TẢI NHIỆT CỦA CĂN PHÒNG LÀ GÌ? TẠI SAO HAI PHÒNG CÙNG DIỆN TÍCH LẠI CÓ THỂ CẦN CÔNG SUẤT ĐIỀU HÒA KHÁC NHAU?

Hai căn phòng đều rộng 15 m². Một phòng sử dụng điều hòa 9.000 BTU thấy rất thoải mái, trong khi phòng còn lại cũng 15 m² nhưng máy 9.000 BTU phải chạy gần như liên tục mà nhiệt độ vẫn khó xuống như mong muốn.

Điều này không có gì mâu thuẫn, bởi diện tích chỉ cho biết căn phòng rộng bao nhiêu, còn điều hòa phải xử lý một thứ khác: Lượng nhiệt mà nó phải lấy ra khỏi căn phòng.

Lượng nhiệt cần xử lý trong quá trình làm lạnh thường được gọi là tải nhiệt hay tải lạnh của căn phòng. Hiểu được tải nhiệt, chúng ta sẽ hiểu vì sao m² chỉ phù hợp để ước lượng ban đầu, tại sao phòng hướng Tây, tầng mái, nhiều kính hoặc đông người thường cần công suất lớn hơn, và tại sao có những chiếc điều hòa vẫn chạy bình thường nhưng căn phòng mãi không đủ mát.

Trước tiên, hãy thử làm lạnh 100 m³ không khí từ 35°C xuống 25°C

Để hình dung vấn đề, chúng ta thử làm một phép tính rất đơn giản.

Giả sử căn phòng chứa khoảng 100 m³ không khí, nhiệt độ ban đầu 35°C và chúng ta muốn hạ xuống 25°C, tức giảm 10°C.

Khối lượng riêng của không khí thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và áp suất. Để minh họa đơn giản, giả sử 100 m³ không khí có khối lượng khoảng 115–120 kg. Nhiệt dung riêng của không khí vào khoảng 1,0 kJ/kg.K.

Nếu lấy 120 kg để tính: 120 kg × 1,0 kJ/kg.K × 10 K ≈ 1.200 kJ

Quy đổi ra BTU: 1.200 kJ ≈ 1.140 BTU

Con số này khá bất ngờ.

Một chiếc điều hòa 9.000 BTU/h về lý thuyết có khả năng vận chuyển lượng nhiệt lớn hơn nhiều so với khoảng 1.140 BTU đó trong một giờ.

Vậy có phải 100 m³ không khí chỉ cần vài phút là lạnh xong?

Không.

Bởi chúng ta vừa mới tính lượng nhiệt cần lấy khỏi riêng khối không khí, trong một mô hình đơn giản.

Căn phòng thực tế phức tạp hơn rất nhiều.

Căn phòng không chỉ có không khí

Khi chúng ta bước vào một căn phòng nóng 35°C, không chỉ không khí đang nóng. Tường, trần, sàn, giường, tủ, bàn ghế và nhiều vật thể khác cũng đã tích nhiệt.

Điều hòa bắt đầu lấy nhiệt khỏi không khí, làm nhiệt độ không khí giảm xuống. Nhưng ngay sau đó, các bề mặt và vật thể nóng hơn lại tiếp tục truyền nhiệt sang lớp không khí vừa được làm lạnh.

Có thể hình dung căn phòng như một “kho nhiệt”.

Không khí chỉ là một phần của kho đó.

Đây cũng là lý do khi mới bật điều hòa trong một căn phòng đã bị nung nóng cả buổi chiều, chúng ta có thể cảm thấy không khí bắt đầu mát nhưng tường, trần hoặc khu vực gần cửa kính vẫn tạo cảm giác nóng.

Điều hòa cần thời gian để lấy dần lượng nhiệt đã tích tụ trong cả không gian.

