QUẢN LÝ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG TRONG TÒA NHÀ

Các giải pháp quản lý năng lượng cho hệ thống nước nóng 1.Khái niệmNước nóng dùng trong các toà nhà để rửa, tắm, chuẩn bị nấu ăn, giặt là…Nhiệm vụ của hệ thống nước nóng là cung cấp nướ

1 Khái niệm chung

2 Phân loại hệ thống nước nóng

3.Nguyên lý và cấu tạo của bình nóng lạnh

4.Nguyên lý và cấu tạo lò hơi ống lửa

5.Tính toán thiết kế hệ thống nước nóng cho tòa nhà

6 Các giải pháp quản lý năng lượng cho hệ thống nước

nóng

1.Khái niệmNước nóng dùng trong các toà nhà để rửa, tắm, chuẩn bị nấu ăn, giặt là…Nhiệm

vụ của hệ thống nước nóng là cung cấp nước nóng tới mọi thiết bị

Cấu tạo hệ thống nước nóng

Hệ thống đun nước nóng bao gôm

Trạm chuẩn bị nước nóng

Các thiết bị

và dụng cụ dùng nước nóng

Mạng lưới đường ống

Kêt nước

và bơm

Ống PP-R cách nhiệt Ống thép cách nhiệt

Bể bơi Sen vòi

Bình nóng lạnh Nồi hơi

Hệ thống nước nóng trung tâm

Nước lạnh

Bình nóng lạnh thể tích Bình nóng lạnh lưu tốc

Sơ đồ hệ thống nước nóng trung tâm2.Sơ đồ đung nước nóng với thiết bị đun bằng nồi hơi và thiết bị đun nước nóng loại

dung tích(hoặc lưu tốc).Nhiên liệu dùng bằng than, dầu, gas Chất lượng nước nóng

LH:lß h¬i; OGH: èng gãp h¬i; BNM: bÓ níc mÒm;

NN: níc nãng ra; NL: níc l¹nh vµo; NH: níc håi

Két nước nóng

Lò hơi ống lửa nằm

Các chế độ dùng nước nóng

Tiêu chuẩn dùng nước nóng ứng với nhiệt độ 650C

Nhà ở:

Dùng nước nóng cục bộ nhà ở

Dùng nước nóng tập trung nhà ở

30-60 l/người.ngđ 75-120 l/người.ngđ

Khách sạn:

Chỉ có chậu rửa mặt:

Có rửa và tắm (chậu tắm) 60 l/người.ngđ160 l/người.ngđ

Không kể ăn uống , giặt là, cắt tóc

Nhà ăn tập thể, hiệu ăn:

Nhà ăn tập thể , quán café

Nhà ăn cao cấp 4 l/người6 l/người

Không kể nước sôi để uống

Hiệu giặt là bằng tay:

Van một chiều và van an toàn

Bình chứa nướcThanh điện trở

Thanh lọc nước Magiê

Rơle điều chỉnh nhiệt độ

Đường ống dẫn nước vào, ra

Vỏ ngoài của bình

lớp xốp cách nhiệt

On/ off

Bộ sưởi

Nước lạnh

Nước nóng

Đường nước nóng

Đường nước lạnh

Công tắc bật tắt khi sử dụng cho bình nước nóng

Nguồn điện 220v

Bình nước nóng loại lưu tốc (trực tiếp)

Cấu tạo Máy nước nóng kiểu bơm nhiệt

Cấu tạo Máy nước

nóng kiểu bơm nhiệt

Dàn ngưng

Dàn bay hơi

QuạtMáy nén

Loại một khối

Loại hai khốiLoại hai khối sử dụng kết hợp

sưởi ấm sàn, không gian, tắm rửa

Nguyên lý: bình nước nóng kiểu bơm nhiệt tương tự máy

điều hoà chạy chiều sưởi ấm, chỉ khác là có bình chứa

nước nóng

Nên điều chỉnh nhiệt độ bình nước nóng ở nhiệt độ trung bình, khi đó bình sẽ sử

dụng bền hơn

Bình nóng lạnh là loại dùng điện đun nước trực tiếp bằng thanh điện trở, nên rất

dễ xảy ra sự cố điện giật chết người Nguyên nhân rò điện có thể là:

