Một máy bơm nhiệt hồ bơi đang gia nhiệt thường thổi ra luồng gió lạnh. Nước sau khi đi qua máy cũng chỉ ấm hơn nước vào một khoảng nhỏ, không nóng rõ như nước từ bình nóng lạnh.

Hai dấu hiệu này dễ khiến người vận hành nghĩ rằng máy hoạt động yếu. Thực tế, chúng thường xuất hiện khi thiết bị đang lấy nhiệt từ không khí và truyền nhiệt vào một dòng nước tuần hoàn có lưu lượng lớn.

Máy không đun nóng toàn bộ hồ trong một lần. Nó bổ sung nhiệt vào từng lượng nước đi qua bộ trao đổi, sau đó nước quay lại hồ, hòa trộn và tiếp tục tuần hoàn. Nhiệt độ trung bình của hồ vì thế tăng dần qua nhiều chu kỳ.

Máy bơm nhiệt hồ bơi là thiết bị dùng điện để vận hành một chu trình môi chất lạnh, lấy nhiệt từ không khí và truyền nhiệt đó sang nước hồ. Thiết bị không thay thế máy bơm tuần hoàn và cũng không tạo nước nóng tức thời như bình nóng lạnh.

Heat Pump hoạt động theo nguyên tắc chuyển nhiệt thay vì tạo toàn bộ nhiệt trực tiếp từ điện. Có thể hình dung đây là một hệ thống lạnh hoạt động theo chiều ngược lại: nhiệt được lấy từ không khí, nâng lên mức nhiệt phù hợp rồi chuyển sang nước.

Trong tổng thể hệ thống kiểm soát nhiệt độ hồ bơi, Heat Pump là thiết bị cấp nhiệt; hiệu quả cuối cùng vẫn phụ thuộc hệ tuần hoàn, tải mất nhiệt và điều kiện không khí.

Máy bơm nhiệt không phải máy bơm nước hồ bơi

Tên gọi “máy bơm nhiệt” có thể khiến người mới hiểu rằng thiết bị tự hút nước từ hồ. Trên phần lớn hệ thống, nước vẫn phải được máy bơm tuần hoàn đưa qua bình lọc rồi qua bộ trao đổi nhiệt.

Nếu máy bơm tuần hoàn dừng, bình lọc bị nghẹt hoặc van đặt sai, Heat Pump không nhận đủ nước. Bộ điều khiển có thể ngừng máy nén và báo lỗi dòng chảy dù phần mạch lạnh chưa hỏng.

Vì vậy, không được đấu tắt công tắc dòng chảy để ép máy hoạt động. Nhà sản xuất yêu cầu phải xác nhận máy bơm đang chạy và hệ thống có nước trước khi khởi động thiết bị gia nhiệt.

Nhiệt đi từ không khí vào nước theo ba mạch riêng

Đường truyền năng lượng có thể tóm tắt như sau:

Không khí → dàn bay hơi → môi chất lạnh → máy nén → bộ trao đổi nhiệt với nước → nước hồ

Quá trình này gồm ba mạch tách biệt.

Mạch không khí

Quạt đưa không khí đi qua dàn trao đổi phía ngoài máy. Môi chất lạnh bên trong dàn hấp thụ một phần nhiệt của không khí.

Sau khi mất nhiệt, không khí thổi ra thường lạnh hơn không khí đi vào. Máy không làm lạnh nước ở giai đoạn này; nó đang lấy năng lượng từ không khí để chuyển sang phía nước.

Mạch môi chất lạnh

Môi chất di chuyển trong một mạch kín qua dàn bay hơi, máy nén, bộ trao đổi nhiệt phía nước và van tiết lưu.

Trong mỗi giai đoạn, áp suất, nhiệt độ và trạng thái của môi chất thay đổi. Nhờ các thay đổi đó, môi chất có thể nhận nhiệt ở phía không khí và nhả nhiệt ở phía nước.

Môi chất và nước hồ không trộn lẫn. Nếu hệ thống thiếu môi chất, cần kiểm tra rò rỉ bằng thiết bị chuyên dụng; không xem việc nạp bổ sung định kỳ là một thao tác vận hành bình thường.

Mạch nước hồ bơi

Nước hồ đi trong tuyến tuần hoàn riêng, thông thường qua máy bơm, bình lọc, Heat Pump rồi trở lại hồ theo sơ đồ thiết kế.

