Bơm Nhiệt Nguyễn đức Lợi - 123doc

Sau này “Bơm nhiệt” được biên soạn thành một chương của giáo trình môn "Kỹ thuật Lạnh ứng dụng” và được giảng dạy trong khuôn khổ môn học này Nhận thấy "Bơm nhiệf càng ngày càng được ngh

NGUYỄN ĐỨC LỢI

BƠM NHIÊT

"HEAT PUMP SAVE THE EARTH

s ơ ĐỒ BƠM NHIỆT ĐỊA NHIỆT

SƯỞI ẤM MÙA ĐONG

VỚI CHILLER 1 CHIỀU LẠNH

NGUYỄN ĐỨC LỢI

BƠM NHIỆT

NHÀ XUÁT BÀN GIÁO DỤC VIỆT NAM

LỜI CAM ƠN

Cuốn sách này là một phần kết quả nghiên cứu của Đề tài trọng điểm cấp Nhà nước HNghiên cứu đánh giá một số nguồn địa nhiệt triển

vọng và có điều kiện khai thác cho phát triển năng lượng ở Việt NamM

mã số KC 08.16/11-15 Tác giả xin cảm ơn vì Đề tài đã tài trợ kinh phí

và cung cấp thông tin, tài liệu cần thiết để tác giả hoàn thiện cuốn sách.Tác giả chân thành cảm ơn các đồng nghiệp trẻ Bộ môn Nhiệt lạnh Trường Đại học Giao thông Vận tài đâ chỉnh sửa bản thảo, căn vẽ hình ảnh cho cuốn sách

Tác giả cũng cảm ơn Công ty cổ phần Sách Đại học và Dạy nghề - Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam đã giúp đỡ để cuốn sách được hoàn thành và ra mắt bạn đọc

PGS.TS Nguyễn Đức Lợi

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bài "Heat Pumps save the Earth on the Verge of Global

Warming" (Bơm nhiệt cứu Trái Đất trên bờ vực nóng lên toàn cầu),

năm 2009, ba chuyên gia hàng đầu Nhật Bản về bơm nhiệt là Giáo sư Hiroshi Kato, Chủ tịch Trung tâm Khoa học Công nghệ Bơm nhiệt và Trữ nhiệt Nhật Bản, Giáo sư Kiyoshi Kurokawa - Đại học Keio, cố vấn đặc biệt của Chính phủ và nguyên Chủ tịch Hội đồng Khoa học của Nhật Bản

và Giáo sư Hiroshi Komiyama, Chủ tịch Đại học tổng hợp Tokyo đã đánh giá bơm nhiệt là cứu tinh của Trái Đất trước thảm họa nóng lên toàn cầu

và biến đổi khí hậu do phát thải khí nhà kính vào khí quyển, bơm nhiệt là

công nghệ sạch của thế kỷ 211 vì sử dụng bơm nhiệt thay cho các lò

sưởi, bình nóng lạnh truyền thống chạy bằng gas, dầu, điện có thể tiết kiệm trên một nửa năng lượng sơ cấp và giảm được phát thải khí nhà kính đến gần 70% từ 189 triệu tấn/năm xuống còn 57,6 triệu tấn/năm trong khu vực gia đình và thương mại Nhật Bản

Năm 1984, chuyên đề uBơm nhiệt" lần đầu tiên được giảng dạy cho

sinh viên ngành Nhiệt lạnh Đại học Bách khoa Hà Nội với thời lượng

30 tiết Sau này “Bơm nhiệt” được biên soạn thành một chương của giáo trình môn "Kỹ thuật Lạnh ứng dụng” và được giảng dạy trong khuôn khổ môn học này Nhận thấy "Bơm nhiệf càng ngày càng được nghiên cứu phát triển và ứng dụng vì nó có khả năng tiết kiệm năng lượng cao, đặc biệt, trong lĩnh vực cấp nhiệt nhiệt độ thấp như sưởi ấm, đun nước nóng sinh hoạt, nước nóng công nghiệp, sấy, hút ẩm, Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt lạnh đã đưa uBơm nhiệr thành một phần của giáo trình giảng

dạy Cao học Cuốn sách fíBơm nhiệV' đã được hình thành qua cả một

quá trình phát triển như vậy

Cuốn sách có thể dùng làm tài liệu giảng dạy cho sinh viên và học viên cao học ngành Nhiệt lạnh; làm tài liệu cho sinh viên và học viên cao

cán bộ, kỹ sư và những người có quan tâm đến việc nghiên cứu và ứng

dụng bơm nhiệt vào các ngành kinh tế quốc dân như đun nước nóng, sấy, sưởi, hút ẩm, cô đặc, tinh luyện, tách chất và thu hồi nhiệt thải dân dụng, nông nghiệp, công nghiệp, nõng lâm, thủy sản, thể thao, y tế .Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song cuốn sách khó tránh khỏi còn thiếu sót, chúng tôi mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của độc giả nhằm hoàn thiện cuốn sách Các ý kiến xin gửi về: Công ty cổ phần Sách Đại học và Dạy nghề - Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 25 Hàn Thuyên quận Hai Bà Trưng, Hà Nội hoặc trực tiếp cho tác giả ở Viện Nhiệt lạnh, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, số 1 Đại cồ Việt, quận Hai Bà Trưng,

Chưong 1

GIỚI THIỆU CHƯNG

1.1 LỊCH s ử PHÁT TRIỂN

Năm 1834, Perkin đăng ký bằng phát minh đầu tiên về máy lạnh, tới năm

1852, William Thomson (còn gọi là Lord Kelvin) đăng ký bằng phát minh đầu tiên

về bom nhiệt trên thế giơi Perkin và Thomson đều là người Anh Mục đích sử dụng cúa bơm nhiệt này là để sươi am phòng vào mùa đông Chu trình làm việc của bơm nhiệt giống như của máy lạnh, đó là chu trình nhiệt động ngược chiều Khác nhau giữa tên gọi máy lạnh và bơm nhiệt chi là mục đích sử dụng Ờ máy lạnh, người ta sử dụng nguồn lạnh ờ dàn bay hơi, còn ờ bơm nhiệt người ta sử dụng nguồn nhiệt sinh ra ờ dàn ngưng đế sươi am hoặc đun nước nóng chẳng hạn

Thomson xây dựng thiết bị thử nghiệm với nguồn lạnh và nguồn nóng đều là nước Theo tính toán lý thuyết, độ chênh nhiệt độ giữa hai nguồn chi cần 10 K, ví

dụ, nguồn lạnh là 17 °c (290 K) và nguồn nóng là 27 °c (300 K), độ chênh nhiệt độ giữa nguồn nóng và nguồn lạnh 300 - 290 = 1 0 K, thì hệ số bơm nhiệt theo chu trình Camot sẽ là:

Ọc = Tk / (T k- T〇 ) = 300/10 = 30 k w nhiệưkw điệnĐiều đó cỏ nghĩa là chỉ cần tiêu tốn 1 kW điện cho máy nén, ta thu được

30 kW nhiệt dùng đề sưởi ấm Rõ ràng ý nghĩa kinh tế của nó thật là to lớn.Hình 1.1 giới thiệu nguyên lý cấu tạo và làm việc của bơm nhiệt thực nghiệm cúa Thomson

H ình 1 1.Nguyên lý cấu tạo và làm việc của bơm nhiệt thực nghiệm của Thomson

với môi chấí lạnh là không khí:

Ị - Máy nén; 2 - Thùng nước nóng với dàn nóng; 3 - Thiết bị tiết liru; 4 - Thùng nước lạnh với dàn lạnh; 5 - Nước nóng vào và ra; 6 - Nước lạnh (nguồn nhiệt) vào và ra.

Máy nén nén môi chất lạnh lên áp suất cao, đẩy vào ống xoắn trao đổi nhiệt đặt trong thùng nước nóng của nguồn nóng, sau đó tiết lưu xuống áp suất thấp để đưa vào dàn lạnh đặt trong thùng nưởc lạnh của nguồn lạnh Đó là chu trình lạnh đơn giản và quen thuộc và có lẽ không có lý do gì để thất bại nếu như dùng các ga lạnh hiện đại Thế nhưng, Thomson lại chọn chu trình bơm nhiệt nén khí với môi chất lạnh là không khí để nghiên cứu Đó chính là lý do thất bại của Thomson, vì không khí có hệ số tỏa nhiệt rất nhỏ, chỉ bằng khoảng 1% so với hệ số tỏa nhiệt khi sôi và khi ngưng của các ga lạnh hiện đại, hơn nữa hiệu quả lạnh khi tiết lưu của không khí cũng rất thấp Sau nhiều lần vật ỉộn với thí nghiệm ông đã chịu bó tay và sáng chế của ông đã bị lãng quên gần một thế kỷ Ngay cả khi kỹ thuật lạnh đã đạt được những phát triển huy hoàng với các môi chất lạnh mới như C〇2, S〇2 và NH3 mà bơm nhiệt vẫn không hề được nhắc lại.Mãi đến năm 1928, một người M ỳ là T.G Haldane mới quay lại nghiên cứu bơm nhiệt và đã chế tạo bơm nhiệt đầu tiên để sưởi ấm cho chính văn phòng của ông Haldane là người cổ vũ nhiệt tình cho bơm nhiệt nhưng đáng tiếc là ông cũng không xây dựng được thêm bất kỳ một hệ thống bơm nhiệt nào khác Lý do cơ bản có lẽ là:

- Giá tiền đầu tư cho một bơm nhiệt khi đó còn quá cao, trong khi giá than,

ga, dầu, củi và có thể cả điện còn rẻ hơn nhiều so với bơm nhiệt

- Mặt khác, cũng có thề do nhiệt độ ngoài trời xuống quá thấp trong những mùa đông khắc nghiệt làm cho hiệu quả bơm nhiệt giảm, nhiệt dàn ngưng thiết

kế không đủ sươi am phòng

Những bơm nhiệt đầu tiên hoạt động có hiệu quả là các bơm nhiệt nén hơi Chúng đáp ứng được những yêu cầu kỹ thuật và hoạt động qua nhiều năm với hiệu quả nhiệt cao Một bơm nhiệt công nghiệp tiêu biểu đầu tiên có thể kể đến

là bơm nhiệt sưởi ấm cho văn phòng Công ty Southern California Edison Co ở Los Angeles Bơm nhiệt được xây dựng vào năm 1930， năng suất nhiệt

lắp đặt tại tòa thị chính của Zurich và năm 1942 một bơm nhiệt khác được lắp đặt tại Trường Đại học Kỹ thuật ETH Zurich với năng suất 7000 kw và hệ số bơm nhiệt đạt 3,0 Bảng 1.1 giới thiệu một số hệ thống bơm nhiệt được lắp đặt tại Thụy Sĩ trước thế chiến 2

