Bơm nhiệt là thiết bị cú hiệu quả năng lượng cao khi dựng kết hợp với cỏc hoạt ủộng sấy. Cơ sở lý thuyết của bơm nhiệt ủó ủược Cỏc – nụ ủưa ra từ ủầu thế kỷ 19, sau ủú ủược cỏc nhà bỏc học như V.A.Mikhenơn, A.Fifờ,.. hoàn thiện dần. Năm 1852, Thompson(Lord Kelvin) ủó sỏng chế ra bơm nhiệt
ủầu tiờn trờn thế giới. Song song với kỹ thuật lạnh, bơm nhiệt cú bước phỏt triển riờng của mỡnh. Những thành cụng lớn nhất của bơm nhiệt bắt ủầu từ
những năm 1940 khi hàng loạt bơm nhiệt cụng suất lớn ủược lắp ủặt thành cụng ở nhiều nước chõu Âu ủể sưởi ấm, ủun núng và ủiều hũa khụng khớ[16].
Từ khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng vào ủầu thập kỷ 1970, bơm nhiệt lại càng khẳng ủịnh vai trũ quan trọng của mỡnh. Hàng loạt bơm nhiệt với những ứng dụng khỏc nhau ủược nghiờn cứu chế tạo và ủưa vào sử
dụng ở nhiều nước trờn thế giới.
Nguyờn lý làm việc: Bơm nhiệt là một thiết bị dựng ủể “bơm” một dũng nhiệt từ mức nhiệt ủộ thấp lờn mức nhiệt ủộ cao hơn, phự hợp với nhu cầu cấp nhiệt. ðể duy trỡ bơm nhiệt hoạt ủộng cần tiờu tốn một dũng năng lượng khỏc (ủiện năng hoặc nhiệt năng). Như vậy mỏy lạnh cũng là một loại bơm nhiệt và cũng cú chung một nguyờn lý hoạt ủộng. Người ta chỉ phõn biệt mỏy lạnh với bơm nhiệt ở mục ủớch sử dụng mà thụi. Mỏy lạnh gắn với việc sử dụng nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi, cũn bơm nhiệt gắn với việc sử dụng nguồn nhiệt ở thiết bị ngưng tụ. Do yờu cầu sử dụng nguồn nhiệt lờn bơm nhiệt hoạt ủộng ở cấp nhiệt ủộ cao hơn. Trong trường hợp sử dụng cả 2 chiều cú thể tạo nờn dũng tỏc nhõn sấy là khụng khớ tuần hoàn kớn thực hiện 2 quỏ trỡnh trao ủổi nhiệt: Nguồn lạnh ở thiết bị bay hơi dựng ủể tỏch ẩm và nguồn
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ...29 núng ở thiết bị ngưng tụ dựng ủể tăng nhiệt ủộ tỏc nhõn sấy tức giảm ủộ ẩm tương ủối của tỏc nhõn sấy và tạo ủộng lực cho quỏ trỡnh sấy.
Như vậy bơm nhiệt cú thể ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực cú nhu cầu năng lượng ở nhiệt ủộ thấp khoảng 40oC ủến 80oChoặc cú thể cao ủến 115oC ữ 120oC. Nếu như nhu cầu về núng và lạnh tương ủối ăn khớp nhau thỡ hiệu quả kinh tế của bơm nhiệt lại càng lớn.
Khi sử dụng bơm nhiệt cần chỳ ý hiệu quả kinh tế của nú biểu hiện qua hệ số nhiệt ϕ. Hệ số nhiệt ϕ của bơm nhiệt phụ thuộc rất nhiều vào hiệu nhiệt
ủộ của dàn ngưng và dàn bay hơi nhưủó trỡnh bày ở trờn. Một ủiều kiện nữa
ủể bơm nhiệt ủạt hiệu quả là nhu cầu về núng và lạnh phải liờn tục và ổn ủịnh.
