Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét cách thức hoạt động của máy bơm nhiệt. Có một số biến thể của máy bơm nhiệt, nhưng trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét một máy bơm nhiệt nguồn không khí điển hình. Những máy bơm này sử dụng van đảo chiều để cho phép cả chế độ sưởi ấm và làm mát.

Cuộn xuống dưới cùng để xem video hướng dẫn trên YouTube về Kiến thức cơ bản về máy bơm nhiệt

Các bộ phận chính bạn sẽ tìm thấy trên bất kỳ hệ thống nào là dàn lạnh, dàn nóng và một số đường ống nối hai dàn với nhau.

Bộ phận trong nhà có thể được lắp vào hệ thống ống dẫn, điều này rất phổ biến ở Bắc Mỹ. Dù bằng cách nào, về cơ bản tất cả đều hoạt động giống nhau.

Tháo nắp ra, chúng ta sẽ tìm thấy các thành phần sau. Bên trong dàn lạnh, chúng ta tìm thấy bộ trao đổi nhiệt, sau đó là van tiết lưu và van một chiều cũng như một quạt nhỏ để lưu thông không khí trong phòng.

Bên trong thiết bị ngoài trời, chúng ta có máy nén. Đây là động lực của chất làm lạnh xung quanh hệ thống. Chúng ta sẽ lại tìm thấy bộ trao đổi nhiệt trong thiết bị này cùng với quạt, van đảo chiều, van kiểm tra và van giãn nở.

Chế độ làm mát

Vì vậy, ở chế độ làm mát, máy bơm nhiệt hoạt động giống như một máy điều hòa không khí thông thường. Bộ phận ngoài trời hoạt động như một bộ ngưng tụ và bộ phận trong nhà hoạt động như một bộ bay hơi.

Chất làm lạnh rời khỏi máy nén dưới dạng hơi quá nhiệt, áp suất cao, nhiệt độ cao. Hơi này đi thẳng vào đầu van đảo chiều. Van đảo chiều sẽ quyết định hướng mà nó có thể chảy. Trong trường hợp này, nó được chuyển hướng và gửi trực tiếp đến bộ trao đổi nhiệt ngoài trời, nơi chất làm lạnh sẽ được ngưng tụ và nó sẽ giải phóng một phần năng lượng của nó.

Không khí ngoài trời mát hơn nhiệt độ của chất làm lạnh bên trong các ống. Một quạt bên trong thiết bị ngoài trời thổi không khí này qua bộ trao đổi nhiệt, giúp loại bỏ năng lượng khỏi chất làm lạnh, khiến nó ngưng tụ. Hãy nhớ rằng chất làm lạnh luôn ở bên trong các ống, nó không bao giờ hòa trộn với không khí. Năng lượng nhiệt chỉ truyền qua thành ống vì có sự chênh lệch nhiệt độ và nhiệt luôn chảy sang lạnh.

Nhiệt độ của chất làm lạnh khi rời khỏi máy nén cao hơn nhiều so với nhiệt độ của không khí bên ngoài. Điều đó cho phép trao đổi nhiệt xảy ra. Nếu chất làm lạnh và không khí có cùng nhiệt độ, thì sẽ không có sự truyền nhiệt nào xảy ra và hệ thống điều hòa không khí sẽ không hoạt động. Chênh lệch nhiệt độ giữa chất làm lạnh và không khí bên ngoài càng lớn, thì trao đổi nhiệt càng lớn.

Vì vậy, chất làm lạnh khi đi vào và đi qua bộ trao đổi nhiệt ngoài trời sẽ ngưng tụ và trở thành chất lỏng. Khi nó đi ra và đi qua van kiểm tra, nó sẽ ở nhiệt độ trung bình, chất lỏng bão hòa nhưng vẫn ở áp suất cao. Lực của tất cả chất làm lạnh phía sau nó thoát ra khỏi máy nén này là thứ đẩy chất làm lạnh đi khắp các thành phần khác trong hệ thống này.

Trong cấu hình này, bộ phận ngoài trời, hoạt động như một bộ ngưng tụ, có nhiệm vụ loại bỏ nhiệt từ hệ thống. Toàn bộ nhiệt không mong muốn mà hệ thống sẽ hấp thụ từ bộ phận trong nhà sẽ được gửi đến máy nén và máy nén sẽ đẩy nhiệt vào bộ ngưng tụ, tại đó nó sẽ loại bỏ nhiệt không mong muốn vào không khí ngoài trời. Quạt chỉ có nhiệm vụ giúp tăng tốc quá trình trao đổi nhiệt đó.

Khi chất làm lạnh ở trạng thái lỏng đang được ép vào dàn lạnh, nó sẽ đến một van kiểm tra khác. Van kiểm tra này bị đảo ngược và sẽ không cho chất làm lạnh đi qua. Thay vào đó, nó sẽ bỏ qua van này và đi qua van giãn nở. Van giãn nở làm giãn nở chất làm lạnh.

Tìm hiểu cách van tiết lưu hoạt động tại đây

Khi chất làm lạnh rời khỏi van giãn nở, nó sẽ là hỗn hợp hơi lỏng áp suất thấp, nhiệt độ thấp. Hỗn hợp này sẽ được đẩy xung quanh bộ trao đổi nhiệt trong nhà và bắt đầu hấp thụ một số năng lượng nhiệt không mong muốn từ phòng. Một quạt bên trong dàn lạnh sẽ luân chuyển không khí xung quanh phòng để đưa không khí ấm vào dàn lạnh cũng như đẩy không khí mát ra xung quanh phòng.