Thanh điện trở dùng lâu ngày cũng có thể xảy ra hiện tượng bị bám lớp cặn dày,

nhiệt độ thanh tăng cao làm cát thạch anh bên trong giãn nở gây nứt vỡ vỏ

thanh điện trở và rò điện ra nước

Khi sử dụng lâu ngày, vỏ thanh điện trở bị ăn mòn gây thủng ống và rò điện ra

nước khiến người tiêu dùng có thể bị giật khi sử dụng

Một nguyên nhân nữa khiến bình nóng lạnh rò điện là khả năng rò điện ra vỏ của

rơle nhiệt độ

Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, nhất thiết bình phải được nối tiếp đất

CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ

Ngoài việc lắp đặt theo đúng chỉ dẫn của nhà sản xuất, dây điện nguồn cung

cấp cho bình phải đạt từ 2,5 đến 6 mm2 đáp ứng đúng công suất yêu cầu

của thanh đun, aptomat đi kèm đủ công suất yêu cầu

Trước khi sử dụng, nên bật bình nước đun nóng và ngắt aptomat trước khi

tắm hoặc sử dụng nước nóng

Để tránh hiện tượng tắc, gây gỉ sét vỏ bình và rò điện, khi mới lắp bình, nếu

nước thường xuyên có cặn, vẩn đục hay nhiễm sắt, phèn, thì sau 1 tháng

đầu tiên nên mở bình ra kiểm tra, thau hút cặn, súc rửa bình và bộ lọc, kiểm

tra độ khít của các van Nếu nước bình thường thì nên kiểm tra sau 2-3

tháng Sau đó mật độ kiểm tra có thể giảm xuống, tuỳ theo chất lượng nước

Khi mua, nên đề nghị tháo cả bộ phận thanh đốt ra để kiểm tra thanh magiê

trong ruột bình Thanh magiê sẽ bị tiêu hao trong quá trình sử dụng, vì vậy

phải định kì thay mới thanh magiê, thông thường là 2 năm Khi thay thanh

magiê nên kết hợp với việc súc rửa bình và vệ sinh thanh đốt

Để tránh hiện tượng tắc, gây gỉ sét vỏ bình và rò điện, khi mới lắp bình, nếu

nước thường xuyên có cặn, vẩn đục hay nhiễm sắt, phèn thì sau 1 tháng

đầu tiên nên mở bình ra kiểm tra, thau rửa cặn, súc rửa bình và bộ lọc, kiểm

tra độ khít của các van Nếu nước bình thường thì nên kiểm tra sau 2-3

tháng Sau mật độ kiểm tra có thể giảm xuống tuỳ theo chất lượng nước

Không nên bật bình 24/24 giờ, chỉ nên bật bình trước khi tắm khoảng 15-20

phút Nếu dung tích bình lớn thì có thể tắt bình trước khi người cuối cùng và

tắm

Độ cao treo bình khoảng 2 m Nên lắp bình càng gần nơi sử dụng càng tốt

để tránh mất nhiệt trên đường ống

Với bình có dung tích lớn, nếu tường nhà không chắc chắn thì nên đặt máy

trên sàn

Cần tránh tình trạng khi bật, bình không có nước gây hư hỏng bộ đốt Hàng

tháng cần bảo trì định kỳ đầu vòi sen và rửa sạch lưới lọc nước

Lửa

Cửa Thải

Cửa thải

Mặt cắt lò hơi ống lửa nằm

Nguyên lý : khí nóng đi

qua các ống và nước cấp

cho lò hơi ở phía trên sẽ

được chuyển thành hơi

Ống lửa

Cửa kiểm tra

Mặt trước buồng đảo chiều

Lớp cách nhiệt

Mặt sau buồng đảo chiều

Lò hơi ống lửa thường được sử dụng với công suất hơi tương đối thấp cho đến áp

suất hơi trung bình Do đó, sử dụng lò hơi dạng này là ưu thế với tỷ lệ hơi lên tới

