Tìm hiểu về máy bơm nhiệt là gì

Hệ thống nước nóng trung tâm ngày càng được ưa chuộng nhưng không phải ai cũng biết về máy bơm nhiệt là gì, có công dụng ra sao. Qua phần nội dung bài viết dưới đây, Heat Envi sẽ giúp bạn đọc tìm hiểu chi tiết hơn về sản phẩm về cấu tạo, nguyên lý và các ứng dụng trong thực tế. 

Máy bơm nhiệt là gì? Phân loại máy heat pump 

Máy bơm nhiệt là thiết bị sử dụng nguồn nhiệt tự nhiên để làm nóng nước. Cơ chế hoạt động của hệ thống bằng nguyên lý nhiệt động lực học để vận chuyển nhiệt lượng từ môi trường này sang môi trường khác, trái ngược với cách vận hành của máy điều hoà không khí.

Máy nước nóng bơm nhiệt hiện nay có hai loại với cấu tạo riêng, phục vụ cho từng mục đích sử dụng cụ thể:

Máy bơm nhiệt gia đình 

Máy bơm nhiệt giúp giảm bớt số lượng thiết bị làm nóng nước lắp đặt trong gia đình, giảm mức độ tiêu thụ nhiệt. So với các giải pháp làm nóng nước thông thường, máy bơm nhiệt nước nóng gia đình có độ bền cao, hẹn chế được tình trạng gây bỏng trong quá trình sử dụng. Bạn chỉ cần 1 máy bơm nhiệt là đã có đủ nguồn nước nóng sử dụng cho toàn bộ căn hộ.

Bơm nhiệt cung cấp năng lượng sử dụng trong gia đình

Máy bơm nhiệt công nghiệp 

Máy bơm nhiệt công nghiệp được sử dụng cho mục đích kinh doanh, có nhu cầu sử dụng lượng nước lớn và nhiều. Công suất và nhiệt độ làm nóng nước của máy heat pump phục vụ trong kinh doanh, công nghiệp hơn so với nhu cầu sử dụng trong gia đình. Tuỳ theo quy mô và mục đích sử dụng, đơn vị cung cấp sẽ tư vấn một giải pháp phù hợp.

Nguyên lý hoạt động máy bơm nhiệt 

Nước chảy từ nơi cao xuống nơi thấp, nhiệt truyền từ môi trường có nhiệt độ cao sang môi trường có nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, con người có thể dùng máy bơm để dẫn nước từ nơi thấp đến nơi cao. Với nhiệt độ, có thể dùng bơm nhiệt heat pump để di chuyển nhiệt từ nguồn nhiệt thấp tới nguồn nhiệt cao hơn.

Bạn có thể hiểu máy bơm nhiệt chính là hệ thống làm gia tăng nhiệt lượng làm việc dựa trên nguyên lý của điều hoà nhiệt độ 2 chiều theo nguyên lý ngược lại.

Cấu tạo của máy nước nóng bơm nhiệt heat pump bao gồm có 4 thành phần chính là dàn bay hơi, máy nén, bình ngưng tụ, van tiết lưu. Nhiệt sẽ được luân chuyển liên tục theo một môi trường vòng tuần hoàn kín: Bay hơi (trích xuất nhiệt từ không khí trong môi trường xung quanh) – nén – ngưng tụ (truyền nhiệt làm nóng nước trong bình bảo ôn) – tiết lưu – bay hơi.

Cấu tạo của hệ thống bơm nhiệt nước nóng heat pump

Bạn có thể tham khảo chi tiết hơn về sơ đồ của hệ thống máy bơm nhiệt dưới đây để có thể nắm rõ nguyên lý hoạt động sản phẩm:

Hệ thống bơm nhiệt làm việc, năng lượng có sẵn ở môi trường xung quanh (QA) được trích xuất khi không khí được thổi qua dàn bay hơi. Máy nén tiêu thụ năng lượng QB để tăng áp suất và kích nhiệt lên cao nhờ vào tính chất riêng của môi trường lạnh R410. Qua hệ thống luân chuyển nhiệt, nhiệt lượng QC tạo ra sau khi máy nén được truyền sang nước lạnh nằm sẵn trong bình bảo ôn trong quá trình ngưng tụ. Như vậy, QC = QA + QB.

