Giải pháp Bơm nhiệt CO2 cho hệ thống nước nóng trung tâm

Trong bối cảnh toàn cầu đang gấp rút chuyển đổi sang các giải pháp năng lượng sạch và bền vững, việc cung cấp nước nóng trung tâm cho các tòa nhà, khu công nghiệp, khách sạn hay bệnh viện đang đối mặt với yêu cầu kép: tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính. Một trong những giải pháp tiên tiến, hiệu quả và thân thiện với môi trường nhất hiện nay chính là hệ thống bơm nhiệt CO₂ – đặc biệt là dòng sản phẩm công nghệ cao từ nhà sản xuất Enerblue Ý/Italy – nhà sản xuất bơm nhiệt hàng đầu thế giới đến từ châu Âu.

Enerblue là một trong những đơn vị tiên phong trong việc ứng dụng CO₂ (R744) – một môi chất lạnh tự nhiên, có chỉ số GWP = 1 và ODP = 0, hoàn toàn không gây hại đến tầng ozone và gần như không góp phần vào hiện tượng nóng lên toàn cầu. Dòng sản phẩm bơm nhiệt CO₂ model IRIDIUM và IRIDIUM WW có thể cung cấp nước nóng đến 90°C ngay cả khi nhiệt độ không khí bên ngoài xuống tới -20°C, phù hợp cho các công trình quy mô lớn. Ngoài hiệu suất vượt trội và vận hành an toàn, thiết bị còn tích hợp chức năng giám sát từ xa, giúp quản lý dễ dàng và tối ưu hóa hiệu quả vận hành.

Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu sâu hơn về Bơm nhiệt CO₂ là gì, các lý do tại sao nên sử dụng bơm nhiệt CO₂ và các dòng sản phẩm Bơm nhiệt CO₂ của nhà sản xuất Enerblue thông qua bài viết này.

I. Bơm nhiệt CO₂ là gì?

Bơm nhiệt (Heat Pump) là thiết bị truyền tải nhiệt từ nguồn nhiệt có nhiệt độ thấp (không khí, nước hoặc đất) đến môi trường có nhiệt độ cao hơn, thông qua chu trình nén – giãn nở môi chất lạnh.

Với bơm nhiệt CO₂, môi chất lạnh sử dụng là Carbon Dioxide (CO₂ hay R744) – một chất khí tự nhiên, an toàn, không độc hại và có chỉ số GWP (Global Warming Potential) bằng 1, thấp hơn hàng ngàn lần so với các môi chất HFC hay HFO truyền thống.

Khác với các thiết bị đốt nhiên liệu hóa thạch tạo ra CO₂ trong quá trình hoạt động, bơm nhiệt CO₂ không thải CO₂ ra môi trường – mà chỉ sử dụng CO₂ như một môi chất khép kín trong hệ thống. Lượng CO₂ này thường được thu hồi từ các quy trình công nghiệp, do đó không góp phần làm tăng phát thải.

Một số ứng dụng tiêu biểu của bơm nhiệt CO₂:

• Tòa nhà dân dụng và thương mại: khách sạn, khu căn hộ, chung cư cao tầng
• Bệnh viện, trường học, trung tâm thể thao
• Công nghiệp nhẹ – nhà máy thực phẩm, dệt may, dược phẩm
• Hệ thống nước nóng trung tâm (district heating)

II. CO₂ – Môi chất lạnh sạch hơn, an toàn hơn và thân thiện hơn

Một thực tế không thể phủ nhận là bất kỳ hệ thống làm nóng hoặc làm lạnh nào cũng sẽ có một tỷ lệ hao hụt môi chất lạnh nhất định hàng năm – do rò rỉ tự nhiên giữa các bộ phận hoặc trong quá trình bảo trì. Tuy nhiên, khi so sánh giữa các loại môi chất lạnh, CO₂ vượt trội hơn hẳn về tính thân thiện với môi trường.

