Heat pump là gì? nguyên lý hoạt động

Tìm hiểu và trả lời câu hỏi Máy nước nóng bơm nhiệt là gì? Máy nước nóng bơm nhiệt hay còn gọi là máy bơm nhiệt nước nóng- Cách gọi khác là Máy Bơm Nhiệt Heat Pump, một thiết bị hoạt động theo nguyên lý Nhiệt động lực học nhằm mục đích vận chuyển một nhiệt lượng từ môi trường này sang môi trường khác, nguyên lý làm việc của máy bơm nhiệt ngược lại với máy điều hòa không khí.

Với máy bơm nhiệt sử dụng để làm nóng nước thì nguyên lý hoạt động của máy bơm nhiệt là nhiệt lượng được lấy từ môi trường xung quanh để truyền vào nước lạnh trong bồn chứa, sau 1 quá trình trao đổi nhiệt nước ban đầu ở nhiệt độ từ T1=20 độ C được làm nóng tới T2=60 độ C. Một máy bơm nhiệt nước nóng thông thường chỉ cho phép nhiệt lượng di chuyển theo một chiều cố định (từ “nóng” sang “lạnh” hoặc ngược lại). Ví dụ về loại máy này như Máy nước nóng bơm nhiệt, máy điều hòa, máy sưởi….

Giới thiệu về máy bơm nhiệt Heat Pump

Trong tự nhiên, nhiệt lượng di chuyển từ nhiệt độ cao tới thấp. Máy nước nóng bơm nhiệt cho phép nhiệt lượng di chuyển theo chiều ngược lại mà chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ năng lượng cung cấp (từ điện, xăng…) Do đó máy nước nóng bơm nhiệt có thể vận chuyển nhiệt lượng lấy từ môi trường tự nhiên (như trong không khí, trong nước, trong đất, hoặc từ những hoạt động của con người như sản xuất công nghiệp hay sinh hoạt trong gia đình) tới một căn hộ hoặc một khu nhà cao tầng.

Về lý thuyết, nhiệt lượng được vận chuyển bởi máy bơm nhiệt tới nơi cần cung cấp sẽ bằng nhiệt lượng lấy từ môi trường cộng với năng lượng dùng để chạy máy bơm. Một máy bơm nhiệt chạy điện điển hình có công suất 100 kWh nhiệt lượng với chỉ từ 20-40 kWh điện năng tiêu thụ. Một số máy bơm nhiệt dùng trong công nghiệp còn có thể đạt được hiệu năng lớn hơn, ví dụ như công suất 100 kWh chỉ tiêu thụ 3-10 kWh điện năng.

Nhờ ưu điểm tiêu thụ ít năng lượng hơn những thiết bị cung cấp nhiệt thông thường, ngoài những ứng dụng ưu việt của máy bơm nhiệt Heat Pump, máy bơm nhiệt còn là một cải tiến kĩ thuật quan trọng trong việc giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường như khí CO2, khí SO2 (sulphur dioxide), khí Nox (nitrogen oxides) . Tuy vậy, tác động đến môi trường của máy bơm nhiệt chạy điện còn phụ thuộc nhiều vào việc nguồn điện năng cung cấp được sản xuất như thế nào. Nếu nguồn điện được sản xuất từ khí hydro hay những dạng năng lượng tái tạo rõ ràng sẽ giảm ô nhiễm môi trường nhiều hơn là nguồn điện lấy từ than đá, xăng dầu…

Nguyên lý hoạt động của máy nước nóng bơm nhiệt

Trong tự nhiên, nước luôn chảy từ cao xuống thấp, nhiệt luôn truyền từ nơi có nhiệt độ cao sang nơi có nhiệt độ thấp, tương tự vây, nhiệt độ từ bộ trao đổi nhiệt của máy nước nóng bơm nhiệt luôn truyền nhiệt lượng cho nước có nhiệt độ thấp hơn ở trong bồn bảo ôn. Nhưng chúng ta có thể dung bơm để bơm nước từ dưới thấp lên cao và dùng bơm nhiệt để di chuyển nhiệt từ một nguồn nhiệt thấp (không khí môi trường xung quanh) tới nguồn nhiệt cao hơn (bình chứa nước nóng). Như vậy bơm nhiệt chính là một hệ thống làm tăng nhiệt lượng. Hệ thống này làm việc trên nguyên lý của điều hòa nhiệt độ 2 chiều, nhưng hoạt động theo nguyên lý ngược với quy trình làm lạnh.