Qua chu trình đó, có thể thấy rằng năng lượng do bơm nhiệt tạo ra tương đương với nhiệt lượng QC được truyền vào nước lạnh trong bình bảo ôn. Theo tính toán của các chuyên gia, nhiệt lượng được trích từ không khí QA bằng 3/4 và đây chính là phần năng lượng hệ thống tiết kiệm được. Hệ thống heat pump chỉ tiêu thụ lượng điện năng QB bằng 1/4 tổng khối lượng năng lượng tạo ra.

Do vậy, khi sử dụng công nghệ bơm nhiệt làm nóng nước phục vụ cho sinh hoạt, bạn sẽ tiết kiệm được rất nhiều tiền điện (khoảng 3/4 điện năng).

Các nguồn cung cấp nhiệt cho hệ thống heat pump

Hiệu năng của máy bơm nhiệt phụ thuộc nhiều và các đặc tính của nguồn cung cấp nhiệt. Nguồn nhiệt lý tưởng mà hệ thống cần phải có nhiệt độ cao, ổn định trong mùa lạnh, có sẵn, số lượng lớn, không gây ăn mòn, không ô nhiễm, có tính chất nhiệt vật lý phù hợp và yêu cầu chi phí đầu tư ban đầu, chi phí bảo dưỡng và hoạt độn thấp.

Nguồn nhiệt chính là chìa khoá quyết định việc lắp đặt và sử dụng máy bơm nhiều trong nhiều trường hợp. Bạn có thể tham khảo bảng thông tin về các nguồn nhiệt được sử dụng trong hệ thống heat pump hiện nay:

Nguồn nhiệt khí xả, không khí thông thường, mặt đất, nước ngầm được dùng cho máy bơm nhiệt có công suất nhỏ và phạm vi nhỏ. Các nguồn nhiệt từ nước sẽ được dùng trong môi trường có quy mô lớn hơn.

Hiện tại có 3 nguồn nhiệt chính được sử dụng cho máy bơm nhiệt như sau: 

Không khí

Không khí là nguồn nhiệt cung cấp năng lượng miễn phí cho hệ thống bơm nhiệt và được sử dụng phổ biến, rộng rãi. Nhiệt lượng từ máy bơm nhiệt tạo ra sẽ được dùng để làm nóng trực tiếp cho không gian bên trong hoặc cung cấp cho lò sưởi, bình nóng lạnh. Ưu điểm của máy bơm nhiệt không khí đó chính là dễ lắp đặt, chi phí rẻ hơn các loại máy bơm khác và có thể dùng để thay thế cho các loại lò sưởi điện thông thường. 

Bên cạnh không khí, khí thải cũng là một trong những nguồn nhiệt được sử dụng phổ biến trong hệ thống máy bơm nhiệt heat pump ở khu căn hộ, khu thương mại. Máy bơm sẽ thu nhiệt lượng từ hệ thống quạt gió và cung cấp cho hệ thống nước nóng hoặc hệ thống sưởi. Theo nhu cầu sử dụng hiện nay của thị trường, máy bơm nhiệt sử dụng nguồn năng lượng khí thải được thiết kế linh hoạt để có thể sử dụng cả nguồn nhiệt không khí và nguồn nhiệt khí thải. 

