Trong lĩnh vực công nghệ sưởi ấm và làm mát, bơm nhiệt đã nổi lên như một giải pháp hiệu quả cao và thân thiện với môi trường. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các khu dân cư, thương mại và công nghiệp để cung cấp cả chức năng sưởi ấm và làm mát. Để thực sự hiểu được giá trị và hoạt động của bơm nhiệt, điều cần thiết là phải tìm hiểu nguyên lý hoạt động và khái niệm Hệ số hiệu suất (COP).
Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt
Khái niệm cơ bản
Về cơ bản, máy bơm nhiệt là một thiết bị truyền nhiệt từ nơi này sang nơi khác. Không giống như các hệ thống sưởi truyền thống tạo ra nhiệt thông qua quá trình đốt cháy hoặc điện trở, máy bơm nhiệt di chuyển nhiệt hiện có từ khu vực lạnh hơn đến khu vực ấm hơn. Quá trình này tương tự như cách hoạt động của tủ lạnh, nhưng ngược lại. Tủ lạnh hút nhiệt từ bên trong và thải ra môi trường xung quanh, trong khi máy bơm nhiệt hút nhiệt từ môi trường bên ngoài và thải ra trong nhà.
Chu trình làm lạnh
Nguyên lý hoạt động của máy bơm nhiệt dựa trên chu trình làm lạnh, bao gồm bốn thành phần chính: dàn bay hơi, máy nén, dàn ngưng tụ và van giãn nở. Dưới đây là giải thích từng bước về cách các thành phần này hoạt động cùng nhau:
- Bộ bay hơiQuá trình bắt đầu với thiết bị bay hơi, được đặt trong môi trường mát hơn (ví dụ: bên ngoài nhà). Chất làm lạnh, một chất có điểm sôi thấp, hấp thụ nhiệt từ không khí hoặc mặt đất xung quanh. Khi hấp thụ nhiệt, chất làm lạnh chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí. Sự thay đổi trạng thái này rất quan trọng vì nó cho phép chất làm lạnh mang một lượng nhiệt đáng kể.
- Máy nén: Môi chất lạnh dạng khí sau đó di chuyển đến máy nén. Máy nén làm tăng áp suất và nhiệt độ của môi chất lạnh bằng cách nén nó. Bước này rất cần thiết vì nó làm tăng nhiệt độ của môi chất lạnh lên mức cao hơn nhiệt độ trong nhà mong muốn. Môi chất lạnh ở áp suất cao, nhiệt độ cao lúc này đã sẵn sàng giải phóng nhiệt lượng của nó.
- Bộ ngưng tụBước tiếp theo liên quan đến dàn ngưng tụ, được đặt trong môi trường ấm hơn (ví dụ: bên trong nhà). Tại đây, chất làm lạnh nóng, áp suất cao sẽ tỏa nhiệt ra không khí hoặc nước xung quanh. Khi chất làm lạnh tỏa nhiệt, nó sẽ nguội đi và chuyển từ thể khí sang thể lỏng. Sự thay đổi pha này giải phóng một lượng nhiệt lớn, được sử dụng để làm ấm không gian trong nhà.
- Van giãn nởCuối cùng, chất làm lạnh dạng lỏng đi qua van giãn nở, làm giảm áp suất và nhiệt độ của nó. Bước này chuẩn bị cho chất làm lạnh hấp thụ nhiệt trở lại trong dàn bay hơi, và chu trình lặp lại.
Hệ số hiệu suất (COP)
Sự định nghĩa
Hệ số hiệu suất (COP) là thước đo hiệu quả của máy bơm nhiệt. Nó được định nghĩa là tỷ lệ giữa lượng nhiệt được cung cấp (hoặc loại bỏ) và lượng điện năng tiêu thụ. Nói một cách đơn giản hơn, nó cho chúng ta biết máy bơm nhiệt có thể tạo ra bao nhiêu nhiệt lượng cho mỗi đơn vị điện năng mà nó sử dụng.
Về mặt toán học, COP được biểu diễn như sau:
COP = Năng lượng điện tiêu thụ (W) / Nhiệt lượng cung cấp (Q)
Khi máy bơm nhiệt có hệ số hiệu suất (COP) là 5.0, nó có thể giảm đáng kể hóa đơn tiền điện so với hệ thống sưởi điện truyền thống. Dưới đây là phân tích và tính toán chi tiết:
So sánh hiệu quả năng lượng
Hệ thống sưởi điện truyền thống có hệ số COP là 1.0, nghĩa là nó tạo ra 1 đơn vị nhiệt cho mỗi 1 kWh điện năng tiêu thụ. Ngược lại, máy bơm nhiệt với hệ số COP là 5.0 tạo ra 5 đơn vị nhiệt cho mỗi 1 kWh điện năng tiêu thụ, hiệu quả hơn nhiều so với hệ thống sưởi điện truyền thống.
