Đồ Án môn học thiết kế sơ bộ hệ thống cung cấp nhiệt cho khách sạn hạ long dhl

Sử dung nhiệt ở công trình Khách sạn Hạ Long DHL tiêu chuẩn 4 sao gồm 91 phòng ngủ: Mỗi căn phòng đều theo lối thiết kế hiện đại , kết hợp cùng những tông màu đặc trưng của khách sạn ,

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế sơ bộ hệ thống cung cấp nhiệt cho

khách sạn Hạ Long DHL

Nhóm 5 – Mã lớp 743473 Sinh viên thực hiện MSSV

Bùi Trung Hiếu 20214669

Bùi Việt Hưng 20214709

Lê Huy Hùng 20193805

Lê Quốc Hưng 20204333

Giảng viên hướng dẫn : Ths.Phạm Anh Minh Chữ ký của GVHD

Bộ môn : Hệ thống năng lượng nhiệt

Viện : Khoa năng lượng nhiệt

HÀ NỘI , 6/2024

Chương 1 : tổng quan về công trình và phương án cấp nhiệt

1 Giới thiệu về công trình

1.1 Tên gọi của công trình – Khách sạn Hạ Long DHL

1.2 Vị trí địa lý và đặc điểm của công trình

D’Lecia Hạ Long là khách sạn với thiết kế mang hơi hướng tân cổ điển, chấm phá với một vài nét hiện đại D’Lecia Hạ Long toạ lạc tại khu Cái Dăm, Bãi Cháy, một vị trí thuận tiện đi đến các điểm du lịch nổi tiếng và cũng được bao quanh bởi các điểm ăn uống đặc trưng của Hạ Long, và chỉ mất 1 phút đến chợ hải sản Cái Dăm, 8 phút để di chuyển từ khách sạn đến các điểm đặc trưng như khu phức hợp giải trí Sun World, bãi biển Bãi Cháy, chợ đêm Hạ Long và cảng tàu khách quốc tế Hạ Long

1.3 Sử dung nhiệt ở công trình

Khách sạn Hạ Long DHL tiêu chuẩn 4 sao gồm 91 phòng ngủ:

Mỗi căn phòng đều theo lối thiết kế hiện đại , kết hợp cùng những tông màu đặc trưng của khách sạn , tất cả tạo nên sự hài hoà với cảnh quan nơi đây.Bên cạnh đó ,các phòng đều được trang bị cơ sở vật chất gồm những thiết bị và phương tiện hiện đại như ti vi thông minh, két sắt, minibar,…

Từ trên chúng em xin thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt phục vụ cho nhu cầu sau của khách sạn :

+ Hệ thống nước nóng cung cấp cho các phòng ngủ và các nhà vệ sinh

+ Hệ thống hơi bão hoà phục vụ cho giặt, là , nấu nướng của bếp và gia nhiệt cho nước nóng

2 Phương án cấp nhiệt cho công trình

Như chung ta đã biết, Hạ Long là vùng biển đảo khí hậu phân hoá 2 mùa rõ rệt: mùa

hạ nóng ẩm với nhiệt độ khoảng 27-29°C và mùa đông khô lạnh với nhiệt độ 16-18°C, nhiệt độ trung bình năm dao động trong khoảng 15-25°C

Qua những hiểu biết trên về thời thiết khí hậu tại khách sạn Hạ Long DHL em đưa ra phương pháp cấp nhiệt chính sau để phù hợp nhất với các yếu tố về con người khí hậu và đặc biệt là kinh tế cho khách sạn là LÒ HƠI kết hợp với BƠM NHIỆT

2.1 Cấp nhiệt và sử dụng lò hơi

2.1.1 Giới thiệu về lò hơi

Lò hơi (Tiếng anh: steam boiler) là thiết bị sử dụng nhiên liệu (than, củi, trấu, xăng, dầu, điện ) để đun sôi nước tạo thành hơi nước mang nhiệt để phục vụ cho các yêu cầu về nhiệt trong các lĩnh vực công nghiệp như giặt là, sấy gỗ, khách sạn… Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta tạo ra nguồn hơi có nhiệt độ và áp suất phù hợp để đáp ứng cho các yêu cầu khác nhau Để vận chuyển nguồn năng lượng có nhiệt độ và áp suất cao này người ta dùng các ống chịu được nhiệt, chịu được áp suất cao chuyên dùng cho lò hơi

