Thiết kế nghiên cứu hệ thống cung cấp nhiệt cho tòa nhà cũng như tiềm năng tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh và điều hòa không khí

Từ hàng triệu hàng ngàn năm trước, khi con người tìm ra lửa con người đã biết sử dụng năng lượng của nó không chỉ phục vụ đời sống của con người mà còn sử dụng năng lượng nhiệt của nó để tìm ra cách luyện kim để chế tạo ra công cụ làm đời sống của con người phát triển và ngày càng văn minh tạo bước đẩy cho khoa học kỹ thuật phát triển. Ngày nay, thế kỉ 21 một chặng đường phát triển dài của loài người thì nhu cầu năng lượng cần đáp ứng cho sản xuất và đời sống ngày càng lớn, trong đó nhiệt năng chiếm tỷ lệ chủ yếu. Ở nước ta, theo đường lối của Đảng và chính phủ trong lộ trình phát triển đất nước đến năm 2020 nước ta bước đầu trở thành nước công nghiệp hóa hiện đại hóa và tất nhiêu theo xu thế của thế giới nên nhu cầu sử dụng năng lượng để sản xuất cũng như đời sống là rất nhiều đặc biệt là năng lượng nhiệt. Vấn đề đặt ra ở đây là làm cách nào để sử dụng năng lượng nhiệt ấy một cách hiệu quả về mặt kỹ thuật và về vấn đề kinh tế. Vì để giải quyết một phần nhỏ của vấn đề này chúng em xin trình bày về đề tài thiết kế hệ thống cung cấp nhiệt cho tòa nhà và nghiên cứu tiềm năng tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh và điều hòa không khí. Do kiến thức còn hạn chế nên trên phạm vi nghiên cứu của đồ án này bọn em xin phép chỉ khái quát thiết kế và nghiên cứu cơ bản vê mặt thuần túy chứ chưa đi sâu thiết kế nghiên cứu hệ thống cung cấp nhiệt cho tòa nhà cũng như tiềm năng tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh và điều hòa không khí. Dưới đây là bản thiết kế hệ thông cung cấp nhiệt cho tòa nhà và nghiên cứu tiềm năng tiết kiệm năng lượng cho hệ thông lạnh và điều hòa không khí. Trên phạm vi nghiên cứu còn nhiều hạn chế nên bản đồ án này chắc chắn không tránh khỏi sai sót, rất mong được sự đóng góp của thầy cô và các bạn.

MỤC LỤC

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẤP NHIỆT VÀ THIẾT BỊ NGUỒN CẤP NHIỆT 4

1.1 Tổng quan về hệ thống cấp nhiệt 4

1.2 Tổng quan về thiết bị nguồn cấp nhiệt 5

1.3 Chọn phương án sử dụng nhiên liệu 9

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 11

2.1 Cấp hơi 11

2.2 Gia nhiệt cho nước 11

2.3 Cấp nước nóng cho tòa nhà 11

2.4 Gia nhiệt cho bể bơi 11

2.5 Hệ thống đường ống hồi 11

2.6 Hệ thống tự động 12

2.7.Các đường ống nhánh 12

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 13

3.1 Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt 13

3.2 Tính chọn bơm cấp nước 21

3.3 Thiết bị trao đổi nhiệt cho bể bơi 21

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MẠNG NHIỆT 22

4.1 Tính toán thủy lực ống dẫn cấp nước nóng 23

4.2 Tính toán thủy lực ống dẫn nước ngưng 30

4.3 Tính toán thủy lực ống dẫn cấp đường hơi 32

4.4 Chọn vật liệu cách nhiệt cho ống hơi: 35

PHẦN 2 –Nghiên cứu tiềm năng tiết kiệm năng lượng cho hệ thống lạnh & điều hòa không khí 38

I.GIỚI THIỆU 38

1.1 Điều hoà không khí và làm lạnh là gì 38

1.2 Hệ thống đièu hòa không khí 39

II CÁC DẠNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ VÀ LÀM LẠNH 40

2.1 Hệ thống làm lạnh nén hơi 40

2.2 Hệ thống làm lạnh hấp thụ hơi 42

III Một số công thức cơ bản 43

IV.Các nhân tố ảnh hưởng đến hiệu suất 44

V.Đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng 46

VI.Tính toán tiềm năng tiết kiệm năng lượng 47

KẾT LUẬN 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

MỞ ĐẦU

Từ hàng triệu hàng ngàn năm trước, khi con người tìm ra lửa con người

đã biết sử dụng năng lượng của nó không chỉ phục vụ đời sống của con người

mà còn sử dụng năng lượng nhiệt của nó để tìm ra cách luyện kim để chế tạo racông cụ làm đời sống của con người phát triển và ngày càng văn minh tạo bướcđẩy cho khoa học kỹ thuật phát triển

