Sưởi ấm và làm mát bằng máy bơm nhiệt-Phần 2

Trong chu trình sưởi ấm, nhiệt được lấy từ không khí ngoài trời và “bơm” vào trong nhà.

• Đầu tiên, chất làm lạnh dạng lỏng đi qua thiết bị giãn nở, chuyển sang hỗn hợp chất lỏng/hơi áp suất thấp. Sau đó nó đi đến cuộn dây ngoài trời, hoạt động như cuộn dây bay hơi. Chất làm lạnh dạng lỏng hấp thụ nhiệt từ không khí ngoài trời và sôi lên, trở thành hơi ở nhiệt độ thấp.
• Hơi này đi qua van đảo chiều tới bộ tích lũy, nơi thu thập mọi chất lỏng còn lại trước khi hơi đi vào máy nén. Hơi sau đó bị nén lại, làm giảm thể tích và khiến nó nóng lên.
• Cuối cùng, van đảo chiều sẽ đưa khí lúc này đang nóng đến cuộn dây trong nhà, tức là bình ngưng. Nhiệt từ khí nóng được truyền vào không khí trong nhà, khiến chất làm lạnh ngưng tụ thành chất lỏng. Chất lỏng này quay trở lại thiết bị giãn nở và chu trình được lặp lại. Cuộn dây trong nhà nằm trong ống dẫn, gần lò.

Khả năng truyền nhiệt từ không khí bên ngoài vào nhà của bơm nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ ngoài trời. Khi nhiệt độ này giảm xuống, khả năng hấp thụ nhiệt của bơm nhiệt cũng giảm theo. Đối với nhiều lắp đặt bơm nhiệt nguồn không khí, điều này có nghĩa là có một nhiệt độ (được gọi là điểm cân bằng nhiệt) khi công suất sưởi ấm của bơm nhiệt bằng với lượng nhiệt thất thoát của ngôi nhà. Dưới nhiệt độ môi trường ngoài trời này, bơm nhiệt chỉ có thể cung cấp một phần nhiệt cần thiết để giữ cho không gian sống thoải mái và cần có nhiệt bổ sung.

Điều quan trọng cần lưu ý là phần lớn máy bơm nhiệt nguồn không khí có nhiệt độ vận hành tối thiểu, dưới nhiệt độ này chúng không thể hoạt động. Đối với các mẫu máy mới hơn, giá trị này có thể dao động từ -15°C đến -25°C. Dưới nhiệt độ này, một hệ thống bổ sung phải được sử dụng để cung cấp nhiệt cho tòa nhà.

Chu trình làm mát

Chu trình được mô tả ở trên được đảo ngược để làm mát ngôi nhà vào mùa hè. Thiết bị lấy nhiệt ra khỏi không khí trong nhà và thải nhiệt ra bên ngoài.

• Giống như trong chu trình gia nhiệt, chất làm lạnh dạng lỏng đi qua thiết bị giãn nở, chuyển sang hỗn hợp chất lỏng/hơi áp suất thấp. Sau đó nó đi đến cuộn dây trong nhà, hoạt động như thiết bị bay hơi. Chất làm lạnh dạng lỏng hấp thụ nhiệt từ không khí trong nhà và sôi lên, trở thành hơi ở nhiệt độ thấp.
• Hơi này đi qua van đảo chiều tới bộ tích lũy, nơi thu thập mọi chất lỏng còn lại và sau đó đến máy nén. Hơi sau đó bị nén lại, làm giảm thể tích và khiến nó nóng lên.
• Cuối cùng, khí lúc này đang nóng đi qua van đảo chiều đến cuộn dây ngoài trời, hoạt động như bình ngưng. Nhiệt từ khí nóng được truyền ra không khí ngoài trời, khiến chất làm lạnh ngưng tụ thành chất lỏng. Chất lỏng này quay trở lại thiết bị giãn nở và chu trình được lặp lại.

Trong chu trình làm mát, bơm nhiệt cũng hút ẩm không khí trong nhà. Độ ẩm trong không khí đi qua cuộn dây trong nhà ngưng tụ trên bề mặt cuộn dây và được thu vào một cái chảo ở dưới cùng của cuộn dây. Một cống thoát nước ngưng kết nối chảo này với cống thoát nước trong nhà.

