Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hệ số COP của bơm nhiệt cấp nước nóng công suất nhỏ dùng môi chất R32 và R410A

nhiệt của dàn bay hơi, Dttb(K) là độ chênh
nhiệt độ trung bình logarit.
Năng suất nhiệt dàn nóng của bơm nhiệt:
Qk = m:qk; kW (3)
Trong đó: qk(kJ/kg) là năng suất nhiệt riêng của dàn
nóng.
Diện tích trao đổi nhiệt của dàn nóng được tính như
sau:
Fk =
Qk
kk:4ttb
; m2 (4)
Trong đó: Qk(kW) là nhiệt lượng truyền cho nước của
dàn nóng, kk(W/m2k) là hệ số truyền nhiệt của dàn
nóng.
Công nén riêng:
l = h2h1;

kJ
kg

(5)
Trong đó: h1(kJ/kg), h2(kJ/kg) lần lượt là enthalpy
của môi chất lạnh vào và ra khỏi máy nén.
Nhiệt lượng cần thiết để gia nhiệt cho nước:
Qdun =M:Cp (tnn tbd) ; kJ (6)
t =
Qdun
Qk
; s (7)
Trong đó: M(lít) là lượng nước cần gia nhiệt,
Cp(J/kgK) là nhiệt dung riêng của nước, tbđ(oC) và
tnn(oC) là nhiệt độ nước ban đầu và nhiệt độ nước
nóng sau khi gia nhiệt, t(giây) là thời gian gia nhiệt
nước từ tbđ(oC) đến tnn(oC).
Hệ số COP của bơm nhiệt cấp nước như sau:
COP=
Qk
Pe
(8)
Trong đó: Pe tổng điện năng tiêu thụ cho máy nén
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU SỬ
DỤNGHỆ THỐNG BƠMNHIỆT THÍ
NGHIỆM
Mô tả hệ thống
Hai bơm nhiệt gia nhiệt nước nóng dùng môi chất
lạnhR410Avàmôi chất lạnhmớiR32 có sơ đồnguyên
lý như Hình 2. Ở nghiên cứu này, hai bơm nhiệt thiết
kế có thông số giống nhau một bơm nhiệt dùng môi
chất lạnh làR410Avà bơmnhiệt còn lại dùngmôi chất
lạnh mới R32, máy nén có công suất 1 Hp, dàn lạnh
của hệ thống điều hòa không khí tiêu chuẩn RAC.
Dàn nóng dùng để gia nhiệt cho nước nóng là ống
lồng trong ống dẫn nước cấp sau đó cấp vào bồn chứa.
Bồn chứa nước nóng có thể tích 100 lít được bọc cách
nhiệt bằng bông thủy tinh dày 30mmđể giảm tổn thất
nhiệt. Nhiệt độ nước nóng ra khỏi dàn nóng vào bồn
chứa yêu cầu là 50oC và lượng nước nóng yêu cầu là
75 lít/mẻ và được khống chế bởi van phao. Hệ thống
được lắt đặt rơ le áp suất cao ở đầu đẩy củamáy nén để
bảo vệ an toàn hệ thống khi áp suất ngưng tụ Pk vượt
quá mức cho phép. Nước nóng qua dàn nóng nhờ
bơm nước cấp và điều chỉnh lưu lượng thông qua bộ
điều chỉnh lưu lượng. Mô hình thí nghiệp thực tế như
Hình 3.
426
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 3(2):425-431
Hình 2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống bơm nhiệt đun nước nóng
Hình 3: Hệ thống bơm nhiệt cấp nước nóng
Phương pháp thí nghiệm
Trong nghiên cứu này, thời gian thực nghiệm được
thực hiện từ 7h 30 phút đến 16h30 phút cho tất cả
các ngày. Lưu lượng nước cấp qua dàn ngưng có thể
thay đổi nhờ bộ điều chỉnh lưu lượng và đo bằng lưu
lượng kế LZM-15Z(sai số 2%). Điện năng tiêu thụ
đo bằng đồng hồ đo điện PZEM-061 (độ chính xác
1%). Nhiệt độ nước nóng sau khi gia nhiệt, nhiệt
độ nước cấp vào và nhiệt độmôi trường được đo bằng
cảm biến nhiệt độ Ewelly (độ chính xác0,5 oC). Áp
suất ngưng tụ và bay hơi được đo bằng đồng hồ áp
suất HT60-30BS (cấp chính xác: 2).
