Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hệ số COP của bơm nhiệt cấp nước nóng công suất nhỏ dùng môi chất R32 và R410A

TÓM TẮT

Nước nóng có vai trò rất quan trọng trong sinh hoạt và phát triển công nghiệp. Ngày nay, bơm nhiệt được sử dụng để sản xuất nước nóng ngày càng phổ biến bởi nó có nhiều ưu điểm là tiết kiệm năng lượng so với phương thức sản xuất nước nóng bằng điện trở. Mục đích của nghiên cứu này là đánh giá hệ số COP của bơm nhiệt cấp nước nóng công suất nhỏ dùng môi chất lạnh mới R32 và R410A. Hai bơm nhiệt cấp nước nóng có cùng công suất, một sử dụng môi chất lạnh mới R32 và một sử dụng môi chất lạnh R410A, được thiết kế, chế tạo và lắp đặt tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM (HCMUTE) để đánh giá hiệu quả COP nhằm ứng dụng môi chất lạnh mới R32 vào lĩnh vực bơm nhiệt cấp nước nóng cho sinh hoạt và công nghiệp. Bơm nhiệt có công suất máy nén là 1 Hp, dung tích bình chứa nước nóng là 100 lít được bọc cách nhiệt bằng bông thủy tinh dày 30 mm để giảm tổn thất nhiệt, nhiệt độ nước nóng ra khỏi dàn nóng vào bình chứa yêu cầu là 50 oC, lượng nước nóng yêu cầu là 75 lít/mẻ và được khống chế bởi van phao. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, khi cùng nhiệt độ môi trường, lưu lượng nước cấp ban dầu, nhiệt độ nước nóng yêu cầu là 50 oC thì hệ số COP bơm nhiệt sử dụng môi chất lạnh R32 cao hơn bơm nhiệt R410A trong khoảng từ 9% đến 15%. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, nhiệt độ nước ban đầu và lưu lượng nước qua dàn nóng cũng được phân tích và đánh giá.
Từ khoá: Môi chất lạnh, nước nóng, bơm nhiệt.

GIỚI THIỆU
Ngày nay, nhu cầu nước nóng cho sinh hoạt ngày càng tăng cao do sự phát triển kinh tế và du lịch của các nước trên thế giới và Việt Nam. Sản xuất nước nóng hiện nay bằng nhiều phương pháp như dùng điện trở, bơm nhiệt, năng lượng mặt trời và tận dụng các nguồn nhiệt thải khác, trong đó phương pháp dùng bơm nhiệt được dùng nhiều hơn cả vì có nhiều ưu điểm là hệ số COP của bơm nhiệt cao (thường trong khoảng 3-4), an toàn và ổn định ổn định quanh năm.

1Hiện nay có nhiều nghiên cứu về bơm nhiệt cấp nước nóng của các nhà khoa học trong nước và quốc tế, đặc biệt là chú trọng các loại môi chất lạnh mới thân thiện và an toàn với môi trường. Mariusz và Miara

2 đã nghiên cứu ảnh hưởng của tần số dòng điện của máy nén đến hệ số COP của hệ thống bơm nhiệt cấp nước nóng và kết luận rằng giá trị COP thay đổi từ 5,8 đến 2,6 khi tần số dòng điện thay đổi từ 30 Hz đến 90 Hz. Sự ảnh hưởng của các cánh giải nhiệt trong các ống nằm ngang đến hiệu suất thiết bị bay của môi chất lạnh R410A và R32 cũng được đánh giá

3. Chen and et al. đề xuất mô hình đánh giá hiệu xuất nhiệt của bơm nhiệt sử dụng môi chất lạnh R410A và môi chất thay thế R452B và R447B với sự giải nhiệt phụ cho máy nén

4. Ảnh hưởng của lượng nạp môi chất lạnh.

R407C, sự làm mát máy nén của môi chất lạnh R410A, R32, tối ưu hóa nhiệt độ của chu trình ghép tầng dùng môi chất R134A/R410A đến hệ số COP của bơm nhiệt cấp nước nóng cũng được phân tích

5–7. Mô phỏng số tỉ lệ hỗn hợp môi chất lạnh R32/R1234ze(E) ảnh hưởng đến hiệu suất bơm nhiệt cấp nước nóng được phân tích ở điều kiện thời tiết Trung Quốc

8. Hệ số COP tăng từ 4,37-9,68 % khi dùng hỡn hợp môi chất lạnh R32/R290 cho bơm nhiệt kết hợp năng lượng mặt trời

9. Mô hình bơm nhiệt công suất nhỏ dùng cho hộ gia đình đã được nghiên cứu đánh giá ở điều kiện khí hậu Việt Nam

10–12. Đánh giá tính chất nhiệt động của bơm nhiệt công suất nhỏ dùng môi chất R32 và thu hồi nhiệt thải của máy điều hòa trung tâm ở điều kiện khí hậu Tp.HCM cũng được nghiên cứu

12–15. Mặc dù hiện nay môi chất lạnh R410A đã được sử dụng rộng rãi cho bơm nhiệt nhưng môi chất này vẫn tồn tại những nhược điểm như chỉ số hiệu ứng nhà kính GWP là 2088 còn cao. Trong khi đó, môi chất lạnh R32 có nhiều ưu điểm như nhiệt độ tới hạn và nhiệt ẩn hóa hơi cao hơn R410A, R32 thuộc nhóm an toàn cao hơn, đặc biệt chỉ số hiệu ứng nhà kính GWP của R32 là 675 tương đối thấp

13. Do vậy, cần nghiên cứu môi chất lạnh R32 cho bơm nhiệt gia nhiệt nước nóng ở điều kiện Việt Nam là điều cần thiết và cấp bách. Do đó, bài báo này trình bày nghiên cứu so sánh và đánh giá hệ số COP của bơm nhiệt cấp nước nóng sử dụng môi chất lạnh R410A và R32 nhằm ứng dụng môi chất lạnh mới R32 cho bơm nhiệt cấp nước nóng qui mô gia đình và công nghiệp ở điều kiện khí hậu Việt Nam.