Luận văn: NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRUNG TÂM (CÔNG SUẤT LỚN) CHO CÁC KHÁCH SẠN VÀ CÁC KHU NGHỈ DƯỠNG
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
—————-
CAO TRUNG HẬU
NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRUNG TÂM (CÔNG SUẤT LỚN) CHO CÁC KHÁCH SẠN VÀ CÁC KHU NGHỈ DƯỠNG
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2011
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong những năm gần đây, các công trình khách sạn, resort, khu nghỉ dưỡng đã được xây dựng rất nhiều ở Việt Nam. Điều đó gắn liền với việc sử dụng hệ thống cung cấp nước nóng trung tâm tại những nơi này. Thế nhưng sự tiêu hao năng lượng cho nó lại chiếm đến khoảng 17% năng lượng sử dụng của tòa nhà. Điều này làm tăng chi phí vận hành như tiền điện cho các hệ thống đun nước nóng bằng điện trở hoặc các nhiên liệu để vận hành các hệ thống đun nước nóng bằng lò hơi, bằng gas. Chính vì lý do đó tác giả đã tập trung ngiên cứu các hệ thống cung cấp nước nóng bằng năng lượng mặt trời công suất lớn dành cho các khách sạn, resort. Với phương pháp nghiên cứu so sánh về mặt kỹ thuật các phương án cung cấp nước nóng và kết hợp với việc đánh giá tính kinh tế, để từ đó đưa ra phương án mang tính khả thi, phù hợp với người sử dụng, đảm bảo tiết kiệm năng lượng và hạn chế việc gây ô nhiễm môi trường.
In recent years, lots of hotel, restaurant and resort constructions have been built in Vietnam, which associate with the use of central hot wayer supply system at these places, yet the energy consumption for it constitutes around 17% of the energy use of the entire buildings. This increases the operating costs such as electric costs for using electric resistants to operate the system of water heating boilers and gas. It is because of that reason that the author has focused on researching the heating systems using solar power for hotels, resorts. Using comparative methods in view of technical project of water heating and combining with the economic evaluation, the author proposes feasible options corresponding with consumers, ensuring economical energy use and reducing pollution of te environment.
MỤC LỤC NỘI DUNG LUẬN VĂN
LỜI NÓI ĐẦU ………………………………………………………………………………………………………….. 1
CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………………. 2
1.1 Yêu cầu thực tiễn cần thiết của đề tài ………………………………………………………………………. 3
1.2 Nội dung nghiên cứu …………………………………………………………………………………………….. 3
1.3 Phương pháp nghiên cứu ……………………………………………………………………………………….. 4
1.4 Giới hạn đề tài ………………………………………………………………………………………………………. 4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐUN NƯỚC NÓNG CÔNG SUẤT LỚN 5
2.1 Tổng quan về nhu cầu sử dụng nước nóng cho khách sạn ………………………………………….. 6
2.2 Các phương pháp cung cấp nước nóng cho khách sạn ……………………………………………….. 6
2.2.1 Hệ thống cung cấp nước nóng gia nhiệt bằng gas LPG (khí hóa lỏng) ……………………. 6
2.2.1.1 Một số đặc tính cơ bản của gas (LPG) ………………………………………………………………… 6
2.2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động ………………………………………………………………………… 7
2.2.1.3 Một số sơ đồ bố trí hệ thống ……………………………………………………………………………… 8
2.2.1.4 Lắp đặt hệ thống ống khói của bình đun gas ……………………………………………………….. 9
2.2.2 Hệ thống đun nước nóng gia nhiệt bằng lò hơi đốt dầu ………………………………………. 10
2.2.2.1 Một số đặc tính của dầu (DO) …………………………………………………………………………. 10
2.2.2.2 Các dạng lò hơi đốt dầu ………………………………………………………………………………….. 11
2.2.3 Hệ thống cung cấp nước nóng gia nhiệt bằng điện trở ………………………………………… 12
