Bơm nhiệt heat pump, hoạt động, chi phí và tiết kiệm năng lượng khi sử dụng bơm nhiệt

Trong bối cảnh chi phí năng lượng ngày càng gia tăng và nhu cầu sử dụng các giải pháp thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết, bơm nhiệt (heat pump) đang nổi lên như một công nghệ tiên tiến và hiệu quả trong việc cung cấp sưởi ấm và nước nóng. Không chỉ ứng dụng rộng rãi tại các nước châu Âu, bơm nhiệt còn dần được ưa chuộng tại Việt Nam nhờ khả năng tiết kiệm điện, giảm phát thải CO₂ và vận hành ổn định quanh năm.

Vậy bơm nhiệt hoạt động như thế nào? Chi phí đầu tư ra sao? Và sử dụng bơm nhiệt có thực sự giúp giảm hóa đơn năng lượng? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động, hiệu suất, chi phí cũng như hiệu quả kinh tế khi sử dụng bơm nhiệt – đặc biệt là dòng bơm nhiệt CO₂ hiệu suất cao từ thương hiệu Enerblue (Ý).

Bơm nhiệt heat pump là gì?

Bơm nhiệt (heat pump) là thiết bị sử dụng năng lượng từ môi trường xung quanh – không khí, mặt đất hoặc nước – để làm nóng nước hoặc sưởi ấm không gian. Điểm đặc biệt là bơm nhiệt không sinh nhiệt trực tiếp như lò sưởi điện hay nồi hơi đốt nhiên liệu, mà di chuyển nhiệt từ nơi này đến nơi khác thông qua một chu trình nhiệt lạnh (refrigeration cycle).

Chu trình nhiệt lạnh gồm 4 bước chính:

1. Bay hơi: Môi chất lạnh hấp thụ nhiệt từ không khí hoặc mặt đất, chuyển từ lỏng sang khí.
2. Nén: Khí môi chất được máy nén nén lại, làm tăng nhiệt độ và áp suất.
3. Ngưng tụ: Khí nóng truyền nhiệt cho hệ thống sưởi (nước nóng hoặc không khí), sau đó ngưng tụ thành chất lỏng.
4. Giãn nở: Môi chất đi qua van tiết lưu, hạ áp suất và nhiệt độ, sẵn sàng quay lại bước đầu tiên.

Bơm nhiệt vận hành theo nguyên lý giống tủ lạnh nhưng ngược lại. Nếu như tủ lạnh lấy nhiệt từ bên trong tủ và đẩy ra bên ngoài, thì bơm nhiệt lấy nhiệt từ bên ngoài (không khí, đất) và đưa vào trong nhà. Nhờ chu trình này, bơm nhiệt không cần phải “tạo” nhiệt bằng điện trở mà chỉ cần sử dụng điện để di chuyển nhiệt, giúp hiệu suất đạt tới 300–600% tùy công nghệ.

Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt

Mặc dù có nhiều loại bơm nhiệt khác nhau (air source, ground source), hầu hết đều hoạt động theo 4 bước chính:

1. Giai đoạn bay hơi (Evaporation)

Bơm nhiệt hấp thụ nhiệt từ môi trường bên ngoài (không khí hoặc lòng đất) và truyền vào bộ trao đổi nhiệt.

• Với bơm nhiệt giải nhiệt gió (air source heat pump), quạt sẽ thổi không khí trực tiếp qua bộ trao đổi nhiệt để thu nhiệt.
• Với bơm nhiệt giải nhiệt nước (ground source heat pump), một hỗn hợp nước và chất chống đông (gọi là “brine”) sẽ lưu thông trong các đường ống ngầm gọi là vòng tuần hoàn địa nhiệt (ground loop). Các ống này có thể được chôn ngang dưới mặt đất hoặc khoan sâu theo chiều dọc, tùy thuộc vào diện tích mặt bằng.