Ngày nay, thế kỉ 21 một chặng đường phát triển dài của loài người thìnhu cầu năng lượng cần đáp ứng cho sản xuất và đời sống ngày càng lớn, trong

đó nhiệt năng chiếm tỷ lệ chủ yếu Ở nước ta, theo đường lối của Đảng và chínhphủ trong lộ trình phát triển đất nước đến năm 2020 nước ta bước đầu trở thànhnước công nghiệp hóa hiện đại hóa và tất nhiêu theo xu thế của thế giới nên nhucầu sử dụng năng lượng để sản xuất cũng như đời sống là rất nhiều đặc biệt lànăng lượng nhiệt Vấn đề đặt ra ở đây là làm cách nào để sử dụng năng lượngnhiệt ấy một cách hiệu quả về mặt kỹ thuật và về vấn đề kinh tế Vì để giảiquyết một phần nhỏ của vấn đề này chúng em xin trình bày về đề tài thiết kế hệthống cung cấp nhiệt cho tòa nhà và nghiên cứu tiềm năng tiết kiệm năng lượngcho hệ thống lạnh và điều hòa không khí Do kiến thức còn hạn chế nên trênphạm vi nghiên cứu của đồ án này bọn em xin phép chỉ khái quát thiết kế vànghiên cứu cơ bản vê mặt thuần túy chứ chưa đi sâu thiết kế nghiên cứu hệthống cung cấp nhiệt cho tòa nhà cũng như tiềm năng tiết kiệm năng lượng cho

hệ thống lạnh và điều hòa không khí

Dưới đây là bản thiết kế hệ thông cung cấp nhiệt cho tòa nhà và nghiêncứu tiềm năng tiết kiệm năng lượng cho hệ thông lạnh và điều hòa không khí.Trên phạm vi nghiên cứu còn nhiều hạn chế nên bản đồ án này chắc chắn khôngtránh khỏi sai sót, rất mong được sự đóng góp của thầy cô và các bạn

Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy TRẦN HUY Cấp đã tận tình giúp

đỡ chúng em hoàn thành đồ án này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

- Cấp hơi cho khu giặt là với lượng hơi 350 kg/h, áp suất hơi yêu cầu là 5kG/cm2

- Gia nhiệt cho bể bơi có dung tích 80 m3

- Cấp hơi cho nhà bếp để nấu ăn cho khoảng 600 suất ăn

Cho biết: Tầng 1 có khu vực kỹ thuật bố trí gian máy, khu giặt là, phòng lễ tân,

dịch vụ, nhà ăn, không bố trí phòng ngủ Tầng 12 bố trí bể bơi trong nhà,không có phòng ngủ

1.1.1 Thông số của hệ thông cấp nhiệt

Đối với tòa nhà thì nước nóng để tắm chỉ sử dụng vào các giờ cao điểmchủ yếu là sáng sớm hay chiều tối còn những khung giờ khác sử dụng ít cònkhu giặt nấu ăn hay bể bơi có khung giờ cố định nên có thể tận dụng gianhiệt hay tăng công suất trong khoảng định mức để đáp ứng nhu cầu cầnthiết mà tiết kiếm tổn hao Thời gian cao điểm là 4 giờ Để cung cấp nướcnóng cho160 phòng ta chọn 2 bể nước nóng mỗi bể là 5000 lít Vì tòa nhàcần nước nóng cả ngày ta có thể cho lò chạy ở mức định mức dưới để tiếtkiệm

Lượng nước sử dụng của một điểm trong giờ cao điểm (G36) 200 (l/h)

Hệ số đồng thời của khách thuê phòng khách sạn (k2) 0,7

Hệ số sử dụng nước trong cùng một thời điểm (k1) 0,8

- Hệ thống cấp hơi cho khu giặt là: Cấp hơi cho khu giặt là với lượng hơi 350kg/h, áp suất hơi yêu cầu là 5 kG/cm2

- Gia nhiệt cho bể bơi

Gia nhiệt cho bể bơi có dung tích 80 m3

Nhiệt độ nước nóng trong bể bơi (t4) 28 oC

Hệ số tổn thất nhiệt trong bể bơi ktt= 1,25

- Cấp nước nóng chọn nhiệt độ nước vào trong khảng 12 đến 20 độ tachọn 16 độ, nhiệt độ nước ra là 36 độ

- Nhiệt độ nước nóng cấp đến các phòng là 76 oC

- 1 nhà tắm cho nó tắm trong h cao điểm là G=200 lít 1 h

hệ số sử dụng nước đồng thời cho là k1 = 0.8

hệ số thuê phòng đồng thời là k2 =0.7, cung cấp hơi Cấp hơi cho khu giặt

là với lượng hơi 350 kg/h, áp suất hơi yêu cầu là 5 kG/cm2

1.1.2 Phương án cấp nhiệt

Nước nóng có nhiệt độ t1=760C được cấp đến phòng tắm và hòa trộn cùngnước lạnh có nhiệt độ t2=160C để tạo ra nước tắm có nhiệt độ t3 = 36 oCLượng nước sử dụng của cả tòa nhà là:

G36= 10*16*k1 *k2 *G=19200 (lít)Vậy ta có

G16(36-16)=G76(76-36)Đồng thời:

G16+G76=G36

Vậy cuối cùng có G16=12800 (lít/h) ;G76=6400 (lít/h); G36=19200 (lít/h)Vậy trong giờ cao điểm tòa nhà sử dụng khoảng 6400 lít nước nóng ở 76

độ trong 1 giờ

1.2 Tổng quan về thiết bị nguồn cấp nhiệt

1.2.1: Chọn thiết bị lò hơi

a Công suất hơi phục vụ nhu cầu nước nóng của khách sạn

Lượng nhiệt mà hơi truyền cho nước lạnh để 12800 lít từ t2 = 16 oC để trở thành nước nóng t1 = 76 oC:

Q1 = mc (t1- t2 ) =6400.4,18.(76-16)=1605120 (kj/h)

Công suất nhiệt yêu cầu của lò:

Công suất hơi gia nhiệt cho nước nóng phục vụ cho 160 phòng là:

D1 = Q1/(r.η)= 1605120/(2109*0.85)=895.39 (Kg/h))= 1605120/(2109*0.85)=895.39 (Kg/h)

r: nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở áp suất 5Kg/cm2 xấp xỉ 5bar

η)= 1605120/(2109*0.85)=895.39 (Kg/h): hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt

b Công suất hơi phục vụ bể bơi:

- Gia nhiệt cho bể:

+ Nhiệt độ nước đầu vào bể bơi nằm trong khoảng từ 12 đến 20 oC ta lấy

Qcs =Qbb/15=334400 (KJ/h)vậy công suất hơi cần để gia nhiệt bể bơi là:

Dbb =Qcs/(r.η)= 1605120/(2109*0.85)=895.39 (Kg/h))=186.54 (kG/h)trong đó:

r: nhiệt ẩn hóa hơi của nước ở áp suất 5Kg/cm2 xấp xỉ 5bar =2109(KJ/Kg)

η)= 1605120/(2109*0.85)=895.39 (Kg/h): hiệu suất của thiết bị trao đổi nhiệt = 0.85

- Khi bể đã hoạt động:

+ Tổn thất nhiệt ra không khí

+ Nhiệt lượng tổn thất sẽ bằng:

Qttkk =a.F.∆t

+ Chọn kích thước bể bơi 80m3 cao 1.6m, dài 10m, rộng 5m

+ Nhiệt độ không khí tkk =15 độ C, tốc độ chuyển động chậm khi đó chọn α= 15W/m2k

- Tổn thất nhiệt do bay hơi:

Giả thiết lượng nước mất đi do bốc hơi là 2%/ngày, với nhiệt độ ở bểtrung bình khoảng 28 độ C

Qbh = (2%.V.ρ.r)/24= 2%.80.997.2257/24= 150015 (KJ/h)

+ Tổn thất nhiệt do dẫn nhiệt qua vách bể

do bể đặt trên tầng chọn vật liệu làm vách bể là Bê tông đá vỡ và đá dăm,

có hệ số dẫn nhiệt 𝝺= 1.28 W/m.K, độ dày d= 25cm, hệ số tỏa nhiệt 2bên α1 =10 W/m2.K, α2 =8 W/m2.K

Qdn = k.F.∆t= 11α1+dλ+1α2(48+50).(28-13)=3497.4 (W) = 12590.6(kJ/h)

Vậy Công suất lò hơi cần thêm là:

Dex=Q/(r.η)= 1605120/(2109*0.85)=895.39 (Kg/h))=(12590.6+150015+35100)/(2106.0.85)=110.5(Kg hơi)

c Lượng hơi phục vụ nhu cầu giặt là

Dgl= 350Kg/h tại áp 5 bar

d Lượng hơi cho nhu cầu nấu ăn nấu cho 600 suất ăn:

 nấu 100kg đồ ăn cần 14 KW/h áp suất là 2,5bar và nhiệt độ trung bình nhiệt độ hơi đề dành cho nấu thức ăn là từ 1200Cđến 2000C nên ta sẽchọn nhiệt độ trung bình là 1600C

 theo số liệu điều tra mỗi người cần ăn 0.3kg cơm trong 1 bữa và đồ ănnấu trong bữa gồm có canh và đồ ăn ta quy đổi về khối lượng là 0.5kg.Vậy khối lượng để nấu cho 600 suất ăn là 480kg đồ ăn