2.2.4 Hệ thống cung cấp nước nóng gia nhiệt bằng bơm nhiệt (Heat pumps) ………………… 13
2.2.4.1 Kiểu tách rời …………………………………………………………………………………………………. 13
2.2.4.2 Loại kết hợp ………………………………………………………………………………………………….. 13
2.2.4.3 Nguyên lý hoạt động ………………………………………………………………………………………. 14
2.2.4.4 Sơ đồ lắp đặt hệ thống bơm nhiệt …………………………………………………………………….. 15
2.2.5 Hệ thống cung cấp nước nóng gia nhiệt bằng năng lượng mặt trời ………………………. 15
2.2.5.1 Hệ thống Hiline Solar Water Heating System ……………………………………………………. 15
2.2.5.2 Hệ thống Loline Solar Water Heating System ……………………………………………………. 16
2.2.6 Hệ thống cung cấp nước nóng kết hợp ……………………………………………………………… 17
2.2.6.1 Hệ thống kết hợp NLMT với bình đun bằng gas hoặc bằng điện ………………………….. 18
2.2.6.2 Hệ thống kết hợp NLMT với lò hơi …………………………………………………………………. 18
2.3 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời để đun nước nóng cho khách sạn với công suất lớn trên thế giới 19
2.4 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời để đun nước nóng cho khách sạn với công suất lớn tại Việt Nam 20
2.5 Các dạng collector ………………………………………………………………………………………………. 22
2.5.1 Collector dạng tấm phẳng ……………………………………………………………………………….. 22
2.5.2 Collector dạng ống chân không 23
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ………………………………………………………………………… 25
3.1 Các công thức tính toán cho các phương pháp cấp nhiệt tập trung …………………………….. 26
3.1.1 Tính toán nhiệt ………………………………………………………………………………………………. 26
3.1.2 Phương pháp đun bằng gas ……………………………………………………………………………… 28
3.1.3 Phương pháp đun bằng lò hơi đốt dầu DO ………………………………………………………… 28
3.1.4 Phương pháp đun bằng điện trở ……………………………………………………………………….. 29
3.1.5 Phương pháp đun bằng bơm nhiệt ……………………………………………………………………. 29
3.1.6 Phương pháp đun bằng năng lượng mặt trời ……………………………………………………… 30
3.2 Các hệ số liên quan đến năng lượng mặt trời …………………………………………………………. 30
3.3 Lý thuyết của loại collector kiểu tấm phẳng ………………………………………………………….. 31
3.3.1 Tính cường độ bức xạ lên mặt phẳng nằm nghiêng …………………………………………….. 31
3.3.2 Các góc tương tác giữa bức xạ mặt trời và kính …………………………………………………. 32
3.3.3 Hệ số hao phí nhiệt tổng của collector (UL) ……………………………………………………….. 33
3.3.4 Các thông số hiệu suất ……………………………………………………………………………………. 34
3.3.5 Năng lượng hữu ích (Qu) ………………………………………………………………………………… 35
3.3.6 Tính hiệu suất giờ …………………………………………………………………………………………… 36
3.3.7 Nhiệt độ trung bình của tấm hấp thụ và chất lỏng ………………………………………………. 36
3.4 Lý thuyết tính toán của loại collector kiểu ống chân không chữ U …………………………… 36
3.4.1 Tính cường độ bức xạ lên mặt phẳng nằm nghiêng (như tấm phẳng) …………………….. 36
3.4.2 Các góc tương tác giữa bức xạ mặt trời và kính (như tấm phẳng) ………………………… 36
3.4.3 Hệ số hao phí nhiệt tổng của collector (UL) ……………………………………………………….. 36
3.4.4 Các thông số hiệu suất ……………………………………………………………………………………. 37
3.4.5 Năng lượng hữu ích (Qu) ………………………………………………………………………………… 38
3.4.6 Nhiệt độ trung bình của tấm hấp thụ ………………………………………………………………… 38
3.4.7 Tính hiệu suất giờ …………………………………………………………………………………………… 38
3.5 Lý thuyết tính toán của loại collector kiểu ống chân không thường …………………………. 38
3.5.1 Tính cường độ bức xạ lên mặt phẳng nằm nghiêng (như tấm phẳng) …………………….. 38
3.5.2 Các góc tương tác giữa bức xạ mặt trời và kính (như tấm phẳng) ………………………… 38
3.5.3 Năng lượng hữu ích nhận từ collector chân không ……………………………………………… 38
3.5.4 Tổn thất nhiệt từ ống kính phủ đến môi trường xung quanh ………………………………… 39
3.5.5 Tổn thất nhiệt giữa ống kính phủ và ống hấp thụ ……………………………………………….. 39