Hệ thống lò hơi bao gồm: hệ thống nước cấp cấp nước cho lò hơi và có nhiều

van tự điều chỉnh; hệ thống dẫn hơi để gom hơi và điều tiết lượng hơi sinh ra một cách đều đặn; hệ thống nhiên liệu bao gồm các cơ cấu vận chuyển nhiên

liệu, cơ cấu đốt nhiên liệu

Nguyên lý hoạt động của lò hơi:

Lò hơi nhìn rất phức tạp và có nhiều thiết bị đi kèm nhưng lò hơi lại có nguyên

lý hoạt động khá đơn giản Mọi hoạt động chủ yếu dựa vào quy trình tạo nhiệt lượng sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu, sau đó nhiệt lượng gia nhiệt nước nóng biến thành nhiệt năng của hơi nước Nước cấp được bơm hút tuần hoàn qua bể chứa nước và được bơm liên tục vào nồi hơi

Bộ phận cung cấp nhiệt sử dụng nhiên liệu đốt để đốt cho tới khi nguồn nhiệt đạt tới ngưỡng 1600 – 2000 độ C Khi đó nước bốc hơi tạo thành hơi nóng và được đưa đi sử dụng như cung cấp cho các thiết bị trao đổi nhiệt, sấy,… sau quá trình trao đổi nhiệt hoặc gia nhiệt thì hơi nóng sẽ mất năng lượng và sẽ bị ngưng tụ thành dạng lỏng, khi đó nước ngưng nóng sẽ được đưa quay trở lại bể cấp nước chứa nước cấp cho lò hơi

Mặc dù nguyên lý hoạt động và cách sử dụng nồi hơi không hề khó nhưng nếu không chú ý sử dụng đúng cách, hoặc vận hành lò hơi không đúng quy trình thì

có thể dẫn đến tình trạng hư hỏng lò hơi hoặc nghiêm trọng hơn là cháy nổ lò hơi

Do nhiệt lượng và áp suất lò hơi rất cao nên các đơn vị sản xuất lò hơi lưu ý về vấn đề đảm bảo an toàn trong suốt thời gian vận hành lò hơi, cũng như thường xuyên kiểm định chất lượng lò hơi định kỳ

2.1.2 Các công nghệ lò hơi được sử dụng phổ biến hiện nay

a Lò hơi đốt than

Ưu nhược điểm của lò hơi đốt than :

Ưu điểm :

-Tốc độ làm nóng nước nhanh

-Vận hành tương đối dễ dàng

-Duy trì nhiệt độ nước bể sau khi gia nhiệt cũng tiêu tốn ít năng lượng

-Thiết bị của hệ thống rất dễ thay thế, đơn giản

-Giá trị đầu tư ban đầu ít, vật tư thiết bị sản xuất tại Việt Nam

-Không phải lắp đặt thêm hệ thống điều hoà không khí trong phòng bể bơi vì tận dụng được hơi nóng từ hệ thống đưa vào làm nóng luôn không khí

Nhược điểm:

-Gây ô nhiễm môi trường rất nặng nề cho nên việc xin cấp phép cho hệ thống hoạt động rất khó khăn (trong khi công trình nằm giữa khu dân cư đông đúc)

-Cần có khu chứa than, phòng đặt nồi hơi nên tốn diện tích và phức tạp do kích thước của hệ thống rất cồng kềnh

Dựa vào nguyên lý làm việc lò hơi đốt than được chia thành 2 loại là lò hơi đốt than ghi xích và lò hơi đốt than ghi tĩnh

Lò hơi đốt than ghi xích được sử dụng phổ biến hơn ghi tĩnh Với cấu tạo thân

lò đơn giản gồm hai loại: tổ hợp ống nước công suất 6 - 50 tấn/giờ và ống lửa công suất từ 1 - 6 tấn/giờ phù hợp với những mục đích khác nhau của người dùng

Lò hơi đốt than ghi xích

Lò hơi gồm 3 pass, ghi xích lớn, dài phù hợp với than cám Việt Nam Cũng giống

như các loại lò hơi khác, lò hơi đốt than ghi xích được trang bị đầy đủ hệ thống lọc bụi, hệ thống phun nước, hệ thống điều khiển tự động vô cấp bằng biến tần và đặc biệt là hệ thống thu hồi nhiệt nước và gia tăng gió nóng Cách vận hành lò hơi đốt than rất đơn giản với áo suất, nhiệt độ ổn định Ngoài ra nó còn sử dụng được nhiều loại nguyên liệu khác nhau và có thể cấp than và thải xỉ hoàn toàn tự động

