Bộ thu hồi nhiệt trong máy cấp khí tươi hoạt động như thế nào?

Bộ thu hồi nhiệt là bộ phận quan trọng trong hệ thống cấp khí tươi, giúp tận dụng lại năng lượng nhiệt từ luồng khí thải để làm nóng hoặc làm mát luồng khí mới đưa vào. Cùng Nguyễn Vũ, kỹ thuật viên của NEFA AirPro tìm hiểu về công nghệ thu hồi nhiệt giúp giảm thất thoát năng lượng, tiết kiệm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả sử dụng của hệ thống thông gió hiện đại này trong bài viết dưới đây.

Bộ thu hồi nhiệt là gì?

Bộ thu hồi nhiệt (Heat Recovery Unit) hay còn gọi là bộ trao đổi nhiệt, bộ thu hồi năng lượng là thiết bị có nhiệm vụ truyền nhiệt giữa hai luồng không khí mà không để chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau.

Trong quá trình thông gió, luồng khí trong nhà sau khi sử dụng thường mang theo một lượng năng lượng nhiệt nhất định. Nếu thải trực tiếp ra ngoài môi trường, lượng nhiệt này sẽ bị mất đi.

Bộ thu hồi nhiệt giúp tận dụng phần năng lượng này bằng cách truyền nhiệt từ luồng khí thải sang luồng khí cấp mới, từ đó giảm tải cho hệ thống xử lý nhiệt và duy trì môi trường trong nhà ổn định hơn.

Nguyên lý này giúp tận dụng năng lượng sẵn có thay vì phải sử dụng thêm nhiều năng lượng để xử lý hoàn toàn nguồn khí mới.

Vai trò của bộ thu hồi nhiệt trong cấu tạo máy cấp khí tươi

Trong cấu tạo máy cấp khí tươi, bộ thu hồi nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng giữa chất lượng không khí và hiệu quả sử dụng năng lượng.

Bộ phận này hoạt động kết hợp với các thành phần khác như màng lọc không khí, quạt cấp khí, cảm biến chất lượng không khí và bộ điều khiển để đảm bảo luồng khí mới được đưa vào không gian sử dụng với mức tiêu hao năng lượng thấp hơn.

Nhờ khả năng tận dụng lại nhiệt lượng từ luồng khí thải, bộ thu hồi nhiệt giúp hệ thống cấp khí tươi giảm thất thoát năng lượng, nâng cao hiệu suất vận hành và phù hợp với các công trình yêu cầu cao về tiết kiệm điện cũng như chất lượng môi trường trong nhà.

Nguyên lý hoạt động của bộ thu hồi nhiệt

Bộ thu hồi nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt giữa hai dòng khí có nhiệt độ khác nhau. Trong quá trình vận hành, hai luồng khí sẽ đi qua bộ trao đổi nhiệt theo các hướng riêng biệt:

• Luồng khí thải trong nhà → Bộ thu hồi nhiệt → Thải ra ngoài
• Luồng khí tươi bên ngoài → Bộ thu hồi nhiệt → Được cấp vào không gian sử dụng

Khi hai luồng khí đi qua bộ thu hồi nhiệt, năng lượng nhiệt sẽ được truyền qua lớp vật liệu trao đổi nhiệt.

Vào mùa lạnh, luồng khí thải ấm từ trong nhà sẽ truyền nhiệt cho không khí lạnh bên ngoài trước khi được đưa vào phòng. Nhờ đó, không khí cấp vào có nhiệt độ cao hơn và giảm tải cho hệ thống sưởi hoặc thiết bị làm nóng.

Ngược lại, vào mùa nóng, luồng khí thải mát hơn từ bên trong có thể giúp làm giảm nhiệt độ của luồng khí nóng bên ngoài trước khi đưa vào nhà, giúp giảm tải cho hệ thống làm lạnh.