Bơm nhiệt sử dụng nguồn năng lượng không khí

Nước

• Nước ngầm: Nước ngầm thường đạt được nhiệt độ ổn định từ 4 tới 10 °C ở nhiều khu vực. Các máy bơm nhiệt sử dụng nguồn nước có ưu điểm là lắp đặt dễ và hoạt động ổn định, hiệu suất tương đối. Tuy vậy cần phải tìm được nguồn nước thích hợp ở gần nơi lắp đặt, chỉ thích hợp với các lò sưởi nhiệt độ thấp hoặc các hệ thống sưởi cho sàn nhà, thêm vào đó khi lắp đặt cần lưu ý các vấn đề về chống ô nhiễm nguồn nước và ô nhiễm khu vực đất xung quanh.
• Nước sông, hồ: Theo lý thuyết đây là những nguồn cung cấp nhiệt tốt, nhưng có một hạn chế lớn là nhiệt độ vào mùa đông thường thấp (0 °C ở các nước ôn đới), và cần thiết kế một hệ thống chống đông lạnh hơi nước.
• Nước biển: Đây là một nguồn cung nhiệt rất tốt nếu đáp ứng được một số điều kiện cần thiết, thường được sử dụng cho những máy bơm cỡ vừa và lớn, trong công nghiệp. Ở độ sâu từ 25 tới 50 m, nhiệt độ nước biển đạt ổn định (từ 5-8 °C), k gây nên những vấn đề về đóng băng hơi nước. Việc lắp đặt hệ thống máy bơm nhiệt cần lưu ý tới việc chống ăn mòn cho các đường ống dẫn nhiệt có thể gây ô nhiễm cho môi trường nước biển.
• Nước xả: Thường có nhiệt độ cao và ổn định trong suốt các khoảng thời gian trong năm. Một vài ví dụ là nước xả từ các kênh hay các đường ống thoát nước (đã hoặc chưa qua xử lý), nước thải công nghiệp, nước thải từ các nhà máy điện, điện lạnh… Một trong những trở ngại trong việc sử dụng nguồn nhiệt này cho các khu căn hộ và thương mại là khoảng cách từ những nơi này tới các nguồn nước xả, do các khu công nghiệp thường được bố trí ở ngoại ô, xa khu dân cư. Tuy vậy với các máy bơm nhiệt dùng trong công nghiệp, nó ngược lại không phải là trở ngại mà còn là một thuận lợi cho phép tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong công nghiệp.

Heat pump sử dụng nguồn nhiệt nước

Đất

Mỗi ngày, ánh nắng mặt trời truyền năng lượng xuống Trái đất và được lưu trữ lại một lượng đáng kể trong lòng đất. Máy bơm nhiệt sử dụng nguồn năng lượng này được gọi là máy bơm địa-nhiệt, có ưu điểm là tận dụng được nguồn nhiệt năng tự nhiên có sẵn trong lòng đất của mỗi công trình, không chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường xung quanh (do nhiệt lượng trong lòng đất thường ổn định) nhưng chi phí lắp đặt khá cao. Khi lắp đặt máy bơm địa-nhiệt, có hai cách bố trí hệ thống thu dẫn nhiệt là: theo chiều ngang (đặt sâu khoảng 0,6 tới 1,2m so với mặt đất, và chiếm một diện tích lớn, thường được đặt trong sân vườn nhà), và theo chiều dọc (không yêu cầu nơi lắp đặt phải có sân vườn nhưng cần đào sâu từ 80 tới 120m).

Máy bơm địa nhiệt sử dụng nguồn nhiệt từ đất

Hiệu suất của máy bơm nhiệt 

Đối với một máy bơm nhiệt, hiệu năng của máy COP (Coefficient Of Performance) được tính bằng tỉ số giữa nhiệt lượng mà máy bơm cung cấp được và năng lượng cần cung cấp để máy bơm hoạt động. Hiệu năng của lò sưởi điện thông thường luôn luôn bằng 1, trong khi với máy bơm nhiệt, hiệu năng sử dụng có thể lên tới 3 (với máy bơm nhiệt sử dụng nguồn nhiệt từ đất) hoặc xấp xỉ 2 với máy bơm sử dụng nguồn nhiệt từ không khí.  Trong công nghiệp, máy bơm nhiệt MVR (Mechanical Vapour Recompression) có thể cho hiệu năng từ 5 tới 80.

Hiệu suất vượt trội của máy bơm nhiệt, đáp ứng nhu cầu sử dụng tại các sơ sở

Lưu chất vận động của hệ thống máy bơm nhiệt heat pump

Như đã trình bày trong phần nguyên tắc hoạt động, mỗi máy bơm nhiệt cần sử dụng một loại chất lưu có nhiệm vụ mang theo nhiệt năng lấy từ nguồn nhiệt tới cung cấp cho các thiết bị nhận nhiệt (như lò sưởi, bình nước nóng…), gọi là lưu chất vận động. Hiện nay, những loại lưu chất vận động phổ biến nhất cho máy bơm nhiệt là:

• CFC-12, dùng cho máy bơm nhiệt cung cấp nhiệt độ thấp và trung bình (cao nhất 80 °C);
• CFC-114, dùng cho máy bơm nhiệt cung cấp nhiệt độ cao (cao nhất 120 °C);
• R-500, dùng cho máy bơm nhiệt cung cấp nhiệt độ trung bình (cao nhất 80 °C);
• R-502, dùng cho máy bơm nhiệt cung cấp nhiệt độ thấp (cao nhất 55 °C);
• HCFC-22, dùng cho máy bơm nhiệt thuận nghịch và máy bơm nhiệt cung cấp nhiệt độ thấp (cao nhất 55 °C).