Và cũng chính từ những năm 1940, hàng loạt bơm nhiệt dã được xây dựng

ở khắp châu Âu, đặc biệt là ở Anh, Pháp, Đức và ở cả M ỹ để sưởi ấm, đun nước nóng và đáp ứng các nhu cầu năng lượng nhiệt độ thấp khác nhau

Bảng 1. L Một số hệ thống bơm nhiệt được lắp đặt tại Thụy Sĩ trước Thế chiến 2

Nhiệt độ cấp, ° c

và nước thải Z urich 1500 2 3 - 4 5 Sưởi ấm bể bơi

1941 Nước hồ Skeckbom 1950 70 Cấp nhiệt cho nhà

máy sợi nhân tạo

1941 K hông khí Landquart 122 一 Sấy fe lt trong nhà

máy giấy

Việc sử dụng freon, đặc biệt R12 và R22 đã tạo điều kiện cho những bơm nhiệt năng suất nhò phát triền một cách rầm rộ Nước M ỹ có thề được coi là cái nôi của bơm nhiệt loại này Do điều kiện khoa học kỹ thuật phát triển, do điều kiện sống ở mức độ cao, cũng như do điều kiện thơi tiết thuận lợi nên bơm nhiệt cỡ nhỏ dùng đề làm mát vào mùa hè và sươi am vào mùa đông đã phát triền một cách nhanh chỏng

Đặc biệt khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào những năm 1970, bưm nhiệt lại càng có cơ hội phát triển mạnh mẽ hơn vì giá dầu càng tăng thì lợi ích kinh tế của bơm nhiệt càng được khẳng định Cuối những năm 1970, thị trường tiêu thụ tới 850.000 bơm nhiệt Đến giữa những năm 1980 đã có khoảng 30% hộ gia đình ờ M ỹ sử dụng bơm nhiệt hai chiều nóng lạnh

Nhờ giá dầu tăng kỷ lục trong những năm vừa qua và nhờ công nghệ chế tạo cũng như trình độ tự động hóa ờ mức độ rất cao nên chưa bao giờ bơm nhiệt được chú ý nghiên cứu và phát triến như ngày nay Nó được ứng dụng trong hầu hết các ngành công nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, thể thao, y tế và đặc biệt trong khu vực gia đình để sưởi ấm và đun nước nóng Hình 1.2 giới

thiệu sơ đồ bơm nhiệt đun nước nóng gia dụng thu nhiệt từ không khí ngoài irời đang rất thịnh hành trẽn thế giơi.

Dàn bốc hơi thu nhiệt từ không khí môi trường

H ình 1.2 Sư đổ bơm nhiệt đun mrớc nóng gia dụng thu nhiệt từ không khỉ ngoài trời

Phần lớn bơm nhiệt làm việc với chu trình nén hơi có máy nén cơ và động

cơ điện môi chất lạnh freon Các bơm nhiệt loại này đặc biệt thích họp đối với năng suất nhỏ, sử dụng trong khu vực gia đình, văn phòng, công sở, nhà hàng, quây hàng thương nghiệp, công xưởng và khách sạn Ngoài bơm nhiệt nén hơi chạy điện, người ta còn sử dụng bơm nhiệt nén hơi chạy bằng động cơ xăng, diesel, K h i đốt trong công nghiệp

Tương tự như máy lạnh, ngoài bom nhiệt nén hơi còn có bơm nhiệt hấp thụ, bơm nhiệt ejector, bơm nhiệt nhiệl điện Tuy nhiên bơm nhiệt ejector và nhiệt điện hau như không được ứng dụng trong thực tế Riông bơm nhiệt hấp thụ là có nhiều ý nghĩa kinh tế và được ứng dụng khá rộng rãi trong công nghiệp (đặc biệt công nghiệp thực phẩm, dệt may ) và thương nghiệp (điều hòa không khí cho văn phòng, khách sạn, phân xưởng tận dụng nhiệt thải và hơi thừa trong các nhà máy có nước thải nhiệt độ cao và hơi thừa), năng suất nhiệt có thể lên đến hàng ngàn kw.Các chính phú và các tổ chức quốc tế đang có những chương trình đặc biệt

đế nghiên cứu về bơm nhiệt bởi vi bơm nhiệt giúp chúng ta sử dụng năng lượng

sơ cấp một cách hiệu quả hơn, thu hồi được các nguồn nhiệt thải, tận dụng được các nguồn nhiệt môi trường từ không khí, nước, địa nhiệt, nâng cấp chúng thành các nguồn nhiệt có ích phù hợp với các yêu cầu sử dụng năng lượng ở nhiệt độ thấp đê sưởi ấm, chuấn bị nước nóng, sấy, hút ẩm, xử lý bào quản rau quả, tẩy rửa, điều hòa không khí

1.2 BƠM NHIỆT - CỨU TINH CỦA TRÁI ĐẤT

Trong bài “ Heat Pump save the Earth on the Verge o f Global Warming” (Bơm nhiệt cứu Trái đất trên bờ vực nóng lên toàn cầu), ba chuyên gia hảng

đầu của Nhật về bơm nhiệt là Giáo sư Hiroshi Kato, Chù tịch Trung tâm KHCN Bơm nhiệt và Trữ nhiệt Nhật Bản, Uiao sư Kiyoshi Kurokawa ~ Đại học Keio

cố vấn đặc biệt cùa chính phủ và nguyên Chủ tịch Hội đồng Khoa học của Nhật Bản và uiao sư Hiroshi Komiyama, Chủ tịch Đại học tổng họp Tokyo đã dánh giá bơm nhiệt sẽ là cứu linh cua 1 rai Đất trước thám họa môi trường, phát thái khí nhà kính vào khí quyển, nóng lên toàn cầu, biến đổi khí hậu, thiên tai hoành hành và ngập lụt

Vì phải nhập khẩu hầu như toàn bộ nhiên liệu các loại nên Nhật Bản nổi tiếng thế giới trong lĩnh vực tiết kiệm và sử dụng hiệu quả năng lượng Theo đánh giá của Trung tâm Nghiên cứu Bơm nhiệt và Trữ nhiệt Nhật Bản HPTCJ

[3], nhờ liên tục nghiên cứu cải thiện hiệu quả năng lượng của các thiết bị trong các ngành công nghiệp mà suốt từ năm 1975 đến nay, GDP của Nhật liên tục tăng trướng nhưng tiêu thụ năng lượng và lượng phát thài C〇2 hầu như không tăng Tuy nhiên, tiêu thụ nhiên liệu chủ yếu là khí đốt và dầu trong khu vực gia đình Nhật Bản lại tăng đáng kể và chiếm một tỷ lệ khá lớn Hình 1.3 giới thiệu tiêu thụ năng lượng gia dụng tại Nhật Riêng tiêu thụ năng lượng để sưởi ấm và đun nước nóng chiếm từ 50 đến 60% Tỷ lệ đó cũng tương tự như ở châu Au và

Mỹ Theo đánh giá của HPTCJ thì tới 90% năng lượng này đang được cung cấp

từ đốt ga và dầu Đây chính là lĩnh vực có thể ứng dụng bơm nhiệt với khả năng mang lại hiệu quả to lớn

ctìiế u sang

vỏ thiồt Dị dỉôn

Hình Ị.3 Thành phấn íièu ihụ năng hrọng tạ i Nhật Bàn

Hinh 1.4 giới thiệu hai phương pháp phân tích tiêu thụ năng lượng sơ cấp của hai hệ thống sưởi bằng đốt ga và bàng bơm nhiệt Khi cùng cần 100 đơn vị nhiệt, nếu dùng lò sưới đốt ga ta phải tốn 111 đơn vị năng lương sơ cấp Nếu dùng bơm nhiệt ta chi cần sử dụng 46 đơn vị năng lượng sơ cấp để sản xuất ra

24 % sưỏi Ốm

đ u n nuỏc nong

n%

diên

69 %dóu

9 % diện 22%

d ố u

17 đơn vị năng lượng điện đề chạy bơm nhiệt Với 17 đơn vị năng lượng điện bơm nhiệt sẽ thu được từ môi trường 83 đơn vị nhiệt đề cho ra đù 100 đơn vị năng lượng nhiệt ờ dàn ngưng Đieu đó có nghĩa khi sử dụng bơm nhiệt ta có thề giảm được tới 60 % năng lượng sơ cấp Lượng phát thải khí C〇2 còn có thể giảm tới 70 % do nhiên liệu được xử lý tập trung tốt hơn.

H ình 1.4 H ai phương pháp phán tích tiêu thụ năng lượng sơ cắp

cho sưởi bằng đốt ga trực tiếp và qua bơm nhiệt

Hình 1.5 giới thiệu khả năng cắt giảm phát thải khí C〇2 ờ khu vực gia đình ờ Nhật cũng như ở các nước G7 Phát thải khu vực gia đình bao gồm đun nước nóng, điều hoà không khí, sưởi ấm gia dụng, thương nghiệp và tiểu thủ công nghiệp Ở Nhật, tổng phát thải C〇2 khu vực gia đình ước tính

189 triệu tấn/năm, ở các nước G8 khoảng 2000 triệu tấn/năm Nếu thay thế toàn bộ các thiết bị truyền thống bằng bơm nhiệt thì Nhật có thể giám phát thải dược 130 triệu tấn/năm (từ 189 triệu tấn/năm xuống còn 57,6 triệu tấn/năm) tương đương khoảng 70% G8 có thề giảm phát thài C〇2 được khoảng 770 triệu tấn (từ 2000 triệu tấn/năm xuống 1230 triệu tấn/năm) tương đương khoáng 40% Đó là những con số rất đáng khích lệ Không kể hàng chục triệu bơm nhiệt điều hoà không khí gia dụng đang được tung ra thị trường hàng năm, Nhật nghiên cứu chế tạo thành công bơm nhiệt gia dụng nhiều chức năng môi chất tự nhiên C〇2 với hiệu suất năng lượng cao

có tên EC O -CU TE và con số xuất xưởng cũng lên đến hàng triệu chiếc mỗi năm Nước Nhật hy vọng trong vòng vài chục năm tới có thể thay thế dược toàn bộ các thiết bị gia dụng đốt ga, đốt dầu bằng bơm nhiệt