 Công suất để nấu 600 suất ăn là:

Đây là lượng hơi tính toán lý thuyết lúc giờ cao điểm bao gồm cả lượng hơi

để chuẩn bị đồ ăn và giặt là theo giờ cố định.Vậy để đảm bảo cung cấp hơicho tòa nhà ta chọn trạm cấp nhiệt trung tâm gồm- gồm 2 lò hơi kiểu ốngnước đặt đứng đốt, bao gồm: 2 lò hơi đốt dầu D.O công suất 1500 kg hơi/h

Hệ thống nước nóng trung tâm thường bao gồm:

1 Module gia nhiệt cưỡng bức: Đây là module chính của hệ thống nước

nóng trung tâm, module gia nhiệt cưỡng bức thường sử dụng là bơmnhiệt, boiler, thanh gia nhiệt điện trở hoặc kết hợp các module gia nhiệttrên để cung cấp phần lớn nhiệt lượng cho các đối tượng sử dụng Khikhông tận dụng được các nguồn năng lượng phụ trợ, module này phảiđảm bảo việc cung cấp đủ năng lượng cho các đối tượng sử dụng

2 Module trao đổi nhiệt gián tiếp: Việc trao đổi nhiệt gián tiếp không

những không làm giảm hiệu suất trao đổi mà còn đảm bảo nguồn nướcđược gia nhiệt không sinh cáu cặn, không bám cáu cặn vào các thiết bịgia nhiệt, đảm bảo vệ sinh nước cấp, tránh được tắc nghẽn các module gianhiệt, nâng cao tuổi thọ các thiết bị trong hệ thống nước nóng trung tâm.Module gia nhiệt thường là các tấm trao đổi nhiệt, ống trao đổi nhiệt,

3 Module chứa nước nóng: Bao gồm các bồn chứa nước nóng sau khi gia

nhiệt, bồn chứa nước nóng này dùng để cung cấp/ dự trữ một lượng nướcnóng nhất định cho các đối tượng sử dụng Các bồn chứa nước nóng cóthể tích hợp với các thiết bị gia nhiệt gián tiếp (ống đồng - coils)

4 Nguồn năng lượng phụ trợ: Việc sử dụng các nguồn nhiệt phụ trợ như

hệ thống thu năng lượng mặt trời, tận dụng nguồn nhiệt dư thừa từ nướchồi chiller trước tháp giải nhiệt trong hệ thống nước nóng trung tâm sẽlàm giảm tối đa năng lượng cần cung cấp cho hệ thống, làm giảm chi phívận hành cho hệ thống

5 Vòng tuần hoàn nước nóng tự động: Việc thiết kế vòng tuần hoàn nước

nóng tự động - bơm hồi nước nóng về thiết bị gia nhiệt thường dễ gặpphải các sai sót, đặc biệt trong các tòa nhà cao tầng, dẫn đến tình trạngnước nóng không thể tuần hoàn, mất cân bằng nóng và lạnh, quá nóngcho các đối tượng sử dụng đầu nguồn nước, quá lạnh cho các đối tượngcuối nguồn nước

6 MODULE tận dụng nước hồi chiller

Việc tận dụng năng lượng nước hồi chiller (nước trước khi vào tháp giảinhiệt) để sử dụng cho hệ thống nước nóng trung tâm không những tậndụng được nguồn nhiệt dư thừa (nguồn nhiệt bỏ đi trước tháp giải nhiệt),

mà còn làm giảm áp lực làm mát cho tháp giải nhiệt, tiết kiệm năng lượngtối đa, tiết kiệm chi phí cho đầu tư, đặc biệt là chi phí vận hành hệ thốngcung cấp nước nóng, chi phí cho việc giải nhiệt chiller

1.3 Chọn phương án sử dụng nhiên liệu.

1.3.1.Các thông số đầu vào.

 Nhiệt độ nước nóng t1= 76 oC

 Nhiệt độ nước lạnh t2=16 oC

 Nhiệt trị của than Qlvt = 22.000 kj/kg-

 Nhiệt trị của dầu Qlvt =40.000 kj/kg

 Nhiệt trị của Gas LPG Qlvt =46.000 kj/kg

 Tính gia nhiệt cho 100 lít nước

- Q1(kJ: Nhiệt lượng cung cấp cho nước

- m (kg): Khối lượng nước cần gia nhiệt: m =100 kg

- Cp (kj/kg.K): Nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho nước để tăng1kg nước lên 1 oC

Cp =4,2 kj/kg.K

Thay số liệu vào ta được :

Q1 = 100.4,2.(76-16)= 25200 (kj )

b Chi phí khi dùng là gas.

- Khi đốt n kg GAS thì nhiệt lượng sinh ra là:

Trong đó : Qlvt = 46.000 kJ/kg : Nhiệt trị của gas LPG.

