Tính công suất heatpump cho hồ bơi: phương pháp đầy đủ

Phần lớn báo giá bơm nhiệt hồ bơi ở Việt Nam chỉ ghi một con số kW và một dòng “dùng cho hồ đến X m³”. Con số đó không trả lời được câu hỏi thật của chủ đầu tư: bao lâu thì nước nóng lên, và mỗi tháng tốn bao nhiêu điện?

Bài này đưa cách tính đầy đủ, bằng những phép tính anh kiểm chứng được trên giấy. Cuối bài có bảng tính mẫu cho một hồ 50 m³.

Hai bài toán khác nhau, hay bị gộp làm một

Máy chọn theo bài toán gia nhiệt thì nhanh nóng nhưng có thể thừa công suất khi chạy duy trì. Máy chọn theo bài toán duy trì thì rẻ hơn nhưng lần đầu khởi động có khi mất hai ba ngày. Phải tính cả hai rồi mới chọn.

Phần 1 — Năng lượng cần để nâng nhiệt độ

Đây là phép tính vật lý thuần tuý, không có hệ số kinh nghiệm nào:

E (kWh) = V (m³) × ΔT (°C) × 1,163

Hệ số 1,163 đến từ nhiệt dung riêng của nước: 4,186 kJ/kg·K × 1.000 kg/m³ ÷ 3.600 s/h = 1,163 kWh cho mỗi m³ nước nâng lên 1 °C. Con số này cố định, không phụ thuộc thiết bị.

Ví dụ

Hồ 50 m³, nước đang 24 °C, muốn đưa lên 30 °C. ΔT = 6 °C.

E = 50 × 6 × 1,163 = 348,9 kWh nhiệt

Đây là nhiệt lượng cần đưa vào nước, chưa phải điện năng tiêu thụ.

Phần 2 — Từ nhiệt lượng ra thời gian và ra điện

Bơm nhiệt không sinh nhiệt, nó bơm nhiệt từ không khí vào nước. Tỉ số giữa nhiệt sinh ra và điện tiêu thụ gọi là COP.

Thời gian gia nhiệt (giờ) = E ÷ Công suất nhiệt của máy (kW)

Điện tiêu thụ (kWh) = E ÷ COP

Tiếp ví dụ trên, với một máy có công suất nhiệt 14 kW và COP 5,0

• Thời gian: 348,9 ÷ 14 = 24,9 giờ — khoảng một ngày một đêm chạy liên tục
• Điện tiêu thụ cho lần gia nhiệt đó: 348,9 ÷ 5,0 = 69,8 kWh

Hai con số này là thứ nên có trong mọi báo giá. Nếu nhà cung cấp không đưa được, anh có đủ dữ kiện để tự tính, miễn là họ cho biết công suất nhiệt và COP.

Phần 3 — Cạm bẫy của chỉ số COP

Đây là chỗ sai lệch lớn nhất giữa catalogue và thực tế.

COP không phải một con số, nó là một đường cong. COP công bố trên catalogue được đo ở một điều kiện thử cụ thể — thường là không khí ấm, độ ẩm cao, nước vào ở nhiệt độ thấp. Đó là điều kiện thuận lợi nhất cho máy.

COP thực tế giảm khi:

• Nhiệt độ không khí giảm — đây là biến ảnh hưởng mạnh nhất
• Nhiệt độ nước đích tăng (đưa nước lên 32 °C tốn hơn nhiều so với lên 28 °C)
• Độ ẩm không khí thấp

Hệ quả thực tế: một máy ghi COP 5,0 trên catalogue có thể chỉ đạt quanh 3 khi chạy đêm mùa lạnh ở Đà Lạt hay Sa Pa. Điện tiêu thụ khi đó tăng khoảng 60% so với tính toán theo COP catalogue.

Điều cần hỏi nhà cung cấp, bằng văn bản: COP công bố đo ở nhiệt độ không khí bao nhiêu, nhiệt độ nước vào bao nhiêu, độ ẩm bao nhiêu? Và công suất nhiệt còn lại bao nhiêu ở 15 °C không khí? Nhà cung cấp nghiêm túc sẽ có bảng này. Nếu họ không có, đó là thông tin đáng ghi nhận.

Phần 4 — Bài toán duy trì nhiệt

Nước nóng hơn không khí thì luôn mất nhiệt. Đường mất nhiệt lớn nhất của hồ bơi ngoài trời là bay hơi mặt nước — lớn hơn nhiều so với dẫn nhiệt qua thành hồ và bức xạ.