Cấu tạo của bộ thu hồi nhiệt

Một bộ thu hồi nhiệt thường gồm các thành phần chính như:

Trong đó, lõi trao đổi nhiệt là bộ phận quan trọng nhất, quyết định hiệu suất thu hồi năng lượng của thiết bị.

Các loại bộ thu hồi nhiệt phổ biến

Hiện nay, các hệ thống cấp khí tươi thường sử dụng hai nhóm công nghệ thu hồi năng lượng phổ biến là bộ thu hồi nhiệt dạng tấm (Plate Heat Exchanger) và bộ thu hồi năng lượng dạng màng trao đổi ẩm (Enthalpy Heat Exchanger). Mỗi loại có nguyên lý hoạt động và khả năng đáp ứng khác nhau, phù hợp với từng điều kiện khí hậu và yêu cầu sử dụng của công trình.

Bảng so sánh bộ thu hồi nhiệt dạng tấm và bộ thu hồi năng lượng dạng màng

Cụ thể:

Bộ thu hồi nhiệt dạng tấm (Plate Heat Exchanger)

Bộ thu hồi nhiệt dạng tấm là loại được sử dụng phổ biến trong nhiều hệ thống thông gió nhờ thiết kế đơn giản, độ ổn định cao và khả năng vận hành bền bỉ.

Cấu tạo của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm gồm nhiều lớp tấm mỏng được bố trí xen kẽ, tạo thành các đường dẫn khí riêng biệt cho hai luồng khí đi qua. Luồng khí thải từ bên trong công trình và luồng khí tươi từ bên ngoài sẽ di chuyển qua các khe dẫn khác nhau nhưng không tiếp xúc trực tiếp với nhau.

Trong quá trình này, nhiệt lượng sẽ được truyền qua bề mặt các tấm trao đổi nhiệt. Vào mùa lạnh, nhiệt từ luồng khí ấm được thải ra ngoài sẽ truyền sang luồng khí lạnh đi vào. Ngược lại, vào mùa nóng, luồng khí mát bên trong có thể hỗ trợ làm giảm nhiệt độ của luồng khí nóng bên ngoài.

Nhờ cơ chế trao đổi nhiệt gián tiếp, bộ thu hồi nhiệt dạng tấm giúp giảm lượng năng lượng cần thiết để xử lý nhiệt độ không khí, từ đó nâng cao hiệu quả tiết kiệm năng lượng.

Ưu điểm nổi bật của loại này là:

• Kết cấu đơn giản, dễ bảo trì.
• Không có nhiều bộ phận chuyển động nên độ bền cao.
• Khả năng vận hành ổn định trong thời gian dài.
• Hiệu suất trao đổi nhiệt duy trì tốt.

Bộ thu hồi nhiệt dạng tấm thường phù hợp với các công trình cần tối ưu khả năng tiết kiệm năng lượng nhưng không yêu cầu kiểm soát độ ẩm quá cao.

Bộ thu hồi năng lượng dạng màng trao đổi ẩm (Enthalpy Heat Exchanger)

Khác với bộ thu hồi nhiệt dạng tấm chỉ tập trung vào việc trao đổi nhiệt độ, bộ thu hồi năng lượng dạng màng trao đổi ẩm có khả năng trao đổi đồng thời nhiệt lượng và độ ẩm giữa hai luồng không khí.

Cấu tạo của loại này sử dụng vật liệu màng trao đổi năng lượng đặc biệt, cho phép nhiệt và một phần hơi ẩm được truyền qua giữa hai dòng khí nhưng vẫn hạn chế sự hòa trộn trực tiếp của không khí.

Nhờ khả năng trao đổi cả nhiệt độ và độ ẩm, bộ thu hồi năng lượng giúp duy trì môi trường trong nhà dễ chịu hơn, đặc biệt trong những khu vực có khí hậu nóng ẩm.

Ví dụ, vào mùa hè tại những khu vực có độ ẩm cao, luồng khí thải mát và khô hơn từ bên trong có thể hỗ trợ giảm tải nhiệt và độ ẩm cho luồng khí nóng ẩm bên ngoài trước khi đưa vào không gian sử dụng.