H ình 1.5 Khá năng cắt giám phát thải khí c o 2

ờ khu vực gia đình ở Nhật cũng như ớ các nước G8

1.3 BƠM NHIỆT PHÁT TRIẺN BÁT CHẤP SUY THOÁI KINH TÉ

Ông Chủ tịch hãng Carrier Geraud Damis khẳng định trong bài "Carrier to launch Japanese Technology in the us” trên tạp chí JARN (Japan A ir Conditioning, Heating and Refrigeration News) tháng 7 năm 2010, đại ý: Ba năm qua (2007-2009) là ba năm tồi tệ đối với ngành điều hoà không khí, doanh thu sụt giảm, thị trường co hẹp Năm 2005 Carrier bán được 2,1 triệu máy điều hoà gia dụng, nhưng năm 2009 chỉ bán được khoảng trên nửa triệu chiếc, giảm mất tới 75% Còn so với năm 2008 thì giảm mất trên 20%, nhưng bù lại thị trường bơm nhiệt gia dụng lại đang phát triển rất nhanh chóng, với mức tăng

từ 30 đến 50%

Bơm nhiệt dùng để đun nước nóng sinh hoạt và sưởi ấm gia dụng hiện tại

có hai loại chù yếu là bơm nhiệt nước nước WTW (Water to Water heat pump)

và gió nước A T W (A ir to Water heat pump) Bơm nhiệt nước nước còn dược gọi là bơm nhiệt địa nhiệt Do kết cấu và lắp đặt, sử dụng đơn giản nên bơm nhiệt gió nước A T W đang có sự phát triển rất mạnh mẽ và chiếm gần như toàn

bộ thị trường bơm nhiệt đun nước nóng gia dụng hiện nay Hình 1.6 giơi thiệu con số bơm nhiệt gió nước A T W bán ra trên thế giới ở 5 vùng tiêu biểu lần lượt

từ trẽn xuống là Nhật, Trung Quốc, châu Âu, úc và các vùng còn lại

Năm 2008 con số bán ra đạt 1 triệu chiếc, trong đó Nhật 500.200 chiếc, châu Ầu 300.000 chiếc, Trung Quốc 190.300 chiếc, úc 10.000 chiếc và các nước khác khoảng 5.000 chiếc, tăng khoảng 27,3% so với năm 2008 Châu Âu

có tỷ lệ tăng mạnh nhất tới gần 50% Ngoài các loại bơm nhiệt WTW, AT W và

các loại máy điều hoà không khí hai chiều có bơm nhiệt, người ta còn nghiên cứu các loại bơm nhiệt gia dụng với nhiều chức năng như bơm nhiệt ba trong một để sưởi ấm, dun nước nóng và làm mát; bơm nhiệt nhiều chức năng vừa sươi am làm mát, đun nước nóng, tủ lạnh, tủ đông, đôi khi kết hợp cà với bộ thu năng lượng Mặt Trời với một máy nén biến tần duy nhất [10].

Đến tháng 9 năm 2009, riêng Nhật đã tiêu thụ được 2,02 triệu bơm nhiệt đun nước nóng kiểu gió nước (kiểu ECO - CUT ) gia dụng với môi chất là C〇2

X 1000 chiếc

ITinìì 1.6 Số lượng bơm nhiệt giỏ nước ATW bản ra trên thế g iớ i ớ 5 vùng tiêu biếu

I 4 LÝ DO PHÁT TRIÈN CỦA BƠM NHIỆT

Các nguồn năng lượng sơ cấp như năng lượng hoá thạch của thế giới ngày càng cạn kiệt Toàn thế giới đang phải đối mặt nghiêm trọng với vấn đề tiết kiệm năng lượng sơ cấp Dân số thế giới càng tăng, kinh tế thế giơi càng phát triển thì tiêu thụ nàng lượng càng nhiều Có ba nguồn năng lượng chủ yếu là năng lượng hóa thạch, năng lượng hạt nhân và năng lượng tái tạo, trong đó năng lượng hóa thạch chiếm dến 83 % Nhiên liệu hóa thạch được coi là năng lượng sơ cấp Trước đây năng lượng sơ cấp được tính theo tấn than đá tương đương, ký hiệu !à tce (ton

o f coal equivalent,1 tee = 8,14 MWh lấy tròn là 8MWh, giá trị này bắt nguồn từ nhiệt trị của 1 kg than đá bằng 7.000 kcal/kg), nhưng ngày nay được tính theo tấn dầu tirơng đương ký hiệu toe (ton o f oil e q u ivalent,1 toe = 41,868 GJ =

I I , 63 MWh lấy tròn là 12MWh, giá trị này bắt nguồn từ nhiệt trị của 1 kg dầu bằng 10000 kcal/kg) Theo Tổ chức Năng lượng Thế giới IEA (International Energy Assessment) năm 1971 toàn thế giơi tiêu thụ khoảng 5500 tỷ tấn dầu tương đương, thì năm 1990 đã tăng lên 8755 tỷ tấn, năm 2005 là 11429 tỷ tấn

IEA dự đoán tiêu thụ năm 2015 sẽ là 14.361 tỷ tấn và năm 2030 sẽ là khoảng 17.721 tý tấn đầu, tương đương với đà tăng trướng hàng năm là 15,5% Hình 1.7 giới thiệu mức độ tiêu thụ năng lượng của cả thế giới Trục tung là triệu tấn dầu tương đương (toe).

Hình 1.7 Mức độ tiêu thụ nàng lượng của cà thế g iớ i (trục tung là tấn dầu tương đương ì toe - 12000 kWh)

Năng lượng hoá thạch cùa thế giơi là hữu hạn Với đà tiêu thụ như trên thì thời gian khai thác còn lại sẽ rất ngắn ngủi Bảng 1.2 giới thiệu tình hình và thời gian khai thác còn lại của các nguồn nhiên liệu hoá thạch trên Trái Đất theo BP Statistics (2009) và ECCJ - Energy Conservation Handbook (2009)

Báng 1.2 Tinh hình và thời gian khai thác còn lạ i của các nguồn nhiên liệu hóa thạch trên Trải Đất theo BP Statistics 2009 và ECCJ - Energ}> Conservation Handbook - 2009

Nhiên liệu hóa thạch Dầu mỏ Khí tự

K h a i thác hàng năm, p

29,9 tỷ thùng (81,8 triệu thùng/ngày)

3.070

tỷ m 3 7,08 tỳ tấn

44.000 tấn

T hờ i gian còn khai thác được, R/P 41,4 năm 60,3 năm 117 năm 132 năm

Trong tương lai gần, toàn thế giới sẽ phai nỗ lực đi tìm kiếm những nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo đề bù đắp cho sự thiếu hụt của năng lượng sơ cấp hóa thạch đang cạn kiệt Bơm nhiệt sẽ đóng góp một vai trò quan trọng trong việc tái sinh, nâng cấp nhiệt từ môi trường đề giảm tiêu tốn nguồn năng lượng sơ cấp.

về mặt môi trường, để bào vệ môi trường, làm chậm quá trình nóng lên của Trái Đất, phải giảm phát thải khí nhà kính Muốn giảm phát thải khí nhà kính phải giảm đốt cháy nhiên liệu hóa thạch Đe đàm bảo an ninh năng lượng, việc sử dụng năng lượng với hiệu quả cao được coi là vấn đề then chốt Hiện nay hiệu suất trung bình mới đạt khoảng 37%, nghĩa là khi đốt 100 tấn dầu chúng ta mới

sử dụng được 37% nhiệt năng có ích, 63% nhiệt năng còn lại bị thất thoát vào môi trường Ví dụ ở các nhà máy nhiệt điện đốt th a n ,100 % nhiệt năng sinh ra

chỉ có khoảng 30% được biến thành điện, còn 70% bị tồn thất vào môi trường qua khói lò, nồi hơi, ống dẫn, tuabin, máy phát 30% điện đó lại bị hao hụt mất khoảng 3% ở đường dây truyền tải, máy biến áp cao và hạ thế Đen tới hộ tiêu thụ chỉ còn lại khoảng 27% hữu ích Nếu sử dụng bơm nhiệt sươi am hoặc đun nước nóng với hiệu quả nhiệt cả năm bằng 6 thì hệ số sử dụng năng lượng sơ cấp được nâng lên 6 lần bằng 6 X 27% = 162% Hình 1.8 giới thiệu hệ số sử dụng năng lượng sơ cấp cua bơm nhiệt sưởi ấm theo tính toán của các chuyên gia Nhật, khi sử dụng bơm nhiệt với hệ số hiệu quả năng lượng cả năm APF = 6 (Annual Performance Factor), với nhu cầu nhiệt sưởi là 100% thì chí cần 17% điện năng, và đế có 17% điện năng ta chỉ cần 46% năng lượng sơ cấp (các quá trình chuyển hóa năng lượng sơ cấp ở các nhà máy điện khác nhau trung bình ở Nhật đạt 17/46 = 37%) Đó là ưu thế không thể phủ nhận của bơm nhiệt

N ăng lượng N hà máy

17%

Điện năng A P F = 6

100 %

N h iệ t sưởi hữu ích

N h iệ t sưởi hữu ích

H ình 1.8 Hệ số sứ dụng nâng lượng sơ cấp cùa bơm nhiệt sươi am và đun nước nóng

với hệ số hiệu quà năng lượng cá nâìĩì của bơm nhiệt AP F = 6

Việc sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quà ngày nay trên thế giới chưa đồng đều Đề sản xuất ra khối lượng hàng hóa trị giá 1 tỷ USD mỗi nước đang tiêu tốn năng lượng sơ cấp tính ra tấn dầu tương đương rât khác nhau Hình 1.9 giới thiệu tiêu tốn năng lượng sơ cấp tính ra tấn dầu tương đương (toe) rất khác nhau của các nước và khu vực theo “ sồ tay Tiết

Handbook, ECCJ 2009) Tiêu thụ ít năng lượng nhất là Nhật với khoảng hơn

100 tấn toe/1 tý USD và cao nhất là Liên bang Nga gấp khoảng 16,7 lần (khoáng 1750 toe/1 tỷ USD)

