Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
4 Các phương pháp được sử dụng để sản xuất nước nóng

4 Các phương pháp được sử dụng để sản xuất nước nóng

Tải bản đầy đủ - 0trang

ĐỒ ÁN NHIỆT



Hình 1.4.1. Cấu tạo của một hệ thống sản xuất nước nóng bằng điện năng

theo kiểu truyền thống cơ bản



_ Mặc dù phương pháp gia nhiệt nước nóng bằng điện năng theo kiểu

truyền thống gây ra nhiều lãng phí về năng lượng và làm gia tăng hiệu ứng nhà

kính, nhưng cũng khơng thể loại bỏ hồn tồn và ngay lập tức được. Vì một số lý

do như giá điện còn thấp, hay nhu cầu sử dụng nước nóng thấp…thì việc đầu tư

cho một máy sản xuất nước nóng bằng điện năng theo kiểu truyền thống sẽ hợp

lý hơn.

1.4.2 Gia nhiệt nước nóng bằng nhiên liệu hóa thạch

_ Khác với gia nhiệt nước nóng bằng điện năng, phương pháp gia nhiệt

nước nóng bằng nhiên liệu hóa thạch được thực hiện chính bằng nhiệt lượng sinh

ra trong q trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ, khí đốt, than, củi…) để

gia nhiệt cho nước. Hiện nay trên thế giới, và đặc biệc ở một số nước phát triển

thì phương pháp này được sử dụng rất phổ biến trong lĩnh vực cơng nghiệp và

khu dân cư, khách sạn,..vì một số ưu điểm của hệ thống như đáp ứng nhanh và

liên tục cho các yêu cầu cụ thể, hiệu quả sử dụng năng lượng cao và khả năng gây

hiệu ứng nhà kính là thấp hơn so với phương pháp gia nhiệt nước nóng bằng điện

năng. Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là tổn thất nhiệt do q trình

15



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



cháy và nhiệt do khói mang ra ngồi, hệ thống phức tạp vì phải lắp đặt thêm hệ

thống chứa nhiên liệu, q trình bảo trì bảo dưỡng cũng khó khăn hơn và chi phí

đầu tư ban đầu cũng cao hơn so với phương pháp gia nhiệt bằng điện năng. [TL5]



Hình 1.4.2 Cấu tạo của một hệ thống sản xuất nước nóng bằng nhiên liệu

hóa thạch (dầu)



Chất đốt



Nhiệt trị

(J/kg)



Chất đốt



Nhiệt trị

(J/kg)



Củi khô



10.106



Gas



44.106



Than bùn



14.106



Dầu hỏa



44.106



Than đá



27.106



Xăng



46.106



Than củi



34.106



Hiđrô



120.106



Bảng 1.4.2: Nhiệt trị của một số chất đốt



1.4.3 Gia nhiệt nước nóng bằng năng lượng mặt trời

_ Ở nước ta hiện nay, tính đến thời điểm tháng 10/2014 thì nước ta có số

giờ nắng trung bình trong một năm vào khoảng 1219,6 ÷ 2498 giờ/năm và cường

độ bức xạ mặt trời vào khoảng 3,5 ÷ 4,5 kWh/m2/ngày nhưng cũng tùy thuộc vào

16



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



từng khu vực cụ thể [TL6]. Rõ ràng ta có thể thấy tiềm năng sử dụng năng lượng

mặt trời ở nước ta là vơ cùng lớn, và thêm vào đó dưới tác động của các chính

sách về sử dụng năng lượng hiệu quả và bảo vệ môi trường được nhà nước ban

hành, đã làm cho các hệ thống sản xuất nước nóng bằng năng lượng mặt trời phát

triển một cách nhanh chóng và mạnh mẽ trong vài năm gần đây. Có thể nói,

phương pháp sản xuất nước nóng bằng năng lượng mặt trời hầu như khơng tốn

chi phí trong q trình vận hành, vì năng lượng mặt trời là miễn phí và có thể tái

tạo được.



Hình 1.4.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một hệ thống sản xuất nước

nóng bằng năng lượng mặt trời



_ Nguyên lý hoạt động của hệ thống sản xuất nước nóng bằng năng lượng

mặt trời tương đối đơn giản, ban đầu nước từ bình chứa sẽ điền đầy vào các ống

collector, tại đây nước sẽ nhận nhiệt từ bức xạ mặt trời và làm nước nóng lên, vì

nước nóng nên sẽ có khối lượng riêng nhỏ hơn so với nước lạnh, nên nước nóng

sẽ có xu hướng di chuyển lên phía trên và quay về bình chứa và song song với

quá trình này là nước lạnh từ bình chứa sẽ chuyển động xuống phía dưới ống và

điền đầy vào phần thể tích của nước nóng đã rời đi, và cứ thế q trình diễn ra

liên tục khi có bức xạ mặt trời. Tuy nhiên vì quá trình trao đổi nhiệt của nước bên