12.000 kg/giờ và áp suất lên tới 18 kg/cm2

Cấu tạo:

ống trao đổi nhiệt

vỏ và ống trao đổi nhiệtCấu tạo bình trao đổi nhiệt

Nước cấp

Lò hơi ống lửa nằm

Bình xử lí hoá chất Bình làm

Xả đáy

Quá trình đốt cháy trong lò hơi có thể được mô tả bằng một sơ đồ dòng năng lượng

Sơ đồ này cho thấy cách thức năng lượng đầu vào từ nhiên liệu được chuyển thành

các dòng năng lượng hữu dụng, nhiệt và dòng năng lượng tổn thất

Sơ đồ cân bằng năng lượng của một lò hơi

Những tổn thất điển hình của Lò hơi đốt than

Có thể tránh hoặc giảm bớt những tổn thất bằng cách:

Tổn thất qua khói lò:

-Khí dư (giảm xuống mức tối thiểu có thể tuỳ theo công nghệ, vận hành, vận

hành (kiểm soát), và bảo trì của lò)

-Nhiệt độ của khí lò (giảm nhờ tối ưu hoá bảo trì (làm sạch), tải; công nghệ lò đốt

và lò hơi tiên tiến hơn)

Tổn thất qua nhiên liệu chưa cháy hết trong khí lò và xỉ (tối ưu hoá vận hành

và bảo trì, công nghệ lò đốt tiên tiến hơn)

Tổn thất qua xả đáy (xử lý nước cấp sạch, tuần hoàn nước ngưng)

Tổn thất qua nước ngưng (thu hồi lượng nước ngưng tối đa có thể)

Tổn thất do bức xạ và đối lưu (giảm nhờ bảo ôn lò hơi tốt)

•Cấu trúc đơn giản, rẻ tiền, đợc sử

•Dầu thờng đợc gia nhiệt trớc

•Dễ bị tắc do bụi bẩn có trong dầu,

5.Tính toán thiết kế hệ thống nước

nóng cho tòa nhà

Tính toán lượng nhiệt tiêu thụ cần thiết trong một ngày, giờ

Lượng nhiệt tiêu thụ một ngày đêm hay công suất nhiệt của trạm chuẩn bị nước

nóng cho một ngôi nhà :

Wnhà= qn(tn– tl).N , kCal/ngTrong đó:

qntiêu chuẩn dùng nước nóng cho người hay một đơn vị

tn nhiệt độ nước nóng yêu cầu, 0 C

tl nhiệt độ nước lạnh , oC; nước ngầm 20-250C, nước mặt 15 -250C

N số đơn vị dùng nước nóng, (người, quần áo…)

Lượng nhiệt tiêu thụ một giờ :

Wnh.giờ= Qgiờ(tn– tl) , kCal/hTrong đó:

Qgiờlưu lượng dùng nước nóng trong một giờ, l/h

tn nhiệt độ nước nóng yêu cầu, 0 C

tl nhiệt độ nước lạnh , oC; nước ngầm 20-250C, nước mặt 15 -250C

Khi nguồn cấp nhiệt làm việc công suất của nó được xác định :

Pnh= Wnh.ngđ/ T , kCal/hTrong đó:

Wnh.ngđ nhiệt lượng tiêu thụ một ngày đêm, kcal/ngđ

T số giờ nguồn cấp nhiệt làm việc trong một ngày đêm, h

Dựa vào công suất và chế độ làm việc của nguồn cấp nhiệt đã chọn có thể xây

dựng biểu đồ cấp nhiệt của trạm chuẩn bị nước nóng trong một ngày đêm

Khi tính toán nước nóng ta chỉ tính toán cho các giờ cao điểm Vì vậy tính toán

nhiệt cho hệ thống nước nóng quy về bài toán lựa chọn công suất nhiệt cho hệ

thống sao cho đủ cung cấp nhiệt phục vụ tắm cho các giờ cao điểm

0 lượng nước nóng sử dụng trong giờ cao điểm cho một phòng Lít

Lượng nước nóng tiêu thụ trong giờ cao điểm

của toàn toà nhà

Gt1(t2– t1) = Gtn(tn– t2)