Chu kỳ rã đông

Nếu nhiệt độ ngoài trời giảm xuống gần hoặc dưới mức đóng băng khi bơm nhiệt hoạt động ở chế độ sưởi ấm, hơi ẩm trong không khí đi qua cuộn dây bên ngoài sẽ ngưng tụ và đóng băng trên đó. Lượng sương giá tích tụ phụ thuộc vào nhiệt độ ngoài trời và lượng hơi ẩm trong không khí.

Sự tích tụ sương giá này làm giảm hiệu quả của cuộn dây bằng cách giảm khả năng truyền nhiệt sang chất làm lạnh. Đến một lúc nào đó, sương giá phải được loại bỏ. Để thực hiện việc này, bơm nhiệt sẽ chuyển sang chế độ rã đông. Cách tiếp cận phổ biến nhất là:

• Đầu tiên, van đảo chiều chuyển thiết bị sang chế độ làm mát. Điều này sẽ đưa khí nóng đến cuộn dây ngoài trời để làm tan băng giá. Đồng thời, quạt ngoài trời, thường thổi không khí lạnh qua cuộn dây, sẽ tắt để giảm lượng nhiệt cần thiết để làm tan băng.
• Trong khi điều này xảy ra, bơm nhiệt đang làm mát không khí trong đường ống. Hệ thống sưởi ấm thường sẽ làm ấm không khí này khi nó được phân phối khắp nhà.

Một trong hai phương pháp được sử dụng để xác định thời điểm thiết bị chuyển sang chế độ rã đông:

• Kiểm soát nhu cầu sương giá giám sát luồng không khí, áp suất môi chất lạnh, nhiệt độ không khí hoặc cuộn dây và chênh lệch áp suất trên cuộn dây ngoài trời để phát hiện sự tích tụ sương giá.
• Việc rã đông theo nhiệt độ theo thời gian được bắt đầu và kết thúc bằng bộ hẹn giờ khoảng thời gian cài đặt sẵn hoặc cảm biến nhiệt độ nằm ở cuộn dây bên ngoài. Chu kỳ có thể được bắt đầu sau mỗi 30, 60 hoặc 90 phút, tùy thuộc vào khí hậu và thiết kế của hệ thống.

Chu kỳ rã đông không cần thiết làm giảm hiệu suất theo mùa của bơm nhiệt. Do đó, phương pháp rã đông theo nhu cầu thường hiệu quả hơn vì nó chỉ bắt đầu chu kỳ rã đông khi cần thiết.

Nguồn nhiệt bổ sung

Vì bơm nhiệt nguồn không khí có nhiệt độ hoạt động ngoài trời tối thiểu (từ -15°C đến -25°C) và giảm công suất sưởi ở nhiệt độ rất lạnh nên điều quan trọng là phải xem xét nguồn sưởi bổ sung cho hoạt động bơm nhiệt nguồn không khí. Cũng có thể cần phải sưởi ấm bổ sung khi bơm nhiệt đang rã đông. Các tùy chọn khác nhau có sẵn:

• Chạy hoàn toàn bằng điện: Trong cấu hình này, hoạt động của bơm nhiệt được bổ sung các phần tử điện trở nằm trong đường ống hoặc ván chân tường điện. Các phần tử điện trở này kém hiệu quả hơn bơm nhiệt, nhưng khả năng cung cấp nhiệt của chúng không phụ thuộc vào nhiệt độ ngoài trời.
• Hệ thống hybrid: Trong hệ thống hybrid, bơm nhiệt nguồn không khí sử dụng hệ thống bổ sung như lò nung hoặc nồi hơi. Tùy chọn này có thể được sử dụng trong các hệ thống lắp đặt mới và cũng là một lựa chọn tốt khi bơm nhiệt được thêm vào hệ thống hiện có, chẳng hạn như khi lắp đặt bơm nhiệt để thay thế cho máy điều hòa không khí trung tâm.