trong là đối lưu tự nhiên và cần phải có bức xạ mặt trời, nên để có được đủ lượng

nước nóng yêu cầu cho quá trình sử dụng thì phải chờ một thời gian khá dài hoặc

vào những ngày mà bức xạ mặt trời thấp thì sẽ khơng đáp ứng đầy đủ cho các u

cầu sử dụng, và đó chính là nhược điểm của hệ thống vì q phụ thuộc vào điều

17



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



kiện thời tiết. Mặc dù không tốn chi phí cho q trình vận hành nhưng chi phí đầu

tư ban đầu của hệ khá cao so với hai phương pháp gia nhiệt nước nóng bằng điện

kiểu truyền thống và bằng nhiên liệu hóa thạch.



Bảng 1.4.3: Số giờ nắng trung bình trong tháng ở các địa phương



1.4.4 Gia nhiệt nước nóng bằng bơm nhiệt

_ Về cơ bản bơm nhiệt có cấu tạo và nguyên lý hoạt động giống máy

lạnh, nhưng lại khác nhau về mục đích sử dụng. Đối với bơm nhiệt mục đích sử

dụng là làm nóng, nếu bơm nhiệt được sử dụng để sản xuất nước nóng thì nhiệt

lượng mà nước nhận được do môi chất nhả ra tại dàn ngưng sẽ là nhiệt lượng

hữu ích.



18



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



Hình 1.4.4 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một hệ thống sản xuất

nước nóng bằng bơm nhiệt



_ Rõ ràng bơm nhiệt là một loại máy nhiệt do đó nó sẽ nhận cơng từ bên

ngồi (cụ thể là điện năng) để vận hành hệ thống tham gia vào quá trình sản xuất

nước nóng. Mặc dù bơm nhiệt cũng sử dụng điện năng, nhưng không giống với

phương pháp gia nhiệt nước nóng bằng điện năng kiểu truyền thống là trực tiếp

sử dụng điện năng để sinh nhiệt, mà bơm nhiệt sử dụng điện năng để vận chuyển

nhiệt lượng từ nơi này đến nơi khác. Do đó so với phương pháp gia nhiệt nước

nóng bằng điện năng kiểu truyền thống thì phương pháp sử dụng bơm nhiệt sẽ có

hiệu suất cao hơn và do đó chi phí để vận hành hệ thống cũng sẽ thấp hơn. Và

đặc biệt phương pháp này hầu như không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, có thể

đảm bảo các yêu cầu về nhiệt độ và nhu cầu sử dụng mọi lúc.

1.4.5 Một số phương pháp gia nhiệt nước trong cơng nghiệp:

_ Gia nhiệt nước nóng bằng hơi từ lò hơi.

_ Gia nhiệt nước nóng từ các nguồn nhiệt thải.

_ Gia nhiệt nước nóng bằng điện.

_ Gia nhiệt nước nóng bằng bơm nhiệt.



19



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BƠM NHIỆT

2.1. Lịch sử phát triển của bơm nhiệt:

_ Năm 1852, Thomson (Lord Kelvin) sáng chế ra bơm nhiệt đầu tiên. Ngày

nay, bơm nhiệt đã phát triển một cách nhanh chóng về cả chủng loại, công suất,

số lượng, chất lượng và được ứng dụng trong các ngành kinh tế như: Công nghệ

sấy và hút ẩm; cơng nghệ chưng cất, tách chất; các q trình thu hồi nhiệt thải;

công nghệ thực phẩm.



2.2. Khái niệm bơm nhiệt:

_ “Bơm nhiệt là loại máy nhiệt, nhận công từ bên ngoài để vận chuyển nhiệt

lượng theo chiều ngược từ nguồn lạnh đến nguồn nóng, cụ thể nhiệt lượng sẽ

được vận chuyển từ mơi trường xung quanh đến mơi trường có nhiệt độ cao hơn

mơi trường xung quanh” [TL7] như hình 2.2 bên dưới.



Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt



_ Để đánh giá hiệu quả của bơm nhiệt người ta sử dụng hệ số làm nóng φ

(hay nói cách khác là hiệu suất của chu trình cũng được thể hiện thơng qua hệ số

COP = φ). Vì mục đích của bơm nhiệt là làm nóng nên hệ số φ chính là tỷ số giữa

QH và W.





QH

W







QH

QH  QL



(2.2)



_ Từ cơng thức 2.2 ta thấy rằng, hệ số làm nóng sẽ luôn luôn lớn hơn 1

nhưng sẽ không bao giờ tiến đến vơ cùng, và nó chỉ có thể tiệm cận giá trị tương

20



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



ứng của chu trình Carnot ngược chiều ở điều kiện có cùng nhiệt độ nguồn nóng

và nguồn lạnh. Nhưng trong thực tế hệ số φ sẽ không bao giờ đạt đến giá trị của

chu trình Carnot ngược chiều khi có cùng nhiệt độ nguồn nóng và nguồn lạnh vì

tính khơng tḥn nghịch của các quá trình.