し ấy mốc cường độ năng lượng cúa Nhật Bán là1

ASEAN Brunei, Indonesia, Malaysia^ Philippines

Singapore, Thailan, Việt Nam Trung Dông Bahrain, Iran Iraq, Israel, Jordan, Kuwait

Libang, Oman, Qatar, Arập Xê-Út, Syria, UAE, Yemen

Nhật EU USA Canada Hàn ASEAN Trung Trung LB Nga

H ình 1.9 Tiêu tốn nàng lượng sơ cắp tính ra tắn dầu tương đương (toe) đê đạt ì tỷ USD

1.5 ỨNG DỤNG CỦA BƠM NHIỆT

ủng dụng rộng rãi nhất của bơm nhiệt như đã trình bày ở trên là để sươi am phòng vào mùa đông, làm mát vào mùa hè để trở thành máy aieu hòa hai chieu Đây là loại bơm nhiệt có năng suất nhỏ từ vài k w đến vài chục kW sử dụng trong khu vực gia đình và thương nghiẹp Dan ngưng gio làm ấm trực tiep không khí trong phòng, còn dàn bay hơi gió thu nhiệt trực tiếp từ không khí ngoài trời Hầu hết bơm nhiệt loại này đều là bơm nhiệt nén hơi, dùng máy nén cơ chạy điện, máy nén dạng blôc pittông, rôto hoặc xoắn ốc, có van đồi dòng 4 ngả để chuyển

001 từ che độ làm mát mùa hè sang chế độ sưởi ấm mùa đông Bơm nhiẹt loại này còn được sử dụng trong công nghiệp say, hút ẩm

ủ n g dụng thứ hai cũng không kém phần quan trọng hiện nay là bơm nhiệt đun nước nóng từ 45 + 70 0C dùng cho gia đình， công sở， thương nghiệp

và công nghiệp Bơm nhiệt loại này có dàn ngưng gia nhiệt cho nước trong bồn nước nóng Nước nóng sẽ được bơm bơm đến hộ tiêu thụ Dàn bay hơi chủ yếu là loại gió thu nhiệt trực tiếp từ không khí ngoài trời Cũng có loại dàn bay hơi là dàn nước thu nhiệt trực tiếp từ nước giếng khoan, nước máy, nước ao, hồ, sông, suối hoặc nước thải có nhiệt độ cao, nước lấy từ bộ thu năng lượng Mặt Trời

Những hệ thống bơm nhiệt lớn sử dụng trong công nghiệp hoặc thương nghiệp, thể dục thể thao, năng suất nhiệt lên đến hàng chục ngàn kW thường sử dụng máy nén tuabin, chu trình nén hơi V í dụ, năm 1959 hãng York của M ỳ đã lắp đặt một bơm nhiệt kết hợp nóng lạnh ờ Square Walley phục vụ Olympic mùa đông Đây là bơm nhiệt hai chiều nóng lạnh Nguồn lạnh có năng suất 1919 kw

để làm lạnh nước muối CaCỈ2ờ nhiệt độ trung bình -1 0 °c, được bơm cấp cho 4 sân trượt băng nghệ thuật Nguồn nóng phát ra từ 6 dàn ngưng không khí dùng để sưởi ấm cho các phòng thể thao và các bể bơi

Bơm nhiệt nóng lạnh là phương án bơm nhiệt hiệu quà nhất vì có thể sử dụng cà nguồn nóng và nguồn lạnh của bơm nhiệt, hệ số bơm nhiệt có thể nói là tăng lên gấp đôi Ví dụ trong lò mổ, lạnh dùng đề bảo quản thịt, còn nước nóng dùng đế tẩy rửa Trong các xí nghiệp chế biến thủy sản cũng vậy, lạnh dùng để bào quản cá, còn nước nóng dùng để tẩy rửa Trong tháp chưng cất, tách chất dàn ngưng bố trí ờ đáy tháp để gia nhiệt cho đáy tháp, còn dàn bay hơi bố trí ờ đinh tháp đề thu chất dễ bay hơi ở đinh tháp

Đối với một nước với nền công nghiệp còn non tré như nước ta, việc nghiên cứu ứng dụng bơm nhiệt hấp thụ chắc chắn sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao do công nghệ chế tạo bơm nhiệt hấp thụ đơn giản, hoàn toàn nằm trong tầm tay ngành cơ khí chế tạo, tạo điều kiện sử dụng hợp lý các nguồn nhiệt thải, khí thải, hơi thừa của các cơ sở công nghiệp khác nhau hiện nay

Nói chung, bơm nhiệt có thề sử dụng hiệu quả ở các trường hợp sau:

- Khi nơi đó có nguồn nhiệt thải có nhiệt độ cao hom nhiệt độ môi trường nhưng vẫn còn quá thấp để có thể sử dụng trực tiếp

- Khi nơi đó có nhu cầu đồng thời nguồn nóng và nguồn lạnh như đã nói

ờ trên, nguồn nóng đề chuẩn bị nước nóng, để sưởi, sấy; còn nguồn lạnh để bảo quản

- Trong các cơ sở công nghiệp sử dụng nhiều nguồn nhiệt có nhiệt độ khác nhau, phù hợp với bơm nhiệt để có thể sử dụng nhiệt thải ở đầu ra cấp ngay cho nhu cầu nhiệt ở đầu vào, ví dụ trong điều hòa không khí mùa hè, thu nhiệt từ

các phòng cần làm mát để đun nước nóng sinh hoạt; thu nhiệt từ đỉnh tháp chưng cất đế cấp cho đáy tháp; sử dụng nhiệt thải của khu chiết chai, thanh trùng trong các nhà máy bia nước giải khát để cấp cho khu rứa chai

- Trong các cơ sở công nghiệp đã có sẵn thiết bị hồi nhiệt mà bơm nhiệt có khá năng cải thiện việc thu hồi nhiệt thải

- Khi phải truyền tái một dòng nhiệt đi xa, việc sử dụng bơm nhiệt ở cuối nguồn của dòng nhiệt đề đảm bảo nhiệt độ đầu ra, có thế giảm đáng kể chi phí đầu tư ban đầu

Bàng 1.3 giới thiệu một số khả năng ứng dụng cùa bơm nhiệt thông dụng, bảng 1.4 giới thiệu một số khả năng ứng dụng của bơm nhiệt nóng lạnh kết hợp

và bảng 1.5 giới thiệu một số khả năng sử dụng bơm nhiệt để thu hồi nhiệt thài ở các nguồn nhiệt thải

Bảng L3 M ột số khá năng ứng dụng của bơm nhiệt thông dụng

T T Mục đích sử dụng của

bom nhiệt

Năng suất nhiệt, kW

N hiệt độ

nguồn lạnh, ° c

Nhiệt độ

nguồn nóng, ° c

1 Sưởi ấm nhà ở bàng bơm nhiệt

g ió g ió (A T A heat pum p)

2,3 - 1 4 N h iệ t độ

m ôi trường

4 5 - 5 0

ị

2 Đun nước nóng gia dụng bằng

bơm nhiệt gió nước (A T W heat

4 C ông nghiệp sấy 2 , 3 - 2 5 0 N hiệt và ấm của

gió tuần hoàn

1 5 - 5 0

5 Q uay vòng dòng nhiệt trong

công nghiệp bay hơi cô đặc,

tháp chưng cất, xưởng giặt là,

tẩy rửa vệ sinh th iế t bị hoặc

buồng sấy

250 - 1 0 0 0 3 0 + 1 3 0 3 0 - 5 0

6 Thu hồi nhiệt thải từ các quá

trìn h cồng nghệ, khu đồ thị,

khu dân cư, sàn xuất hơi công

nghệ, kết họp với trung tâm

cấp nhiệt, cấp lạnh, thu hồi

nhiệt ngưng tụ

1000+ 5000 30 + 70 5 0 + 1 2 0

Báng 1.4 Một số kha năng ứng dụng cùa bơm nhiệt nóng lạnh kết hợp

B o m nhiệt nóng lạnh Nhu cầu nóng Nhu cầu lạnh

Đ iều hòa không khí

hai chiều

Sươi am mùa đông Làm mát mùa hè

Đun nước nóng gia

dụng

Đun nước nóng し àm mát phòng mùa hè, tủ

lạnh gia đình Bơm nhiệt đa năng Sươi am mùa đông, đun nước

nóng cả năm, có thể kết họp với bộ thu năng lượng M ặt Trời

Làm mát mùa hè

Nhà máy chế biến cá Nước nóng đế vệ sinh, tẩy rửa Bảo quản lạnh và sán xuất

nước đá Nhà máy chế biến th ịt Nước nóng để vệ sinh, tầy rửa Bảo quán lạnh và sản xuất

nước đá

X í nghiệp giết mồ Nước nóng đề vệ sinh, tẩy rửa Làm lạnh, bảo quản lạnh, kết

đông và bào quản đông

Các nhà máy chế biến

rau quà, nông sản

Nước nóng để vệ sinh, tẩy rửa

và dùng cho máy rửa

Bào quản lạnh, làm lạnh và bảo quản sản phẩm

K ho lạnh Sưởi ấm phòng hoặc bán nhiệt

ngưng tụ dạng nước nóng, gió nóng

Làm lạnh phòng

Xưởng bia

i

Nước nóng Lạnh nhanh dịch bia, làm lạnh

bia lên men và thành phẩm, bảo quản nuôi cấy men

T rung tâm cấp nhiệt,

Cấp nhiệt cho đáy tháp Thu nhiệt ở đỉnh tháp

Bay hơi, cô đặc với

BátìỊỊ 1.5 M ột só kha năng sử dụng bơm nhiệt đé thu hòi nhiệt thái ớ các nguồn nhiệt thài

Cơ sở kinh tế Nhu cầu nhiệt nhiệt độ thấp Nguồn nhiệt thải

X í nghiệp giặt là Nước nóng Nước thải

Khách sạn, bệnh viện Nước nóng và nước sinh hoạt Nước thải

Xưởng nhuộm và sợi

dệt

Nhà máy giấy và bột Nước nóng và nhiệt cấp cho

máy sấy

Nước thải và khí thải

Xưởng sản xuất mạch

nha

N hiệt cấp cho máy sấy K hí thải

Điều hòa không khí

tro n g xí nghiệp và

chuồng trại nồng

nghiệp

Sươi am và nước nóng N hiệt thải từ chuồng trại,

buồng ấp trứng, buồng giống, buồng dấm hoa quả

là khoảng 96,7 triệu máy tăng khoảng 7,5% so với năm 2010, trong đó máy điều hòa hai chiều (bơm nhiệt) chiếm khoảng 30% Trung Quốc đã củng cố vị trí dẫn đầu với 41,0 triệu máy Thị trường M ỹ đã tiêu thụ khoảng 13,6 triệu máy, tăng 7,7% so với năm 2010 Thị trường châu Âu đã tiêu thụ khoảng 7,2 triệu máy， tãng I 1，5% so với năm 2010 Thị trường Nhật đã tiêu thụ gần