Cụ thể, lượng CO₂ thất thoát trung bình chỉ khoảng 53 kg mỗi năm, thấp hơn hàng ngàn lần so với các loại môi chất lạnh tổng hợp như R134a, R410a hoặc R32 – những chất thường có Chỉ số GWP rất cao, lên tới hàng ngàn đơn vị.

Điều này có nghĩa là ngay cả khi xảy ra rò rỉ, CO₂ vẫn để lại tác động môi trường thấp nhất, giúp các hệ thống bơm nhiệt CO₂ trở thành lựa chọn lý tưởng cho các công trình hướng đến phát triển bền vững.

CO₂ – Môi chất lạnh tự nhiên với đặc tính an toàn vượt trội

Không chỉ có chỉ số GWP thấp, CO₂ còn sở hữu những đặc tính vật lý an toàn hàng đầu:

• Không cháy nổ (Non-flammable)
• Không ăn mòn (Non-corrosive)
• Không độc hại (Non-toxic)

Nhờ vậy, CO₂ không phân hủy thành các chất độc hại bên trong hệ thống, cũng như không gây ô nhiễm môi trường khi bị rò rỉ. Đây là điểm khác biệt lớn so với các môi chất hóa học có thể tạo ra các hợp chất nguy hiểm trong điều kiện vận hành không lý tưởng.

III. Tại sao nên sử dụng bơm nhiệt CO₂?

Việc sử dụng bơm nhiệt CO₂ mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các công nghệ sử dụng môi chất lạnh truyền thống, cả về hiệu quả kỹ thuật, môi trường và kinh tế.

Dưới đây là những lý do chính khiến bơm nhiệt CO₂ đang trở thành xu hướng ưu tiên trong các hệ thống nước nóng trung tâm hiện đại:

1. Hiệu suất cao trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt

Bơm nhiệt CO₂ hoạt động hiệu quả ngay cả trong môi trường có nhiệt độ thấp, như mùa đông ở vùng ôn đới. Điều này nhờ đặc tính nhiệt động học độc đáo của CO₂ – cho phép thu hồi và truyền nhiệt hiệu quả hơn so với các môi chất HFC/HFO thông thường.

Kết quả là COP cao hơn trong hầu hết các điều kiện vận hành.

2. Cung cấp nước nóng ở nhiệt độ cao (lên tới 90°C)

Khả năng đạt được nhiệt độ nước cao mà không cần gia nhiệt bổ sung bằng điện trở hay đốt gas giúp bơm nhiệt CO₂ phù hợp với hệ thống nước nóng trung tâm, đặc biệt trong:

• Tòa nhà thương mại yêu cầu nhiệt độ cao
• Hệ thống thay thế nồi hơi truyền thống
• Ứng dụng công nghiệp cần nước nóng ổn định và sạch

3. An toàn, không độc hại và không cháy nổ

CO₂ (R744) là môi chất lạnh tự nhiên, không độc, không ăn mòn, không cháy, an toàn hơn nhiều so với propane (R290) hoặc ammonia (NH₃). Điều này cho phép lắp đặt dễ dàng trong không gian hẹp, khu vực dân cư hoặc công trình công cộng, nơi các yếu tố an toàn luôn được đặt lên hàng đầu.

4. Bền vững – Không bị hạn chế bởi quy định cấm môi chất tổng hợp

CO₂ có chỉ số GWP = 1, không bị ảnh hưởng bởi các lệnh cấm và chính sách loại bỏ dần HFC/HFO của châu Âu và quốc tế. Việc sử dụng CO₂ là giải pháp dài hạn, không lo lắng về rủi ro thay thế môi chất trong tương lai như các hệ thống HFC.

5. Giảm phát thải CO₂ và chi phí vận hành

Nhờ hiệu suất cao và khả năng tận dụng năng lượng tái tạo từ không khí hoặc nước thải, bơm nhiệt CO₂ giúp giảm phát thải CO₂ gián tiếp, đồng thời tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành so với nồi hơi điện hoặc đốt gas.