Nhưng quan trọng hơn: trong lúc điều hòa lấy nhiệt ra, nhiệt mới vẫn liên tục đi vào

Nếu căn phòng hoàn toàn cách nhiệt, không có người, không có thiết bị điện và không nhận thêm nhiệt từ bên ngoài, sau khi lấy hết lượng nhiệt dư thừa để đạt nhiệt độ mong muốn, công việc của điều hòa sẽ trở nên rất nhẹ.

Nhưng căn phòng thực tế không như vậy.

Trong lúc máy đang chạy, nhiệt vẫn liên tục đi vào qua tường, trần, cửa kính, không khí bên ngoài... Đồng thời con người và thiết bị điện bên trong cũng liên tục sinh nhiệt.

Vì vậy điều hòa phải thực hiện đồng thời hai nhiệm vụ: Lấy đi lượng nhiệt đã tích tụ để kéo nhiệt độ phòng xuống.

và sau đó: Tiếp tục lấy đi lượng nhiệt mới đi vào/phát sinh để giữ căn phòng ở nhiệt độ mong muốn.

Phần thứ hai đặc biệt quan trọng khi chúng ta nói về công suất điều hòa cần thiết để duy trì căn phòng.

Có thể hình dung điều hòa giống một người đang bơi ngược dòng

Hình ảnh này giúp chúng ta hiểu tải nhiệt rất dễ.

Hãy tưởng tượng một người đang cố bơi ngược dòng sông.

Sức bơi của người đó = công suất lạnh của điều hòa.

Dòng nước chảy ngược lại = tải nhiệt liên tục đi vào căn phòng.

Giả sử người đó có khả năng bơi 10 km/h trong nước tĩnh.

Nếu dòng nước chảy ngược 3 km/h, người đó vẫn tiến lên tương đối nhanh. Nếu dòng nước tăng lên 8–9 km/h, người đó vẫn bơi rất mạnh nhưng tiến lên rất chậm. Nếu dòng nước mạnh hơn khả năng bơi, người đó không thể tiến lên phía trước.

Điều hòa cũng tương tự.

Nếu công suất lạnh lớn hơn tải nhiệt đủ nhiều, nhiệt độ phòng có thể giảm tương đối nhanh. Nếu công suất lạnh chỉ nhỉnh hơn tải nhiệt một chút, máy vẫn chạy nhưng nhiệt độ xuống chậm. Nếu tải nhiệt đạt gần hoặc vượt khả năng làm lạnh của máy, điều hòa có thể chạy liên tục nhưng căn phòng vẫn khó đạt nhiệt độ mong muốn.

Máy chạy liên tục chưa chắc máy hỏng. Có thể đơn giản là “dòng nhiệt” đang quá lớn so với khả năng xử lý của máy.

“Dòng nhiệt” liên tục đi vào căn phòng đến từ đâu?

Để người tiêu dùng dễ hình dung, chúng ta có thể chia thành hai nhóm lớn: Nhiệt từ bên ngoài đi vào và Nhiệt phát sinh bên trong căn phòng.

Không cần nhớ những thuật ngữ phức tạp. Chỉ cần biết nguồn nhiệt nằm ở đâu, chúng ta đã bắt đầu hiểu tại sao hai căn phòng cùng diện tích lại có tải nhiệt khác nhau.

1. Nhiệt từ bên ngoài: ánh nắng qua cửa kính

Một căn phòng có cửa kính lớn bị nắng chiếu trực tiếp có thể nhận một lượng nhiệt đáng kể từ bức xạ mặt trời.

Đây là trường hợp rất dễ cảm nhận: đứng gần cửa kính vào buổi chiều, chúng ta có thể thấy nóng dù điều hòa đang hoạt động.

Vì vậy hai căn phòng cùng 20 m² nhưng một phòng có cửa sổ nhỏ hướng ít nắng, phòng kia có mảng kính lớn hướng Tây không nên mặc nhiên được coi là cùng một bài toán công suất.

Rèm, kính, phim cách nhiệt, mái che và hướng của cửa kính đều có thể ảnh hưởng đến lượng bức xạ đi vào.