Nhiệt từ môi trường được truyền đến bộ trao đổi nhiệt có chứa môi chất lạnh (dạng lỏng). Môi chất lạnh hấp thụ nhiệt và bắt đầu bay hơi, chuyển từ dạng lỏng sang hơi có áp suất thấp và nhiệt độ thấp – sẵn sàng bước vào giai đoạn tiếp theo trong chu trình nhiệt lạnh.

2. Giai đoạn nén (Compression)

Môi chất lạnh sau khi bay hơi sẽ ở dạng khí áp suất thấp và nhiệt độ thấp. Khí này sẽ được đưa vào máy nén – một thiết bị sử dụng điện để hoạt động. Khi bị nén lại, khí sẽ tăng áp suất, đồng thời tăng nhiệt độ. Môi chất lạnh lúc này trở thành hơi nóng có áp suất cao, sẵn sàng truyền nhiệt cho hệ thống sưởi.

3. Giai đoạn ngưng tụ (Condensation)

Khí nóng áp suất cao được dẫn tới bộ trao đổi nhiệt thứ hai, nơi nó truyền nhiệt cho nước trong hệ thống sưởi (như bộ tản nhiệt, sàn sưởi). Khi môi chất lạnh truyền nhiệt cho nước, nước nóng lên và được phân phối đi khắp nhà để sưởi ấm không gian hoặc làm nước nóng sinh hoạt.

Sau khi truyền hết nhiệt, môi chất lạnh nguội lại và ngưng tụ thành dạng lỏng, tuy vẫn còn áp suất cao.

4. Giai đoạn giãn nở (Expansion)

Môi chất lạnh dạng lỏng sẽ đi qua van tiết lưu (expansion valve). Tại đây, áp suất của nó được giảm xuống nhanh chóng, khiến nhiệt độ của môi chất cũng giảm sâu. Nhờ đó, môi chất lạnh có thể hấp thụ nhiệt từ môi trường bên ngoài một lần nữa, và chu trình lại bắt đầu từ đầu.

Hiệu suất của bơm nhiệt: Vì sao vượt trội hơn hệ thống sưởi truyền thống?

Bơm nhiệt không tạo ra nhiệt mà di chuyển nhiệt từ môi trường vào hệ thống, vì vậy chúng hiệu quả hơn nhiều so với các hệ thống đốt nhiên liệu như nồi hơi gas hoặc dầu. Thay vì đốt cháy nhiên liệu để tạo nhiệt, bơm nhiệt sử dụng điện để nén môi chất lạnh, cho phép tạo ra lượng nhiệt cao hơn nhiều so với điện năng tiêu thụ.

Điểm mạnh nhất của bơm nhiệt là hiệu suất. Với mỗi 1 kWh điện tiêu thụ, bơm nhiệt có thể tạo ra 3–4 kWh nhiệt năng (tương đương hiệu suất 300–400%). Trong khi đó, một nồi hơi đạt chuẩn A chỉ có thể chuyển hóa khoảng 90% nhiên liệu thành nhiệt năng hữu ích, phần còn lại bị thất thoát. Đây là lý do vì sao bơm nhiệt là giải pháp tiết kiệm năng lượng đáng kể.

Chỉ số đo hiệu suất này được gọi là COP (Coefficient of Performance), phản ánh hiệu suất trong điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn. Ví dụ, COP = 3.0 nghĩa là thiết bị tạo ra 3 đơn vị nhiệt cho mỗi 1 đơn vị điện.

Trong thực tế, hiệu suất thay đổi theo mùa và nhiệt độ môi trường. Bơm nhiệt cần làm việc nhiều hơn vào mùa đông khi trời lạnh. Vì vậy, để đánh giá chính xác hơn hiệu quả hoạt động hàng năm, các nhà sản xuất và kỹ sư sử dụng một chỉ số SCoP (Seasonal Coefficient of Performance) cho biết hiệu suất trung bình theo mùa – phản ánh chính xác hơn chi phí vận hành hàng năm.

Các dòng bơm nhiệt hiệu suất cao như Bơm nhiệt CO₂ -  CO₂ Heat Pump của Enerblue (Ý) có COP lên đến 6.4, mang lại mức tiết kiệm điện lớn và giảm phát thải CO₂ hàng năm đến 100 tấn cho các công trình lớn.