Đây là bước đi quan trọng hướng tới các công trình Net Zero Carbon trong tương lai.

IV. Phân biệt giữa CO₂ trong bơm nhiệt và CO₂ trong khí quyển

Một câu hỏi thường gặp là: Làm sao bơm nhiệt CO₂ lại giúp giảm phát thải CO₂, trong khi chính thiết bị lại sử dụng CO₂ làm môi chất? Sự nhầm lẫn này rất dễ xảy ra nếu chưa hiểu rõ về bản chất của quá trình.

CO₂ trong không khí đến từ quá trình đốt cháy

Các thiết bị sinh nhiệt truyền thống như nồi hơi, động cơ sử dụng nhiên liệu hóa thạch đều liên tục tạo ra CO₂ như một sản phẩm phụ trong quá trình đốt cháy. Lượng CO₂ này được thải trực tiếp ra môi trường thông qua ống khói hoặc hệ thống xả thải, góp phần lớn vào hiện tượng ấm lên toàn cầu.

CO₂ trong bơm nhiệt – môi chất khép kín, không phát thải

Ngược lại, trong bơm nhiệt CO₂, carbon dioxide không bị đốt cháy hay sinh ra, mà chỉ được sử dụng làm môi chất lạnh khép kín bên trong hệ thống. Chính nhờ các đặc tính nhiệt động học ưu việt – như khả năng giãn nở và nén – CO₂ cho phép bơm nhiệt truyền nhiệt hiệu quả mà không thải khí nhà kính ra môi trường.

Đặc biệt, lượng CO₂ được sử dụng trong các hệ thống bơm nhiệt của Enerblue đều là CO₂ thu hồi từ các quá trình công nghiệp khác, không phải là CO₂ nguyên sinh hay gây thêm phát thải sơ cấp. Đây là điểm cộng lớn khi so với các môi chất tự nhiên khác như:

• Propane (R290): một thành phần của khí thiên nhiên – dễ cháy.
• Amoniac (NH₃): được sản xuất qua quy trình tiêu tốn nhiều carbon và có tính độc hại cao.

CO₂ – Môi chất có GWP thấp nhất (GWP = 1)

Trong khi các dòng bơm nhiệt khác sử dụng các loại môi chất tổng hợp như HFC (Hydrofluorocarbon) hoặc HFO (Hydrofluoroolefin) – vốn có chỉ số GWP rất cao, thì CO₂ có chỉ số GWP chỉ bằng 1, tức là thấp nhất có thể. Điều này đảm bảo rằng bơm nhiệt CO₂ không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn giảm phát thải khí nhà kính cả trực tiếp và gián tiếp, từ khâu sản xuất, vận hành đến thải bỏ thiết bị.

Nhiệt độ cao – Giá trị cao hơn

Một ưu điểm vượt trội khác của bơm nhiệt CO₂ là khả năng cung cấp nhiệt độ nước đầu ra cao (từ 80°C trở lên). Điều này đặc biệt quan trọng khi tích hợp với các hệ thống sưởi truyền thống và khai thác hiệu quả nguồn nhiệt thải (heat recovery), từ đó giảm chi phí đầu tư và vận hành cho toàn hệ thống.

An toàn và dễ quản lý

Cuối cùng, CO₂ là một môi chất lạnh trơ, không độc hại, giúp giảm đáng kể chi phí và độ phức tạp trong quản lý an toàn so với các môi chất lạnh dễ cháy, ăn mòn hoặc gây độc khác.