Gt1 + Gtn = Gt2

Gt2 lượng nước nóng sử dụng trong giờ cao điểm toà nhà Lít

Gt1 lượng nước lạnh sử dụng trong giờ cao điểm toà nhà Lít

Gtn lượng nước nóng cấp đến trong giờ cao điểm của cả toà nhà Lít

Trong đó:

Xác định được Gtn thì chọn được két nước nóng

Tính toán chọn Bơm và đường ống nước nóng

(trình bày tương tự trong chương Hệ thống đường ống)

Tính toán chọn lò hơi

Nhiệt lượng cần cung cấp để nâng nhiệt độ của G tn (G dung tích bình nước

nóng) từ t 1 C lên t n C trong một giờ là:

r = 2088,9 kJ/kg nhiệt ẩn hoá hơi của hơi ở áp suất 6 at

ƞ= 0,95 hiệu suất thiết bị gia nhiệt

Xác định được D thì chọn được lò hơi với độ dự chữ công suất là 15%

6.CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ

Các giải pháp quản lý năng lượng

hiệu quả liên quan đến quá trình

đốt cháy, truyền nhiệt, các tổn thất

có thể tránh khỏi, tiêu thụ điện phụ

trợ, chất lượng nước, và xả đáy

Kiểm soát nhiệt

độ khói lò

Đun nóng sơ bộ nước cấp

sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt

Sấy nóng sơ

bộ không khí cấp cho lò

Kiểm soát khí

dư

Quá trình cháy không hoàn tất

Nhiệt độ khí lò nên càng thấp càng

tốt Tuy nhiên, nhiệt độ này không

nên thấp tới mức hơi nước ở ống xả

ngưng tụ ở thành ống Điều này

quan trọng với những nhiên liệu có

hàm lượng lưu huỳnh cao vì nhiệt độ

thấp sẽ dẫn đến ăn mòn do lưu

huỳnh bị đọng sương

Nhiệt độ cao như vậy cũng cho

thấy có cặn bám trong thiết bị

truyền/thu hồi nhiệt, vì vậy cần tiến

hành xả đáy sớm để làm sạch

nước/hơi

Đun nóng sơ bộ nước cấp sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt

Tiềm năng tiết kiệm năng lượng phụ thuộc vao loại lò hơi và nhiên liệu sử dụng Với

lò hơi dạng vỏ sò cũ điển hình, với nhiệt độ khí lò thải ra là 260 oC, có thể sử dụng

thiết bị Economizer (bộ hâm nước) để giảm xuống 200 oC, tăng nhiệt độ nước cấp

15 oC Hiệu suất nhiệt toàn phần có thể sẽ tăng 3 % Với lò hơi dạng vỏ sò 3 bậc sử

dụng khí thiên nhiên tiên tiến, nhiệt độ khí lò thải 140 oC, sử dụng thiết bị trao đổi