Hỡnh 1.11. Phạm vi hoạt ủộng của bơm nhiệt và mỏy lạnh
a) Mỏy lạnh To<Ta, Tk=Ta
b) Bơm nhiệt kết hợp núng lạnh To< Ta, Tk>Ta
c) Bơm nhiệt dựng ủể sấy và sưởi To=Ta, Tk>Ta
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ...30 To- Nhiệt ủộ bay hơi
Tk- Nhiệt ủộ ngưng tụ
Ta- Nhiệt ủộ mụi trường
qo- Nhiệt lượng lấy từ mụi trường
qk- Nhiệt lượng thải ra từ thiết bị ngưng tụ
Cũng như mỏy lạnh, bơm nhiệt làm việc theo chu trỡnh ngược (Hỡnh 2.12) với cỏc quỏ trỡnh chớnh như sau [17]:
1-2: Quỏ trỡnh nộn hơi mụi chất từ ỏp suất thấp, nhiệt ủộ thấp lờn ỏp suất cao nhiệt ủộ cao trong mỏy nộn hơi. Quỏ trỡnh nộn là ủoạn nhiệt.
2-3: Quỏ trỡnh ngưng tụ ủẳng ỏp trong thiết bị ngưng tụ, thải nhiệt cho mụi trường.
3-4: Quỏ trỡnh tiết lưu cú entanpi i3=i4 của mụi chất lỏng qua van tiết lưu từ ỏp suất cao xuống ỏp suất thấp.
4-1: Quỏ trỡnh bay hơi ủẳng ỏp ở nhiệt ủộ và ỏp suất thấp, thu nhiệt của mụi trường lạnh.
Hỡnh 1.12. Nguyờn lý làm việc của bơm nhiệt nộn hơi
a) Sơủồ thiết bị; b) Sơ ủồ dũng năng lượng
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ...31 MN- Mỏy nộn; NT- Thiết bị ngưng tụ; TL- Van tiết lưu
BH- Thiết bị bay hơi; l - Cụng tiờu tốn cho mỏy nộn qo- Nhiệt lượng lấy từ mụi trường (hay buồng lạnh)
qk- Nhiệt lượng thải ra ở dàn ngưng tụ
Mục ủớch sử dụng là lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ.
Năng suất lạnh riờng của bơm nhiệt chớnh là qkở phương trỡnh cõn bằng nhiệt
ở mỏy lạnh: qk=qo+ l (kJ/kg) Hệ số nhiệt của bơm nhiệt là: 1 > = l qk ϕ ϕ= + =ε +1 l l qo Với ε là hệ số lạnh.
Vậy khi chỉ sử dụng nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ thỡ từ cụng thức trờn ta thấy hệ số nhiệt luụn luụn lớn hơn 1, do ủú ứng dụng bơm nhiệt luụn lợi về nhiệt.
Nếu sử dụng bơm nhiệt núng lạnh kết hợp thỡ hiệu quả kinh tế cũn cao hơn nữa vỡ chỉ cần tiờu tốn một dũng năng lượng l là ta thu ủược cả năng suất lạnh qo và năng suất nhiệt qk như mong muốn. Gọi ϕεlà hệ số nhiệt của bơm nhiệt thỡ: 1 2 + = + = + = ϕ ε ε ϕε l q qk o 1.4.2. Cỏc loại bơm nhiệt và thành phần cơ bản của bơm nhiệt 1.4.2.1. Cỏc loại bơm nhiệt
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ...32 Cũng như mỏy lạnh, bơm nhiệt nộn hơi cú thểủược sử dụng rộng rói và cú hiệu quả kinh tế to lớn trong cỏc ngành kinh tế cụng, nụng, ngư và lõm nghiệp.
Ngoài bơm nhiệt nộn hơi, giống như mỏy lạnh, người ta chế tạo hầu như ủủ cỏc loại bơm nhiệt làm theo cỏc nguyờn lý khỏc nhau: bơm nhiệt hấp thụ, bơm nhiệt nộn khớ, bơm nhiệt nhiệt ủiện…Nhỡn chung hiện nay tất cả cỏc loại bơm nhiệt trờn ủều ủược sử dụng nhưng bơm nhiệt nộn hơi ủược sử dụng rộng rói nhất.