Tính với giá Gas là 25200 VNĐ/kG

Chi phí để gia nhiệt cho 100 lít nước bằng dầu D.O là

Tdầu=11214(đồng/100l) với h=0,9;n=0,7;giá 1lit dầu D.O là 16020đồng

Vậy từ số liệu trên ta chọn phương án lò đốt bằng dầu với chi phí rẻ và

bể bơi nhằm gia nhiệt cho bể bơi và đường cuối cung cấp cho nhà ăn

2.2 Gia nhiệt cho nước.

Nước lạnh từ bể nước trên mái được bơm vào calorifel trao đổi nhiệt trênmái, hơi đi qua thiết bị giúp gia nhiệt cho nước lạnh tăng nhiệt độ lên 76 oC sau

đó nước nóng được bơm vào bể chứa nước nóng được cách nhiệt dẫn qua bìnhtrao đổi nhiệt kiểu ống vỏ

2.3 Cấp nước nóng cho tòa nhà.

Lợi dụng trọng lượng của cột nước ta áp dụng phương pháp cấp nước nóng

ở trên cao bằng cách đặt bể nước nóng ở trên mái Nước nóng sau khi qua bìnhgia nhiệt mạng đặt tại trên mái được đưa tới bể dự trữ nước nóng Tại đây, nướcnóng theo đường nước nóng chính đi tới ống phân phối nước nóng chia ra cácđường nước cấp nước nóng theo các hộp kỹ thuật dẫn xuống các phòng sử dụng

nước nóng ở dưới Nước lạnh từ nguồn cấp bổ sung vào bể nước hồi, ở đâunước được hòa trộn với nước hồi và được gia nhiệt lên 1 chút bởi nước hồi cónhiệt độ cao hơn Khi bắt đầu chạy lò, nguồn nước dự trữ và nước hồi không cóthì nhiệt độ nước tại bể hồi chính bằng nhiệt độ nước lạnh, sau đó nước đượcdẫn qua bình trao đổi nhiệt kiểu ống vỏ

2.4 Gia nhiệt cho bể bơi

Bể bơi có dung tích lớn nên cần thời gian để gia nhiệt lên nhiệt độ cần thiết.Khi đạt nhiệt độ đó thì chỉ cần bù lượng nhiệt đã tổn thất băng cách nhận tínhiệu từ cảm biến nhiệt độ trong bể bơi để điều chỉnh các van cấp nước nóng cho

xả khí không ngưng trong hệ thống đường ống hơi

Do tổn thất nhiệt nên khi ta để nước quá lâu thì nhiệt độ nước nóng trong

hệ thống giảm Khi nhiệt độ nước nóng xuống thấp quá không đủ đảm bảo sinhhoạt thì cần phải hồi về bể hồi đặt ở trên cao Sở dĩ ta hồi về bể nước hồi màkhông hồi về bể nước nóng tổng là vì để nhiệt độ của nước nóng tại bể tổng vẫnđảm bảo nhiệt độ yêu cầu cấp cho các phòng, không bị giảm đi bởi lượng nướchồi hòa trộn vào ở cuối mỗi nhánh chính, tại tầng kỹ thuật, ta bố trí đường hồikhi nhiệt độ t < 500C Để thực hiện việc hồi nước, sử dụng một cụm van từ: Lấytín hiệu nhiệt độ nước nóng ở cuối mỗi đường ống cấp nước nóng chính, đưa tínhiệu về điều khiển trung tâm, khi nhiệt độ nước nóng trong ống nhỏ hơn nhiệt

độ chỉ định thì van từ mở cho nước hồi về Còn một lượng nước nóng cung cấpcho điểm sử dụng ở tầng dưới, chúng ta có thể xả bỏ khi nhiệt độ quá thấp vìnếu lắp đặt đường hồi thì sẽ không kinh tế vì đường ống hồi quá dài, trong khi

đó lượng hồi về lại rất nhỏ

- Bộ khống chế nhiệt độ nước nóng trong hệ thống: Khi nhiệt độtrong hệ thống lớn hơn 760C thì van từ cấp hơi đóng, ngừng cấphơi gia nhiệt và lò hơi tự động ngừng đốt, khi nhiệt độ trong hệthống nhỏ hơn 760C thì van từ cấp hơi mở cấp hơi gia nhiệt để gianhiệt cho nước và lò hơi tự động đốt trở lại.

Khống chế mức nước trong bể nước nóng: Khi mực nước trong bể giảmnhỏ hơn mức cho phép thì bơm cấp tự hoạt động cấp nước cho bể, khi mựcnước cao hơn mức cho phép thì bơm cấp tự ngừng cấp nước cho bể

Và cứ 4 tầng ta đặt một bộ van tiết lưu, 1 bơm và bộ đo đồng hồ cao áp vàđồng hồ đo áp thấp để điều chỉnh áp suất nước tại các tầng tránh hiện tượng sụt

áp hay cao áp ảnh hưởng đến đường ống cũng như chất lượng phục vụ

2.7.Các đường ống nhánh.