V. Dòng sản phẩm bơm nhiệt CO₂ của Enerblue

1. Dòng bơm nhiệt CO₂ IRIDIUM tiêu chuẩn – Air – Water

• Môi chất lạnh: R744 (CO₂)
• Nguồn nhiệt đầu vào: Không khí ngoài trời
• Nhiệt độ nước nóng đầu ra: lên tới 90°C
• Hoạt động ổn định ở nhiệt độ ngoài trời: thấp đến -20°C
• Công suất nhiệt (tại A7;W80): từ 14,8 kW đến 124,3 kW

2. Dòng bơm nhiệt CO₂ IRIDIUM WW – Water – Water

• Môi chất lạnh: R744 (CO₂)
• Nguồn nhiệt đầu vào: Nguồn nước (nước thải, nước hồ, nước sông)
• Nhiệt độ nước nóng đầu ra: lên tới 90°C
• Hoạt động ổn định ở nhiệt độ ngoài trời: thấp đến -20°C
• Công suất nhiệt (tại W7;W80): từ 16 kW đến 137,9 kW

Nguyên lý hoạt động của dòng Bơm nhiệt CO₂ Enerblue

Cả hai dòng sản phẩm đều được tích hợp bơm tuần hoàn inverter điều khiển vi xử lý thông minh, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm điện năng. Để hệ thống vận hành hiệu quả, cần lắp đặt bồn chứa nước nóng phân tầng (stratified tank) hoặc nhiều bồn chứa tuần tự với các đầu dò nhiệt độ để quản lý chu trình bật/tắt chính xác.

Ứng dụng thực tế hệ thống bơm nhiệt CO₂ Enerblue

Sau đây là các ứng dụng thực tế của hệ thống bơm nhiệt CO₂ trong sản xuất nước nóng (DHW – Domestic Hot Water) và trong các quy trình công nghiệp, kèm theo lưu lượng sử dụng ước tính mỗi ngày, cùng tùy chọn thu hồi lạnh (Optional Cool Recovery). Cụ thể như sau:

🔷 1. DHW Production – Sản xuất nước nóng sinh hoạt

Tùy chọn thu hồi lạnh: Có thể tạo ra nước lạnh để cung cấp cho các dàn coil quạt (fan coils) và thiết bị xử lý không khí (AHU – Air Handling Units).

🔷 2. Process – Ứng dụng trong công nghiệp

Tùy chọn thu hồi lạnh: Có thể tạo ra nước lạnh để kiểm soát quy trình sản xuất.

Giải thích về "Optional Cool Recovery" – Tùy chọn thu hồi lạnh:

Hệ thống bơm nhiệt CO₂ của Enerblue không chỉ sản xuất nước nóng mà còn có thể thu hồi năng lượng lạnh dư thừa, cung cấp nước lạnh để:

• Làm mát không khí trong các tòa nhà (qua fan coils hoặc AHUs).
• Làm mát quy trình sản xuất công nghiệp (trong ngành thực phẩm, dược phẩm, hóa chất…).

VI. Lý do nên đầu tư vào bơm nhiệt CO₂

Việc đầu tư vào bơm nhiệt CO₂ không chỉ là lựa chọn bền vững về môi trường mà còn là quyết định tối ưu về hiệu suất vận hành và chi phí năng lượng dài hạn.

Công nghệ bơm nhiệt CO₂ (R744) hiện đang được ứng dụng rộng rãi tại châu Âu nhờ khả năng tạo ra nước nóng ở nhiệt độ rất cao (lên tới 80~90°C) mà vẫn duy trì hệ số hiệu quả năng lượng (COP) ấn tượng, ngay cả trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

1. Hiệu suất vượt trội và ổn định

Dữ liệu thực tế từ dòng sản phẩm bơm nhiệt CO₂ IRIDIUM – Air/Water của Enerblue cho thấy, hệ số hiệu quả COP dao động từ 3,09 đến 3,44 ở điều kiện tiêu chuẩn A7/W80 (nhiệt độ không khí 7°C, nhiệt độ nước ra 80°C).

Đặc biệt, với dòng bơm nhiệt CO₂ IRIDIUM WW – Water/Water, COP còn cao hơn, đạt 3,51 đến 3,72 trong điều kiện W7/W80 (nước cấp 7°C, nước nóng ra 80°C).