Số liệu thí nghiệm được đo và ghi với khoảng thời
gian 5 phút và được lưu vào file excel để thực hiện
tính toán. Khi thí nghiệm, bơm nước cấp nước qua
dàn nóng, quạt dàn lạnh và máy nén chạy. Các giá
trị đo như điện năng, lưu lượng nước, áp suất, nhiệt
độ được ghi 5 phút một lần cho đến khi nước nóng
trong bồn chứa đạt 75 lít thì van phao ngắt hệ thống
bơm nhiệt. Trong nghiên cứu này, khi thí nghiệm với
trường hợp nhiệt độ nước cấp ban đầu thay đổi từ 26
oC đến 35 oC thì nước cấp được làm lạnh và gia nhiệt
trước ở bồn tích trữ đến nhiệt độ yêu cầu và được khấy
đều để tránh nước bị phân tầng trước khi cấp qua dàn
nóng. Đối với trường hợp thí nghiệm với nhiệt độ
môi trường thay đổi thì các thí nghiệmđược thực hiện
trong nhiều ngày và thực hiện nhiều mẻ trong ngày
để chọn được giá trị nhiệt độ mongmuốn, đối với các
giá trị nhiệt độ môi trường thấp thì thực hiện trong
phòng thí nghiệm.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Hình 4: Ảnh hưởng của lưu lượng nước cấp vào dàn
nóng đến hệ số COP
Sự ảnh hưởng của lưu lượng nước cấp qua dàn nóng
đến hệ số COP được thể hiện như Hình 4. Khi lưu
lượng tăng trong khoảng từ 2 lít/phút đến 2.3 lít/phút
thì nhiệt độ nước nóng sau dàn ngưng của cả hai bơm
nhiệt R410A vàR32 gảm từ 53 oCđến 50 oC, trong khi
427
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 3(2):425-431
hệ số COP tăng tương ứng lần lượt là 3.54 đến 3.87 và
từ 4.25 đến 4.58. Khi lưu lượng nước cấp tăng từ 2.3
lit/phút đến 3.2 lít/phút thì nhiệt độ nước nóng của cả
hai bơm nhiệt giảm từ 50 oC đến 45 oC. Trong khi hệ
số COP của bơmnhiệt R410A tăng từ 3.87 đến 4.54 và
bơm nhiệt R32 tăng từ 4.58 đến 5.31. Lý do khi tăng
lưu lượng nước cấp qua dàn nóng thì nhiệt độ nước
nóng sau dàn nóng giảm còn hệ sốCOP tăng là do quá
trình trao đổi nhiệt giữa môi chất và nước cấp tăng
lên, Bên cạnh đó, nhiệt độ ngưng tụ giảm dẫn đến áp
suất ngưng tụ Pk giảm nên công nén giảm. Trong khi
áp suất bay hơi Po gần như tuyến tính (chi tiết xem
Hình 5).
Hình 5: Ảnh hưởng của lưu lượng nước cấp vào dàn
nóng đến áp suất ngưng tụ và áp suất bay hơi
Hình 6: Ảnh hưởng của nhiệt độmôi trường đến hệ
số COP
Sự ảnh hưởng của nhiệt độmôi trường đến hệ sốCOP
của hai bơm nhiệt R410A và R32 được thể hiện như
Hình 6. Trong nghiên cứu này, lưu lương nước cấp
cho dàn nóng là 2.3 lit/phút và nhiệt độ nước ban
đầu là 29 oC, kết quả cho thấy rằng khi nhiệt độ môi
trường tăng từ 29 oC đến 34 oC thì hệ số COP của
bơm nhiệt R410A và R32 tăng lần lượt từ 3.41 đến 4.1
và 4.03 đến 4.61. Sự tăng hệ số COP khi nhiệt độ môi
trường tăng nên nhiệt lượng nhận được tại dàn lạnh
tăng dẫn đến nhiệt lượng nhả cho nước tại dàn nóng
tăng, thời gian gia nhiệt nước nóng cho một mẻ 75 lít
nước nóng giảm xuống nến hệ số COP của cả hai bơm
nhiệt R410A và R32 tăng.
