kế ở tầng 5 của khách sạn Để dễ dàng lắp đặt cũng như tiết kiệmchi phí vận hành nhóm em chọn thiết bị cấp nhiệt cho bể bơi là bơm nhiệt

1 Nguyên lý hoạt động của bể:

 - Gia nhiệt cho bể: Nước được cấp vào máy bơm nhiệt nhờ những bơm lấy nước từ

 bể bơi Trong máy bơm nhiệt diễn ra quá trình trao đổi nhiệt làm nóng nước, nướcnóng được vận chuyển đến bể bơi để gia nhiệt cho nhiệt cho bể bơi trong