2. Nhiệt truyền qua tường

Ngoài trời nóng, bề mặt tường phía ngoài hấp thụ nhiệt. Khi nhiệt độ phía ngoài cao hơn trong phòng, nhiệt sẽ truyền qua kết cấu tường vào phía trong.

Tường chịu nắng trực tiếp nhiều giờ thường khác tường nằm trong bóng râm.

Đây là một trong những lý do hướng của căn phòng có thể ảnh hưởng đến tải nhiệt, dù diện tích sàn hoàn toàn giống nhau.

3. Nhiệt truyền qua trần và mái

Phòng nằm ngay dưới mái thường là trường hợp cần đặc biệt chú ý.

Mái nhận bức xạ mặt trời trong nhiều giờ, nóng lên rồi truyền nhiệt xuống trần và căn phòng phía dưới. Sau một ngày nắng, kết cấu mái còn có thể tiếp tục tỏa nhiệt một thời gian ngay cả khi nắng đã giảm.

Vì vậy: 15 m² tầng giữa và 15 m² tầng mái có thể cần hai mức công suất khác nhau. Khả năng cách nhiệt của mái và trần sẽ quyết định mức độ khác biệt này lớn đến đâu.

4. Không khí nóng và ẩm từ bên ngoài đi vào

Mỗi lần mở cửa, không khí bên ngoài có thể đi vào căn phòng.

Nếu phòng thường xuyên mở cửa, có nhiều khe hở hoặc thông với khu vực không điều hòa, máy không chỉ phải xử lý nhiệt truyền qua kết cấu mà còn phải liên tục xử lý lượng không khí mới đi vào.

Trong khí hậu nóng ẩm, không khí bên ngoài còn mang theo hơi ẩm. Khi làm lạnh, điều hòa phải đồng thời xử lý cả nhiệt độ và một phần tải ẩm.

Đây là lý do cửa hàng, văn phòng thường xuyên ra vào hoặc không gian mở có thể cần cách tính khác phòng ngủ kín dù diện tích tương đương.

5. Con người cũng là một nguồn nhiệt

Cơ thể con người liên tục tỏa nhiệt.

Một phòng ngủ có hai người và một phòng họp có tám người cùng diện tích chắc chắn không tạo ra tải nhiệt bên trong giống nhau.

Không những vậy, mức độ hoạt động của con người cũng ảnh hưởng lượng nhiệt và hơi ẩm thải ra. Người ngồi làm việc nhẹ khác người đang vận động.

Vì vậy với phòng họp, lớp học, cửa hàng hay nhà hàng, số người sử dụng thường xuyên là dữ liệu không nên bỏ qua khi chọn công suất điều hòa.

6. Thiết bị điện cuối cùng cũng góp phần làm nóng căn phòng

Máy tính, tivi, đèn chiếu sáng, máy móc và nhiều thiết bị điện khác khi hoạt động đều tạo ra nhiệt.

Ví dụ một phòng làm việc có nhiều máy tính hoạt động liên tục sẽ có tải nhiệt bên trong cao hơn một phòng ngủ có rất ít thiết bị.

Có thể hình dung đơn giản: Điện được thiết bị sử dụng cuối cùng phần lớn sẽ trở thành nhiệt trong không gian hoặc được chuyển ra khỏi không gian theo một con đường nào đó.

Vì vậy khi tính công suất điều hòa cho phòng máy, văn phòng nhiều máy tính hoặc khu vực có thiết bị sinh nhiệt lớn, chỉ dùng diện tích thường là chưa đủ.

Bây giờ chúng ta có thể hiểu tại sao hai phòng cùng 15 m² lại khác nhau

Hãy quay lại ví dụ ban đầu.

Phòng A – 15 m²

Nằm ở tầng giữa, ít nắng trực tiếp, cửa kính nhỏ, hai người sử dụng chủ yếu vào ban đêm, ít thiết bị điện.

