Công nghệ bơm nhiệt 

Công nghệ bơm nhiệt 

Nhiệt truyền tự nhiên từ nhiệt độ cao hơn đến nhiệt độ thấp hơn. Tuy nhiên, máy bơm nhiệt có thể buộc dòng nhiệt theo hướng khác, sử dụng một lượng năng lượng truyền động chất lượng cao tương đối nhỏ (điện, nhiên liệu hoặc nhiệt thải nhiệt độ cao). Do đó, máy bơm nhiệt có thể truyền nhiệt từ các nguồn nhiệt tự nhiên trong môi trường xung quanh, như không khí, mặt đất hoặc nước hoặc từ các nguồn nhiệt nhân tạo như chất thải công nghiệp hoặc sinh hoạt, đến một tòa nhà hoặc một ứng dụng công nghiệp. Bơm nhiệt cũng có thể được sử dụng để làm mát. Nhiệt sau đó được truyền theo hướng ngược lại, từ ứng dụng được làm mát, đến môi trường xung quanh ở nhiệt độ cao hơn. Đôi khi nhiệt dư thừa từ làm mát được sử dụng để đáp ứng nhu cầu nhiệt đồng thời.

Để vận chuyển nhiệt từ nguồn nhiệt sang tản nhiệt, cần có năng lượng bên ngoài để điều khiển bơm nhiệt. Về mặt lý thuyết, tổng nhiệt lượng được cung cấp bởi bơm nhiệt bằng với nhiệt được chiết xuất từ ​​nguồn nhiệt, cộng với lượng năng lượng truyền động được cung cấp. Máy bơm nhiệt chạy bằng điện cho các tòa nhà sưởi ấm thường cung cấp 100 kWh nhiệt chỉ với 20-40 kWh điện. Nhiều máy bơm nhiệt công nghiệp có thể đạt được hiệu suất cao hơn, và cung cấp cùng một lượng nhiệt chỉ với 3-10 kWh điện.

 Bởi vì bơm nhiệt tiêu thụ ít năng lượng sơ cấp hơn các hệ thống sưởi thông thường, chúng là một công nghệ quan trọng để giảm khí thải gây hại cho môi trường, chẳng hạn như carbon dioxide (CO2), sulfur dioxide (SO2) và nitơ oxit (NOx). Tuy nhiên, tác động môi trường tổng thể của bơm nhiệt điện phụ thuộc rất nhiều vào cách sản xuất điện. Máy bơm nhiệt chạy bằng điện từ, ví dụ, thủy điện hoặc năng lượng tái tạo làm giảm đáng kể lượng khí thải hơn so với khi điện được tạo ra bởi các nhà máy nhiệt điện than, dầu hoặc khí đốt.

Hai loại bơm nhiệt chính

Hầu như tất cả các bơm nhiệt hiện đang hoạt động đều dựa trên quá trình nén hơi hoặc theo chu trình hấp thụ. Hai nguyên tắc này sẽ được thảo luận ngắn gọn trong hai phần sau.

Về mặt lý thuyết, bơm nhiệt có thể đạt được bằng nhiều chu trình và quá trình nhiệt động lực học hơn. Chúng bao gồm các chu trình Stirling và Vuilleumier, chu trình một pha (ví dụ với không khí, CO2 hoặc khí hiếm), hệ thống hấp thụ hơi rắn, hệ thống lai (đáng chú ý là kết hợp giữa chu trình nén và hấp thụ hơi) và các quá trình điện từ và âm thanh. Một số trong số này đang tham gia vào thị trường hoặc đã đạt đến độ chín kỹ thuật và có thể trở nên quan trọng trong tương lai.

Nén hơi
Phần lớn các bơm nhiệt làm việc theo nguyên tắc của chu trình nén hơi. Các thành phần chính trong một hệ thống bơm nhiệt như vậy là máy nén, van giãn nở và hai bộ trao đổi nhiệt được gọi là thiết bị bay hơi và bình ngưng. Các thành phần được kết nối để tạo thành một mạch kín, như trong Hình 1. Một chất lỏng dễ bay hơi, được gọi là chất lỏng làm việc hoặc chất làm lạnh, lưu thông qua bốn thành phần.
Trong thiết bị bay hơi, nhiệt độ của chất lỏng làm việc lỏng được giữ thấp hơn nhiệt độ của nguồn nhiệt, làm cho nhiệt truyền từ nguồn nhiệt sang chất lỏng và chất lỏng làm việc bay hơi. Hơi từ thiết bị bay hơi được nén đến áp suất và nhiệt độ cao hơn. Hơi nóng sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ, nơi nó ngưng tụ và tỏa nhiệt hữu ích. Cuối cùng, chất lỏng làm việc áp suất cao được mở rộng đến áp suất bay hơi và nhiệt độ trong van giãn nở. Chất lỏng làm việc được đưa trở lại trạng thái ban đầu và một lần nữa đi vào thiết bị bay hơi. Máy nén thường được điều khiển bởi động cơ điện và đôi khi là động cơ đốt.
Một động cơ điện điều khiển máy nén (xem Hình 1) với tổn thất năng lượng rất thấp. Hiệu suất năng lượng tổng thể của bơm nhiệt phụ thuộc mạnh mẽ vào hiệu suất mà điện được tạo ra. Điều này được thảo luận trong phần về hiệu suất bơm nhiệt. Hoàng Xương
Khi máy nén được điều khiển bởi động cơ xăng hoặc diesel (xem Hình 2), nhiệt từ nước làm mát và khí thải được sử dụng cùng với nhiệt ngưng.
Bơm nhiệt kiểu nén hơi công nghiệp thường sử dụng chính chất lỏng xử lý làm chất lỏng làm việc trong một chu kỳ mở. Những bơm nhiệt này thường được gọi là máy nén hơi cơ học, hoặc MVR; tham khảo phần về bơm nhiệt trong công nghiệp. Cồng kềnh