9， 1 triệu máy, tăng nhẹ so với năm 2010 Thị trường châu Á (ngoại trừ Trung Quốc và Nhật) đã tiêu thụ khoảng 12， 1 triệu máy Hình 1.10 giới thiệu biểu đồ phát triển máy điều hòa không khí RAC/PAC của Trung Quốc, Mỳ, Nhật và châu Âu từ năm 2006 đến 2012 Hình 1.11 giới thiệu dự đoán sản lượng máy điều hòa RAC/PAC năm 2012 cho các khu vực trên thế giới

H ình 1.10 Biêu đồ phái triẽn mảv điều hòa không khí RAC/PAC cua Trung Quốc, Mỹ, Nhật và cháu Âu từ nàm 2006 đến 2012

Forecast of RAC/PAC Market Size ỉn 2012

W n h L I 1 Dự đoán sán lượng máy điều hòa RAC/PAC năm 2012

cho các khu vực trên thế g ỉơ i

Bảng 1.6 giới thiệu sổ lượng máy điều hòa tiêu thụ năm 2011 và 2012 của các thị trường trên thế giơi.

Báng 1.6 Sổ lượng máy điều hòa RAC/PAC tiêu thụ nãm 20 ì ì và 2012

cúa các thị trường trẽn the giơi

Thị trưòng Số ỉưọng RAC/PAC

năm 2011, triệu chiếc

Số 丨irọìig RAC/PAC năm 2012, triệu chiếc

Mặc dù khúng hoàng kinh tế, tinh hỉnh chính tri khống ỏn định, thời tiết thất thường và thiên tai hoành hành trong năm 2011, nhưng nhu cầu chung về điều hòa không khí vẫn phát triền khoảng 7,5% so với năm 2010, tuy nhiên xu hướng phát triển dần dần chậm lại

Trong năm 2011, nền kinh tế M ỹ có những dấu hiệu được khôi phục, nên

số lượng máy điều hòa gia dụng và thương nghiệp tiêu thụ trên thị trường tăng lẽn Các quy chế về tiết kiệm năng lượng được thắt chặt hơn thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triên của máy điều hòa hai cụm không ống gió và máy VRF (máy một mẹ nhiều con)

Trung Quốc tiếp tục là nhà chế tạo máy điều hòa lớn nhất thế giới và có các cơ sở chế tạo lớn nhất thế giới Trung Quốc có ảnh hưởng sâu rộng tới toàn

bộ thị trường thế giơi Thị trường Trung Quốc không hoàn toàn dạt được mục tiêu đề ra trong năm 2011 một phần bời Chính phủ đã dừng trợ cấp cho các sản phẩm điều hòa không khí khi mua hàng Cung vượt quá cầu, sán phẩm tồn kho quá lớn nên tốc độ sản xuất dược giảm xuống đáng kể từ nửa cuối năm 2011.Năm 2011, nền kinh tế châu Âu trên đà suy thoái làm cho vốn đầu tư giảm

và sức mua cũng giảm Khí hậu và thời tiết châu Au năm 2011 cũng không xảy

ra nắng nóng bất thường nên nhu cầu về điều hòa không khí thụt giảm so với năm trước Riêng thị trường Nga và Thổ Nhĩ Kỳ lại phát triển mạnh mẽ bằng

và vượt cả sự mong đợi

Các thị trường mới nổi như Ấn Độ và Brazil cũng không được mong đợi nhiều ngoài sự tăng trưởng kinh tế và thời tiết thuận lợi Thị trường điều hòa không khí chưa đáp ứng được như mong đợi Tuy nhiên, các nhà sản xuất lớn vẫn tiếp tục đầu tư các cơ sở chế tạo tại địa phương cũng như mở rộng mạng lưới phân phối và tiêu thụ

Sau những năm dài hầu như không có mặt trên bản đồ điều hòa không khí của thế giới, thị trường điều hòa không khí ờ châu Phi đang phát triền khá ấn tượng Các nhà đầu tư lớn từ Nhật và Trung Quốc đang xem xét lại chiến lược phát triền của mình để bước vào thị trường đầy tiềm năng này

Trung Đông với tình hình chính trị bất ốn có tác động không nhỏ tới thị trường điều hòa không khí, nhưng do thời tiết nóng nực nên thị trường vẫn tiếp tục phát triển bền vững

Động đất và sóng thần ở Nhật Bản và lũ lụt nhiều tháng ờ Thái Lan đã ảnh hưởng không chỉ tới các nhà sản xuất máy điều hòa ở Nhật, ở Thái Lan mà còn ảnh hường đến việc cung cấp các linh kiện điện tử trên toàn cầu Các thiên tai

đó tuy chỉ là nhất thời nhưng hai nước Nhật và Thái Lan cũng đã nhanh chóng hồi phục được dây chuyền cung cấp thiết bị trong một thời gian ngấn

1.6.2 Tiết kiệm năng lượng và dán nhãn tiết kiệm năng lượng

Từ tháng 06/20ÌO, đề tiết kiệm năng lượng, Trung Quốc đã nâng cao Tiêu chuẩn hiệu quả năng lượng tối thiểu MEPS (Minim um Energy Performance Standards) lên một mức mới cho máy điều hòa thường (không biến tần) Điều

đó đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triền của điều hòa biến tần

Cũng với mục đích tiết kiệm năng lượng, Tiêu chuẩn mới của M ỹ về Hiệu quả năng lượng tối thiểu cả năm SEER (Seasonal Energy Efficient Ratio) sẽ có hiệu lực bắt đầu từ 01/01/2015 đối với các loại điều hòa không khí hai cụm, bơm nhiệt hai cụm, máy điều hòa nguyên cụm và bơm nhiệt nguyên cụm

Ờ khu vực EU, phiên bản mới trong lần xuất bản thứ 5 về hướng dẫn dán nhãn tiết kiệm năng lượng cho các sản phẩm máy điều hòa không khí thay thẻ cho phiên bàn cũ (2002/31/EC) có hiệu lực vào ngày 01/01/2013 đã nâng cao đáng kể các rào cản về COP đối với các máy điều hòa, bơm nhiệt kém chất lượng mà đặc biệt chú trọng nâng cao COP sươi am vào mùa đông.

MEPS mới của úc đã có hiệu lực từ tháng 10/2012 So với phiên bản cũ, toàn bộ MEPS mới cho tất cả các chủng loại điều hòa và bơm nhiệt tăng lên trung binh 10% Ngày 10/07/2011 chính phủ Úc công bố “ Chương trinh năng lượng sạch tương lai” Trong chương trình, từ 01/07/2012, môi chất lạnh R410A bị đánh thuế mức 23,00 Đôla úc/tấn (khoảng 24 USD/tấn) nhân với

1975 là GWP của R410A (23.1975 = 45.425 Đôla ú c /tấn) Như vậy, với mức thuế đó thì giá 1 kg R410A là 47 USD/kg

Do bị thúc ép bởi vấn đề thiếu hụt điện và vấn đề ô nhiễm môi trường Trung Quốc với sản lượng máy điều hòa RAC chiếm đến một nửa sản lượng toàn thế giới, đã có bước đột phá vượt bậc trong việc chuyển đổi từ máy điều hòa thường sang máy điều hòa biến tần và nâng tỷ lệ máy điều hòa biến tần năm 2011 lên tới 40% Một điều kiện tiên quyết đế đưa máy biến tần đến với người tiêu dùng ớ các thị trường mới nôi như Brazil hoặc Đông Nam Á, kê cá chảu Au là giá cả phải chăng Công nghệ biên tân không chi sử dụng cho RAC

mà còn được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi cho các loại máy điều hòa và thiết

bị khác nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng như PAC, chiller, bơm, quạt FCU,

AトRJ， tháp giai nhiệt, các thiết bị lạnh thương nghiệp và công nghiệp

Tỷ lệ sử dụng điều hòa biến tần ở các thị trường khác nhau của năm 2011 được giới thiệu trong bảng 1.7 Ở đây ta thấy, Nhật Bản đi đầu với 100 % máy diều hòa biến tần, tiếp theo là Trung Quốc với 40% Rất đáng tiếc là nước Mỹ

VƠI cung cách tieu xài hoang phí aiẹn năng nên tý lệ này còn quá thấp, chi khoảng 1% máy điều hòa biến tần

Bủng 1.7 Tý lệ mảyỉ đieu hòa biến íần năm 2011 ớ các th ị trường khác nhau

Thị truòng Tỷ lệ máy điều hòa biến tần RAC

Dựa trên cấu trúc của RAC, chi phí cho nguyên vật liệu như sau: dồng 30%; thép tấm và thép chế tạo máy nén 45%; nhôm 15%; các nguyên vật liệu còn lại 10% Trong vòng xoáy của cơn lốc tăng giá cả, các nhà chế tạo phải lìm mọi biện pháp đề duy trì giá cả hợp lý cho sản phẩm máy điều hòa Tuy nhiên giá thành năm 2011 cũng đã tăng khoảng 7,5% so với năm trước.

