Nguyên lý làm việc của Heatpump như thế nào?

Cùng tìm hiểu về nguyên lý làm việc của Heatpump hay máy bơm nhiệt đây là nguồn cấp nước nóng kết hợp nhiều nhất cho hệ thống sưởi sàn nhà bằng nước nóng. Không phải ngẫu nhiên mà nó được đứng ở vị trí số 1, hệ thống này có nhiều ưu điểm vượt trội như tiết kiệm điện tuổi thọ cao và thân thiện với môi trường. Hãy cùng Phê Decor tìm hiểu về nguyên lý làm việc của Heatpump này qua bài viết dưới đây.

1. Bơm nhiệt heatpump là gì?

Máy bơm nhiệt là thiết bị sử dụng một lượng nhỏ năng lượng để hấp thụ và điều chỉnh nhiệt độ. Sau đó di chuyển nó đến nơi mong muốn.

Máy bơm nhiệt hoạt động theo nguyên lý nhiệt động lực. Trong tự nhiên, nhiệt độ luôn có xu hướng di chuyển từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Người ta dùng thiết bị này để di chuyển nhiệt từ một nguồn nhiệt thấp hơn tới nguồn nhiệt cao hơn và ngược lại.

Máy bơm nhiệt là một hệ thống hiệu quả lấy nhiệt từ không gian lạnh. Chẳng hạn như ngoài trời vào mùa đông. Sau đó làm ấm và giải phóng nó vào phòng để kiểm soát nhiệt độ bên trong. Khi được sử dụng để sưởi ấm, máy bơm nhiệt sử dụng cùng một chu trình kiểu làm lạnh được sử dụng trong máy điều hòa không khí, nhưng thay vì giải phóng không khí ra bên ngoài như hệ thống làm mát sẽ làm, nó đẩy không khí theo hướng ngược lại (tức là trở lại phòng để được đun nóng).

2. Nguyên lý làm việc của Heatpump

2.1. Cấu tạo của bơm nhiệt heatpump

Máy bơm nhiệt Heatpump gồm 4 bộ phận chính: thiết bị bay hơi, máy ngưng tụ, máy nén, và van giảm áp nối với nhau tạo thành một vòng kín. Một luồng chất lưu dễ bay hơi, được gọi là lưu chất vận động luân chuyển trong máy bơm nhiệt với nhiệm vụ là vận chuyển nhiệt lượng lấy từ môi trường ngoài cung cấp cho môi trường tiếp nhận.

2.2. Nguyên lý làm việc của Heatpump

Ở chế độ sưởi, nguyên lý làm việc của Heatpump theo nguyên tắc sau:

• Đầu tiên, máy bơm thu nhiệt lượng từ môi trường ngoài và được luồng lưu chất vận động (lúc này ở dạng hơi, áp suất thấp, nhiệt độ khoảng 10 độ C) vận chuyển đến máy nén.
• Tại máy nén, luồng lưu chất vận động bị nén sẽ tăng nhiệt độ (lên đến khoảng 80 độ C), đồng thời nhiệt lượng được luồng lưu chất vận động mang theo bên mình cũng tăng theo.
• Sau đó luồng lưu chất vận động ở nhiệt độ cao này chuyển tới máy ngưng tụ, tại đây lưu chất vận động khi ngưng tụ thành chất lỏng giải phóng nhiệt lượng mang theo bên mình để cung cấp cho thiết bị sưởi.
• Lúc này lượng lưu chất vận động (ở trạng thái lỏng và áp suất cao) sẽ đi qua van giảm áp để đưa về lại máy sấy, sau đó được sấy thành luồng lưu chất vận động mới và mang theo nhiệt lượng thu từ môi trường ngoài tiếp tục một chu trình mới.

>>> Xem thêm: Top bơm nhiệt heat pump tốt nhất nên mua lắp đặt cho biệt thự hiện nay

3. Nguồn cung cấp nhiệt của hệ thống máy bơm nhiệt Heatpump

Hiệu năng của máy bơm nhiệt phụ thuộc nhiều vào những đặc tính của nguồn cung cấp nhiệt. Một nguồn nhiệt lý tưởng cho máy bơm phải có nhiệt độ cao và ổn định trong mùa lạnh, số lượng nhiều, không gây ăn mòn hay ô nhiễm, có tính chất nhiệt vật lý phù hợp, yêu cầu chi phí đầu tư ban đầu cũng như chi phí bảo dưỡng và hoạt động thấp. 

Trong hầu hết các trường hợp, sự sẵn có của nguồn nhiệt là chìa khoá quyết định đến việc lắp đặt và sử dụng máy bơm nhiệt. Không khí thông thường, khí xả, đất, nước ngầm được sử dụng cho các máy bơm nhiệt công suất và phạm vi sử dụng nhỏ, trong khi nước lấy từ biển, hồ, sông và nước xả được sử dụng trong quy mô lớn.