Xem phần cuối cùng của tập sách này, Thiết bị liên quan, để biết thêm thông tin về các hệ thống sử dụng nguồn sưởi ấm bổ sung. Ở đó, bạn có thể tìm thấy cuộc thảo luận về các lựa chọn về cách lập trình hệ thống của mình để chuyển đổi giữa việc sử dụng bơm nhiệt và sử dụng nguồn nhiệt bổ sung.

Cân nhắc về hiệu quả năng lượng

Để hiểu rõ hơn về phần này, hãy tham khảo phần trước đó có tên Giới thiệu về Hiệu suất Bơm Nhiệt để biết giải thích về ý nghĩa của HSPF và SEER.

Tại Canada, các quy định về hiệu quả năng lượng quy định hiệu suất sưởi ấm và làm mát theo mùa tối thiểu phải đạt được để sản phẩm có thể bán được tại thị trường Canada. Ngoài những quy định này, tỉnh hoặc lãnh thổ của bạn có thể có những yêu cầu nghiêm ngặt hơn.

Hiệu suất tối thiểu cho toàn bộ Canada và các phạm vi điển hình cho các sản phẩm có sẵn trên thị trường được tóm tắt bên dưới để sưởi ấm và làm mát. Điều quan trọng là bạn cũng phải kiểm tra xem liệu có bất kỳ quy định bổ sung nào được áp dụng trong khu vực của bạn hay không trước khi chọn hệ thống của bạn.

Hiệu suất làm mát theo mùa, SEER:

• SEER tối thiểu (Canada): 14
• Phạm vi, SEER trong các sản phẩm có sẵn trên thị trường: 14 đến 42

Hiệu suất sưởi ấm theo mùa, HSPF

• HSPF tối thiểu (Canada): 7.1 (đối với Vùng V)
• Phạm vi, HSPF trong các sản phẩm có sẵn trên thị trường: 7,1 đến 13,2 (đối với Vùng V)

Lưu ý: Các yếu tố HSPF được cung cấp cho Vùng khí hậu AHRI V, nơi có khí hậu tương tự như Ottawa. Hiệu quả thực tế theo mùa có thể khác nhau tùy thuộc vào khu vực của bạn. Một tiêu chuẩn hiệu suất mới nhằm mục đích thể hiện tốt hơn hiệu suất của các hệ thống này ở các khu vực của Canada hiện đang được phát triển.

Giá trị SEER hoặc HSPF thực tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu liên quan đến thiết kế bơm nhiệt. Hiệu suất hiện tại đã phát triển đáng kể trong 15 năm qua, được thúc đẩy bởi những phát triển mới trong công nghệ máy nén, thiết kế bộ trao đổi nhiệt cũng như cải tiến và kiểm soát dòng chất làm lạnh.

Máy bơm nhiệt tốc độ đơn và tốc độ thay đổi

Đặc biệt quan trọng khi xem xét hiệu quả là vai trò của thiết kế máy nén mới trong việc cải thiện hiệu suất theo mùa. Thông thường, các thiết bị hoạt động ở mức SEER và HSPF tối thiểu theo quy định được đặc trưng bởi bơm nhiệt tốc độ đơn. Hiện nay, máy bơm nhiệt nguồn không khí có tốc độ thay đổi được thiết kế để thay đổi công suất của hệ thống nhằm phù hợp hơn với nhu cầu sưởi ấm/làm mát của ngôi nhà tại một thời điểm nhất định. Điều này giúp duy trì hiệu suất cao nhất mọi lúc, kể cả trong điều kiện ôn hòa hơn khi nhu cầu trên hệ thống thấp hơn.

Gần đây hơn, máy bơm nhiệt nguồn không khí thích ứng tốt hơn với hoạt động ở vùng khí hậu lạnh giá của Canada đã được giới thiệu ra thị trường. Những hệ thống này, thường được gọi là máy bơm nhiệt khí hậu lạnh, kết hợp máy nén công suất thay đổi với thiết kế và bộ điều khiển trao đổi nhiệt cải tiến để tối đa hóa công suất sưởi ấm ở nhiệt độ không khí lạnh hơn, đồng thời duy trì hiệu suất cao trong điều kiện ôn hòa hơn. Những loại hệ thống này thường có giá trị SEER và HSPF cao hơn, với một số hệ thống đạt SEER lên tới 42 và HSPF đạt tới 13.