nhiệt ngưng tụ sẽ giảm nhiệt độ xuống còn 65 oC, tăng hiệu suất nhiệt lên 5 %

Níc ra (nãng) Khãi vµo

CÊu tróc èng cã c¸nh

Khói thải vào

Khói thải ra

Nước nóng ra

Nước lạnh vào

Sấy nóng sơ bộ không khí cấp cho lò

Sấy nóng sơ bộ không khí cấp lò là lựa chọn thay thế cho đun nóng sơ bộ

nước Để tăng hiệu suất nhiệt lên 1 %, cần tăng nhiệt độ khí cháy lên 20 oC

Phần lớn các lò đốt dầu và gas sử dụng trong dây chuyền lò hơi là có thiết kế

không phù hợp với nhiệt độ sấy khí sơ bộ cao

V¸ch ng¨n

§êng èng ngoµi

khí lạnh

Không khí nóng

Khói nóng

&vỏ kim

loại

Cấu trúc đơn giản

Dễ lắp đặt, bảo dỡng Giá thành rẻ

Dễ bị rò rỉ

Quỏ trỡnh chỏy khụng hoàn tất

Quỏ trỡnh chỏy khụng hoàn tất cú thể là do thiếu khụng khớ hoặc thừa nhiờn liệu

hoặc việc phõn bổ nhiờn liệu khụng hợp lý Cú thể thấy rừ khi quỏ trỡnh chỏy

khụng hoàn tất nếu quan sỏt màu hoặc khúi và cần điều chỉnh ngay

Với trường hợp hệ thống đốt dầu hoặc ga, CO hoặc khúi (chỉ xảy ra với hệ thống

đốt dầu) với mức khớ dư bỡnh thường hoặc cao sẽ cho thấy cỏc trục trặc của hệ

thống Một nguyờn nhõn thường thấy của quỏ trỡnh đốt chỏy khụng hoàn tất là tỷ

lệ pha trộn nhiờn liệu và khụng khớ ở lũ đốt sai Dầu chỏy kộm cú thể là do độ

nhớt khụng chuẩn, đầu đốt bị tắc, hiện tượng cacbon hoỏ ở đầu đốt và sự xuống

cấp của thiết bị khuyếch tỏn

•Đối với khí đốt hay nhiên liệu lỏng:

– 15% không khí thừa đối với thiết bị nhỏ (< 30MW)

– 5 - 10% không khí thừa đối với thiết bị công nghiệp (> 30MW)

•Dựa vào nồng độ CO2và O2để xác định hệ số không khí dư(thừa)

0 50 100 150 200 250

Kiểm soát khí dư ở mức tối ưu

luôn giúp giảm tổn thất qua khói

lò; cứ mỗi 1 % khí dư giảm sẽ

giúp tăng hiệu suất khoảng 0,6 %

cháy không hoàn tất và tổn thất do

nhiệt thải qua khí lò được giảm

thiểu

Giảm thiểu tổn thất nhiệt do bức xạ và đối lưu

Tổn thất nhiệt ở lò hơi dạng vỏ sò thường là tổn thất năng lượng cố định, không

phụ thuộc vào đầu ra của lò hơi Các lò hơi thiết kế hiện đại, mức tổn thất này có

thể chỉ là 1.5 % tổng năng suất toả nhiệt ở mức cao nhất, nhưng sẽ tăng lên

khoảng 6 %, nếu lò hơi chỉ vận hành ở mức 25 % đầu ra

Sửa chữa hoặc tăng cường bảo ôn sẽ giúp giảm tổn thất nhiệt qua thành và ống

lò hơi

Kh«ng

khÝ l¹nh

Kh«ng khÝ nãng

Khãi nãng

Khãi th¶i B¶o «n &vá

Kh«ng

cã b¶o

«n

320 W/m

ChiÒu dµy b¶o «n 100 mm

19 W/m

ChiÒu dµy b¶o «n 50 mm

29 W/m

Kiểm soát xả đáy tự động

Xả đáy liên tục không được kiểm soát sẽ rất lãng phí Vì vậy nên lắp đặt thiết bị kiểm

soát xả đáy tự động, tương ứng với độ dẫn của nước lò hơi và pH Mỗi 10% xả đáy

ở lò hơi 15kg/cm2 sẽ dẫn đến tổn thất hiệu suất là 3 %

Phần xả đáy của lò hơi giãn áp vẫn còn chứa một lượng nhiệt lớn và một

phần đáng kể trong số này có thể được thu hồi nhờ sử dụng bộ trao đổi

nhiệt để gia nhiệt nước cấp đã qua xử lý mát

Giảm tổn thất do cặn và muội

Ở lò hơi đốt than và dầu, muội bám vào ống, là yếu tố cách nhiệt, cản trở trao đổi