Hình 7: Ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp vào đến
hệ số COP
Sự ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp ban đầu qua dàn
nóng đến hệ số COP được thể hiện như Hình 7. Từ
đồ thị ta thấy rằng, khi nhiệt độ nước cấp ban đầu qua
dàn ngưng tăng từ 26 oC đến 35 oC thì hệ số COP của
bơm nhiệt R410A và R32 dao động giảm lần lượt từ
3.92 đến 3.62 và trong khi bơm nhiệt 4.68 đến 4.24.
Hệ số COP của bơm nhiệt R32 cao hơn trong khoảng
10% đến 15% so với bơm nhiệt R410A. Hệ số COP
giảm là do sự tăng nhiệt độ của nước cấp dẫn đến quá
trìnhnhảnhiệt củamôi chất chonước giảmdần, nhiệt
độ ngưng tụ tăng, công nén tăng nên COP giảm.
Hình 8: Sự thay đổi hệ số COP của hệ thống bơm
nhiệt R32 ở các nhiệt độ nước cấp vào dàn nóng
khác nhau trong điều kiện nhiệt độmôi trường thay
đổi
Sự ảnh hưởng của nhiệt độ nước cấp ban đầu, nhiệt độ
môi trường đến hệ số COP của cả hai bơm nhiệt được
428
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 3(2):425-431
Hình 9: Sự thay đổi hệ số COP của hệ thống bơm
nhiệt R410A ở các nhiệt độ nước cấp vào dàn nóng
khác nhau trong điều kiện nhiệt độmôi trường thay
đổi
thể nhiện như Hình 8 và Hình 9. Thí nghiệm được
thực hiện với lưu lượng là 2.3 lít/phút, nhiệt độ môi
trường thay đổi từ 29 C đến 34 C và nhiệt độ nước
cấp ban đầu vào dàn nóng thay đổi từ 26 Cđến 35 C,
nhiệt độ nước nóng yêu cầu là 50 oC. Kết quả cho thấy
khi nhiệt độ nước cấp ban đầu tăng từ 26 oC đến 35
oC tương ứng với một giá trị nhiệt độ môi trường thì
hệ số COP của cả hai bơm nhiệt đều giảm. Điều này
là do sự tăng nhiệt độ nước cấp ban đầu vào dàn nóng
nên nhiệt độ ngưng tụ và công nén tăng dẫn đến COP
giảm. Tuy nhiên, ứng với mỗi giá trị nhiệt độ nước
cấp không đổi, khi nhiệt độ môi trường tăng thì COP
tăng. Tóm lại, khi nhiệt độ môi trường thay đổi từ 29
C đến 34 C và nhiệt độ nước cấp ban đầu vào dàn
nóng thay đổi từ 26 C đến 35 C thì hệ số COP của
bơm nhiệt R32 cao hơn của bơm nhiệt R410A trong
khoảng từ 9% đến 15%.
KẾT LUẬN
Bài báo trình bày nghiên cứu thực nghiệm đánh giá
hệ số COP của bơm nhiệt gia nhiệt nước nóng công
suất nhỏ sử dụng môi chất lạnh R410A và môi chất
lạnh mới R32. Kết quả cho thấy:
• Ở điều kiện khí hậu phía nam Việt Nam, nhiệt
độ nước nóng yêu cầu là 50 oC thì áp suất ngưng
tụ, bay hơi của bơmnhiệt R410A từ 24.6 bar đến
31.1 bar và 9.6 bar đến 10.5 bar, còn đối với bơm
nhiệt R32 là từ 25.8 bar đến 30.5 bar và từ 12.5
bar đến 12.9 bar.