Chứng nhận, Tiêu chuẩn và Thang đánh giá

Hiệp hội Tiêu chuẩn Canada (CSA) hiện đang xác minh tất cả các máy bơm nhiệt về an toàn điện. Tiêu chuẩn hoạt động quy định các thử nghiệm và điều kiện thử nghiệm để xác định công suất và hiệu suất làm nóng và làm mát bơm nhiệt. Các tiêu chuẩn kiểm tra hiệu suất cho máy bơm nhiệt nguồn không khí là CSA C656, (tính đến năm 2014) đã được hài hòa với ANSI/AHRI 210/240-2008, Đánh giá hiệu suất của Thiết bị bơm nhiệt nguồn không khí và điều hòa không khí đơn nhất. Nó cũng thay thế CAN/CSA-C273.3-M91, Tiêu chuẩn Hiệu suất cho Máy điều hòa không khí trung tâm và Máy bơm nhiệt hệ thống phân chia.

Cân nhắc về kích thước

Để kích thước phù hợp hệ thống bơm nhiệt của bạn, điều quan trọng là phải hiểu nhu cầu sưởi ấm và làm mát cho ngôi nhà của bạn. Nên thuê chuyên gia về hệ thống sưởi và làm mát để thực hiện các tính toán cần thiết. Tải trọng sưởi ấm và làm mát phải được xác định bằng cách sử dụng phương pháp định cỡ được công nhận, chẳng hạn như CSA F280-12, “Xác định công suất cần thiết của các thiết bị sưởi và làm mát không gian dân cư”.

Việc định cỡ hệ thống bơm nhiệt phải được thực hiện tùy theo khí hậu, tải trọng của tòa nhà sưởi ấm và làm mát cũng như mục tiêu lắp đặt của bạn (ví dụ: tối đa hóa việc tiết kiệm năng lượng sưởi ấm so với việc di dời hệ thống hiện có trong những khoảng thời gian nhất định trong năm). Để hỗ trợ quá trình này, NRCan đã phát triển Hướng dẫn lựa chọn và định cỡ máy bơm nhiệt nguồn không khí. Hướng dẫn này, cùng với công cụ phần mềm đồng hành, dành cho các cố vấn năng lượng và nhà thiết kế cơ khí, đồng thời được cung cấp miễn phí để cung cấp hướng dẫn về kích thước phù hợp.

Nếu máy bơm nhiệt có kích thước nhỏ, bạn sẽ nhận thấy rằng hệ thống sưởi bổ sung sẽ được sử dụng thường xuyên hơn. Mặc dù hệ thống có quy mô nhỏ vẫn sẽ hoạt động hiệu quả nhưng bạn có thể không nhận được mức tiết kiệm năng lượng như mong đợi do sử dụng nhiều hệ thống sưởi bổ sung.

Tương tự như vậy, nếu máy bơm nhiệt quá khổ, mức tiết kiệm năng lượng mong muốn có thể không đạt được do hoạt động kém hiệu quả trong điều kiện ôn hòa hơn. Trong khi hệ thống sưởi bổ sung hoạt động ít thường xuyên hơn, trong điều kiện môi trường xung quanh ấm hơn, bơm nhiệt tạo ra quá nhiều nhiệt và thiết bị bật và tắt theo chu kỳ dẫn đến khó chịu, hao mòn bơm nhiệt và mất điện ở chế độ chờ. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu rõ về tải sưởi ấm của bạn và đặc tính vận hành của bơm nhiệt để đạt được mức tiết kiệm năng lượng tối ưu.

