Hệ thống nước nóng trung tâm là giải pháp cấp nước nóng tập trung được sử dụng rộng rãi cho các công trình bệnh viện, khách sạn, nhà hàng, nhà cao tầng….với ưu điểm quản lý dễ dàng, chủ động lượng nước cung cấp và có thể tận dụng tối đa nguồn năng lượng phụ trợ để gia nhiệt (Năng lượng mặt trời, nước hồi chiller), giảm thiểu nguồn năng lượng tiêu thụ, và giảm lượng khí thải ra môi trường.
Đây là hệ thống hiện đại và có những yêu cầu nghiêm ngặt về mặt kỹ thuật như phải đảm bảo cung cấp đủ nhu cầu cho toàn bộ đối tượng sử dụng trong công trình, bảo đảm về nhiệt độ trong vùng cho phép để bảo đảm chống nhiễm khuẩn Legionella, thời gian chờ nước nóng không quá 3-5 giây cho các khách sạn 4-5 sao. Ngoài ra, hệ thống nước nóng trung tâm phải bảo đảm hoạt động hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, tận dụng nhiệt tối đa.
Hệ thống nước nóng trung tâm bao gồm:
Hệ thống nước nóng trung tâm
Module gia nhiệt:
Đây là trái tim của hệ thống nước nóng trung tâm với hai thành phần chính là thiết bị gia nhiệt và bồn chứa. Tất cả các thiết bị trong module gia nhiệt phải được tính toán công suất và dung tính chính xác nhằm đảm bảo nước nóng được cung cấp đủ lưu lượng và nhiệt độ.
Hiện nay với xu hướng sử dụng năng lượng hiệu quả thì công nghệ bơm nhiệt ( heat pump) được đánh giá cao nhất bởi hiệu suất cao, thân thiện môi trường, đơn giản trong vận hành.
Bơm nhiệt là thiết bị hoạt động dựa trên chu trình giãn nở của môi chất qua các thiết bị chính trong bơm nhiệt bao gồm
- Thiết bị bay hơi
- Máy nén
- Giàn ngưng
- Van tiết lưu nhiệt (TXV)
Chu kỳ bắt đầu tại trạm (1) như chất làm lạnh lỏng lạnh bên trong thiết bị bay hơi. Tại thời điểm này, chất làm lạnh lạnh hơn nguồn nhiệt (ví dụ: không khí hoặc nước) đi qua qua thiết bị bay hơi. Do sự chênh lệch nhiệt độ này, nhiệt di chuyển từ nguồn nhiệt có nhiệt độ cao hơn vào môi chất lạnh nhiệt độ thấp hơn. Môi chất lạnh hóa hơi này sau đó chảy vào máy nén ở trạm (2). Tại đây máy nén sẽ nén môi chất lạnh hóa hơi tạo ra áp suất lớn gây hỏa lỏng môi chất. Sau đó khí môi chất lạnh nóng chảy vào bình ngưng ở trạm (3) này môi chất truyền nhiệt cho nguồn nước cần làm nóng.
Chất làm lạnh lỏng áp suất cao sau đó chảy qua van tiết lưu tại trạm (4), nơi áp suất giảm đi rất nhiều. Sự sụt giảm trong áp suất gây ra sự sụt giảm tương ứng trong nhiệt độ, Môi chất bây giờ đã sẵn sàng để lặp lại chu kỳ đầu.
Như vậy với năng lượng được tạo ra Q3 sẽ bằng năng lượng không khí nguồn (Q1) + năng lượng điện máy nén (Q2).
Để đánh giá hiệu suất của một bơm nhiệt người ta dùng khái niệm COP (The coefficient of performance)
Đây là một đại lượng bằng tỷ số của công suất nhiệt đầu ra từ máy bơm nhiệt, chia cho công suất điện đầu vào cần thiết để vận hành máy bơm nhiệt.
Tuy nhiên để so sánh COP của các bơm nhiệt khác nhau chúng ta phải xét tại một điều kiện hoạt động nhất định.