Phòng B – 15 m²

Nằm dưới mái, tường hướng Tây, cửa kính lớn chịu nắng chiều, có máy tính và thường sử dụng từ cuối buổi chiều.

Hai căn phòng có: cùng diện tích

nhưng không có: cùng lượng nhiệt đi vào và phát sinh.

Do đó tải nhiệt khác nhau và công suất điều hòa cần thiết cũng có thể khác nhau.

Đây là lý do bảng: 15 m² → 9.000 BTU

chỉ nên được sử dụng như một ước lượng ban đầu cho phòng thông thường, không phải kết luận cuối cùng.

Tải nhiệt không cố định cả ngày

Đây là một điểm rất quan trọng, đặc biệt khi chúng ta bắt đầu tìm hiểu điều hòa Inverter.

Một căn phòng có thể có tải nhiệt thấp vào lúc 6 giờ sáng nhưng rất cao lúc 3 giờ chiều. Phòng hướng Tây có thể nhận rất nhiều nhiệt vào cuối buổi chiều rồi giảm dần vào ban đêm. Số người và thiết bị điện trong phòng cũng có thể thay đổi theo thời gian.

Vì vậy tải nhiệt thực chất là một đại lượng biến đổi theo điều kiện sử dụng và thời gian.

Đây cũng là lý do một chiếc điều hòa Inverter cần có khả năng thay đổi công suất: khi tải cao, máy tăng công suất; khi tải giảm, máy giảm công suất để tiến gần hơn lượng lạnh mà căn phòng đang cần.

Một chiếc điều hòa “đủ công suất” nghĩa là gì?

Nếu hiểu theo hình ảnh người bơi ngược dòng, câu trả lời trở nên khá đơn giản.

Điều hòa phải có khả năng lấy nhiệt lớn hơn tải nhiệt của căn phòng trong điều kiện thiết kế mà chúng ta muốn đáp ứng, đồng thời có một mức dự phòng hợp lý.

Nếu chọn công suất quá thấp, vào những thời điểm tải nhiệt cao máy có thể phải chạy liên tục mà vẫn khó đạt nhiệt độ mong muốn.

Nhưng điều đó không có nghĩa cứ chọn máy càng lớn càng tốt. Khi công suất quá dư so với nhu cầu, đặc biệt ở những điều kiện tải thấp, hệ thống cũng có thể xuất hiện những vấn đề khác tùy loại máy và khả năng điều chỉnh công suất.

Đó là lý do hai câu hỏi tiếp theo cần được tách riêng: Điều gì xảy ra khi chọn thiếu công suất? và Có nên chọn dư thật nhiều “cho chắc” không?

Tải nhiệt còn giúp chúng ta hiểu đúng hơn về Inverter

Nếu chỉ biết rằng Inverter “tiết kiệm điện”, chúng ta rất dễ hình dung nó như một công nghệ bí mật nào đó giúp máy tự nhiên dùng ít điện hơn.

Nhưng khi đã hiểu tải nhiệt, câu chuyện trở nên rõ ràng hơn.

Giả sử lúc mới bật máy, căn phòng đang nóng và tải nhiệt lớn. Điều hòa cần công suất tương đối cao để vừa chống lại lượng nhiệt tiếp tục đi vào, vừa lấy dần lượng nhiệt đã tích tụ trong phòng.

Sau vài giờ, trời bên ngoài dịu hơn, tường và đồ đạc đã nguội, căn phòng đạt gần nhiệt độ cài đặt. Lúc này tải nhiệt có thể giảm rất nhiều.

Nếu máy vẫn tạo ra lượng lạnh như lúc ban đầu thì không còn phù hợp với nhu cầu nữa. Inverter có khả năng giảm công suất để tiến gần hơn với tải nhiệt thực tế.

Có thể hình dung: Tải nhiệt của phòng thay đổi → công suất lạnh cần thiết cũng thay đổi → Inverter cố gắng điều chỉnh để đáp ứng sự thay đổi đó.