Lưu chất vận động máy bơm nhiệt lên đến 120 °C

Ứng dụng của hệ thống máy bơm nhiệt heat pump 

Ứng dụng của hệ thống heat pump trong thực tế cũng được nhiều người quan tâm đến. Vậy công dụng của máy bơm nhiệt là gì? 

Ứng dụng máy bơm nhiệt trong công nghiệp

Máy bơm nhiệt đã được sử dụng trong môi trường công nghiệp nhưng chưa thực sự phổ biến. Với các quy định bảo vệ môi trường như hiện nay, đây sẽ là giải pháp giúp giảm thiểu hiệu ứng nhà kính và tiết kiệm năng lượng. 

Ứng dụng trong công nghiệp của máy bơm nhiệt được dùng cho các lĩnh vực như: 

• Sưởi ấm: sưởi ấm các nhà kính hoặc các toà nhà công nghiệp, thường sử dụng nguồn nhiệt lấy từ nước thải công nghiệp.
• Sản xuất nước nóng hoặc nước lạnh: rất nhiều ngành công nghiệp cần sử dụng tới nước nóng (40-90 °C) trong sản xuất, và trong các hoạt động lau rửa, và vệ sinh khu sản xuất. Nguồn nước nóng này có thể được cung cấp nhờ máy bơm nhiệt công nghiệp, những máy bơm nhiệt thuận nghịch còn dùng để làm lạnh nước.
• Sản xuất hơi nước: nhiều ngành công nghiệp tiêu thụ một lượng khổng lồ hơi nước ở áp suất thấp, cao hoặc trung bình trong khoảng từ 100-200 °C. Những máy bơm nhiệt công nghiệp hiện nay có thể cung cấp hơi nước có nhiệt độ lên tới 150 °C (một mẫu máy bơm thử nghiệm thậm chí đã đạt tới 300 °C).
• Sấy khô: máy bơm nhiệt được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sấy khô và hút ẩm ở nhiệt độ thấp và trung bình (cao nhất là 100 °C) như sấy khô bột giấy, thực phẩm và mở. Những máy bơm nhiệt dùng cho công nghiệp sấy khô thường có hiệu năng cao (COP từ 5 tới 7), và thường giúp tăng chất lượng sản phẩm so với các phương pháp sấy khô truyền thống, ví dụ như giảm thiểu sự bay mùi của thực phẩm (do quá trình sấy khô hoàn toàn khép kín).
• Bay hơi và chưng cất: trong công nghiệp hoá học và sản xuất thực phẩm, công đoạn làm bay hơi và chưng cất tiêu thụ rất nhiều năng lượng. Máy bơm nhiệt công nghiệp giúp giảm lượng năng lượng tiêu thụ với hiệu năng cao (COP từ 6 tới 30).

Ứng dụng đa dạng của máy bơm nhiệt nước nóng

Trong công nghiệp sấy khô và làm bay hơi, chưng cất, hơi nước được tái chế trong quá trình vận hành máy bơm nhiệt. Với công nghiệp sưởi ấm và sản xuất hơi nước, máy bơm nhiệt thường tận dụng những nguồn nhiệt như nước xả, nước thải, nước ngưng… Do nhiệt lượng lấy từ những nguồn cung này thường không ổn định nên cần phải xây dựng những kho lưu trữ nhiệt lượng để đảm bảo cho hoạt động ổn định của máy bơm nhiệt.

Ứng dụng máy bơm nhiệt trong đời sống

Bên cạnh ứng dụng trong công ngiệp, hệ thống heat pump còn được sử dụng phổ biến trong đời sống hàng ngày. Cụ thể như, máy bơm nhiệt sẽ cung cấp nước nóng để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt, làm ấm nước trong hồ bơi… 

Bơm nhiệt giúp làm nóng nước bể bơi

Trên đây là thông tin về máy bơm nhiệt là gì để bạn đọc tìm hiểu và tham khảo thêm. Nếu bạn cần được tư vấn chi tiết hơn về sản phẩm, vui lòng liên hệ với Heat Envi theo số 0939.73.6699 để được hỗ trợ tư vấn miễn phí nhé!