Chi phí lắp đặt và vận hành bơm nhiệt: Đắt hay đáng đầu tư?

Chi phí ban đầu phụ thuộc vào loại bơm nhiệt và quy mô công trình. Bơm nhiệt không khí (air source heat pump) thường có chi phí hợp lý hơn, trong khi bơm nhiệt địa nhiệt (ground source heat pump) yêu cầu thi công phức tạp hơn nên chi phí cao hơn.

• Bơm nhiệt nguồn không khí (Air Source): khoảng £14.000 (~450 triệu đồng).
• Bơm nhiệt nguồn địa nhiệt (Ground Source): từ £28.000 – £57.000 (khoảng 1,6 tỷ đồng) nếu cần khoan giếng sâu để lắp hệ thống ống dẫn nhiệt dưới lòng đất.

Ngoài ra, chi phi này cũng phụ thuộc vào diện tích và kết cấu ngôi nhà, việc cải tạo hệ thống ống dẫn hoặc bộ tản nhiệt cũng ảnh hưởng đến tổng chi phí.

Lắp đặt bơm nhiệt có giúp tiết kiệm chi phí vận hành không?

✔ Nếu bạn đang dùng điện trở, dầu hoặc gas cũ – bơm nhiệt giúp tiết kiệm hóa đơn đáng kể.

✘ Nếu bạn đang dùng nồi hơi hiện đại chạy gas – chi phí vận hành có thể cao hơn một chút vì giá điện cao hơn.

Tuy nhiên, trong dài hạn, bơm nhiệt vẫn là giải pháp tối ưu nhờ hiệu suất cao và thân thiện với môi trường, đặc biệt khi kết hợp với điện mặt trời hoặc các nguồn năng lượng tái tạo.

Có cần xin phép lắp đặt bơm nhiệt không?

Thông thường, bơm nhiệt thuộc dạng "phát triển được cho phép" (permitted development), không cần xin giấy phép xây dựng. Tuy nhiên, nếu bạn ở khu vực bảo tồn, nhà cổ hoặc di tích, nên kiểm tra trước với cơ quan quản lý đô thị.

Đơn vị thi công cũng sẽ hỗ trợ thông báo cho đơn vị quản lý điện khu vực (DNO) trước khi lắp đặt. Điều này đảm bảo an toàn và kết nối đúng kỹ thuật.

Bơm nhiệt CO₂ Enerblue – Giải pháp nước nóng tiết kiệm và bền vững

Một trong những dòng bơm nhiệt tiên tiến nhất hiện nay là Bơm nhiệt CO₂ (R744) của Enerblue (Italy) – sử dụng môi chất CO₂ thân thiện môi trường, không độc, không cháy nổ, không chịu thuế khí nhà kính (GWP = 1).

• Sản xuất nước nóng lên đến 90°C.
• Phù hợp với khách sạn, bệnh viện, chung cư, nhà máy với nhu cầu nước nóng 10.000 – 20.000 lít/ngày trở lên.
• Tiết kiệm đến 700 kWh/ngày, giảm 100 tấn CO₂/năm.
• Có thể sản xuất đồng thời nước nóng và nước lạnh nhờ chức năng hồi nhiệt.

Kết luận

Bơm nhiệt heat pump là giải pháp sưởi và cấp nước nóng hiệu quả, bền vững, đặc biệt phù hợp với xu hướng giảm phát thải và sử dụng năng lượng tái tạo hiện nay. Dù chi phí đầu tư ban đầu cao hơn, nhưng hiệu quả tiết kiệm lâu dài là rất lớn – nhất là với các dòng bơm nhiệt tiên tiến như Enerblue CO₂ Heat pump. Nếu bạn quan tâm tới giải pháp bơm nhiệt CO₂ Enerblue, hãy liên hệ PGTECH – Nhà nhập khẩu và phân phối chính thức tại Việt Nam để được tư vấn và hỗ trợ kỹ thuật chuyên sâu.

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