• Khi thí nghiệm so sánh hệ số COP ở các điều
kiện thay đổi của nhiệt độ nước cấp ban đầu qua
dàn nóng, nhiệt độ môi trường thì hệ số COP
của bơm nhiệt R32 cao hơn bơm nhiệt R410A
trong khoảng từ 9% đến 15%.
Vậy việc ứng dụng môi chất lạnh mới R32 vào bơm
nhiệt công suất nhỏ nhằm tiết kiệmđiện năng và giảm
sự làm nóng trái đất là điều cần thiết.
DANHMỤC TỪ VIẾT TẮT
GWP (Global Warming Potential): chỉ số đánh giá
mức độ gây ra hiệu ứng nhà kính.
RAC (Room air conditioner): hệ thống điều hòa
không khí tiêu chuẩn
COP (coefficient of performance): hệ số nhiệt của
bơm nhiệt.
XUNGĐỘT LỢI ÍCH
Nhóm tác giả xin camđoan rằng không có bất kỳ xung
đột lợi ích nào trong công bố bài báo.
ĐÓNGGÓP CỦA TÁC GIẢ
Tác giả Lê Minh Nhựt: đưa ra ý tưởng, định hướng
nghiên cứu, xử lý dữ liệu, tính toán, viết bản thảo và
bản chính.
Tác giả Trần Quang Danh: thu thập dữ liệu.
LỜI CẢMƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn trường Đại học Sư
phạmKỹ thuật Tp.HCM đã tạo điều kiện để nhóm tác
giả thực hiện nghiên cứu này.
TÀI LIỆU THAMKHẢO
1. ;Available from: https://www.mitsubishielectric.co.nz/
hotwater/benefits.aspx.
2. Mariusz S,MarekM. Effect of heat capacitymodulation of heat
pump to meet variable hot water demand. Appl Therm Eng.
2020;165:114591. Available from: https://doi.org/10.1016/j.
applthermaleng.2019.114591.
3. Pu-Hang J, et al. Experimental investigation of R410A and R32
falling film evaporation on horizontal enhance tubes. Appl
Therm Eng. 2018;137:739–748. Available from: https://doi.
org/10.1016/j.applthermaleng.2018.03.060.
4. Chen X, et al. Heating performance comparison of R410A and
its substitutions in air-to-water heat pumps with vapor injec-
tion.Int. Journal of Refrgeration. 2018;96:78–87. Available
from: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.09.007.
5. Jaime S, et al. Influence of the refrigerant charge in an
R407C liquid-to-water heat pump for space heating and do-
mestic hot water production. Int Journal of Refrgeration.
2020;110:28–37. Available from: https://doi.org/10.1016/j.
ijrefrig.2019.10.021.
6. Cho LS, et al. Performance comparison between R410A and
R32multi-heat pumpswith a sub-cooler vapor injection in the
heating and coolingmodes. Energy. 2016;112:129–187. Avail-
able from: https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.06.069.
7. Kim DH, et al. Optimal temperature between high and low
stage cycles for R134a/R410A cascade heat pump based wa-
ter heater system. Experimental Thermal and Fliud Science.
2013;47:172–179. Available from: https://doi.org/10.1016/j.
expthermflusci.2013.01.013.
8. Cheng Z, et al. Numerical research on R32/R1234ze(E)
air Source heat pump under variable mass concentration.
2017;82:1–10. Available from: https://doi.org/10.1016/j.
ijrefrig.2017.06.014.
429
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 3(2):425-431
9. Xiaolong LV, et al. Solar-assisted auto-cascade heat pump cy-
cle with zeotropic mixture R32/R290 for small water heaters.
Renewable Energy. 2015;76:167 –172. Available from: https:
//doi.org/10.1016/j.renene.2014.11.012.
10. An NN. Nghiên cứu chế tạo bơm nhiệt đun nước nóng gia
nhiệt. 20* NLN - 109*1/2013;.