Những ưu điểm chính của bộ thu hồi năng lượng dạng màng gồm:

• Kiểm soát đồng thời nhiệt độ và độ ẩm.
• Giúp giảm tải cho hệ thống điều hòa.
• Nâng cao mức độ tiện nghi trong không gian sử dụng.
• Phù hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm.

Loại bộ thu hồi này thường được ưu tiên cho các công trình yêu cầu cao về chất lượng không khí và sự thoải mái như biệt thự cao cấp, khách sạn, văn phòng, trung tâm thương mại hoặc các công trình hoạt động liên tục.

Nên lựa chọn loại bộ thu hồi nhiệt nào?

Việc lựa chọn bộ thu hồi nhiệt cần dựa trên điều kiện khí hậu, yêu cầu sử dụng và mục tiêu vận hành của từng công trình.

Đối với các công trình thông thường cần giảm thất thoát nhiệt và tiết kiệm năng lượng, bộ thu hồi nhiệt dạng tấm là lựa chọn phù hợp nhờ thiết kế đơn giản, độ bền cao và chi phí hợp lý.

Trong khi đó, tại những khu vực có khí hậu nóng ẩm như Việt Nam hoặc các công trình yêu cầu cao về sự tiện nghi, bộ thu hồi năng lượng dạng màng trao đổi ẩm thường mang lại hiệu quả tốt hơn nhờ khả năng kiểm soát cả nhiệt độ và độ ẩm.

Việc lựa chọn đúng công nghệ thu hồi nhiệt giúp hệ thống cấp khí tươi đạt hiệu quả cao hơn, giảm chi phí vận hành và duy trì môi trường không khí trong nhà ổn định trong thời gian dài.

Hiệu suất thu hồi nhiệt phụ thuộc vào yếu tố nào?

Hiệu suất của bộ thu hồi nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố liên quan đến cấu tạo thiết bị, điều kiện vận hành và đặc điểm của từng công trình. Việc lựa chọn đúng loại bộ trao đổi nhiệt và tính toán phù hợp giúp tối ưu khả năng tận dụng năng lượng, giảm thất thoát nhiệt và nâng cao hiệu quả vận hành lâu dài.

Vật liệu lõi trao đổi nhiệt

Lõi trao đổi nhiệt là bộ phận quan trọng nhất quyết định khả năng truyền nhiệt giữa hai luồng không khí. Vật liệu có khả năng dẫn nhiệt tốt sẽ giúp quá trình trao đổi năng lượng diễn ra nhanh hơn, từ đó nâng cao hiệu suất thu hồi nhiệt.

Hiện nay, các vật liệu thường được sử dụng cho lõi trao đổi nhiệt gồm nhôm, polymer kỹ thuật và màng trao đổi nhiệt chuyên dụng.

Trong đó, lõi nhôm có ưu điểm về khả năng truyền nhiệt tốt, độ bền cao và thường được sử dụng trong các bộ thu hồi nhiệt dạng tấm. Vật liệu polymer hoặc màng trao đổi năng lượng lại có khả năng hỗ trợ trao đổi thêm độ ẩm, phù hợp với những hệ thống yêu cầu kiểm soát môi trường cao.

Việc lựa chọn vật liệu phù hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền nhiệt, độ bền và hiệu quả tiết kiệm năng lượng của bộ thu hồi.

Chênh lệch nhiệt độ giữa hai luồng khí

Mức chênh lệch nhiệt độ giữa luồng khí cấp mới và luồng khí thải là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả trao đổi nhiệt.

Khi sự khác biệt nhiệt độ giữa hai dòng khí càng lớn, quá trình truyền nhiệt diễn ra càng rõ rệt và lượng năng lượng có thể thu hồi càng cao.