Đặc biệt giá đất hiếm nhập khẩu từ Trung Quốc đã tăng đáng kể từ quý 2 năm 2011 đã gây nhiều khó khăn cho các nhà sản xuất Nhiều nhà sản xuất đã

cố gang loại trừ thành phần đất hiếm ra khỏi sản phẩm điều hòa không khí, trong đó có việc sứ dụng lại ferrite trong nam châm môtơ thay cho các kim loại dất hiếm, nhưng với điều kiện máy điều hòa phải đàm bảo hiệu quả năng lượng tương tự như kim loại đất hiếm Tuy nhiên cho đến nay, ferrite mới có ưu điểm

về giá cả, còn hiệu suất vẫn chưa bằng được kim loại đất hiếm Cộng tác với công nghiệp, Chính phủ Nhật đang có chương trình nghiên cứu thu hồi đất hiếm từ các động cơ ô tô đã bị loại bô

Để tăng cường khả năng thương mại, nhiều nhà sản xuất đã mua lại hoặc trực tiếp tham gia liên kết với các nhà chế tạo và bán lé địa phương Năm 2011, Daikin đã mua lại Công ty HVAC A irfel của Thổ Nhĩ Kỳ Năm 2010, Midea đã mua lại 32,5% cổ phần của Công ty Điều hòa không khí Mirano cùa United Technologies ớ A i Cập Năm 2 01 1,Carrier đã liên doanh với Tập đoàn Midea

đế chế tạo và phân phối các sản phấm điều hòa không khí ở Brazil, Argentina

và Chile Ngày 06/01/2012 Midea tuyên bố cùng Carrier liên danh xây dựng nhà máy chế tạo máy điều hòa RAC tại Ấn Độ Carrier cũng đã mua nhiều cổ phần cua Công ty Shan-dong Fuerda, một công ty nổi tiếng của Trung Quốc chuyên chế tạo bơm nhiệt địa nhiệt

1.6.3 Môi chất lạnh

Hàng loạt các quy định thắt chặt việc sử dụng và phát thải môi chất lạnh làm

ô nhiem môi trường đã được ban hành trên phạm vi toàn thế giơi Hội đồng châu

Âu HU dã ra thông báo soát xét lại Quy chế Môi chất lạnh và các loại ga gây ô nhiễm môi trường, trong đó có những quy chế mới về cấm sử dụng các chất có GWP > 150 trong các xe ô tô mới từ năm 2011 và cấm hoàn toàn vào năm 2017 Các nhà chế tạo ô tô Đức đã loại bò hoàn toàn RI34a và thay thế bằng C〇2 ngay

từ năm 2006 Quốc hội ú c đã thông qua Luật Thuế mới đánh vào các môi chất lạnh gây ô nhiễm môi trường và gây hiệu ứng lồng kính làm Trái Đất nóng lên, luật này đã chính thức có hiệu lực từ 01/07/2012

Tuy các nhà khoa học đã bỏ ra rất nhiều công sức để nghiên cứu và tìm kiếm các môi chất lạnh thay thế nhưng cho đến nay vẫn chưa tìm ra được môi chất lạnh hoàn hảo nào đáp ứng, được đầy đủ các yêu cầu về an toàn, hiệu quả,

tiết kiệm và thân thiện với môi trường Trong hàng loạt các môi chất lạnh thay thế được công bố nổi bật lên hiện nay là các ứng viên: R32, HFO-1234yf, R290 và C〇2 Bảng 1.8 giới thiệu những tính chất vật lý, an toàn và môi trường

cơ bản của các ứng viên môi chất lạnh thay thế đó

Bán^ L8, Tỉnh chất vậí lý, an toàn và mỏi trường cơ bán

cua các ứng viên mỏi châỉ lạnh thay í hẻ

M ồ i chất lạnh R32 H F O - 2 3 4 y f R290 (propan) R744 (carbon

dioxide) Cong thức hóa học c h 2 f 2 C H 2C FCF3 c 3 h 8 C 〇 2 Tính

G W P (G lobal W arm ing Potential): Tiềm năng làm nóng địa cầu C hỉ số tương đối chi

I khả nãng (hiệu ứng lồng kính) của m ột chất khí ảnh hưởng tới sự nóng lên của 1'rái Đất,

Ị lấy chuẩn quy ước của C 〇 2 là bàng 1 cho thời hạn 100 năm.

H O C (Heat o f Com bustion): N hiệt trị (của ga lạnh).

LFL (L o w e r F la m m a b ility L im it): G iới hạn bắt lửa dưới, giới hạn nồng độ dưới mà ga lạnh trong không khí có thế lây lan lửa, thườníi tính theo thề tích % trong không khí.

O D P (Ozone Depletion Potential): T iềm năng làm suy giảm ozone, chỉ số tương đối xác định khả năng phá hủy tần ozone với quy ước ODP của R I 1 là bằng 1.

TLV-TVVA (Threashoỉd し im it Value - Tim e — W eighted Average): N ồng độ giới hạn trung bình lâu dài, giá trị nồng độ giới hạn trong khồng khí mà với điều kiện làm việc

8 h/ngày và 5 ngày/tuần, tấ t cả các công nhân tiếp xúc lâu dài với ga lạnh không b ị đe dọa bơi anh hưởng có hại.

Với sự giúp đỡ của GIZ (German Agency for International Cooperation)，

Trung Quốc đã sản xuất RAC vận hành với môi chất R290 Trung Quốc cũng

đã hoàn thành dự án đánh giá độ an toàn môi chat R32 đề triên khai việc ứng dụng R32 cho các thiết bị lạnh và điều hòa không khí thương nghiệp cỡ nhò

Bộ Bảo vệ Môi trường của Trung Quốc cũng đã triệu tập một hội thảo rộng lớn với sự tham gia của các chuyên gia hàng đầu nhiều ngành công nghiệp, các quan chức chính phủ, các nhà khoa học hàn lâm cua các viện nghiên cứu, các trường đại học liên quan đến công nghiệp lạnh và điều hòa không khí đê thúc đẩy việc loại trừ HCFC

Trong hội nghị toàn thể thường niên của IC AR H M A, các thành viên đã đưa ra tuyên bố rằng đê đánh giá tác động của môi chất lạnh đối với môi trường

và khí hậu, ngoài chi số GWP cần phải xây dựng và xác định chi số LCCP (Life-cycle Climate Performance) vì LCCP là chi số quan trọng để xác định ảnh hưởng của môi chất lạnh đó tới biến đổi khí hậu Tuyên bố đó chắc chắn sẽ

có ảnh hướng tới các quy chế của các chính phủ về môi chất lạnh và các hóa chất tác động đến môi trường

Với ý tưởng tiết kiệm điện năng hơn nữa cho máy điều hòa, các nhà khoa học đang nghiên cứu những giải pháp tổng thế tích hợp cho tòa nhà hoặc căn hộ gia đình, kể cả bộ thu năng lượng Mặt Trơi đế đun nước nóng, pin Mặt Trời để tích điện vào ắc quy, các hình thức trữ nhiệt, trữ điện và tế bào nhiên liệu (fuel cell)

Hệ thống quàn lý năng lượng căn nhà HEMS (Home Energy Management System) cho phép chù nhà “ nhìn thấy” không những lượng điện tiêu thụ mà cá công suất diện đang sứ dụng Đã có rất nhiều HEMS được trưng bày tại Hội chợ sản phẩm tiết kiệm điện (Eco - Products) ở Tokyo tháng 12/2011.V í dụ, Panasonic đưa ra khái niệm theo cách một thiết bị giữ ồn định tiêu thụ điện năng cả khi thông thường và cả khi khẩn cấp với sự hỗ trợ của pin Mặt Trời,

ắc quy tích điện và tế bào nhiên liệu

Mitsubishi trưng bày HEMS theo kiểu một cảm biến mẫu có thể tự động ngắt dòng khi công suất vượt quá mức cho phép

Daikin mở cá một gian trưng bày giới thiệu các giải pháp tiết kiệm năng lượng với tiêu đề Plaza Fuha ớ Tokyo về đề tài điều hòa và kỹ thuật không khí Các giải pháp bao gồm các thiết bị tối ưu, hệ thống tối ưu cho các ứng dụng khác nhau Đôi khi để đạt được hiệu quả cao nhất phải kết hợp các thiết bị và

hệ thống khác nhau Các giải pháp bao gồm cả máy và thiết bị hiện đại nhất có hiệu quả năng lượng cao nhất đề thay thế cho máy và thiết bị cũ hiệu quả năng lượng thấp

1.7 THỊ TRƯỜNG BƠM NHIỆT VIỆT NAM

Thị trường máy điều hòa và bơm nhiệt với khoảng 460.000 máy tiêu thụ được trong năm 2011 giảm khoáng 18 % so với năm 2010 Nhu cầu của thị trường Việt Nam dao động rất mạnh Thị trường hằu như không được điều tiết, vẫn có tiềm năng to lớn và chắc chắn sẽ phát triển trong tương lai

Trong năm 2011, nhiều yếu tố đã tác động tiêu cực đến thị trường điều hòa không khí và bơm nhiệt như thời tiết không thuận lợi, giá cao do tiền VN D mất giá, tăng giá hàng tiêu dùng và chính sách thắt chặt tiền tệ của Chính phủ.Máy điều hòa RAC hai cụm chiếm tới 99% thị trường Máy điều hòa một chiều lạnh chiếm khoảng 85%, trong khi loại bơm nhiệt chi chiếm khoảng 15% thị trường Máy điều hòa biến tần cũng chỉ mới đạt khoảng 6% Loại máy

1 HP (1 ngựa) năng suất lạnh 2,6 kw (9000 Btu/h) chiếm khoảng 60%, loại 1,5 HP năng suất lạnh 3,5 kw (12000 Btu/h) chiếm khoảng 30%, loại 2 HP và lớn hơn chi chiếm 10% thị phần

Tỷ lệ gia đình sở hữu điều hòa của cả Việt Nam hiện nay ước tính khoảng 4%, ờ các vùng thành thị là 10% Với dân số hơn 90 triệu người, điều đó nói lên rằng tiềm năng thị trường còn rât lớn một khi thu nhập của người dân tăng lên Thành phố Hồ Chí Minh được coi là trung tâm thị trường máy điều hòa, ước đạt 30% thị phần trong cả nước

Chi một phần máy điều hòa sản xuất ở Việt Nam được tiêu thụ trong nước, phần lớn được xuất khẩu sang các nước phát triển Vừa qua Việt Nam cũng bị buộc tội là đã bán phá giá máy điều hòa giá rẻ vào Thổ Nhĩ Kỳ và Argentina

1'heo thông báo của chính phủ, hiệu quà năng lượng tối thiểu cho máy điều hòa MEPS đã được điều chinh tăng lên khoảng 10% và có hiệu lực vào 01.01.2014 Bảng 1.9 giới thiệu Hiệu quả năng lương tối thiểu MEPS của tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7830 năm 2007 và 2012 So với tiêu chuẩn năm 2007, MEPS năm 2012 tăng khoảng 10%