Tiêu chí lựa chọn khác

Ngoài kích thước, một số yếu tố hiệu suất bổ sung cần được xem xét:

• HSPF: Chọn thiết bị có HSPF càng cao càng tốt. Đối với các thiết bị có xếp hạng HSPF tương đương, hãy kiểm tra xếp hạng ở trạng thái ổn định của chúng ở –8,3°C, mức xếp hạng nhiệt độ thấp. Đơn vị có giá trị cao hơn sẽ là đơn vị hiệu quả nhất ở hầu hết các vùng của Canada.
• Rã đông: Chọn thiết bị có điều khiển rã đông theo nhu cầu. Điều này giảm thiểu chu kỳ rã đông, làm giảm việc sử dụng năng lượng bổ sung và bơm nhiệt.
• Đánh giá âm thanh: Âm thanh được đo bằng đơn vị gọi là decibel (dB). Giá trị càng thấp thì công suất âm thanh phát ra từ dàn nóng càng thấp. Mức decibel càng cao thì tiếng ồn càng lớn. Hầu hết các máy bơm nhiệt đều có mức âm thanh từ 76 dB trở xuống.

Cân nhắc cài đặt

Máy bơm nhiệt nguồn không khí phải được lắp đặt bởi nhà thầu có trình độ. Tham khảo ý kiến ​​chuyên gia về hệ thống sưởi và làm mát tại địa phương để xác định kích thước, lắp đặt và bảo trì thiết bị của bạn nhằm đảm bảo hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy. Nếu bạn đang muốn triển khai một máy bơm nhiệt để thay thế hoặc bổ sung cho lò trung tâm của mình, bạn nên lưu ý rằng máy bơm nhiệt thường hoạt động ở luồng khí cao hơn hệ thống lò sưởi. Tùy thuộc vào kích thước của máy bơm nhiệt mới, có thể cần một số sửa đổi đối với hệ thống ống dẫn của bạn để tránh gây thêm tiếng ồn và sử dụng năng lượng của quạt. Nhà thầu của bạn sẽ có thể cung cấp cho bạn hướng dẫn về trường hợp cụ thể của bạn.

Chi phí lắp đặt máy bơm nhiệt nguồn không khí phụ thuộc vào loại hệ thống, mục tiêu thiết kế của bạn cũng như mọi thiết bị sưởi ấm và đường ống hiện có trong nhà bạn. Trong một số trường hợp, có thể cần phải sửa đổi bổ sung đối với hệ thống ống dẫn hoặc dịch vụ điện để hỗ trợ việc lắp đặt bơm nhiệt mới của bạn.

Cân nhắc hoạt động

Bạn cần lưu ý một số điều quan trọng khi vận hành máy bơm nhiệt:

• Tối ưu hóa điểm đặt của máy bơm nhiệt và hệ thống bổ sung. Nếu bạn có hệ thống điện bổ sung (ví dụ: ván chân tường hoặc bộ phận điện trở trong ống dẫn), hãy đảm bảo sử dụng điểm đặt nhiệt độ thấp hơn cho hệ thống bổ sung của bạn. Điều này sẽ giúp tối đa hóa lượng nhiệt mà máy bơm nhiệt cung cấp cho ngôi nhà của bạn, giảm mức sử dụng năng lượng và hóa đơn tiện ích. Nên đặt điểm đặt thấp hơn điểm đặt nhiệt độ làm nóng bơm nhiệt từ 2°C đến 3°C. Hãy tham khảo ý kiến ​​của nhà thầu lắp đặt về điểm đặt tối ưu cho hệ thống của bạn.
• Thiết lập để rã đông hiệu quả. Bạn có thể giảm mức sử dụng năng lượng bằng cách thiết lập hệ thống của mình để tắt quạt trong nhà trong chu kỳ rã đông. Điều này có thể được thực hiện bởi trình cài đặt của bạn. Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là việc rã đông có thể mất nhiều thời gian hơn với thiết lập này.
• Giảm thiểu sự thất bại về nhiệt độ. Máy bơm nhiệt có phản ứng chậm hơn so với hệ thống lò nung, do đó chúng khó phản ứng hơn với sự giảm nhiệt độ sâu. Nên sử dụng khoảng lùi vừa phải không quá 2°C hoặc nên sử dụng bộ điều nhiệt “thông minh” để bật hệ thống sớm, dự đoán khả năng phục hồi sau khoảng lùi. Một lần nữa, hãy tham khảo ý kiến ​​của nhà thầu lắp đặt về nhiệt độ lùi tối ưu cho hệ thống của bạn.
• Tối ưu hóa hướng luồng không khí của bạn. Nếu bạn có dàn lạnh treo tường, hãy cân nhắc điều chỉnh hướng luồng khí để tối đa hóa sự thoải mái cho bạn. Hầu hết các nhà sản xuất đều khuyến nghị hướng luồng không khí đi xuống khi sưởi ấm và hướng về phía người ngồi khi làm mát.
• Tối ưu hóa cài đặt quạt. Ngoài ra, hãy nhớ điều chỉnh cài đặt quạt để tối đa hóa sự thoải mái. Để tối đa hóa lượng nhiệt được cung cấp bởi bơm nhiệt, nên đặt tốc độ quạt ở mức cao hoặc 'Tự động'. Khi làm mát, để cải thiện khả năng hút ẩm, nên sử dụng tốc độ quạt 'thấp'.