Các đường ống nhánh dẫn tới từng buồng trong từng đơn nguyên sẽ đitrong hộp kỹ thuật (ống có bảo ôn cách nhiệt) hoặc đi ngầm trong tường ( vớiđoạn ngắn tới từng vòi nước nóng)

Ưu nhược điểm của hệ thống:

ưu điểm:

- Lò không phải hoạt động liên tục và luôn hoạt động ở phụ tải kinh tế nênhiệu suất lò cao

- Dung tích két nước nóng và công suất lò trung bình vậy ta có thể chạy

lò bù nhiệt liên tục cho thiết bị trao đổi nhiệt và cấp nước cho bình trao đổi nhiệtnhững lúc có phụ tải

- Do ta sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu liên tục nên có thể đáp ứng nhucầu nước nóng và hơi cho nhà máy một cách nhanh nhất

- Hệ thống này có khả năng khống chế nhiệt độ nước nóng tốt, khả năng

tự động hóa cao Có khả năng đáp ứng tốt nhu cầu nước nóng và hơi của nhàmáy

- Hệ số an toàn của hệ thống cao

Nhược điểm:

- Quản lí và vận hành tương đối phức tạp

- Chi phí đầu tư khá cao do lắp đặt bình gia nhiệt, các thiết bị tự động

CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH

3.1 Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt.

Trong sơ đồ nhiệt ta thấy rằng môi chất truyền nhiệt ở đây là hơi, còn môichất nhận nhiệt là nước lạnh Vì vậy ta chọn thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bìnhngưng ống vỏ Ta tính trong trường hợp hoạt động của 1 bình đủ cung cấp chonhu cầu dùng nước nóng của tòa nhà trong thời gian cao điểm

Bình gia nhiệt phải thỏa mãn điều kiện làm việc trong trường hợp xấu nhất đólà: vào giờ cao điểm hoặc khi bắt đầu đốt lò, lượng nước hồi coi như bằngkhông, nhiệt độ đầu vào của nước lạnh cần gia nhiệt bằng nhiệt độ nước thấpnhất do đó cần độ gia nhiệt lớn Còn trong trường hợp có nước hồi và khôngphải giờ cao điểm thì chỉ cần giảm công suất lò hoặc tắt một lò

Nước lạnh cần gia nhiệt có nhiệt độ đầu vào t = 16 oC và nhiệt độ đầu ra t=76 oC

là đảm bảo nhiệt độ yêu cầu dùng nhiệt

Các thông số cần thiết khi tính chọn bình ngưng ống vỏ:

Bình ngưng hơi nước kiểu ống vỏ nằm ngang, ở nhiệt độ ngưng tụ 151,84 oC.Hơi ngưng bên ngoài các ống không có cánh, với đường kính d2/d1 = 19/16

mm , ống bằng thép có = 45 W/m0K, bước ống s = 1,5 d2 Nước được gia nhiệtchảy trong ống với tốc độ = 0,5 m/s , nhiệt độ nước vào 16 oC, nhiệt độ nước ra = 76 oC Nhiệt tỏa ra môi trường Qt = 2% Qk, số hành trình N = 4

Cân bằng nhiệt bình ngưng với nhiệt do nước lạnh nhận được Q1:

- Nhiệt độ trung bình t1 của nước lạnh: =0,5(76 + 16) = 46 oC

Từ nhiệt độ 46 oC tra bảng các thông số vật lí của nước trên đường bão hòa tacó: Cpl = 4,174 kJ/kg.K ρ1 = 990,05 kg/m3

ν1 = 0,605.10-6 m2/s λ1 = 64,15 10-2W/m.K Prf = 3,925 Vậy lượng nhiệt mà nước lạnh cần nhận được là:

Như vậy nước chảy rối trong ống Theo công thức(2-18.TBTĐN) khi giảthiết l>50.d2, ta có: Nu f=0,021.Ref0,8.Prf 0,43 A

Coi như hơi nước ngưng bên ngoài ống có nhiệt độ không đổi, nghĩa làkhông có sự quá lạnh của nước ngưng bên ngoài không gian giữa các chùm ốngnên sơ đồ cùng chiều và ngược chiều như nhau

Vậy độ chênh nhiệt độ trung bình Δ t bằng:

0

1

151,84 16 151,84 76

102,94 151,84 16

t t t

Prw)0 ,25 , muốn tìm Prw phải biết nhiệt độ bề mặt trong ống tw1.

Ta có thể chọn nhiệt độ tw1 như sau (sau này sẽ kiểm tra lại việc chọn này)

1

102 151

1

64,15.10 113,04.