Nhiệt truyền qua thành bộ trao đổi. Một phía là môi chất lạnh, phía còn lại là nước hồ. Cách bố trí chi tiết của thiết bị xử lý nước và các van phải tuân theo sơ đồ của công trình và manual đúng model.

Sơ đồ kỹ thuật của Heat Pump hồ bơi cũng thể hiện rõ các thành phần: dàn không khí, máy nén, van tiết lưu, bộ trao đổi nước, đường nước lạnh vào và nước ấm ra.

Các bộ phận chính của Heat Pump hồ bơi

Một model cụ thể có thể có thêm van đảo chiều, bộ biến tần hoặc nhiều cảm biến, nhưng quá trình gia nhiệt cơ bản dựa trên năm nhóm bộ phận.

Quạt và dàn bay hơi đưa không khí qua bề mặt trao đổi nhiệt. Dàn bị bụi, lá cây che kín hoặc hút lại luồng gió lạnh vừa thổi ra sẽ làm khả năng lấy nhiệt suy giảm.

Máy nén hút hơi môi chất ở áp suất thấp rồi nén lên áp suất và nhiệt độ cao hơn. Đây thường là bộ phận sử dụng phần lớn điện năng của máy. Máy nén bơm môi chất trong mạch lạnh, không bơm nước hồ.

Bộ trao đổi nhiệt với nước là nơi môi chất nóng nhả nhiệt sang dòng nước tuần hoàn. Nhiều Heat Pump chuyên dụng cho hồ bơi sử dụng ống Titanium xoắn trong vỏ PVC, nhưng vật liệu và giới hạn hóa học phải kiểm tra theo đúng model; Titanium không có nghĩa thiết bị chịu được mọi mức pH, Chlorine hoặc độ mặn.

Van tiết lưu hạ áp suất môi chất sau khi môi chất đã nhả nhiệt. Nhờ đó, môi chất trở lại trạng thái phù hợp để tiếp tục hấp thụ nhiệt tại dàn bay hơi.

Bộ điều khiển và cảm biến theo dõi nhiệt độ nước, nhiệt độ dàn, môi trường, áp suất và dòng nước. Khi một điều kiện bảo vệ không đạt, bộ điều khiển có thể dừng máy nén dù màn hình và quạt vẫn đang hoạt động.

Nguyên lý hoạt động qua bốn giai đoạn

1. Môi chất nhận nhiệt tại dàn bay hơi

Không khí được quạt đưa qua dàn. Môi chất có nhiệt độ thấp hơn không khí hấp thụ nhiệt và chuyển dần sang trạng thái hơi.

Bề mặt dàn có thể lạnh hơn điểm ngưng tụ của không khí. Vì vậy, hơi ẩm bám trên dàn và chảy xuống dưới máy là hiện tượng thường gặp khi thiết bị đang gia nhiệt.

2. Máy nén nâng áp suất và nhiệt độ

Hơi môi chất đi vào máy nén. Sau quá trình nén, áp suất và nhiệt độ của môi chất tăng lên.

Môi chất lúc này phải nóng hơn nước hồ để nhiệt có thể truyền sang phía nước.

3. Môi chất nhả nhiệt sang nước

Môi chất nóng đi qua bộ trao đổi nhiệt với nước. Nhiệt truyền qua thành vật liệu sang dòng nước tuần hoàn.

Nước nóng lên một mức nhất định, trong khi môi chất nguội và ngưng tụ trở lại trạng thái lỏng.

4. Môi chất giảm áp và quay lại dàn bay hơi

Môi chất lỏng đi qua van tiết lưu, giảm áp suất và nhiệt độ rồi quay lại dàn không khí.

Chu trình tiếp tục cho đến khi nước đạt mức cài đặt hoặc bộ điều khiển yêu cầu máy dừng. Đây là chu trình nén hơi cơ bản được sử dụng để chuyển nhiệt từ không khí sang nước.

Vì sao Heat Pump thổi ra gió lạnh?

Trong chế độ gia nhiệt, dàn ngoài trời là nơi lấy nhiệt. Khi không khí đi qua dàn, một phần năng lượng đã được môi chất hấp thụ.