Ví dụ:

• Model bơm nhiệt CO₂ IRIDIUM WW 26 đạt COP 3,72, với công suất nhiệt danh định 27,8 kW và điện năng tiêu thụ chỉ 7,4 kW.
• Model bơm nhiệt CO₂ IRIDIUM WW 150 cung cấp công suất lên tới 137,9 kW, với COP vẫn duy trì ở mức 3,70 – một con số rất cao cho hệ thống quy mô lớn.

2. Tối ưu hóa chi phí vận hành

Với COP trung bình trên 3, mỗi kWh điện tiêu thụ có thể tạo ra hơn 3 kWh nhiệt năng. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí vận hành so với các giải pháp nhiệt truyền thống như nồi hơi điện trở hay đốt nhiên liệu hóa thạch.

Đặc biệt trong các hệ thống cần nước nóng ở nhiệt độ cao – như khách sạn, bệnh viện, nhà máy thực phẩm hoặc hệ thống nước nóng trung tâm cho tòa nhà – giải pháp bơm nhiệt CO₂ sẽ cho thấy hiệu quả vượt trội về dài hạn.

3. Hoạt động hiệu quả trong mọi điều kiện

Không giống như một số công nghệ bơm nhiệt truyền thống bị giới hạn khi nhiệt độ ngoài trời thấp, bơm nhiệt CO₂ vẫn hoạt động ổn định và hiệu quả trong điều kiện khắc nghiệt.

Điều này đặc biệt quan trọng tại các khu vực khí hậu lạnh hoặc yêu cầu nhiệt độ nước nóng cao liên tục quanh năm.

4. Phù hợp cho nhiều quy mô dự án

Enerblue cung cấp nhiều model bơm nhiệt CO₂ với công suất đa dạng từ 14,8 kW đến 137,9 kW, cho phép dễ dàng tích hợp vào các hệ thống từ nhỏ đến lớn, từ công trình dân dụng đến công nghiệp.

Khả năng mở rộng và kết nối nhiều thiết bị song song cũng giúp giải pháp bơm nhiệt CO₂ linh hoạt hơn trong thiết kế và thi công hệ thống cấp nước nóng.

VII. Lợi ích vượt trội của bơm nhiệt CO₂ Enerblue

1. Nhiệt độ cao – phù hợp với hệ thống nước nóng trung tâm

Các bơm nhiệt CO₂ của Enerblue có thể đạt đến nhiệt độ nước lên đến 90°C, lý tưởng cho:

• Tòa nhà cao tầng, khách sạn, bệnh viện
• Hệ thống nước nóng tập trung quy mô lớn
• Ứng dụng công nghiệp và dân dụng yêu cầu nhiệt độ cao

2. Hiệu suất cao – tiết kiệm chi phí vận hành

• COP (hệ số hiệu suất) và SCOP (hệ số hiệu suất theo mùa) của bơm nhiệt CO₂ cao hơn đáng kể so với các giải pháp thông thường.
• Hiệu suất hệ thống cao hơn đồng nghĩa với giảm chi phí điện năng, tăng hiệu quả đầu tư.
• Giảm chi phí phân phối nhờ hiệu quả truyền nhiệt cao: ví dụ với ∆T rộng (chênh lệch nhiệt độ 40°C), kích thước đường ống chính có thể giảm từ DN125 xuống DN65, tiết kiệm hàng trăm ngàn euro cho các dự án lớn.

3. Giảm phát thải CO₂ trực tiếp và gián tiếp

• CO₂ là môi chất tự nhiên, không cháy, không độc hại, không ăn mòn, an toàn hơn so với các môi chất khác như propane hay ammonia.
• Mức phát thải rò rỉ hàng năm thấp, trung bình chỉ khoảng 53 kg/năm, thấp hơn nhiều so với các môi chất lạnh công nghiệp khác.
• Không bị ràng buộc bởi các quy định loại bỏ HFC/HFO của Liên minh châu Âu trong tương lai.