Theo(2-31a), ta có: α N=0 , 728.

(λ3 ρ2 g r)0, 25(μ Δt d ) 0,25

- Với nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước tk = 1510C, tra bảng thông số vật lí

độ nước chảy trong ống xem có thỏa mãn giá trị chọn lúc đầu ω1 = 0,4 m/skhông?

- Tiết diện của các ống trong một hành trình f1:

Ta nhận thấy rằng  1' = 0,4 m/s có thể coi bằng ω1 = 0,391 m/s nghĩa là

ta không phải tính lại hệ số tỏa nhiệt của nước α1

- Tổng số ống theo(2-99)" Thiết bị trao đổi nhiệt":

- Tổng diện tích bề mặt ống:

3

0, 2394 606, 21.102,94

Q F

Chọn tw1 = 700C, tra bảng thông số vật lí của nước trên đường bão hòa tađược: Prw = 2,55

1

67,1.10 80, 2.

16.10

f

Nu d

α N=0,728.(0,684

3 9162.2088,9.103.9,81)0 ,25(186 ,3.10−6.7.19.10−3)0,25 = 15803,44 (W/m2.K)

Hệ số tỏa nhiệt khi ngưng bên ngoài chùm ống:

F l

n d  

= 1,13(m)Kiểm tra lại việc chọn nhiệt độ bề mặt ống:

Khi chọn hệ số điền đầy ống của mặt sàng η = 0,6 theo công thức (2-93)đường kính trong của vỏ thiết bị bằng:

Mục đích xử lí nước là ngăn ngừa hiện tượng tạo thành cáu bám trên tất

cả các bề mặt đốt, duy trì độ sạch của hơi ở một mức độ cần thiết, ngăn ngừaquá trình ăn mòn trong đường nước và đường hơi

Nguyên lí làm việc: Cho nước đi qua một lớp vật chất có khả năng nhả vàonước cation, đồng thời hấp thụ những cation Ca2+ và Mg2+ có trong nước

- Đối với nhà máy, lò hơi có công suất không cao, thông số hơi thấp vì vậy

để đảm bảo kinh tế ta chọn hệ thống xử lí nước bằng phương pháp trao đổication Na+ Khi trao đổi cation Na+ toàn bộ độ cứng được khử, nhưng độ kiềm

và các thành phần muối không thay đổi

- Các phản ứng xảy ra khi xử lí nước:

Ca(HCO3)2 + 2NaR = CaR2 + 2NaHCO3

Mg(HCO3)2 + 2NaR = MgR2 + 2NaHCO3

CaCl2 + 2NaR = CaR2 + 2NaCl

đã bị làm yếu Trong thực tế NaCl cần cho quá trình hoàn nguyên thường là từ2,5 đến 3,5 lượng NaCl theo lí thuyết

- Các phản ứng hoàn nguyên xảy ra như sau:

CaR2 + 2NaCl = 2NaR + CaCl2

MgR2 + 2NaCl = 2NaR + MgC2

Sơ đồ hệ thống xử lý nước dùng bình cation natri

1-bể dung dịch muối; 2- bình lọc dung dịch muối;

3-thùng chứa dung dịch muối đã lọc; 4- bình cationit natri

5- Bơm dung dịch muối; 6- bơm nước qua bình cationit natri

7- đường nước để rửa bình lọc hay để chuẩn độ dung dịch muối

8- đường tái tuần hoàn của bơm muối;9- đường dung dịch muối hoànnguyên; 10- đường nước chưa xử lý; 11- đường nước mềm; 12-đườngnước rửa ngược; 13- xả

3.2 Tính chọn bơm cấp nước.

Để đảm bảo cho lò hơi làm việc một cách đầy đủ và liên tục ta chọn 2 bơm

ly tâm cho 1 lò, mỗi bơm có công suất 100% công suất yêu cầu (1 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng)

- Mỗi bơm có thông số tối thiểu như sau:

+ Năng suất bơm cấp:

=0,4217 (kW) trong đó: Q - năng suất của bơm, m3/s

H - cột áp của bơm, bar

 = 0,75 - hiệu suất của bơm

3.3 Thiết bị trao đổi nhiệt cho bể bơi.

Khi bể bơi bắt đầu khởi động

- Lượng nhiệt cần cấp cho 100m3 nước bể bơi từ t2 lên t3

Q3= Cp.m.(t3-t2)=4,2.100.1000.(36-16)=8400000(kJ)

- Khi tính đến hệ số tổn thất nhiệt ra môi trường ta có:

- Thông thường cần 16 giờ để gia nhiệt cho bể bơi lên công suất lò hơi yêu

Chọn thiết bị trao đổi nhiệt ống vỏ như của tòa nhà

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MẠNG NHIỆT

Mục đích đảm bảo cấp nước,hơi một cách đầy đủ cho toàn bộ các cơ sởtrong khách sạn tại mọi thời điểm

