ในด้านเทคโนโลยีการทำความร้อนและความเย็น ปั๊มความร้อนได้กลายเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพสูงและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในที่อยู่อาศัย สถานประกอบการเชิงพาณิชย์ และโรงงานอุตสาหกรรม เพื่อให้ได้ทั้งความร้อนและความเย็น เพื่อให้เข้าใจถึงคุณค่าและการทำงานของปั๊มความร้อนอย่างแท้จริง จำเป็นต้องศึกษาหลักการทำงานและแนวคิดของค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP)
หลักการทำงานของปั๊มความร้อน
แนวคิดพื้นฐาน
เครื่องปั๊มความร้อนโดยพื้นฐานแล้วคืออุปกรณ์ที่ถ่ายโอนความร้อนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง แตกต่างจากระบบทำความร้อนแบบดั้งเดิมที่สร้างความร้อนผ่านการเผาไหม้หรือความต้านทานไฟฟ้า เครื่องปั๊มความร้อนจะเคลื่อนย้ายความร้อนที่มีอยู่จากบริเวณที่เย็นกว่าไปยังบริเวณที่อุ่นกว่า กระบวนการนี้คล้ายกับวิธีการทำงานของตู้เย็น แต่ในทางกลับกัน ตู้เย็นดึงความร้อนจากภายในและปล่อยออกสู่สภาพแวดล้อมภายนอก ในขณะที่เครื่องปั๊มความร้อนดึงความร้อนจากสภาพแวดล้อมภายนอกและปล่อยเข้าไปในอาคาร
วงจรการทำความเย็น
การทำงานของปั๊มความร้อนนั้นอาศัยหลักการของวัฏจักรการทำความเย็น ซึ่งประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสี่ส่วน ได้แก่ เครื่องระเหย คอมเพรสเซอร์ เครื่องควบแน่น และวาล์วขยายตัว ต่อไปนี้คือคำอธิบายทีละขั้นตอนเกี่ยวกับวิธีการทำงานร่วมกันของส่วนประกอบเหล่านี้:
- เครื่องระเหยกระบวนการเริ่มต้นด้วยเครื่องระเหย ซึ่งตั้งอยู่ในสภาพแวดล้อมที่เย็นกว่า (เช่น นอกบ้าน) สารทำความเย็นซึ่งเป็นสารที่มีจุดเดือดต่ำ จะดูดซับความร้อนจากอากาศหรือพื้นดินโดยรอบ เมื่อดูดซับความร้อน สารทำความเย็นจะเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นก๊าซ การเปลี่ยนแปลงสถานะนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะทำให้สารทำความเย็นสามารถนำพาความร้อนได้ในปริมาณมาก
- คอมเพรสเซอร์สารทำความเย็นที่เป็นก๊าซจะเคลื่อนไปยังคอมเพรสเซอร์ คอมเพรสเซอร์จะเพิ่มความดันและอุณหภูมิของสารทำความเย็นโดยการอัด ขั้นตอนนี้มีความสำคัญมาก เพราะจะทำให้อุณหภูมิของสารทำความเย็นสูงกว่าอุณหภูมิภายในห้องที่ต้องการ สารทำความเย็นที่มีความดันและอุณหภูมิสูงในขณะนี้พร้อมที่จะปล่อยความร้อนออกมาแล้ว
- คอนเดนเซอร์ขั้นตอนต่อไปเกี่ยวข้องกับคอนเดนเซอร์ ซึ่งตั้งอยู่ในสภาพแวดล้อมที่อุ่นกว่า (เช่น ภายในบ้าน) ที่นี่ สารทำความเย็นที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงจะปล่อยความร้อนออกสู่อากาศหรือน้ำโดยรอบ เมื่อสารทำความเย็นปล่อยความร้อน มันจะเย็นลงและเปลี่ยนสถานะกลับจากก๊าซเป็นของเหลว การเปลี่ยนแปลงสถานะนี้จะปล่อยความร้อนออกมาจำนวนมาก ซึ่งใช้ในการทำความร้อนให้กับพื้นที่ภายในบ้าน