3.5.6 Tổn thất nhiệt do trao đổi nhiệt đối lưu giữa ống hấp thụ và dòng chất lỏng (đối lưu cưỡng bức) 40
CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG 41
4.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng LabView 2009 ………………………………………………….. 42
4.1.1 Giới thiệu ……………………………………………………………………………………………………… 42
4.1.2 Một số thành phần chinh của LabView 2009 …………………………………………………….. 43
4.1.3 Ứng dụng LabView 2009 ……………………………………………………………………………….. 46
4.2 Giao diện của chương trình mô phỏng …………………………………………………………………… 49
4.2.1 Solar Water Heating (SWH.vi) ………………………………………………………………………… 49
4.2.1.1 Tab “THONG SO TOI TIET” …………………………………………………………………………. 49
4.2.1.2 Tab “GIAN DO SO SANH” …………………………………………………………………………… 50
4.2.1.3 Tab “COLLECTOR TẤM PHẲNG” ……………………………………………………………….. 51
4.2.2 Lựa chọn phương án (LCPA.vi) ………………………………………………………………………. 51
4.2.2.1 Tab “TÍNH TOÁN NHIỆT” ……………………………………………………………………………. 52
4.2.2.2 Tab “DUN BANG GAS” ……………………………………………………………………………….. 53
4.2.2.3 Tab “DUN BANG DIEN” ……………………………………………………………………………… 54
4.2.2.4 Tab “DUN BANG LO HOI” ………………………………………………………………………….. 55
4.2.2.5 Tab “DUN BANG BOM NHIET” …………………………………………………………………… 56
4.2.2.6 Tab “DUN BANG NLMT” …………………………………………………………………………….. 57
4.2.2.7 Tab “DANH GIA PHUONG AN” ………………………………………………………………….. 58
CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ……………………………………………………….. 59
5.1 Điều kiện khảo sát ……………………………………………………………………………………………….. 60
5.2 Tính toán các phương án ………………………………………………………………………………………. 61
5.2.1 Tính toán nhiệt sơ bộ cho địa điểm khảo sát ………………………………………………………. 61
5.2.2 Phương án sử dụng bình đun gas ……………………………………………………………………… 62
5.2.3 Phương án sử dụng bình đun điện ……………………………………………………………………. 63
5.2.4 Phương án sử dụng lò hơi đốt dầu DO …………………………………………………………….. 64
5.2.5 Phương án sử dụng bơm nhiệt …………………………………………………………………………. 65
5.2.6 Phương án sử dụng năng lượng mặt trời …………………………………………………………… 66
5.3 Phương án kết hợp ………………………………………………………………………………………………. 68
5.3.1 Phương án kết hợp NLMT bình đun điện ………………………………………………………….. 68
CHƯƠNG 6: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG TẠI VIỆT NAM 71
6.1 Dự đoán kinh phí và khả năng hoàn vốn của các phương pháp cấp nhiệt công suất lớn .. 72
6.2 Giới thiệu phương pháp chi phí vốn hóa ………………………………………………………………… 72
6.2.1 Chi phí đầu tư ……………………………………………………………………………………………….. 72
6.2.2 Các chi phí liên quan đến vận hành, bảo trì, tiêu thụ năng lượng ………………………….. 72
6.2.3 Chi phí đầu tư để thay thế tài sản …………………………………………………………………….. 73
6.3 Kết luận phương pháp chi phí vốn hóa …………………………………………………………………… 74
6.4 Ý nghĩa của phương pháp chi phí vốn hóa ……………………………………………………………… 74
6.5 Tính toán kinh tế cho công trình đang khảo sát ……………………………………………………….. 75
6.5.1 Bảng chi phí cho các phương án hàng năm ……………………………………………………….. 75
6.5.2 Phân tích dự án ……………………………………………………………………………………………… 75
CHƯƠNG 7: ĐẶC ĐIỂM KHÍ HẬU – ỨNG DỤNG CHO ĐIỀU KIỆN Ở VIỆT NAM 78
7.1 Đặc điểm chung ………………………………………………………………………………………………….. 79
7.2 Vị trí địa lý và nét đặc trưng của từng vùng ……………………………………………………………. 80
7.3 Tiềm năng sử dụng nước nóng trong các khu nghỉ dưỡng và khách sạn …………………….. 82
CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ………………………………………………………………… 84
8.1 Kết luận ……………………………………………………………………………………………………………… 85
8.2 Các đề nghị ………………………………………………………………………………………………………… 85
8.3 Hướng phát triển của luận văn ………………………………………………………………………………. 86
PHỤ LỤC ………………………………………………………………………………………………………………. 87