4. Tối ưu chi phí đầu tư và vận hành

• Giảm chi phí đầu tư ban đầu nhờ loại bỏ các thiết bị phức tạp như bộ đệm, van điều khiển nhiệt độ cao…
• Tổng chi phí sở hữu (TCO) thấp hơn nhờ: môi chất CO₂ giá rẻ, chi phí bảo trì thấp, hiệu suất sử dụng điện cao, tuổi thọ thiết bị dài.

5. Giám sát và điều khiển từ xa thông minh

Các dòng bơm nhiệt CO₂ của Enerblue được tích hợp công cụ giám sát từ xa (Remote Monitoring), cho phép người dùng:

• Kết nối từ xa để kiểm tra trạng thái hoạt động theo thời gian thực.
• Xem hoặc tải về các dữ liệu đã ghi lại.
• Gửi lệnh điều khiển như thay đổi nhiệt độ cài đặt, chế độ vận hành, v.v.

Giao diện đồ họa thân thiện giúp phân tích dữ liệu nhanh chóng và trực quan, đồng thời toàn bộ cảnh báo và lỗi đều được ghi nhận đầy đủ với thời gian bắt đầu và kết thúc rõ ràng. Tính năng này giúp tối ưu hóa vận hành, hỗ trợ bảo trì chủ động và nâng cao hiệu quả quản lý thiết bị trong hệ thống lớn.

VIII. Kết luận

Giữa áp lực chuyển đổi năng lượng và cam kết giảm phát thải carbon, giải pháp bơm nhiệt CO₂ của Enerblue nổi lên như một lựa chọn chiến lược cho các công trình hiện đại yêu cầu hệ thống nước nóng trung tâm hiệu quả, an toàn và thân thiện với môi trường. Việc sử dụng môi chất lạnh tự nhiên CO₂ (R744) với GWP = 1 và ODP = 0 không chỉ giúp giảm thiểu tác động đến biến đổi khí hậu, mà còn mang lại hiệu quả kinh tế dài hạn nhờ chi phí vận hành thấp và khả năng thu hồi nhiệt tối ưu.

Các dòng sản phẩm như bơm nhiệt CO₂ IRIDIUM và IRIDIUM WW không chỉ đáp ứng yêu cầu nhiệt độ cao mà còn hỗ trợ kết nối giám sát từ xa, giúp đơn giản hóa công tác bảo trì, quản lý thiết bị và tối ưu hóa vận hành. Với những lợi thế rõ rệt về công nghệ, môi trường và vận hành, giải pháp bơm nhiệt CO₂ từ Enerblue không chỉ giúp các chủ đầu tư, nhà thầu và kỹ sư HVAC không chỉ tiết kiệm chi phí dài hạn, mà còn chính là lời giải toàn diện cho bài toán nước nóng trung tâm trong kỷ nguyên phát triển bền vững.

PGTECH GROUP LIMITED - Nhà phân phối các thiết bị, sản phẩm công nghiệp uy tín hàng đầu tại Việt Nam và các nước trong Khu Vực

Copyright © - Bản quyền bài viết thuộc về PGTECH Việt Nam

Ban Biên Tập Tin Tức: PGTECH

Kỹ sư: Mạnh Thắng

PGTECH GROUP LIMITED

VPGD: Tầng 3, Tòa Nhà C14-CT1, Bắc Hà, Bộ Công An, Đường Tố Hữu, Nam Từ Liêm, HN.

 Địa Chỉ: PGTECH GROUP LIMITED số 12, Ngõ 28, Đường Tây Hồ,  Phường Quảng An, Quận Tây Hồ, TP. Hà Nội

Điện Thoại: 024-730235 88 - Hotline: 0962 875 986

Fax: 024-730235 89

Email: info@pgtech.com.vn      sales@pgtech.com.vn 

Website: www.pgtech.com.vn