Tổn thất bay hơi phụ thuộc vào diện tích mặt nước, chênh lệch nhiệt độ nước và không khí, độ ẩm, và trên hết là tốc độ gió trên mặt nước. Vì gió là biến khó dự báo nhất, mọi con số tổn thất tính trên giấy đều là ước lượng.

Tôi không đưa ra một hệ số tổn thất cố định ở đây, vì con số đó thay đổi quá nhiều theo vị trí công trình — hồ trong sân kín khuất gió và hồ trên sân thượng lộng gió chênh nhau rất xa. Cách làm đúng là lấy số liệu tổn thất từ nhà cung cấp thiết bị cho đúng điều kiện công trình, hoặc đo thực tế.

Phép đo tổn thất thực tế, làm được trong một ngày

1. Nâng nước lên nhiệt độ đích, ví dụ 30 °C
2. Tắt bơm nhiệt, giữ nguyên chế độ tuần hoàn bình thường
3. Sau đúng 24 giờ, đo lại nhiệt độ nước. Giả sử còn 28,5 °C, tức tụt 1,5 °C
4. Năng lượng mất trong 24 giờ: 50 × 1,5 × 1,163 = 87,2 kWh nhiệt/ngày
5. Công suất duy trì cần thiết: 87,2 ÷ 24 = 3,6 kW nhiệt chạy liên tục

Con số đo được này đáng tin hơn mọi phép tính lý thuyết, vì nó đã bao gồm đúng gió, đúng độ ẩm, đúng hướng nắng của công trình anh.

Phần 5 — Tấm phủ mặt nước

Vì bay hơi là đường mất nhiệt chính, che mặt nước là biện pháp tiết kiệm mạnh nhất, và rẻ hơn mọi phương án thiết bị. Một tấm phủ nổi cắt phần lớn tổn thất bay hơi trong thời gian che.

Tôi chưa chắc con số phần trăm cụ thể cho điều kiện Việt Nam — các con số thường được trích dẫn đến từ nghiên cứu ở khí hậu khác. Cách kiểm chứng đúng là làm lại phép đo 24 giờ ở mục trên, một lần có phủ và một lần không phủ, trên chính hồ của anh. Chênh lệch giữa hai lần đo là con số thật.

Bảng tính mẫu — hồ 50 m³, nâng 24 °C lên 30 °C

Chúng tôi không quy con số này ra tiền. Giá điện phụ thuộc biểu giá áp dụng cho công trình — sinh hoạt bậc thang, kinh doanh hay sản xuất đều khác nhau, và biểu giá thay đổi theo thời gian. Anh nhân 654 kWh với đơn giá đang áp dụng cho công trình của mình để ra con số thật.

Bốn câu hỏi nên đưa vào yêu cầu báo giá

1. Công suất nhiệt (kW) và COP, kèm điều kiện đo của cả hai con số
2. Bảng công suất và COP ở các mức nhiệt độ không khí khác nhau, đặc biệt ở 15 °C
3. Thời gian gia nhiệt dự kiến cho đúng thể tích hồ của công trình, từ nhiệt độ nước thực tế lên nhiệt độ đích
4. Điện năng tiêu thụ ước tính mỗi tháng ở chế độ duy trì, kèm giả định về tổn thất đã dùng để tính

Nhà cung cấp trả lời được bốn câu này là nhà cung cấp đã tính thật. Nhà cung cấp chỉ nói “máy này dùng cho hồ 50 khối” thì chưa tính gì cả.

Hai điều cần nói rõ

1. Chúng tôi không khuyến nghị một hãng hay model cụ thể trong bài này. Thông số công bố thay đổi theo lô hàng và theo thị trường, và một con số viết hôm nay có thể sai sau sáu tháng. Phương pháp tính thì không đổi.
2. Mọi phép tính trên đều giả định hệ tuần hoàn đang hoạt động đúng. Bơm nhiệt lắp vào một hệ lưu lượng thiếu sẽ không đạt công suất danh định, dù máy không hỏng.

Trước khi đầu tư bơm nhiệt, nên biết chắc hệ tuần hoàn hiện tại đang chạy đúng lưu lượng thiết kế. Đó là nội dung của một buổi kiểm toán hệ thống hồ bơi — đo trước, mua sau.

Nếu anh đã có thiết bị và cần người vận hành đúng, giữ nhật ký nhiệt độ và điện năng theo tháng, xem gói bảo trì và vận hành.

Xem thêm: bảng kiểm bàn giao phòng máy hồ bơi.