Ví dụ, vào mùa lạnh, khi nhiệt độ không khí bên ngoài thấp hơn nhiều so với nhiệt độ bên trong công trình, luồng khí thải mang nhiệt từ bên trong sẽ truyền lại một phần nhiệt lượng cho luồng khí mới trước khi đưa vào sử dụng.

Ngược lại, vào mùa nóng, bộ thu hồi nhiệt có thể tận dụng luồng khí mát hơn từ bên trong để giảm bớt nhiệt độ của không khí nóng bên ngoài, giúp giảm tải cho hệ thống làm lạnh.

Lưu lượng không khí qua bộ thu hồi nhiệt

Lưu lượng không khí là yếu tố cần được tính toán chính xác khi thiết kế hệ thống. Nếu lưu lượng khí đi qua bộ thu hồi nhiệt quá lớn, thời gian tiếp xúc giữa không khí và bề mặt trao đổi nhiệt sẽ giảm xuống. Khi đó, quá trình truyền nhiệt không đạt hiệu quả tối đa.

Ngược lại, nếu lưu lượng quá thấp, lượng không khí được xử lý không đủ để đáp ứng nhu cầu thông gió của công trình.

Vì vậy, bộ thu hồi nhiệt cần được lựa chọn dựa trên lưu lượng khí thực tế, đảm bảo sự cân bằng giữa:

• Khả năng thu hồi năng lượng.
• Nhu cầu cấp khí.
• Mức tiêu thụ điện của hệ thống.
• Lợi ích của bộ thu hồi nhiệt

Việc sử dụng bộ thu hồi nhiệt giúp tận dụng lại phần năng lượng vốn bị thất thoát trong quá trình trao đổi không khí. Thay vì thải hoàn toàn luồng khí đã được xử lý ra môi trường, hệ thống có thể thu hồi một phần nhiệt lượng để hỗ trợ xử lý luồng khí mới.

Nhờ đó, bộ thu hồi nhiệt mang lại nhiều lợi ích như giảm tải cho hệ thống điều hòa, tiết kiệm điện năng vận hành và duy trì nhiệt độ trong không gian ổn định hơn.

Đặc biệt với các công trình hoạt động liên tục như văn phòng, khách sạn, trường học, bệnh viện hoặc biệt thự cao cấp, khả năng tiết kiệm năng lượng từ bộ thu hồi nhiệt có thể giúp giảm đáng kể chi phí vận hành trong thời gian dài.

Những lưu ý khi lựa chọn bộ thu hồi nhiệt

Để lựa chọn bộ thu hồi nhiệt phù hợp, cần đánh giá dựa trên điều kiện thực tế của từng công trình thay vì chỉ dựa vào công suất thiết bị.

Các yếu tố quan trọng cần xem xét gồm:

• Lưu lượng không khí cần xử lý.
• Hiệu suất thu hồi nhiệt của thiết bị.
• Điều kiện khí hậu khu vực lắp đặt.
• Yêu cầu kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm.
• Không gian bố trí thiết bị.

Đối với những khu vực có khí hậu nóng ẩm như Việt Nam, các công trình yêu cầu cao về sự tiện nghi thường ưu tiên sử dụng bộ thu hồi năng lượng (Enthalpy Heat Exchanger) vì thiết bị có khả năng kiểm soát đồng thời nhiệt độ và độ ẩm, giúp môi trường trong nhà dễ chịu hơn.

Bộ thu hồi nhiệt là giải pháp quan trọng giúp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong các hệ thống thông gió hiện đại. Bằng cách tận dụng nhiệt từ luồng khí thải để xử lý luồng khí mới, thiết bị giúp giảm chi phí vận hành, duy trì môi trường trong nhà ổn định và góp phần tiết kiệm năng lượng lâu dài.

Việc lựa chọn đúng loại bộ thu hồi nhiệt hoặc bộ thu hồi năng lượng dựa trên nhu cầu sử dụng thực tế sẽ giúp hệ thống đạt hiệu suất cao hơn và phù hợp với từng loại công trình.