Máy bơm nhiệt

Máy bơm nhiệt (tiếng Anh: heat pump, tiếng Pháp: pompe à chaleur) là một thiết bị hoạt động theo nguyên lý Nhiệt động lực học nhằm mục đích vận chuyển một nhiệt lượng từ môi trường này sang môi trường khác. Một máy bơm nhiệt thông thường chỉ cho phép nhiệt lượng di chuyển theo một chiều cố định (từ "nóng" sang "lạnh" hoặc ngược lại), ví dụ như lò sưởi, tủ lạnh... Loại máy bơm nhiệt cho phép điều chỉnh và lựa chọn chiều di chuyển của nhiệt lượng được gọi là Máy bơm nhiệt thuận nghịch.
Máy bơm nhiệt chủ yếu được sử dụng cho hệ thống sưởi trong phạm vi gia đình. Trong phạm vi lớn hơn, tại các đơn vị không trực tiếp tham gia sản xuất (ví dụ như văn phòng), người ta sử dụng máy bơm nhiệt thuận nghịch để sưởi ấm trong mùa đông và làm mát trong mùa hè.

Giới thiệu

Trong tự nhiên, nhiệt lượng di chuyển từ nhiệt độ cao tới thấp. Máy bơm nhiệt cho phép nhiệt lượng di chuyển theo chiều ngược lại mà chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ năng lượng cung cấp (từ điện, xăng...) Do đó máy bơm nhiệt có thể vận chuyển nhiệt lượng lấy từ môi trường tự nhiên (như trong không khí, trong nước, trong đất, hoặc từ những hoạt động của con người như sản xuất công nghiệp hay sinh hoạt trong gia đình) tới một căn hộ hoặc một khu nhà cao tầng.
Về lý thuyết, nhiệt lượng được vận chuyển bởi máy bơm nhiệt tới nơi cần cung cấp sẽ bằng nhiệt lượng lấy từ môi trường cộng với năng lượng dùng để chạy máy bơm. Một máy bơm nhiệt chạy điện điển hình có công suất 100 kWh nhiệt lượng với chỉ từ 20-40 kWh điện năng tiêu thụ. Một số máy bơm nhiệt dùng trong công nghiệp còn có thể đạt được hiệu năng lớn hơn, ví dụ như công suất 100 kWh chỉ tiêu thụ 3-10 kWh điện năng.
Nhờ ưu điểm tiêu thụ ít năng lượng hơn những thiết bị cung cấp nhiệt thông thường, máy bơm nhiệt là một cải tiến kĩ thuật quan trọng trong việc giảm lượng khí thải độc hại ra môi trường như khí CO2, khí SO2 (sulphur dioxide), khí Nox (nitrogen oxides). Tuy vậy, tác động đến môi trường của máy bơm nhiệt chạy điện còn phụ thuộc nhiều vào việc nguồn điện năng cung cấp được sản xuất như thế nào. Nếu nguồn điện được sản xuất từ khí hydro hay những dạng năng lượng tái tạo rõ ràng sẽ giảm ô nhiễm môi trường nhiều hơn là nguồn điện lấy từ than đá, xăng dầu...

Đất

Mỗi ngày, ánh nắng mặt trời truyền năng lượng xuống Trái đất và được lưu trữ lại một lượng đáng kể trong lòng đất. Máy bơm nhiệt sử dụng nguồn năng lượng này được gọi là máy bơm địa-nhiệt, có ưu điểm là tận dụng được 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 (do nhiệt lượng trong lòng đất thường ổn định) nhưng chi phí lắp đặt khá cao. Khi lắp đặt máy bơm địa-nhiệt, có hai cách bố trí hệ thống thu dẫn nhiệt là: theo chiều ngang (đặt sâu khoảng 0,6 tới 1,2m so với mặt đất, và chiếm một diện tích lớn, thường được đặt trong sân vườn nhà), và theo chiều dọc (không yêu cầu nơi lắp đặt phải có sân vườn nhưng cần đào sâu từ 80 tới 120m).

Hiệu suất

Đối với một máy bơm nhiệt, hiệu năng của máy COP (Coefficient Of Performance) được tính bằng tỉ số giữa nhiệt lượng mà máy bơm cung cấp được và năng lượng cần cung cấp để máy bơm hoạt động, Hiệu năng của lò sưởi điện thông thường luôn luôn bằng 1, trong khi với máy bơm nhiệt, hiệu năng sử dụng có thể lên tới 3 (với máy bơm nhiệt sử dụng nguồn nhiệt từ đất) hoặc xấp xỉ 2 với máy bơm sử dụng nguồn nhiệt từ không khí. Trong công nghiệp, máy bơm nhiệt MVR (Mechanical Vapour Recompression) có thể cho hiệu năng từ 5 tới 80.