Thông thường người ta dựa vào ba nguồn nhiệt chính lấy từ không khí, nước và đất để phân loại máy bơm nhiệt:

3.1. Nguồn cung cấp từ Không khí

Đây là nguồn nhiệt miễn phí và được sử dụng rộng rãi, đồng thời là nguồn nhiệt phổ biến nhất trong máy bơm nhiệt. Nhiệt lượng do máy bơm nhiệt dạng này cung cấp có thể sử dụng làm ấm trực tiếp không gian bên trong, hoặc cung cấp cho các lò sưởi và bình nước nóng. Loại máy bơm sử dụng nguồn nhiệt lấy từ không khí với ưu điểm là lắp đặt dễ dàng, chi phí rẻ hơn các loại máy bơm khác, thích hợp thay thế các loại lò sưởi điện thông thường.

Khí thải cũng là nguồn nhiệt được sử dụng rộng rãi trong các máy bơm ở các khu căn hộ và khu thương mại. Máy bơm thu nhiệt lượng từ hệ thống quạt gió để cung cấp cho hệ thống nước nóng hay hệ thống sưởi. Một vài loại máy bơm nhiệt thiết kế để có thể sử dụng đồng thời 2 nguồn nhiệt từ không khí và khí thải.

3.2. Nguồn cung cấp từ Nước

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

3.3. Nguồn cung cấp từ Đất

Mỗi ngày, ánh nắng mặt trời truyền năng lượng xuống Trái đất và lưu trữ lại một lượng đáng kể trong lòng đất. Máy bơm nhiệt sử dụng nguồn năng lượng này gọi là máy bơm địa-nhiệt, có ưu điểm là tận dụng 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 nhưng chi phí lắp đặt khá cao. 

Khi lắp đặt máy bơm địa-nhiệt, có 2 cách bố trí hệ thống thu dẫn nhiệt là: theo chiều ngang (đặt sâu khoảng 0,6 đến 1,2m so với mặt đất, và chiếm một diện tích lớn, thường đặt trong sân vườn nhà), và theo chiều dọc (không yêu cầu nơi lắp đặt phải có sân vườn nhưng cần phải đào sâu từ 80 tới 120m).

4. Ưu điểm của hệ thống máy bơm Heatpump

Một số ưu điểm nổi bật của hệ thống máy bơm nhiệt Heatpump phải kể đến như sau:

• Sử dụng năng lượng hiệu quả, tiết kiệm điện lên tới 80% so với các phương pháp sản xuất nước nóng khác.
• Có không khí là có nước nóng, không phụ thuộc vào thời tiết mưa, nắng, gió, tuyết làm nóng nước trong mọi thời tiết.
• An toàn và không gây ô nhiễm môi trường.
• Nguyên lý làm việc của Heatpump tự động, tiết kiệm chi phí vận hành.
• Không sử dụng điện đốt trực tiếp.
• Hệ thống dành cho hộ gia đình có công suất sản xuất nước nóng nhỏ hơn, phục vụ cho các gia đình, căn hộ,…
• Công suất lớn cung cấp trung tâm nước nóng, phục vụ ăn uống cho nhà cao tầng, khách sạn, chung cư, nhà máy, bệnh viện, trung tâm thể thao, bể bơi, sân vườn vv …
• Sử dụng nước nóng với mức chi phí thấp nhất, giảm chi phí tối đa cho hệ thống
• Thiết bị được nhập khẩu từ những nước hàng đầu trên thế giới.
• Sự giám sát chặt chẽ từ các chuyên gia cao cấp nhất trên thế giới.

5. Ứng dụng của máy bơm nhiệt

Cùng điểm qua những ứng dụng của máy bơm nhiệt Heatpump trong công nghiệp và đời sống hiện nay.

5.1. Ứng dụng của Heat pump trong công nghiệp

Hiện nay máy bơm nhiệt đã được sử dụng trong công nghiệp, nhưng chưa phổ biến. Tuy vậy, với các quy định bảo vệ môi trường ngày càng nghiêm ngặt, máy bơm nhiệt công nghiệp có thể trở thành ứng dụng công nghệ quan trọng trong việc giúp giảm thiểu sự phát tán của khí thải ra môi trường và tiết kiệm năng lượng.

Máy bơm nhiệt công nghiệp được sử dụng cho một số lĩnh vực:

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

5.2. Ứng dụng của máy bơm nhiệt Heat pump trong gia đình

Máy Bơm nhiệt Heat Pump sử dụng rộng rãi trong các các gia đình như: đun nước nóng dùng để rửa bát, tắm giặt, hệ thống sưởi ấm cho các gia đình, nước bể bơi gia đình,… người ta thường sử dụng máy bơm nhiệt thuận nghịch nhằm làm mát cho mùa hè và sưởi ấm trong mùa đông. Với hiệu suất làm việc cao, tiết kiệm điện năng, thân thiện trường, đây là sản phẩm được khuyên dùng trong các hộ gia đình.

Ngoài ra, bạn có thể tham khảo thêm nhiều tiện ích gia đình khác như nội thất thông minh, đèn trang trí độc đáo tại Phê Decor. Mong rằng bạn sẽ có thêm nhiều thông tin để có thể lựa chọn được sản phẩm bơm nhiệt phù hợp cho gia đình được cung cấp về nguyên lý làm việc của heatpump mà Phê Decor muốn gửi tới bạn.