Luồng không khí thổi ra vì thế thường lạnh hơn luồng đi vào. Đây có thể là dấu hiệu máy đang truyền nhiệt, nhưng chỉ có ý nghĩa khi máy nén thực sự hoạt động và thiết bị đang ở chế độ gia nhiệt.

Nếu quạt chạy nhưng máy nén đang chờ, đang bảo vệ hoặc đang thực hiện một chế độ khác, không thể chỉ dựa vào nhiệt độ gió để kết luận.

Nước dưới máy là nước ngưng hay nước hồ bị rò?

Khi dàn bay hơi lạnh hơn không khí, hơi ẩm sẽ ngưng tụ thành nước. Trong điều kiện không khí ẩm, lượng nước chảy dưới máy có thể khá nhiều và vẫn là hiện tượng bình thường.

Manual Heat Pump hồ bơi của Hayward xác nhận dàn bay hơi tạo nước ngưng khi máy đang gia nhiệt và nước được dẫn ra ngoài qua đáy thiết bị.

Cần kiểm tra thêm khi nước vẫn tiếp tục xuất hiện lâu sau khi máy dừng, có dấu hiệu giống nước hồ hoặc mức nước hồ giảm bất thường. Khi đó phải tách riêng khả năng nước ngưng với rò rỉ tại đường ống hay bộ trao đổi.

Vì sao nước ra khỏi Heat Pump chỉ ấm hơn một chút?

Heat Pump hồ bơi truyền nhiệt vào một dòng nước lớn đang chuyển động liên tục. Nhiệt được phân bố trên hàng nghìn lít nước mỗi giờ nên mức tăng nhiệt trong một lượt đi qua máy thường không lớn.

Nước sau máy quay lại hồ, hòa trộn với khối nước còn lại rồi tiếp tục đi qua hệ thống trong những chu kỳ sau. Do đó, cần theo dõi xu hướng nhiệt độ của toàn hồ thay vì chờ nước tại đầu trả nóng rõ như vòi nước nóng sinh hoạt.

Nước đầu ra nóng hơn chưa chắc đồng nghĩa máy truyền được nhiều nhiệt hơn. Khi lưu lượng quá thấp, nước có thể tăng nhiệt rõ hơn trong mỗi lượt nhưng tổng lượng nhiệt đưa vào hồ không nhất thiết cao. Muốn đánh giá định lượng phải đo đồng thời lưu lượng và chênh lệch nhiệt độ nước vào–ra; phần tính toán này cần được trình bày tại bài chuyên sâu riêng.

Dấu hiệu cho thấy máy đang truyền nhiệt bình thường

Có thể kiểm tra theo trình tự sau:

1. Máy bơm tuần hoàn đang chạy và thiết bị không báo lỗi dòng nước.
2. Máy nén đã hoạt động, không chỉ có màn hình hoặc quạt đang bật.
3. Luồng gió ra lạnh hơn không khí hút vào khi máy ở chế độ gia nhiệt.
4. Có thể xuất hiện nước ngưng dưới máy, đặc biệt khi không khí ẩm.
5. Nhiệt độ nước vào và ra có chênh lệch đo được sau khi hệ thống ổn định.
6. Nhiệt độ trung bình của hồ có xu hướng tăng trong quá trình vận hành.

Không nên dùng cảm giác sờ tay lên ống làm căn cứ duy nhất. Sai số cảm nhận, vị trí đo và lớp cách nhiệt có thể dẫn đến kết luận sai.

Nếu máy có lưu lượng nước, máy nén đang chạy và vẫn không tạo được dấu hiệu truyền nhiệt, cần chuyển sang quy trình chẩn đoán riêng thay vì tự nạp môi chất hoặc thay đổi các bảo vệ.

Những giới hạn cần hiểu trước khi chọn máy

Heat Pump không cung cấp một mức công suất cố định trong mọi điều kiện. Nhiệt độ không khí, độ ẩm, nhiệt độ nước, lưu lượng nước, lưu lượng gió và trạng thái bề mặt trao đổi đều có thể làm công suất thực tế thay đổi.

Catalogue vì thế thường công bố hiệu suất tại các điều kiện thử xác định. Cùng một model có thể có công suất và hiệu suất khác nhau khi nhiệt độ không khí thay đổi; không nên lấy giá trị thuận lợi nhất để đại diện cho mùa lạnh hoặc cho nước có nhiệt độ cao hơn điều kiện thử.