Một công bố khác cùa Chính phủ vào ngày 16.12.2011 liên quan tới RoHS quy định về các chất có thành phần độc hại trong máy điều hòa Thành phần và hàm lượng các chất độc hại quy định hoàn toàn tương ứng với tiêu chuẩn EU.Theo thông báo mới của Chính phú, Việt Nam cũng đang gấp rút tiến hành dán nhãn tiết kiệm năng lượng cho các máy điều hòa không khí do Bộ Công thương (M O IT) chủ trì với sự hợp tác của các bcn liên quan như Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường và Chất lượng, Bộ Khoa học Công nghệ, Hội Lạnh và Điều hòa Không khí Việt Nam

Báng 1.9 Hiệu quá nàng lương tối thiêu MBPS (EERnwì) cua tiêu chuân Việt Nam TCVN 7830: 2007 và 2 0 ì 2

Kiểu thiết bị Năng suất lạnh Q,

EER thấp sẽ bị dán nhãn ít sao Máy chi đạt EER bằng EERmm quỵ định thì chi được dán nhãn 1 sao Các máy có EER nhỏ hơn EERmin sẽ bị cấm đưa ra tiêu thụ trên thị trường V iệt Nam Nhãn năng lượng là sáng kiến của Bọ I ai nguyên nước và M ôi trường Singapore áp dụng cho các máy điều hòa không khí không biến tần có năng suất lạnh đến 17,6 kW (50.000 Btu/h)

Ở Việt Nam, nhãn tiết kiệm năng lượng có từ 1 đến 5 sao (*), trước mắt áp dụng cho máy không biến tần (cửa sổ và 2 cụm), năng suất lạnh đến 23 kw (80.000 Btu/h) Bảng 1.10 giới thiệu năm cấp năng lượng hay cấp EER cho RAC/PAC theo TC VN 7830 - 1 : 2 0 1 2 (ISO 5 1 5 1 -2 0 1 0 )

Bảng ỉ 10 Năm cấp nảng hrợn^ hay cắp EER cho RAC/PAC theo TCVN 7830 - ỉ : 2012

Việc dán nhãn nẫno, lượng chắc chấn sẽ thúc đấy sự phát triển mạnh mẽ

các loại máy có khá năng tiết kiệm năng lượng cao hạn chế và loại bỏ các loại máy kém chất lượng và tiêu tốn nhiều điện năng ra khói thị trường, ngăn chặn việc nhập khẩu bừa bãi máy điều hòa rác vào Việt Nam, giúp giảm tải lưới điện, bảo vệ môi trường và liên quan trực tiếp đến các nhà chế tạo

Thị trường RAC hàng đầu ở Việt Nam hiện nay có LG và Samsung của Hàn Quốc và Panasonic, Daikin, Mitsubishi Electric, Fujitsu General, Toshiba Carrier của Nhật Các nhà chế tạo Hàn Quốc chiếm lĩnh thị trường miền Bắc, còn các nhà chế tạo Nhật Bản chủ yếu ờ thị trường miền Nam Các nhà sàn xuất trong nước gồm Reetech, Funiki và Nagakawa Reetech là công ty cổ phần đầu tiên được thành lập từ năm 2000 và cũng là công ty chế tạo điều hòa không khí đầu tiên của Việt Nam Máy Reetech được quảng cáo với chống han gi, tự động khởi động lại, có nút vận hành kinh tế và có phin lọc làm trong sạch không khí Nagakawa được thành lập từ năm 2002 và chuyển thành công ty cổ phần năm 2007 Ngoài sán phẩm chính ià RAC, Reetech và Nagakawa còn chế tạo PAC các loại như loại tủ tường, cassette treo trần, giấu trần và các loại VRF (một mẹ nhiều con) Nagakawa chiếm lĩnh khoảng 9% thị phần điều hòa không khí tại Việt Nam và đã được Chính phủ tuyên dương là nhãn hiệu hàng Việt Nam noi tieng vào năm 2010

Các nhà chế tạo Mỳ, Trung Quốc và Hàn Quốc đã xây dựng các nhà máy chế tạo tại Việt Nam như Carrier, Midea, Gree, LG và TCL

Vào 0 1 /6 /2 0 1 1 ,M itsubishi Electric thành lập M E V (M itsubishi Electric Vietnam) ờ Thành phố Hồ Chí Minh để nghiên cứu thị trường, định hướng thương mại, tăng cường mạng lưới phân phôi bán hàng, đa dạng hoá các sản phẩm, đáp ứng tốt nhất nhu cầu thị trường đang phát triển tại Việt Nam Mục tiêu của M E V là đạt doanh thu khoảng 95 triệu USD hàng năm vào tháng 3 năm 2016 Các hãng khác như Daikin, Toshiba, Panasonic, Midea,

trường tại Việt Nam Panasonic đã xây dựng nhà máy chế tạo các thiết bị gia dụng như tủ lạnh và máy giặt tuy nhiên máy điều hòa vẫn được chuyển từ Malaysia vào Việt Nam

1.8 VÍ DỤ TÍNH TIÉT KIỆM NÃNG LƯỢNG THEO NHÃN NĂNG LƯỢNG ỎÁC CÁP

Như đã nói, Việt Nam đã có tiêu chuẩn mới về hiệu quả năng lượng tối thiểu MEPS và các cấp tiết kiệm năng lượng Đề hiểu rõ hơn ý nghĩa của các cấp năng lượng này (bàng 1.10) chúng ta có thể theo dõi các ví dụ sau đây.Bảng 1.11 giới thiệu điện tiêu thụ và thời gian hoàn vốn khi so sánh máy điều hòa 5 sao có và không biến tần với máy 1 sao không biến tần

V í dụ 1.1: Cho biết: máy 12.000 Btu/h, một chiều lạnh, lắp đặt tại Hà Nội, lấp đúng theo tài lạnh của phòng Chế độ vận hành:

a) c hi chạy trong 4 tháng hè, mồi ngày chạy 8h (122 ngày X 8 h/ngày = 976 h).b) Chạy cà năm, 24/24 h

Xác định chênh lệch tiền điện khi dùng máy điều hòa 1 sao và 5 sao loại thường và thời gian hoàn vốn với già thiết máy 5 sao đắt hơn máy 1 sao là1.000.000 VND

Xác định chênh lệch tiền điện khi dùng máy điều hòa 1 sao thường với

5 sao loại biến tần và thời gian hoàn vốn với giả thiết máy 5 sao biến tần đắt hơn máv 1 sao thường là 2.000.000 VND

Giải:

1 ) Phưoìig án A : Chạy tron g 4 tháng hè, 8h/ngày đêm

- Lượng lạnh khi chạy ở 100%, 75% và 50% tải:

Chênh lệch tien điện giưa 2 máy 1 sao thường và 5 sao biến tần là:

AP = 373.000 VND Nếu máy 5 sao biến tần đắt hơn máy 1 sao là 2.000.000 VND thi thời gian hoàn vốn sẽ là てhv = 2.000.000/373.000 = 5,3 năm

2) Phưcrng án B: Chạy cả năm, 24h/ngày đêm:

一 Số giờ vận hành: 365ngày X 24h/ngày = 8760 h

一 Lượng lạnh ở các tải khác nhau:

Xhv = 1000000/2802000 = 0,36 năm (hay khoảng 4 tháng)

- Trường hợp dùng điều hòa 5 sao biến tần ta có IEER = 4,42, khi đó

Xác định chênh lệch tiền điện khi dùng máy điều hòa 1 sao thường và 5 sao loại biến tần và thời gian hoàn vốn với giả thiết máy 5 sao biến tần đắt hơn máy 1 sao thường là 2.000.000 VND.

Giải:

3) Phương án A: Chạy trong 4 tháng hè, 8 h/ngày đêm

- Lượng lạnh khi chạy ở 100 % , 75 % và 50 % tải:

Qioo% = 3,516 kW x 183 ngàyx8 h/ngày = 3,516x1464h = 5.148 kWh lạnh

Q 7 5% = 0,75 X 5148 = 3.761 kWh lạnh，

Q50% = 0,50 X 5148 ニ 2.574 kWh lạnh

- Lượng lạnh máy điều hòa cấp được trong 4 tháng là:

Q = 0,018.Qloo% + 0,501.Q75% + 0,481.Q50% = 3.215 kWh lạnh

- Trường hợp dùng aieu hòa 1 sao thường ta có 1EER = 3,26 khi đó

Chênh lệch tien điẹn giưa 2 máy 1 sao thường và 5 sao biến tần là:

AP = 568.000 VND Nếu máy 5 sao biến tần đắt hơn máy 1 sao thường là2.000.000 VND thì thời gian hoàn vốn sẽ là:

- Năng lượng lạnh máy điều hòa cấp được trong 1 năm là:

Q ニ 0,018.Qlo〇%+ 0,501.Q75% +0,481々5〇%=19.535 kWh lạnh

- Trường hợp dùng aieu hòa 1 sao thường ta có IEER = 3,26 khi đó

- Trường hợp dùng điều hòa 5 sao biến tần ta có IEER = 4,42, khi đó

N =19535/4,42 = 4420 kWh điện Thành tiền là:

p = 4420 2200 VND/kW h = 9.723.000 VND/năm

Chênh lệch tiền điện giữa 2 máy 1 sao thường và 5 sao biến tần là:

AP = 3.457.000 VND Nếu máy 5 sao biến tần đắt hơn máy 1 sao là 2000000 VND thì thơi gian hoàn vốn sẽ là:

Xhv = 2000000/3457000 = 0,58 năm (6,9 tháng)

Bang ỉ ỉ / Điện tieu thụ và thời gian hoàn vốn khi so sảnh mảy ơieu hòa 5 sao có và không

bien lần vơi mảy I sao không bien tần a) Máy ì sao thông thường

4000 h/năm (168

f i _ ) 14.064

5000 h/năm

( 2 1 0

ngày)

6000 h/năm (252

Q 75 %， kW h 2.637 5.274 7.911 10.548 13.185 15.822 23.100 Qso% ,kW h 1.758 3.516 5.274 7.032 8.790 10.548 15.400

b) Máy 5 sao thông thường (đắt hơn máy ỉ sao 1.000.000 VND)

Q 50 %’ kW h 1.758 3.516 5.274 7.032 8.790 10.548 15.400 Qtòng， kW h 2.230 4.460 6.690 8.920 11.150 13.380 19.535

IEER - 4,14 4 ， 14 4 ， 14 4 ， 14 4 ， 14 4 ， 14 4 ， 14

N 5 sa 〇 t, kW h 539 1.078 1.617 2.156 2.695 3.234 4.722 P5saot ，

6 ,2

tháng

4,3 tháng

c) Máy 5 sao biến tần (đắt hơn mảy ì sao 2.000.000 VND)