2.3. Cấu tạo của bơm nhiệt:

_ Về cơ bản bơm nhiệt có cấu tạo tương đối giống với máy lạnh và cùng

được xếp vào một nhóm, nhưng lại khơng hồn tồn giống nhau vì mục đích sử

dụng của chúng là khác nhau, với bơm nhiệt thì được dùng để làm nóng trong khi

máy lạnh được sử dụng để làm lạnh như hình 2.3a và 2.3b bên dưới. Về cấu tạo

bơm nhiệt cũng có 4 thiết bị chính như máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị tiết lưu

và thiết bị bay hơi.



Hình 2.3a cấu tạo cơ bản của một bơm nhiệt



21



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



Hình 2.3b cấu tạo cơ bản của một máy lạnh



2.4. Phân loại bơm nhiệt

_ Hiện nay, tùy theo cơng nghệ chế tạo và mục đích sử dụng mà có rất

nhiều cách phân loại bơm nhiệt đó là theo ứng dụng (nguồn nhận nhiệt), nguồn

cho nhiệt, kiểu lưu trữ nhiệt… Nhưng chủ yếu vẫn được phân loại theo ứng dụng

và nguồn cho nhiệt.



Hình 2.4 Cách thức phân loại bơm nhiệt theo nguồn nhận nhiệt và cho

nhiệt [TL8]



2.4.1. Phân loại theo ứng dụng

Trong kiểu phân loại theo ứng dụng thì bơm nhiệt chủ yếu được sử dụng để:

_ Gia nhiệt cho nước của quá trình sản xuất nước nóng

_ Gia nhiệt cho khơng khí của q trình sưởi ấm hay sấy



Hình 2.4.1 Phần trăm ứng dụng của bơm nhiệt trong sản xuất nước nóng và làm nóng

[TL9]



22



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



2.4.2. Phân loại theo nguồn cho nhiệt

_ Trước đây, các hệ thống bơm nhiệt dùng để sản xuất nước nóng thường

sử dụng các nguồn cho nhiệt là khơng khí tự nhiên, lòng đất, khí thải của các q

trình, nước ngầm, nước thải…Trong đó các nguồn cho nhiệt là khơng khí tự

nhiên, lòng đất vẫn chiếm tỉ trọng khá lớn so với các loại còn lại, bởi vì đây là

các nguồn cho nhiệt có sẵn, dễ sử dụng, dễ bảo trì và đặc biệt là ít tốn chi phí

trong q trình lắp đặt như các loại còn lại và đặc biệt nó còn phụ thuộc vào điều

kiện khí hậu ở mỗi khu vực.



Hình 2.4.2a Phần trăm các nguồn cung cấp nhiệt cho bơm nhiệt [TL9]



 Khơng khí

_ Bơm nhiệt khơng khí đem nhiệt thải ra khơng khí bên ngồi. Phần lớn hệ

thống bơm nhiệt là bơm nhiệt khơng khí. Đối với máy làm lạnh cỡ lớn, thiết bị

thải nhiệt ra khơng khí bên ngồi được gọi là tháp giải nhiệt.



Hình 2.4.2b Tháp giải nhiệt cho hệ thống HVAC cỡ trung

23



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NĨNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



ĐỒ ÁN NHIỆT



 Đất

_ Bơm nhiệt địa nhiệt (GSHP) đem nhiệt thải vào đất thay vì khơng khí.

Bởi nhiệt độ trong đất tương đối ổn định quanh năm nên thiết bị này có thể đạt

hiệu quả cao hơn so với các bơm nhiệt khơng khí vào những ngày rất nóng hoặc

rất lạnh.



Hình 2.4.2c Lắp đặt đường ống dọc của máy bơm nhiệt địa nhiệt



 Nước

_ Một số máy bơm nhiệt địa nhiệt sử dụng dòng sơng, ao, vv… cho mục

đích tản nhiệt. Hệ thống vòng kín sử dụng có hiệu quả các phần cứng và hoạt

động tương tự như các máy bơm nhiệt địa nhiệt.

_ Tuy nhiên, cũng có thể cài đặt hệ thống “vòng mở” với các đường ống

mở ra suối. Hệ thống này sẽ kéo nước ở một đầu, dẫn vào máy bơm nhiệt nơi

nhiệt được hấp thụ hoặc giải nhiệt nhờ nước, và nước sau khi được trao đổi nhiệt

(làm nóng hoặc làm mát) được bơm trở lại xuống sơng ở hạ lưu. Hệ thống này

cũng có thể sử dụng nước ngầm từ các giếng riêng biệt, bơm từ giếng này vào

giếng khác.



24



TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG SỬ DỤNG BƠM NHIỆT



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

4 Các phương pháp được sử dụng để sản xuất nước nóng

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×