- วาล์วขยายตัวสุดท้าย สารทำความเย็นเหลวจะไหลผ่านวาล์วขยายตัว ซึ่งจะลดความดันและอุณหภูมิ ขั้นตอนนี้เป็นการเตรียมสารทำความเย็นให้พร้อมดูดซับความร้อนอีกครั้งในคอยล์เย็น และวงจรก็จะเริ่มต้นใหม่
ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP)
คำนิยาม
ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) คือมาตรวัดประสิทธิภาพของปั๊มความร้อน โดยนิยามว่าคืออัตราส่วนของปริมาณความร้อนที่ส่งออก (หรือดึงออก) ต่อปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไป กล่าวอย่างง่ายๆ ก็คือ มันบอกเราว่าปั๊มความร้อนสามารถผลิตความร้อนได้มากแค่ไหนต่อหน่วยไฟฟ้าที่ใช้ไป
ในทางคณิตศาสตร์ COP สามารถแสดงได้ดังนี้:
COP = พลังงานไฟฟ้าที่ใช้ไป (วัตต์) / ความร้อนที่ส่งมอบ (ควอร์ต)
เมื่อปั๊มความร้อนมีค่า COP (สัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ) 5.0 จะช่วยลดค่าไฟฟ้าได้อย่างมากเมื่อเทียบกับการทำความร้อนด้วยไฟฟ้าแบบดั้งเดิม ต่อไปนี้คือการวิเคราะห์และคำนวณโดยละเอียด:
การเปรียบเทียบประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
ระบบทำความร้อนด้วยไฟฟ้าแบบดั้งเดิมมีค่า COP เท่ากับ 1.0 ซึ่งหมายความว่าผลิตความร้อนได้ 1 หน่วยต่อการใช้ไฟฟ้า 1 กิโลวัตต์ชั่วโมง ในทางตรงกันข้าม ปั๊มความร้อนที่มีค่า COP เท่ากับ 5.0 ผลิตความร้อนได้ 5 หน่วยต่อการใช้ไฟฟ้า 1 กิโลวัตต์ชั่วโมง ทำให้มีประสิทธิภาพมากกว่าระบบทำความร้อนด้วยไฟฟ้าแบบดั้งเดิมมาก
การคำนวณการประหยัดค่าใช้จ่ายด้านไฟฟ้า
สมมติว่าต้องการผลิตความร้อน 100 หน่วย:
- ระบบทำความร้อนไฟฟ้าแบบดั้งเดิม: ต้องใช้ไฟฟ้า 100 กิโลวัตต์ชั่วโมง
- ปั๊มความร้อนที่มีค่า COP 5.0: ใช้ไฟฟ้าเพียง 20 กิโลวัตต์ชั่วโมง (ความร้อน 100 หน่วย ÷ 5.0)
หากราคาไฟฟ้าอยู่ที่ 0.5 ยูโรต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง:
- ระบบทำความร้อนไฟฟ้าแบบดั้งเดิมค่าไฟฟ้าอยู่ที่ 50 ยูโร (100 กิโลวัตต์ชั่วโมง × 0.5 ยูโร/กิโลวัตต์ชั่วโมง)
- ปั๊มความร้อนที่มีค่า COP 5.0ค่าไฟฟ้าอยู่ที่ 10 ยูโร (20 กิโลวัตต์ชั่วโมง × 0.5 ยูโร/กิโลวัตต์ชั่วโมง)
อัตราส่วนการออม
เครื่องปั๊มความร้อนสามารถประหยัดค่าไฟฟ้าได้ถึง 80% เมื่อเทียบกับการทำความร้อนด้วยไฟฟ้าแบบดั้งเดิม ((50 - 10) ÷ 50 = 80%)
ตัวอย่างเชิงปฏิบัติ
ในการใช้งานจริง เช่น การจ่ายน้ำร้อนในครัวเรือน สมมติว่าต้องทำให้น้ำ 200 ลิตรมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 15°C เป็น 55°C ทุกวัน:
- ระบบทำความร้อนไฟฟ้าแบบดั้งเดิม: ใช้ไฟฟ้าประมาณ 38.77 กิโลวัตต์ชั่วโมง (โดยสมมติประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่ 90%)
- ปั๊มความร้อนที่มีค่า COP 5.0: ใช้ไฟฟ้าประมาณ 7.75 กิโลวัตต์ชั่วโมง (38.77 กิโลวัตต์ชั่วโมง ÷ 5.0)
ด้วยราคาค่าไฟฟ้า 0.5 ยูโรต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง:
- ระบบทำความร้อนไฟฟ้าแบบดั้งเดิมค่าไฟฟ้าต่อวันประมาณ 19.39 ยูโร (38.77 กิโลวัตต์ชั่วโมง × 0.5 ยูโร/กิโลวัตต์ชั่วโมง)
- ปั๊มความร้อนที่มีค่า COP 5.0ค่าไฟฟ้าต่อวันประมาณ 3.88 ยูโร (7.75 กิโลวัตต์ชั่วโมง × 0.5 ยูโร/กิโลวัตต์ชั่วโมง)
ประมาณการประหยัดค่าใช้จ่ายสำหรับครัวเรือนทั่วไป: เครื่องปั๊มความร้อนเทียบกับการทำความร้อนด้วยก๊าซธรรมชาติ
อ้างอิงจากการประมาณการในระดับอุตสาหกรรมและแนวโน้มราคาพลังงานในยุโรป:
| รายการ | ระบบทำความร้อนด้วยก๊าซธรรมชาติ | ระบบทำความร้อนแบบปั๊มความร้อน | ความแตกต่างโดยประมาณรายปี |
| ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานเฉลี่ยต่อปี | 1,200–1,500 ยูโร | 600–900 ยูโร | ประหยัดได้ประมาณ 300–900 ยูโร |
| ปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (ตัน/ปี) | 3–5 ตัน | 1–2 ตัน | ลดลงประมาณ 2-3 ตัน |
บันทึก:การประหยัดพลังงานที่แท้จริงจะแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับราคาไฟฟ้าและก๊าซในแต่ละประเทศ คุณภาพฉนวนกันความร้อนของอาคาร และประสิทธิภาพของปั๊มความร้อน ประเทศอย่างเยอรมนี ฝรั่งเศส และอิตาลี มักจะประหยัดพลังงานได้มากกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีเงินอุดหนุนจากรัฐบาล
เครื่องทำความร้อนแบบปั๊มความร้อน Hien R290 EocForce Serie 6-16kW: เครื่องทำความร้อนแบบปั๊มความร้อนอากาศสู่น้ำแบบโมโนบล็อก
คุณสมบัติหลัก:
ฟังก์ชั่นครบครันในเครื่องเดียว: ระบบทำความร้อน ระบบทำความเย็น และน้ำร้อนสำหรับใช้ในบ้าน
ตัวเลือกแรงดันไฟฟ้าที่ยืดหยุ่น: 220–240 V หรือ 380–420 V
ดีไซน์กะทัดรัด: หน่วยขนาดกะทัดรัด 6–16 กิโลวัตต์
สารทำความเย็นที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: สารทำความเย็นสีเขียว R290
การทำงานเงียบสนิท: 40.5 dB(A) ที่ระยะ 1 เมตร
ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: SCOP สูงถึง 5.19
ประสิทธิภาพการทำงานในอุณหภูมิสุดขั้ว: การทำงานที่เสถียรที่อุณหภูมิ –20 °C
ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เหนือกว่า: ระดับ A+++
ระบบควบคุมอัจฉริยะและพร้อมใช้งานสำหรับแผงโซลาร์เซลล์
ฟังก์ชันป้องกันเชื้อลีจิโอเนลลา: อุณหภูมิน้ำออกสูงสุด 75 องศาเซลเซียส
วันที่เผยแพร่: 10 กันยายน 2025