Ở đây, dàn lạnh hoạt động như một bộ bay hơi. Chất làm lạnh đi vào dàn lạnh dưới dạng hỗn hợp hơi lỏng, nhưng chất làm lạnh có điểm sôi rất thấp. Nhiệt độ của không khí bên trong phòng đủ để làm sôi chất làm lạnh này và biến nó thành hơi bão hòa – hơi quá nhiệt. Chất này vẫn đang được đẩy ra ngoài bởi tất cả chất làm lạnh đang được bơm ra phía sau nó từ máy nén.

B khi rời khỏi dàn lạnh, chất làm lạnh sẽ thoát ra dưới dạng hơi bão hòa, nhiệt độ thấp, áp suất thấp. Chất làm lạnh sẽ đi thẳng trở lại van đảo chiều, hiện đang được thiết lập để chuyển chất làm lạnh trở lại máy nén. Chất làm lạnh đó sau đó sẽ đi qua máy nén và lặp lại toàn bộ chu trình.

Chế độ sưởi ấm

Bây giờ nếu chúng ta xem xét cách máy bơm nhiệt hoạt động ở chế độ sưởi ấm, bạn có thể thấy rằng dàn nóng hoạt động như bộ bay hơi và dàn lạnh hoạt động như bộ ngưng tụ.

Vì vậy, chất làm lạnh rời khỏi máy nén, một lần nữa, dưới dạng hơi áp suất cao, nhiệt độ cao, siêu nóng và đi thẳng đến van đảo chiều. Trong cài đặt này, van đảo chiều sẽ chuyển hướng chất làm lạnh về phía dàn lạnh thay vì dàn nóng.

Chất làm lạnh đi vào dàn lạnh, lúc này là bộ ngưng tụ, dưới dạng hơi siêu nóng, nhiệt độ cao và áp suất cao.

Quạt trong phòng luân chuyển không khí trong phòng qua bộ trao đổi nhiệt. Không khí này sẽ có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của chất làm lạnh bên trong các ống trao đổi nhiệt. Do đó, chất làm lạnh sẽ cung cấp một số năng lượng cho không khí. Điều này làm ngưng tụ chất làm lạnh và biến nó thành chất lỏng.

Chất làm lạnh rời khỏi dàn lạnh và hướng tới van kiểm tra và van tiết lưu. Trong trường hợp này, chất làm lạnh sẽ đi qua van kiểm tra vì van tiết lưu sẽ không cho chất làm lạnh đi qua theo cách đó.

Chất làm lạnh chảy dọc theo đường chất lỏng thẳng xuống dàn nóng. Van kiểm tra bên trong dàn nóng sẽ không cho chất làm lạnh đi qua theo hướng này, vì vậy chất làm lạnh sẽ đi qua van giãn nở.

Van tiết lưu làm giãn nở chất làm lạnh và khi chất làm lạnh đi qua van tiết lưu, nó sẽ thoát ra dưới dạng hỗn hợp hơi lỏng có áp suất thấp, nhiệt độ thấp.

Bây giờ quạt bên trong dàn nóng đang thổi không khí qua bộ trao đổi nhiệt có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của chất làm lạnh. Do đó, chất làm lạnh sôi và hấp thụ một phần nhiệt từ không khí này.

Điều đó sẽ biến chất làm lạnh đó thành hơi bão hòa/hơi quá nhiệt, áp suất thấp, nhiệt độ thấp. Sau đó, hơi sẽ đi thẳng đến máy nén, tại đó nó sẽ đi qua máy nén và lặp lại toàn bộ chu trình một lần nữa.

Vì vậy, chất làm lạnh đang hấp thụ năng lượng nhiệt từ tất cả không khí bên ngoài và đưa đến máy nén. Máy nén nén nó, ép chặt lại làm tăng nhiệt độ khi các hạt chất làm lạnh va chạm nhiều hơn và đẩy nó ra ngoài về phía thiết bị trong nhà.

Bây giờ, nhiều người nói rằng, "Ồ, còn vào mùa đông thì sao? Không khí lạnh. Không có năng lượng trong đó. Vậy thì làm sao bạn lấy năng lượng từ không khí?" Vâng, thực ra, không khí đó vẫn có rất nhiều năng lượng, và chắc chắn là có thể được trích xuất bằng máy bơm nhiệt. Miễn là không khí ở trên -273 độ C, thì vẫn có năng lượng trong không khí đó, có thể được trích xuất. Rõ ràng là chúng ta không giảm xuống nhiệt độ đó trong khí hậu của mình. Tuy nhiên, nhiệt độ càng thấp thì càng khó trích xuất năng lượng và đến một lúc nào đó, hệ thống sẽ sử dụng nhiều năng lượng hơn mức nó trích xuất.

Lý do bạn có thể trích xuất năng lượng nhiệt từ không khí tùy thuộc vào nhiệt độ là vì điểm sôi của chất làm lạnh rất thấp.

Nếu chúng ta so sánh nước và một số chất làm lạnh thông thường. Chúng ta biết rằng nước sôi ở khoảng 100 ° C (212 ° F) và ở nhiệt độ đó, nó trở thành hơi nước, hơi nước rời khỏi khối nước và mang nhiệt đi. Ngược lại, chất làm lạnh sẽ sôi ở nhiệt độ cực thấp khi so sánh. Vì vậy, miễn là nhiệt độ không khí cao hơn nhiệt độ điểm sôi này, nó có thể hấp thụ nhiệt.

Video giải thích: 

Hy vọng qua bài dịch trên, Điện Lạnh Mười đã giúp a/c hiểu thêm phần nào về hệ thông bơm nhiệt. Cảm ơn a/c đã dành thời gian đọc bài.

Nguồn: theengineeringmindset.com