Tính toán tiết kiệm chi phí điện năng
Giả sử cần sản xuất 100 đơn vị nhiệt:
- Sưởi điện truyền thốngTiêu thụ 100 kWh điện.
- Máy bơm nhiệt với hệ số COP là 5.0Chỉ cần 20 kWh điện (100 đơn vị nhiệt ÷ 5,0).
Nếu giá điện là 0,5€/kWh:
- Sưởi điện truyền thốngGiá điện là 50€ (100 kWh × 0,5€/kWh).
- Máy bơm nhiệt với hệ số COP là 5.0Giá điện là 10€ (20 kWh × 0,5€/kWh).
Tỷ lệ tiết kiệm
Máy bơm nhiệt có thể tiết kiệm 80% hóa đơn tiền điện so với hệ thống sưởi điện truyền thống ((50 - 10) ÷ 50 = 80%).
Ví dụ thực tế
Trong các ứng dụng thực tế, chẳng hạn như cung cấp nước nóng sinh hoạt, giả sử cần làm nóng 200 lít nước từ 15°C lên 55°C mỗi ngày:
- Sưởi điện truyền thốngTiêu thụ khoảng 38,77 kWh điện (giả sử hiệu suất nhiệt là 90%).
- Máy bơm nhiệt với hệ số COP là 5.0Tiêu thụ khoảng 7,75 kWh điện (38,77 kWh ÷ 5,0).
Với giá điện là 0,5€/kWh:
- Sưởi điện truyền thốngChi phí điện hàng ngày khoảng 19,39€ (38,77 kWh × 0,5€/kWh).
- Máy bơm nhiệt với hệ số COP là 5.0Chi phí điện hàng ngày khoảng 3,88€ (7,75 kWh × 0,5€/kWh).
Ước tính mức tiết kiệm cho hộ gia đình trung bình: So sánh máy bơm nhiệt và hệ thống sưởi bằng khí đốt tự nhiên.
Dựa trên các ước tính toàn ngành và xu hướng giá năng lượng tại châu Âu:
| Mục | Hệ thống sưởi bằng khí đốt tự nhiên | Hệ thống sưởi bằng bơm nhiệt | Chênh lệch hàng năm ước tính |
| Chi phí năng lượng trung bình hàng năm | 1.200–1.500 euro | 600–900 euro | Tiết kiệm khoảng €300–€900 |
| Lượng khí thải CO₂ (tấn/năm) | 3–5 tấn | 1–2 tấn | Giảm khoảng 2–3 tấn |
Ghi chú:Mức tiết kiệm thực tế có thể khác nhau tùy thuộc vào giá điện và khí đốt quốc gia, chất lượng cách nhiệt của tòa nhà và hiệu suất của máy bơm nhiệt. Các quốc gia như Đức, Pháp và Ý thường có mức tiết kiệm cao hơn, đặc biệt là khi có các khoản trợ cấp của chính phủ.
Máy bơm nhiệt Hien R290 EocForce Serie 6-16kW: Máy bơm nhiệt không khí-nước nguyên khối
Các tính năng chính:
Chức năng đa dạng: sưởi ấm, làm mát và cung cấp nước nóng sinh hoạt.
Tùy chọn điện áp linh hoạt: 220–240 V hoặc 380–420 V
Thiết kế nhỏ gọn: Các thiết bị nhỏ gọn công suất 6–16 kW
Chất làm lạnh thân thiện với môi trường: Chất làm lạnh R290 xanh
Hoạt động cực kỳ yên tĩnh: 40,5 dB(A) ở khoảng cách 1 m
Hiệu suất năng lượng: SCOP lên đến 5.19
Hiệu suất ở nhiệt độ khắc nghiệt: Hoạt động ổn định ở -20 °C
Hiệu suất năng lượng vượt trội: A+++
Điều khiển thông minh và sẵn sàng cho năng lượng mặt trời
Chức năng chống vi khuẩn Legionella: Nhiệt độ nước đầu ra tối đa 75ºC
Thời gian đăng bài: 10/09/2025