11. Vịnh ND. Thiết kế chế tạo và thử nghiệm bơm nhiệt đun nước
nóng sử dụng dàn lạnh không khí. KH&CNN - 68*3/2006;.
12. Lợi ND. Từ bơmnhiệt đun nước nóng đến bơmnhiệt đa năng.
NLN - 94*7/2010*15;.
13. Hiệp LC. Kỹ thuật lạnh và điều hòa không khí trong xu thế loại
bỏ các môi chất lạnh không thân thiện với môi trường. Báo
cáo hội thảo “Loại trừ các chất HCFC và tiết kiệm năng lượng,
nâng caohiệu suất năng lượng trong lĩnh vực làm lạnh vàđiều
hòa không khí”, Vũng Tàu. 2016;.
14. Nhựt LM, Thái NV. Nghiên cứu thu hồi nhiệt thải của hệ thống
điều hòa không khí water chiller giải nhiệt nước nhằm nâng
cao hiệu quả của bơm nhiệt cấp nước nóng. Tạp chí khoa học
và công nghệ ĐH Đà Nẵng. 2019;17(5).
15. Nhựt LM, Danh TQ. Nghiên cứu thực nghiệm bơm nhiệt cấp
nước nóng sử dụngmôi chất lạnhmới R32 ở điều kiện khí hậu
Thành Phố Hồ Chí Minh. Tạp chí khoa học và công nghệ ĐH
Đà Nẵng. 2019;17(7).
430
Science & Technology Development Journal – Engineering and Technology, 3(2):425-431
Open Access Full Text Article Research Article
1Department of Thermal Engineering,
Ho Chi Minh City University of
Technology and Education, Ho Chi
Minh City
2Department of Thermal Engineering,
Cao Thang Technical College, Ho Chi
Minh City
Correspondence
LeMinh Nhut, Department of Thermal
Engineering, Ho Chi Minh City
University of Technology and Education,
Ho Chi Minh City
Email: nhutlm@hcmute.edu.vn
History
 Received: 01-3-2020 
 Accepted: 16-4-2020 
 Published: 06-9-2020
DOI : 10.32508/stdjet.v3i2.676 
Copyright
© VNU-HCM Press. This is an open-
access article distributed under the
terms of the Creative Commons
Attribution 4.0 International license.
An experimental investigation on the coefficient of performance of
the small hot water heat pump using refrigeration R410A and R32
LeMinh Nhut1,*, Tran Quang Danh2
Use your smartphone to scan this
QR code and download this article
ABSTRACT
Hotwater is an important factor in domestic life and industrial development. Today, the heat pump
is used to produce hot water more and more popular because it has many advantages of saving
energy compared to themethod of producing hot water by the hot water electric heater. Themain
aim of this study is to evaluate of the coefficient of performance (COP) of the small hot water heat
pump using refrigeration R410A and R32. The capacity of both hot water heat pump is similar, one
using new refrigerant R32 and other using refrigerant R410A. These heat pumps were designed
and installed at the Ho Chi Minh City University of Technology and Education to evaluate the COP
for the purpose of application the new refrigerant R32 for hot water heat pump. The compressor
capacity is 1 Hp, the volume of hot water storage tank is of 100 liters and is insulated with thickness
of 30 mm to reduce the heat loss to invironment, the required hot water temperature at the outlet
of condenser is 50 oC, and the amount of required hot water is 75 liters per batch and is controlled
by float valve. The experimental results indicate that the COP of the heat pump using the new
refrigerant R32 is higher than heat pump using refrigerant R410A from 9% to 15% when the ex-
perimental conditions such as ambient temperature, initial water flow rate through the condenser
and the required temperature of hot water were the same. In addition, the effect of the ambient
temperature, initial water temperature and water flow rate were also evaluated.
Key words: Refrigeration, hot water, heat pump, COP
Cite this article : Nhut L M, Danh T Q. An experimental investigation on the coefficient of performance 
of the small hot water heat pump using refrigeration R410A and R32. Sci. Tech. Dev. J. – Engineering 
and Technology; 3(2):425-431.
431