Hệ thống máy nước nóng bơm nhiệt heat pump bao gồm 4 thành phần chính: dàn bay hơi, máy nén, bình ngưng tụ, van tiết lưu. Với sự luân chuyển nhiệt liên tục theo một vòng tuân hoàn kín: bay hơi (trích xuất nhiệt từ không khí trong môi trường xung quanh) – nén – ngưng tụ (truyền nhiệt lượng làm nóng nước trong bình bảo ôn) – tiết lưu – bay hơi, nhiệt lượng đã được truyền từ không khí tồn tại trong môi trường xung quanh sang cho nước chứa trong bình bảo ôn và làm nóng nước theo như sơ đồ mô tả dưới đây:

Khi máy bơm nhiệt heat pump làm việc, năng lượng có sẵn ở môi trường xung quanh là QA được trích xuất khi không khí được thổi qua dàn bay hơi; khi đó máy nén tiêu thụ năng lượng QB để tăng áp xuất và kích nhiệt lên cao nhờ vào tính chất riêng của chất làm lạnh R22/R47; qua hệ thống luân chuyển nhiệt, nhiệt lượng QC tạo ra sau khi đi qua máy nén được truyền sang nước lạnh nằm sẵn trong bình bảo ôn trong quá trình ngưng tụ. Như vậy QC=QA+QB

Trong chu trình nêu trên, chúng ta có thể thấy rằng năng lượng do bơm nhiệt tạo ra tương đương với nhiệt lượng QC đã được truyền vào nước lạnh trong bình ngưng tụ (bình bảo ôn). Theo tính toán của các chuyên gia, nhiệt lượng được trích suất từ không khí QA bằng 3/4 QC và đây chính là phần năng lượng hệ thống tiết kiệm được. Hệ thống 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 chúng ta có thể tiết kiện được rất nhiều tiền điện (3/4 điện năng) tức là Máy nước nóng Bơm Nhiệt Tiết Kiệm 80% điện năng tiêu thụ. Như vậy chúng ta đã hiểu sơ qua Bơm Nhiệt là gì?

So sánh hiệu quả sử dụng Máy bơm nhiệt BBT NEW với các phương án khác

Một Khách sạn có 50 phòng – trung bình một phòng có một khách lưu trú và một khách một ngày tắm 1 lần, trung bình 1 lần tắm dùng 50 lít nước (khách sạn sử dụng vòi tắm hoa sen, chưa kể tắm bồn sẽ tốn nhiều nước hơn (150 – 350 lít)

Phương Án 1: Khách sạn Sử dụng Máy nước nóng bơm nhiệt:

75,000L x 10kw = 750kw x 2,000đ/kw ≈ 1,400,000 đồng/tháng

Phương Án 2: Khách sạn sử dụng bình dùng điện trực tiếp & gián tiếp loại 20-30 lít

75,000L x 60kw = 4.500kw x 2,000đ/kw ≈ 9,000,000 đ/tháng

Phương Án 3: Khách sạn sử dụng Dầu Diezel để đun lò hơi:

75,000L x 16 Lít = 1,200Lít x 15,000đ/Lít ≈ 18,000,000 đ/ tháng

Phương Án 4: Khách sạn sử dụng Gas để đun lò hơi:

75,000L x 10 Kg = 750kg x 23,000đ/kg ≈ 17,250,000 đ/ tháng

Các phương án 2,3,4, hàng tháng phải trả thêm rất nhiều chi phí: tiền lương cho công nhân vận hành, mua nhiên liệu, dễ cháy nổ,…