Bơm nhiệt là một thiết bị dùng để bơm một dịng nhiệt từ mức nhiệt độ thấp lên mức nhiệt độ cao hơn, phù hợp với nhu cầu cấp nhiệt. Để duy trì bơm nhiệt hoạt động cần tiêu tốn một dịng năng lượng khác (điện hoặc nhiệt năng). Như vậy máy lạnh cũng là một loại bơm nhiệt và cĩ chung một nguyên lý hoạt động. Các thiết bị của chúng là giống nhau. Người ta chỉ phân biệt máy lạnh với bơm nhiệt ở mục đích sử dụng mà thơi. Máy lạnh gắn với việc sử dụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi cịn bơm nhiệt gắn với việc sử dụng nguồn nhiệt ở thiết bị ngưng tụ. Do yêu cầu sử dụng nguồn nhiệt nên bơm nhiệt hoạt động ở cấp nhiệt độ cao hơn.
Cũng như máy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo chu trình ngược với các quá trình chính như sau:
T S P i 1 2 3 4 1 2 3 4
1 - 2: quá trình nén hơi mơi chất từ áp suất thấp, nhiệt độ thấp lên áp suất cao và nhiệt độ cao trong máy nén hơi. Quá trình nén là đoạn nhiệt.
2 - 3: quá trình ngưng tụ đẳng nhiệt trong thiết bị ngưng tụ, thải nhiệt cho mơi mơi trường.
3 - 4: quá trình tiết lưu đẳng entanpi (i3 = i4) của mơi chất lỏng qua van tiết lưu từ áp suất cao xuống áp suất thấp.
4 – 1: quá trình bay hơi đẳng nhiệt ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp, thu nhiệt của mơi trường lạnh
Mục đích sử dụng chính của bơm nhiệt là lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ. Năng suất nhiệt của bơm nhiệt chính là phương trình cân bằng nhiệt ở máy lạnh:
qk = qo + l hay: QK = Q0 + L
Hiện nay, người ta chế tạo nhiều loại bơm nhiệt làm việc theo nhiều nguyên lý khác nhau như bơm nhiệt hấp thụ, bơm nhiệt nén khí, bơm nhiệt nén hơi, bơm nhiệt nhiệt điện. Nĩi chung, hiện nay tất cả các loại bơm nhiệt đều được sử dụng nhưng được sử dụng rộng rãi nhất vẫn là bơm nhiệt nén hơi.
Ngồi bốn loại bơm nhiệt nĩi trên chúng cịn được ghép lại với nhau nhằm đạt hiệu quả nhất định. Ví dụ bơm nhiệt hấp thụ - nén hơi nhằm mục đích tăng nhiệt độ ngưng tụ, qua đĩ tăng nhiệt độ chất tải nhiệt. Nguyên lý hoạt động chủ yếu như máy
lạnh hấp thụ nhưng giữa bình sinh hơi và dàn ngưng người ta lắp thêm một máy nén hút hơi từ bình sinh hơi và nén vào dàn ngưng. Áp suất ngưng tụ cao lên đưa nhiệt độ ngưng tụ cao lên theo, và hệ số nhiệt của nĩ tăng lên đáng kể.