Ưu điểm nổi bật nhất của lò hơi đốt than ghi tĩnh so với lò hơi đốt than ghi xích

là công suất làm việc lớn lên đến 1-10 tấn/giờ, ưu điểm này giúp nhà máy tiết kiệm thời gian và áp suất làm việc đến 15 bar Ngoài ra cũng giống như lò hơi đốt than ghi xích, lò hơi ghi tĩnh đốt được nhiều loại nguyên liệu khác nhau như than cục, củi, vỏ điều…

Mô hình lò hơi đốt than ghi tĩnh dạng nằm

Đặc điểm cấu tạo của lò hơi ghi tĩnh không khác gì so với lò hơi đốt than ghi xích

Lò được thiết kế 3 pass với phần thân gồm 2 loại là ống nước và ống lửa Diện tích mặt ghi lớn, ghi dạng thanh chắc chắn, bền Và được trang bị đầy đủ các thiết

bị, hệ thống tiên tiến như lò hơi đốt than ghi xích

b Lò hơi đốt dầu

Ưu điểm :

-Tiết kiệm chi phí

-Ít gây khói bụi, thân thiện môi trường

-Thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng di chuyển, làm vệ sinh

-Chống va đập và độ bền khá cao

Nhược điểm:

-Chi phí vận hành cao

-Hơi không ổn định

-Chi phí lắp đặt cao

Có 2 loại lò hơi đốt dầu là lò hơi đốt dầu kiểu đứng và lò hơi đốt dầu kiểu nằm

Hình 2:Nguyên lý cấu tạo lò hơi đốt dầu kiểu đứng

Nguyên lý hoạt động: Cấp nước vào phần rỗng của thành lò hơi, tiến hành đốt nhiên liệu, nước bắt đầu sôi và bốc hơi Khói theo đường ống dẫn đi ra ngoài vào cyclone ướt và được xử lý, hơi nước sinh ra được dẫn ra ngoài đưa đến các thiết

bị sử dụng

Trên thành lò có 2 ống thủy, ống phía dưới để đo mực nước trong lò nhằm có sự điều chỉnh cũng như cung cấp thêm nước cho lò hơi trong quá trình hoạt động, ống trên dùng để đo áp suất lò hơi, nếu áp suất hơi trong lò quá cao thì ta vặn van

an toàn phía trên lò hơi để xả bớt hơi nhằm giảm áp suất trong lò tránh nguy cơ

nổ lò hơi

Hình 3: nguyên lý cấu tạo lò hơi đốt dầu kiểu nằm

Cấu tạo tương tự như lò hơi kiểu đứng, lò hơi kiểu nằm dạng ống nước cấu tạo bởi 2 khoang trên và dưới Khoang trên là khoang hơi Khoang dưới là khoang nước Liên kết giữa 2 khoang là các giàn ống Buồng đốt được bố trí bên trong của các dàn ống Nhiên liệu được đốt cháy trong buồng đốt truyền nhiệt bức xạ

cho dàn ống phía trong sau đó qua khe thoát khói ra phía ngoài và truyền nhiệt đối lưu cho dàn ống phía ngoài và thoát ra ống khói

So với lò hơi đốt dầu kiểu đứng thì lò hơi đốt dầu kiểu nằm có công suất hơi lớn hơn Thông thường nếu năng suất hơi mà lớn hơn 1 tấn/h thì sẽ sử dụng lò hơi kiểu nằm

c Lò hơi đốt ga

Lò hơi đốt gas sử dụng nguồn nhiên liệu gas để làm nguyên liệu đốt để sản xuất ra hơi Hiện nay lò hơi đốt gas được phân thành nhiều loại khác nhau: lò hơi đốt gas dạng đứng, dạng nằm,…mỗi loại đều có những đặc tính kỹ thuật riêng của nó

Ưu điểm:

-Vận hành tương đối dễ dàng

-Duy trì nhiệt độ nước bể sau khi tăng nhiệt cũng tiêu tốn ít năng lượng

-Không cần xin cấp phép hoạt động cho hệ thống

-Độ bền của hệ thống tương đối cao

Nhược điểm:

-Duy trì nhiệt độ nước bể tại mức 280C tiêu tốn khoảng 30% năng lượng so với ban đầu

-Tiêu hao năng lượng khá lớn gây tốn kém trong quá trình khai thác sử dụng, hiệu suất của hệ thống đạt 85%