Số giò* vận

hành/năm

1 0 0 0

h/năm (42 ngày)

2 0 0 0

h/năm (84 ngày)

3000 h/năm (126 ngày)

4000 h/năm (168 ngày)

5000 h/năm

( 2 1 0

ngày)

6000 h/năm (252 ngày)

8760 h/năm

Chương 2

NGUYÊN LÝ CÁU TẠO VÀ LÀM VIỆC

CỦA BƠM NHIỆT

2.1 ĐỊNH NGHĨA

2.1.1 Định nghĩa

Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dòng nhiệt ở mức độ nhiệt độ thấp lên mức độ nhiệt độ cao hơn đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng nhiệt như sấy, sưởi ấm, đun nước nóng Bơm nhiệt và máy lạnh cùng có chung một nguyên lý làm việc theo chu trình nhiệt động ngược chiều Chúng chi khác nhau ở mục đích sử dụng Gọi là máy lạnh khi sử dụng nguồn lạnh sản ra ờ dàn bay hơi, còn gọi là bơm nhiệt khi sử dụng nguồn nóng sản ra ở dàn ngưng tụ

2.1.2 Sự khác nhau giữa máy lạnh và bcym nhiệt

Theo định nghĩa ở trên thi có bao nhiêu loại máy lạnh thi cũng sẽ có bấy nhiêu loại bơm nhiệt như bơm nhiệt nén hơi, bơm nhiệt hấp thụ, bơm nhiệt ejector, bơm nhiệt nhiệt điện Tuy nhiên chi có bơm nhiệt nén hơi và hấp thụ

là có ý nghĩa trong thực tế, các loại bơm nhiệt còn lại được ứng dụng rất hạn chế Cũng do khác nhau về mục đích sử dụng nên cũng có một số khác biệt giữa bơm nhiệt và máy lạnh Ví dụ, do yêu cầu công nghệ, nhiệt độ nguồn lạnh

có thể từ khoảng nhiệt độ trong phòng 25 °c cho điều hòa không khí xuống tới

-273 °c cho kỹ thuật cryo, bất kể hệ số lạnh có thể giảm tới mức nào Nhưng

đối với bơ m n h iệt thì hệ số nh iệt lại rất quan trọng để đánh giá hiệu quả kinh tế

nên khi hệ số nhiệt nhò hơn 2,5 là phương án bơm nhiệt có thể bị loại bỏ, trừ

bơm nhiệt nóng lạnh kết hợp Hình 2.1 giới thiệu sự khác nhau giữa máy lạnh

và bơm nhiệt cũng như phạm vi nhiệt độ ứng dụng cứa máy lạnh và bơm nhiệt.Hình 2 la giới thiệu phạm vi nhiệt độ của máy lạnh Nhtèt độ bay hơi t〇

cao hay thấp là do yêu cầu công nghệ, còn nhiệt độ ngưng tụ tk cao hay thấp là phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường vi nước và không khí là môi trường dùng đê làm mát dàn ngưng Do yêu cầu công nghệ, những trường hợp nhiệt độ bay hơi thấp, ngoài máy lạnh một cấp, có thề có máy lạnh hai hoặc ba cấp nén

Hình 2.1b giới thiệu phạm vi nhiệt độ bơm nhiệt thông thường Ờ đây, ngược lại nhiệt độ bay hơi lại phụ thuộc nhiệt độ môi trường, còn nhiệt độ

ngưng tụ phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ hoặc yêu cầu của hộ sử dụng nhiệt,

ví dụ đun nước nóng là 45 + 60 °c，sưởi 35 + 50 °c，sấy 20 + 45 °c Do bơm nhiệt phải đảm bảo hệ số nhiệt tối thiểu (khoảng 2,5) nên chi có bơm nhiệt một cấp, không có bơm nhiệt hai hoặc ba cấp, trừ bơm nhiệt nóng lạnh kết hợp.Hinh 2.1c giơỉ thiệu phạm vi nhiệt độ bơm nhiệt kết hợp nóng lạnh Ở đây nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ đều phụ thuộc vào cồng nghệ vì nguồn nhiệt và nguồn lạnh đều được sử dụng một cách hữu ích và đều có yêu cầu cụ thể, ví dụ cần bảo quán lạnh thịt ở -20 °c và nước nóng tẩy rửa ở nhiệt độ 45 °c trong xí nghiệp chế biến thịt chẳng hạn Do có yêu cầu công nghệ ở cả hai phía, đặc biệt phía dàn bay hơi nên có thể có bơm nhiệt nóng lạnh hai (hoặc ba) cấp nén hoặc bơm nhiệt ghép tầng

b) Chu trình bơm nhiệt (nhiệt độ bcỉ)^ hơi bằng nhiệi độ mỏi trường, nhiệt độ ngirng tụ phù

hợp VƠI ưng dụng nhiệt, cao hơn nhiệt dộ môi trường) c) Chu trình bơm nhiệt kết hợp nóng lạnh Ị nhiệt độ bay hơi p há i phù hợp với nhu cầu nguồn lạnh và nhiệt độ ngưng tụ phải phù hợp với nhu cầu sứ dụng cua nguỗn nóng)

Hình 2.2 giới thiệu ý nghĩa cơ bản của bơm nhiệt là biến đổi và nâng cấp nhiệt môi trường, nhiệt thải vô ích trờ thành hữu ích đế sử dụng, giảm tiêu tốn nguồn năng lượng sơ cấp quý giá đang dần cạn kiệt và góp phần giảm phát thải khí nhà kính và bảo vệ môi trường Ớ các vùng ôn đới, tiêu tốn 1kw điện có thể thu được khoảng 4 kw nhiệt, nhưng ở Việt Nam, do điều kiện thời tiết thuận lợi hơn (nhiệt độ môi trường nóng hơn) nên tiêu tốn 1 kW điện có thể thu được 6 kw nhiệt hoặc hơn.

Low temperature renewable heat energy recovered from the onvlromt^nt

H ìn h 2,2 Bơm nhiệt là biển đôi và nâng cap nhiệt môi trường,

nhiệí thái vô ích Irớ thành hữu ích đê sứ dụng.

iiiimiiu

H ình 2.3 Nguyên lý cấu tạo và làm việc cùơ bơm nhiệt nén hơi

vởị sơ đố dỏng nhiệt í ương ứng a) Sơ đò thiết bị; b) Sơ đò dòng nhiệt (bơm nhiệt '% bưm'' một dòng nhiệt q„ từ nhiệt độ mỏi trườrĩịị ta lèn cắp nhiệt độ cao hơn ỉk đẽ phù hợp với nhu cầu sứ dụng, dòng nhiệt ra bằng công nén I cộng với q,„ biền qf) vô ich trớ thành hữu ích) M N - Máy nén;

N T - Dàn ngưng tụ; TL - Thiết bị tiết lưu; BH - Dàn bay hơi.

Hình 2.3 giới thiệu nguyên lý cấu tạo và làm việc của bơm nhiệt nén hơi là bơm nhiệt dược ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay cũng như sơ đồ dòng nhiệt tương ứng Cũng như máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo chu trình nhiệt động ngược chiều với các thiết bị chính là máy nén MN, dàn ngưng tụ NT, van tiết lưu Tし， dàn bay hơi BH với các quá trình sau:

1-2 là quá trình nén đoạn nhiệt hơi môi chắt từ áp suất thấp lên áp suất cao

đế đẩy vào dàn ngưng tụ, phải tiêu tốn công nén riêng I (kJ/kg) cho máy nén

2 - 3 là quá trình ngưng tụ đẳng áp và đẳng nhiệt của hơi cao áp trong dàn ngưng tụ, cấp nhiệt qk (kJ/kg) cho nguồn nóng.

3- 4 là quá trình tiết lưu đẳng entanpy từ áp suất cao xuống áp suất thấp trong thiết bị tiết lưu

4 - 1 là quá trình bay hơi đẳng nhiệt và đẳng áp, thu nhiệt của nguồn lạnh

q〇, kJ/kg ở dàn bay hơi

丁rong đ ỏ : 1—Công tiêu tốn cho máy nén; q〇 — Dòng năng suất lạnh riêng hay dòng nhiệt cấp cho dàn bay hơi; q k - Dòng năng suất nhiệt riêng hay dòng nhiệt thu được ở dàn ngưng tụ cung cấp cho hộ tiêu thụ

Nguyên lý làm việc của bơm nhiệt như sau: Hơi môi chất lạnh ra ờ dàn bay hơi ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp được máy nén hút về và nén lên áp suất cao

và nmẹt độ cao roi đầy vào dàn ngưng tụ Ở dàn ngưng tụ, hơi ngưng tụ lại thành lỏng và cấp nhiệt cho chất tải nhiệt (nguồn nóng) theo yêu cầu công nghệ như nước nóng hoặc không khí nóng phục vụ sấy sưởi Lòng áp suất cao được tiết lưu xuong áp suất thấp khi qua thiết b| tiet lưu và đi vào dàn bay hơi Ở dàn bay hơi, lỏng bay hơi, thu nhiệt của nguồn nhiệt (nguồn nhiệt là nước, không khí moi trường hoặc nguồn nmẹt thai ) Hơi sinh ra ở dàn bay hơi lại được máy nén hút về máy nén khép kín vòng tuần hoàn môi chất lạnh Chất tải nhiệt

sẽ được đưa đến hộ tiêu thụ Sơ đồ dòng cho thấy năng suất nhiệt riêng qk hữu ích thu được đúng bằng năng suất lạnh riêng q〇 cộng vởi công nén tiêu tốn cho máy nén [19], [30], [32]:

2.2 PHÂN LOẠI BƠM NHIỆT

Hình 2.4 giới thiệu các loại bơm nhiệt và các đặc điểm chủ yếu trong chu trình [5]

Đầu tien, bơm nhiệt có thể được phân làm ba nhóm chính là:

- Bơm nhiẹt có máy nén cơ;

- Bơm nhiệt hấp thụ gồm ba loại là hấp thụ (absorption), biến thế nhiệt (heat transformer) và tái hấp thụ (resorption);

- Bơm nhiẹt kieu ejector

N gư ng tụ và bay hơi Biên đồi pha từ hơi sang lỏng

.SI 5I

3-q l '<eoH