nhiệt Cần loại bỏ muội một cách thường xuyên Nhiệt độ khói lò tăng có thể là do

muội bám nhiều quá Cặn bám cũng gây ra những ảnh hưởng như vậy với nước

Nhiệt độ khí lò thải cao với mức khí dư bình thường cho thấy hoạt động truyền

nhiệt kém

Hoạt động truyền nhiệt kém có thể do muội khí hoặc cặn bám Với cặn bám ở

nước cần xem xét lại quy trình xử lý nước và làm sạch ống Ước tính, nhiệt độ khí

lò cứ tăng 22oC sẽ gây ra tổn thất nhiệt ước tính khoảng 1 %

Cần thường xuyên kiểm tra và ghi lại nhiệt độ khí lò vì chỉ số này phản ánh lượng

muội bám Khi nhiệt độ khí lò vượt quá nhiệt độ của lò hơi mới được làm sạch

khoảng 20 oC cũng là lúc phải loại bỏ muội Do đó, chúng tôi đề xuất lắp đặt nhiệt

kế theo thang độ tại nơi đặt ống khói để quan trắc nhiệt độ khí thải

Ước tính, lớp muội dày 3 mm sẽ làm tăng mức tiêu thụ năng lượng lên 2,5 % do

nhiệt độ khí lò tăng Có thể phải ngừng dây chuyền theo định kỳ để làm sạch bề

mặt lò bức xạ, ống, thiết bị Economizer và sấy khí để loại bỏ những muội bám khó

chịu này

Nếu tải lò hơi giảm xuống nữa, hiệu suất cũng có xu hướng giảm Ở sản lượng bằng

không, hiệu suất của lò hơi bằng không, và nhiên liệu đốt sẽ chỉ tạo ra tổn thất

Những hệ số ảnh hưởng đến hiệu suất lò hơi bao gồm:

Khi giảm tải, giá trị lưu lượng khí lò qua các ống cũng giảm Khi lưu lượng khí giảm

với cùng một diện tích truyền nhiệt sẽ làm giảm một chút nhiệt độ khí lò, làm giảm tổn

thất nhiệt

Ở dưới mức nửa tải, các thiết bị cháy cần thêm khí dư để đốt cháy hết nhiên liệu Vì

thế, tổn thất nhiệt tăng

Nói chung, hiệu suất lò hơi có thể giảm đáng kể xuống dưới mức 25 % tải và nên

tránh vận hành lò hơi dưới mức này càng ít càng tốt

Lịch trình vận hành lò hơi chuẩn

Vì lò hơi đạt hiệu suất tối ưu khi hoạt động ở mức 65-85 % đầy tải, nhìn

chung, vận hành ít lò hơi ở mức tải cao hơn sẽ hiệu quả hơn là vận hành

nhiều lò hơi ở mức tải thấp

Thay thế lò hơi

Tiềm năng tiết kiệm nhờ thay thế lò hơi phụ thuộc vào thay đổi của hiệu suất toàn

phần dự kiến Về mặt tài chính, giải pháp thay lò hơi sẽ rất hấp dẫn nếu lò hơi

đang sử dụng có những yếu tố sau:

-Cũ và không hiệu quả

-Không thể sử dụng nhiên liệu thay thế rẻ tiền hơn

-Kích cỡ quá to hoặc quá nhỏ so với các yêu cầu hiện tại

-Được thiết kế không phù hợp với các điều kiện tải lý tưởng

Nghiên cứu tính khả thi cần xem xét tất cả các khả năng có sẵn nhiên liệu lâu dài

và kế hoạch phát triển của công ty Cần tính đến các yếu tố tài chính và kỹ thuật

Vì những dây chuyền lò hơi truyền thống có tuổi thọ hơn 25 năm, cần nghiên cứu

kỹ trước khi tiến hành thay thế