Tổn thất áp suất toàn phần bao gồm 2 phần: tổn thất do ma sát dọc đườngống và tổn thất áp suất cục bộ do các trở lực khác trên đường ống

Tổn thất áp suất toàn phần được tính theo công thức sau:

- ltt - chiều dài tính toán của đường ống, m

- Khi tính toán tìm áp suất tại điểm cuối, ta sử dụng công thức đốivới chất lỏng không chịu nén chuyển động trong ống dẫn như sau(viếtcho 1 kg):

1 và 2 - tốc độ chuyển động của chất lỏng ở tiết diện 1 và 2,m/s;

P1 và P2 - áp suất chất lỏng ở tiết diện 1 và 2, m/s;

 - khối lượng riêng của chất lỏng ở tiết diện 1 và 2, Pa;

g = 9,81 m2/s – gia tốc rơi tự do;

4.1 Tính toán thủy lực ống dẫn cấp nước nóng

Sử dụng ống thép tiêu chuẩn chịu nhiệt CT3 theo tiêu chuẩn liên xô

Ống dẫn hơi nước Ktđ = 0,2 mm, ống dẫn nước nóng Ktđ = 0,5 mm, ống dẫn nước ngưng Ktđ = 1 mm

Khối lượng riêng của nước nóng trong hệ thống mạng nhiệt coi như không đổi

- Phân đoạn 1 đường ống ngang Q-W

Theo yêu cầu của khách sạn mà ta đã tính ở phần xác định phụ tải nhiệt ta có lượng nước nóng ở 760C cho mỗi phòng trong giờ cao điểm là 40 lít Nhưng trong thực tế khi tắm người ta chỉ lấy nước nóng vào bồn trong khoảng 10 phút trước khi tắm Vì vậy lượng nước yêu cầu trong giờ cao điểm phải đáp ứng

trong khoảng 10 phút Lưu lượng nước nóng cho mỗi phòng trong 1 phút là:

G76 = 4 (l/phút)

Mỗi trục kỹ thuật có 20 phòng => Vtrục = 4.20 = 80 (l/phút)= 1,333.10-3 (m3/s)Lưu lượng nước chảy qua phân đoạn 1 (l1) : V= 4.V trục = 0,0053 (m3/s)

Chọn sơ bộ vận tốc nước chảy ω kt = 0,46 m/s

Áp suất ở đầu phân đoạn 1

P1’ = Po + H.g.ρ = 119125 Pa

Po = 105 Pa áp suất khí quyển

H = 2m chiều cao cột nước trong bể chứa chọn sơ bộ

g = 9,81 m2/s gia tốc trọng trường

ρ = 974,8 kg/m3 khống lượng riêng nước nóng ở 760C

R dd = λ.ω2

2 d ρ=19,55 (Pa/m)

Chiều dài tương đương

Phân đoạn 1 (1 khủy cong r =2d ) Ltd = 2.51 m

Tương tự ta tính cho cácphân đoạn còn lại

Kết quả được tổng hợp vào bảng sau:

- Từ kết quả tính toán ta thấy rằng với đường kính ống đã chọn tốc độ nướcchảy trong ống là nằm trong giới hạn cho phép áp suất tại các điểm của ápsuất nằm ngang đều lớn hơn áp suất bão hòa của nước tại 76 oC nên đảm bảokhông có hiện tượng sôi trong ống.

4.1.2 Tính thủy lực cho các trục kỹ thuật

Khách sạn có 8 trục kỹ thuật chạy từ tầng mái xuống cung cấp nước nóng cho 160 phòng, mỗi trục được chia thành 10 phân đoạn

Áp suất dư tại các hộ tiêu thụ không quá 1 bar

Trục kỹ thuật 4 nằm trên đường nước ngang A-C Việc đánh số các trục kỹ

thuật được thực hiện từ trái sang phải Trục kỹ thuật được chia thành 10 phân đoạn từ trên xuống dưới

Chiều dài các phân đoạn như sau:

mm, đường kính ngoài 76 mm.

Tốc độ nước chảy trong phân đoạn 1: ω = 0,414m/s

Tiêu chuẩn Reynols: Re = ω d ν = 74307

R dd = λ.ω2

2 d ρ = 39.38 (Pa/m)

Chiều dài tương đương ( 1 van chắn, 1 đột thu)

Ltd = 1,04 + 0.43 = 1,47 m

Chiều dài quy dẫn Lqd = L + Ltđ = 5,47

Tổng giáng áp δp = Rdd.Lqp = 146,87 Pap = Rdd.Lqp = 138,67 (Pa)

Coi tốc độ nước không đổi