-Biện pháp an toàn cho hệ thống cần phải có van an toàn

-Quá trình lắp đặt rất chính xác, yêu cầu kỹ thuật cao

Hình ảnh lò hơi đốt ga

Trên thị trường có 2 loại lò hơi đốt gas là lò hơi đốt gas dạng nằm và lò hơi đốt gas dạng đứng với công suất vận hành từ 2-15 tấn/giờ và áp suất làm việc đến 15 bar Cấu tạo thân lò gồm có 4 phần chính là ống lò, ống lửa, 3 pass và hộp khói ướt Dung tích cối xay của lò hơi đốt gas tương đối lớn, được làm từ nhựa ABS cao cấp có khả năng chịu nhiệt đến 250 độ C

Lưỡi dao được làm từ chất liệu thép cacbon sinh sản tại Đức với khả năng chống

gỉ, cứng và sắc bén Diện tích truyền nhiệt lớn nên mức độ tiêu hao nhiên liệu thấp, tiết kiệm chi phí Thiết kế máy nhỏ gọn dễ dàng di chuyển và vệ sinh, chống

va đập và độ bền khá cao

2.2 Bơm nhiệt

2.2.1 Giới thiệu về bơm nhiệt

Việc sử dụng nước nóng thường xuyên, chi phí điện năng, dầu là rất lớn Áp dụng 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 cho doanh nghiệp

Năng lượng nhiệt có nguồn gốc từ mặt trời được lưu trữ trong môi trường tự nhiên ví

dụ như trong không khí, trong nước và dưới mặt đất "Máy bơm nhiệt" biến đổi năng lượng nhiệt đó thành năng lượng nhiệt chất lượng cao có thể sử dụng để điều hòa không khí, cung cấp nước nóng/làm nóng và làm khô nước cung cấp Máy bơm nhiệt

có hiệu quả năng lượng cao do sử dụng năng lượng nhiệt trong không khí và trong nước thay vì nhiên liệu hóa thạch để làm nguồn năng lượng Vì vậy, việc sử dụng bơm nhiệt được kỳ vọng sẽ giúp làm giảm khí thải CO2 Máy bơm nhiệt nhiệt độ cao

đã được phát triển Chúng có thể đáp ứng toàn bộ nhu cầu cho việc cung cấp nước nóng dưới 100ºC Vì vậy, có thể thay thế các hệ thống tập trung lớn như nồi hơi bằng các hệ thống phân tán bao gồm máy bơm nhiệt công nghiệp Sự thay thế này sẽ giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể cùng với việc giảm tổn hao nhiệt bao gồm cả nhiệt từ đường ống và hệ thống thoát nước

Nguyên lý hoạt động

Máy bơm nhiệt bao gồm 4 bộ phận chính: máy sấy, máy nén, máy ngưng tụ và van

giảm áp nối với nhau tạo thành một vòng kín Một luồng chất lưu dễ bay hơi, gọi là lưu chất vận động (working fluid) luân chuyển trong máy bơm với nhiệm vụ vận chuyển

nhiệt lượng lấy từ môi trường ngoài cung cấp cho môi trường tiếp nhận

Sơ đồ nguyên lý cơ bản của một máy bơm nhiệt

Ở chế độ sưởi, máy bơm nhiệt hoạt động theo nguyên tắc sau:

Đầu tiên, máy bơm sẽ thu nhiệt lượng từ môi trường ngoài và được luồng lưu chất vận động (lúc này ở dưới dạng hơi, áp suất thấp, nhiệt độ khoảng 10 độ C)

vận chuyển tới máy nén

Tại máy nén, luồng lưu chất vận động bị nén sẽ tăng nhiệt độ (lên khoảng 80 độ C), đồng thời nhiệt lượng được luồng lưu chất vận động mang theo bên mình cũng

sẽ tăng theo

Sau đó luồng lưu chất vận động ở nhiệt độ cao này được chuyển tới máy ngưng

tụ, tại đây lưu chất vận động khi ngưng tụ thành chất lỏng sẽ giải phóng nhiệt

lượng mang theo bên mình (nhiệt lượng này thu được từ môi trường ngoài và từ quá trình nén tại máy nén) để cung cấp cho thiết bị sưởi