VD: COP = 4.1 ( A10/W60 tại điều kiện nhiệt độ môi trường là 10°C nước lấy ra là 60°C). Do đó, khi nói đến công suất và COP phải ghi rõ điều kiện làm việc nếu không sẽ bị thiếu nhiệt do máy hoạt động không đúng điểm thiết kế.
Bơm nhiệt tùy theo nguồn nhiệt cũng được phân chia thành nhiều loại bơm nhiệt khác nhau như:
- Bơm nhiệt giải nhiệt nước địa nhiệt: Với nguồn nhiệt là địa nhiệt tầng nông.
- Bơm nhiệt gió nước kết hợp: là loại bơm nhiệt đa chức năng vừa có thể sử dụng nguồn nhiệt gió hoặc nguồn giải nhiệt nước địa nhiệt hoặc Chiller.
Ngoài ra, các nguồn năng lượng phụ trợ được sử dụng để gia nhiệt nước nóng nhằm làm giảm điện năng, nhiên liệu (dầu diesel, khí ga,…). Các nguồn nhiệt phụ trợ phổ biến hiện nay là tấm năng lượng mặt trời và nước giải nhiệt của Chiller. Việc tận dụng nguồn nhiệt dư thừa từ Chiller làm giảm áp lực cho tháp giải nhiệt, tiết kiệm năng lượng tối đa, tiết kiệm chi phí cho đầu tư, đặc biệt là giảm chi phí vận hành hệ thống.
Hệ thống năng lượng mặt trời.
Năng lượng mặt trời là loại năng lượng tự nhiên cổ xưa nhất mà con người đã biết tận dụng để phục vụ cho đời sống của mình. Để sử dụng năng lượng mặt trời người ta chia ra làm 2 loại : Năng lượng mặt trời bị động và năng lượng mặt trời chủ động
Module phân phối
Hệ thống phân phối giống như các mạch máu trong cơ thể có nhiệm vụ vận chuyển nước nóng được sản xuất bởi module gia nhiệt đến các thiết bị vệ sinh tiêu thụ như: chậu rửa, sen tắm, bồn tắm … Với mong muốn cung cấp nước nóng luôn duy trì trong khoảng nhiệt độ không đổi thì hệ thống phân phối phải có đường ống tuần hoàn, bơm hồi cùng các loại van cân bằng nhiệt độ.
Ngoài ra, hệ thống phân phối cần hạn chế tối đa những đường ống tù đọng (không được tuần hoàn) để đảm bảo thời gian chờ nước nóng khi mở vòi dưới 5 giây. Toàn bộ đường ống cần được bọc bảo ôn để giảm tối đa lượng nhiệt thất thoát ra ngoài môi trường.
Tính toán hệ thống bơm hồi nước nóng
Tính toán bơm hồi hệ thống nước nóng căn cứ vào hai định luật bảo toàn năng lượng và định luật bảo toàn khối lượng.
Với định luật bảo toàn về nhiệt lượng chúng ta tính toán được lưu lượng bơm hồi nhỏ nhất cần duy trì.
Lưu lượng bơm hồi phải có khả năng vận chuyển lượng nhiệt bằng lượng nhiệt bị mất qua bề mặt của hệ thống ống tại một nhiệt độ nhất định. Chỉ khi sự cân bằng này có thể được duy trì tại mọi điểm của hệ thống tuần hoàn thì mức nhiệt độ trong hệ thống mới có thể được duy trì được.
Đây là cơ sở tính toán lưu lượng bơm hồi nước nóng. Công thức tính toán lưu lượng bơm hồi nhỏ nhất như sau:
Sự mất nhiệt của hệ thống phụ thuộc nhiều vào độ chênh nhiệt độ môi trường xung quanh ống, bảo ôn cách nhiệt đường ống và nhiệt độ mong muốn duy trì trong hệ thống.
Với định luật bảo toàn khối lượng giúp chúng ta tính toán, phân phối được toàn bộ lượng nhiệt đến toàn bộ đối các phòng bảo đảm toàn bộ các ống nhánh trong phòng được tuần hoàn.