Thiết bị cũng không thể bù vô hạn cho phần nhiệt hồ đang mất qua bay hơi, gió, bể cân bằng, đường ống và nước cấp bù. Nếu tải thất thoát gần bằng công suất máy, Heat Pump vẫn chạy nhưng nhiệt độ hồ tăng rất chậm.

Ngoài ra, không phải model nào cũng phù hợp với Jacuzzi, nước nhiệt độ cao hoặc chế độ làm mát. Những ứng dụng này cần kiểm tra dải nhiệt độ vận hành và công suất tại điều kiện sử dụng thực tế.

Câu hỏi thường gặp

Máy bơm nhiệt hồ bơi có phải máy bơm nước không?

Không. Máy bơm tuần hoàn tạo dòng nước. Heat Pump nhận dòng nước đó và truyền nhiệt vào nước.

Heat Pump có hoạt động khi trời không nắng không?

Có. Thiết bị lấy nhiệt từ không khí, không phụ thuộc trực tiếp vào ánh nắng. Tuy nhiên, công suất thay đổi theo nhiệt độ và độ ẩm môi trường.

Máy thổi ra gió lạnh có phải đang làm lạnh hồ không?

Không, khi máy đang ở chế độ gia nhiệt. Gió lạnh xuất hiện vì một phần nhiệt của không khí đã được chuyển sang mạch môi chất rồi sang nước.

Nước ra không nóng rõ có phải máy thiếu công suất không?

Chưa thể kết luận. Nước chỉ tăng nhẹ qua mỗi lượt là hiện tượng thường gặp khi lưu lượng lớn. Phải theo dõi máy nén, lưu lượng, chênh nhiệt đo được và xu hướng nhiệt độ toàn hồ.

Heat Pump có cần một máy bơm nước riêng không?

Không phải hệ thống nào cũng cần. Máy bơm lọc chính có thể cấp nước cho Heat Pump nếu vẫn đáp ứng được lưu lượng yêu cầu sau khi tính tổng tổn thất của đường ống và các thiết bị.

Heat Pump có dùng được cho hồ điện phân muối không?

Có thể, nếu bộ trao đổi nhiệt và các linh kiện tiếp xúc nước phù hợp với ứng dụng. Nhiều model hồ bơi sử dụng Titanium, nhưng vẫn phải duy trì pH, độ mặn và hóa chất trong giới hạn của nhà sản xuất.

Hiểu đúng nguyên lý trước khi chọn công suất

Máy bơm nhiệt hồ bơi không tạo một dòng nước nóng tức thời. Thiết bị liên tục lấy nhiệt từ không khí, nâng nhiệt độ môi chất tại máy nén rồi truyền nhiệt đó sang dòng nước tuần hoàn.

Vì vậy, gió ra lạnh, nước ngưng xuất hiện và nước đầu ra chỉ ấm hơn một mức nhỏ có thể đều là biểu hiện bình thường. Khả năng cuối cùng của hệ thống phải được đánh giá bằng công suất tại điều kiện thiết kế, lưu lượng nước thực tế và tải mất nhiệt của hồ.

Trước khi đối chiếu trong danh mục máy bơm nhiệt Heat Pump hồ bơi, cần chuẩn bị tối thiểu:

• Kích thước, thể tích và diện tích mặt nước.
• Địa điểm công trình.
• Hồ trong nhà hay ngoài trời.
• Nhiệt độ nước hiện tại và nhiệt độ cần duy trì.
• Có bạt phủ hay không.
• Model máy bơm, bình lọc và lưu lượng thực tế nếu đã có.
• Nguồn điện một pha hoặc ba pha.
• Ảnh phòng máy hoặc sơ đồ đường ống nếu hệ thống đã thi công.

Các dữ liệu này giúp phân biệt đúng bài toán chọn thiết bị, phối ghép thủy lực và tải nhiệt, thay vì chọn Heat Pump chỉ theo thể tích hồ hoặc công suất lớn nhất ghi trên catalogue.

Nguồn tham khảo kỹ thuật

Nội dung nguyên lý được đối chiếu với tài liệu Heat Pump của Department of Energy và ENERGY STAR, manual Heat Pump hồ bơi Hayward cùng catalogue Power World đang sử dụng trong Project.