Lúc này lượng lưu chất vận động (ở trạng thái lỏng, áp suất cao) sẽ đi qua van giảm áp để đưa lại về máy sấy, sau đó nó được sấy thành luồng lưu chất vận động

mới (ở dạng hơi, áp suất thấp) và mang theo nhiệt lượng thu từ môi trường ngoài tiếp tục một chu trình mới

2.2.2 Công nghệ bơm nhiệt ở Việt Nam và trên thế giới

Việt Nam với khí hậu nhiệt đới gió mùa, miền Bắc có mùa đông, thường có mưa bão

và sương mù nên nhu cầu sưởi ấm và dùng nước nóng là không nhỏ Tuy nhiên, đáng tiếc

ở nước ta bơm nhiệt mới chỉ được ứng dụng rất hạn chế

Theo bà Nguyễn Thị Ngọc Thọ, Phó Tổng GĐ Phụ trách kỹ thuật Công ty Viet ESCO,

dù hiệu quả tiết kiệm năng lượng cao, nhưng số doanh nghiệp sử

dụng bơm nhiệt tại Việt Nam hiện vẫn còn hạn chế vì nhiều nguyên nhân, trong đó giá thành thiết bị cao là một trong những nguyên nhân chính

Bà Nguyễn Thị Ngọc Thọ cho biết, mặc dù có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn nhưng bơm nhiệt có chi phí vận hành hàng năm thấp hơn nhiều so với việc sử dụng điện hoặc gas để sản xuất nước nóng Một hệ thống Heat Pump được lắp đặt hợp lý sẽ tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành và mang lại cho chủ đầu tư khả năng thu hồi vốn Bên cạnh

đó, thị trường và người tiêu dùng còn khá xa lạ và chưa hiểu hết lợi ích kinh tế và xã hội của thiết bị này cũng là lý do khiến việc ứng dụng bơm nhiệt hiện vẫn chưa được rộng rãi

Chương 2 : tính toán cân bằng vật chất và xây dựng sơ đồ nguyên lý cung cấp nhiệt

2.1 Thông số sử dụng nhiệt của khách sạn

Đối với các tòa nhà cao tầng hay các khách sạn cao cấp, nước nóng được cung cấp tới từng phòng nghỉ để phục vụ cho sinh hoạt hàng ngày như tắm, giặt là Trong đó, tiêu thụ nhiệt cho tắm nước nóng chỉ tập trung vào một số giờ cao điểm, các giờ còn lại tiêu thụ ít hơn Mặt khác, các phụ tải nhiệt khác nếu có thì công suất nhỏ so với phụ tải nhiệt phục vụ tắm nước nóng và ta có thể bố trí hoạt động vào những giờ không trùng với giờ cao điểm của phụ tải tắm nước nóng Do đó, tính toán lựa chọn công suất nhiệt của hệ thống và thiết kế mạng nhiệt được thực hiện trong trường hợp phụ tải của tòa nhà là lớn nhất, đủ để cung cấp nhiệt phục vụ cho tắm vào các giờ cao điểm

Sau đây là các thông số sử dụng nhiệt của khách sạn tính trên giờ cao điểm:

Hệ thống cấp nước nóng cho 91 phòng ngủ :

Ta lấy trung bình thì mỗi phòng có 2 khách lưu trú trong một ngày đối với các phòng đơn.Trong một giờ 1 người dùng hết tối đa 150 lít nước sinh hoạt (do có bồn tắm) Vậy trong giờ cao điểm thì một phòng dùng hết tối đa 300 lít/giờ nước đối với các phòng đơn và 400 lít/giờ đối với các phòng đôi Ngoài ra còn có các nhà WC công cộng theo như lượng người sử dụng thì hết 30 lít/giờ tại các giờ cao điểm Ta có bảng thông số sau:

Lượng nước sử dụng của một điểm trong giờ cao điểm (G₃₅) 200 (l/h)

Hệ số đồng thời của khách thuê phòng khách sạn (K₁) 0.9

Hệ số sử dụng nước trong cùng một thời điểm (K₂) 0.8

Lượng nước sử dụng ở 35ºC tiêu thụ trong giờ cao điểm của 91 phòng ngủ:

G₃₅ = K₁.K₂ n.G₃₅ = 0,9 0,8 91 200 = 13650 (l/h)

Ta có phương trình cân bằng nhiệt và vật chất như sau:

G₁₅.(35 – 15) = G₇₅.(75 – 35)

G₁₅ + G₇₅ = G₃₅

Giải hệ phương trình ta được: G₇₅ = 4550 (l/h) và G₁₅= 9100 (l/h)