Cân nhắc bảo trì

Bảo trì đúng cách là rất quan trọng để đảm bảo máy bơm nhiệt của bạn hoạt động hiệu quả, đáng tin cậy và có tuổi thọ lâu dài. Bạn nên nhờ một nhà thầu đủ năng lực thực hiện bảo trì hàng năm cho thiết bị của bạn để đảm bảo mọi thứ đều hoạt động tốt.

Ngoài việc bảo trì hàng năm, có một số điều đơn giản bạn có thể làm để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy và hiệu quả. Hãy nhớ thay hoặc làm sạch bộ lọc không khí 3 tháng một lần, vì bộ lọc bị tắc sẽ làm giảm luồng không khí và giảm hiệu quả của hệ thống. Ngoài ra, hãy đảm bảo rằng các lỗ thông hơi và khe hút gió trong nhà bạn không bị đồ nội thất hoặc thảm chặn lại, vì luồng không khí đến hoặc đi từ thiết bị của bạn không đủ có thể rút ngắn tuổi thọ thiết bị và giảm hiệu quả của hệ thống.

Chi phí vận hành

Việc tiết kiệm năng lượng từ việc lắp đặt máy bơm nhiệt có thể giúp giảm hóa đơn năng lượng hàng tháng của bạn. Việc đạt được mức giảm hóa đơn năng lượng phụ thuộc rất nhiều vào giá điện so với các nhiên liệu khác như khí đốt tự nhiên hoặc dầu sưởi, và trong các ứng dụng trang bị thêm, loại hệ thống nào sẽ được thay thế.

Máy bơm nhiệt nói chung có chi phí cao hơn so với các hệ thống khác như lò nung hoặc ván chân tường điện do số lượng bộ phận trong hệ thống. Ở một số vùng và trường hợp, chi phí tăng thêm này có thể được bù đắp trong một khoảng thời gian tương đối ngắn thông qua việc tiết kiệm chi phí tiện ích. Tuy nhiên, ở các khu vực khác, mức giá tiện ích khác nhau có thể kéo dài thời gian này. Điều quan trọng là phải làm việc với nhà thầu hoặc cố vấn năng lượng của bạn để có được ước tính về tính kinh tế của máy bơm nhiệt trong khu vực của bạn và khả năng tiết kiệm mà bạn có thể đạt được.

Tuổi thọ và bảo đảm

Máy bơm nhiệt nguồn không khí có tuổi thọ từ 15 đến 20 năm. Máy nén là thành phần quan trọng của hệ thống.

Hầu hết các máy bơm nhiệt đều được bảo hành một năm đối với các bộ phận và nhân công, đồng thời được bảo hành bổ sung từ 5 đến 10 năm đối với máy nén (chỉ dành cho các bộ phận). Tuy nhiên, chế độ bảo hành khác nhau giữa các nhà sản xuất, vì vậy hãy kiểm tra bản in đẹp.

Nhận xét:

Một số bài viết được lấy từ Internet. Nếu có vi phạm vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa. Nếu bạn quan tâm đến các sản phẩm máy bơm nhiệt, vui lòng liên hệ với công ty máy bơm nhiệt OSB, chúng tôi là sự lựa chọn tốt nhất cho bạn.