Đây chính là lý do dải Min – Rated – Max trở nên có ý nghĩa khi chúng ta lựa chọn điều hòa Inverter.

Vậy có thể tự tính chính xác tải nhiệt căn phòng không?

Có thể tính, nhưng một phép tính tải nhiệt đầy đủ sẽ phức tạp hơn rất nhiều so với công thức: m² × một hệ số BTU.

Muốn tính kỹ cần biết diện tích và cấu tạo tường, mái, kính; hướng nắng; chênh lệch nhiệt độ trong/ngoài; số người; thiết bị điện; lượng không khí bên ngoài đi vào; tải ẩm và nhiều điều kiện khác.

Với phần lớn phòng ngủ hoặc phòng khách dân dụng thông thường, người tiêu dùng không nhất thiết phải tự làm toàn bộ phép tính này.

Điều hữu ích hơn là hiểu những yếu tố nào làm tải nhiệt tăng.

Khi căn phòng tương đối thông thường, có thể dùng diện tích để ước lượng cỡ máy. Khi xuất hiện nhiều yếu tố bất lợi như tầng mái + hướng Tây + kính lớn + nhiều người, chúng ta biết rằng không nên tiếp tục áp dụng bảng diện tích một cách máy móc.

Đó chính là giá trị thực tế của việc hiểu tải nhiệt.

Chỉ cần nhớ 5 điều

1. Điều hòa không làm lạnh m², điều hòa lấy nhiệt khỏi căn phòng. Diện tích chỉ là một cách thuận tiện để ước lượng nhu cầu công suất.

2. Khi mới bật máy, điều hòa phải lấy lượng nhiệt đã tích tụ trong không khí, tường, trần, sàn và đồ đạc. Chỉ riêng việc giảm 100 m³ không khí từ 35°C xuống 25°C trong ví dụ đơn giản cần lấy khoảng 1.140 BTU, nhưng đó mới là riêng khối không khí.

3. Trong lúc điều hòa hoạt động, nhiệt mới vẫn liên tục đi vào. Nắng, kính, tường, mái và không khí bên ngoài tạo tải từ bên ngoài; con người và thiết bị điện tạo thêm tải từ bên trong.

4. Tải nhiệt thay đổi theo thời gian. Một căn phòng có thể có tải thấp vào ban đêm nhưng rất cao vào buổi chiều nắng nóng.

5. Công suất lạnh phải được đặt trong mối quan hệ với tải nhiệt. Giống như người bơi ngược dòng, không chỉ cần biết người bơi khỏe bao nhiêu mà còn phải biết dòng nước đang chảy mạnh thế nào.

Có thể nhớ toàn bộ bài bằng một hình ảnh: Điều hòa giống như một người bơi ngược dòng. Công suất lạnh là sức bơi; tải nhiệt là dòng nước chảy ngược. Muốn tiến lên, sức bơi phải đủ lớn so với dòng nước.

Khi hiểu điều này, câu hỏi: “Phòng 15 m² dùng bao nhiêu BTU?” sẽ tự nhiên chuyển thành một câu hỏi tốt hơn: “Phòng 15 m² của tôi có những nguồn nhiệt nào và tải nhiệt lớn đến đâu?”

Đó mới là nền tảng để lựa chọn công suất điều hòa phù hợp.

TÌM HIỂU THÊM

→ Phòng bao nhiêu m² thì dùng điều hòa 9.000, 12.000, 18.000 hay 24.000 BTU?

→ Điều hòa làm lạnh căn phòng bằng cách nào?

→ Điều hòa Inverter là gì? Thực chất Inverter làm gì?

→ Công suất tối thiểu – định mức – tối đa của điều hòa nói lên điều gì?

→ Chọn điều hòa thừa công suất có tốt hơn không?

→ Chọn điều hòa thiếu công suất sẽ xảy ra điều gì?

KSDM – KỸ SƯ ĐIỆN MÁY
Giúp Bạn: Hiểu Rõ → Mua Đúng & Yên Tâm Sử Dụng.