0:00

4:54

How does an air conditioner actually work? - Anna Rothschild

TED-Ed·4:54·Technology·B2

Chương · 7

Chương 1·The Heat Pump Efficiency Paradox

Hiển thị

Tiếng ViệtAuto-scroll

0:09

Typically, with any piece of technology, you get out what you put in.

Thông thường, với bất kỳ công nghệ nào, những gì bạn nhận được sẽ tương ứng với những gì bạn bỏ vào.

0:13

Pump one unit of energy into an electric toaster and you get about one out in the form of heat.

Nạp một đơn vị năng lượng vào lò nướng bánh mì điện và bạn sẽ nhận lại khoảng một đơn vị dưới dạng nhiệt.

0:18

That’s just the first law of thermodynamics: energy has to be conserved.

Đó chính là định luật thứ nhất của nhiệt động lực học: năng lượng luôn phải được bảo toàn.

0:23

But there's a piece of technology called a heat pump, where for every bit of energy you put in, you get 3 to 5 times as much heat out.

Nhưng có một công nghệ gọi là máy bơm nhiệt, nơi mà với mỗi lượng năng lượng bỏ vào, bạn sẽ nhận được lượng nhiệt nhiều gấp 3 đến 5 lần.

0:31

What wizardry is this?

Điều ảo diệu gì đang diễn ra ở đây vậy?

0:34

Heat pumps have been hailed as a climate-friendly heating solution to traditional heaters, most of which operate by burning fossil fuels.

Máy bơm nhiệt đã được ca ngợi là một giải pháp sưởi ấm thân thiện với khí hậu thay thế cho các máy sưởi truyền thống, vốn phần lớn hoạt động bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch.

0:41

So much so that in 2021, heating buildings was responsible for about 10% of global energy-related CO2 emissions.

Nhiều đến mức vào năm 2021, việc sưởi ấm các tòa nhà chịu trách nhiệm cho khoảng 10% lượng khí thải CO2 liên quan đến năng lượng trên toàn cầu.

0:49

Heat pumps reduce emissions in two ways— first, they run on electricity, meaning less fossil fuel use as grids make the switch to renewable energy.

Máy bơm nhiệt giảm lượng khí thải theo hai cách: thứ nhất, chúng chạy bằng điện, nghĩa là giảm sử dụng nhiên liệu hóa thạch khi lưới điện chuyển đổi sang năng lượng tái tạo.

0:58

And second, they're more efficient than their counterparts, using less energy to produce the same amount of heat.

Và thứ hai, chúng hiệu quả hơn các thiết bị tương đương, sử dụng ít năng lượng hơn để tạo ra cùng một lượng nhiệt.

1:04

Where a typical oil or gas boiler is, at best, about 90% efficient, some heat pumps can achieve 500% efficiency.

Trong khi một nồi hơi đốt dầu hoặc khí đốt điển hình đạt hiệu suất cao nhất khoảng 90%, một số máy bơm nhiệt có thể đạt hiệu suất tới 500%.

1:12

Heat pumps rely on the same technology as air conditioners.

Máy bơm nhiệt hoạt động dựa trên cùng một công nghệ với máy điều hòa nhiệt độ.

1:15

And in fact, they often double as air conditioners, heating your home in the winter and cooling it in the summer.

Và trên thực tế, chúng thường kiêm luôn vai trò máy điều hòa, vừa sưởi ấm ngôi nhà của bạn vào mùa đông vừa làm mát vào mùa hè.

1:20

How?

Làm thế nào?

1:20

Air conditioners take heat from your home and move it outside.

Máy điều hòa không khí lấy nhiệt từ trong nhà bạn và chuyển nó ra bên ngoài.

1:25

To do so, they harness the second law of thermodynamics.

Để làm được điều đó, chúng vận dụng định luật thứ hai của nhiệt động lực học.

1:29

That’s the one that says that heat will always move from a hotter object to a colder one.

Đó là định luật chỉ ra rằng nhiệt sẽ luôn truyền từ một vật nóng hơn sang một vật lạnh hơn.

1:34

When you turn on your A/C, a fan blows the hot air from your home over coils containing a substance called a refrigerant.

Khi bạn bật điều hòa, một chiếc quạt sẽ thổi không khí nóng từ trong nhà qua các cuộn ống chứa một chất gọi là môi chất lạnh.

1:42

A refrigerant’s molecules turn to gas at relatively low temperatures, so as it collects thermal energy from the hot air in your home, it boils.

Các phân tử của môi chất lạnh chuyển thành thể khí ở nhiệt độ tương đối thấp, vì vậy khi hấp thụ nhiệt năng từ không khí nóng trong nhà, nó sẽ sôi lên.

1:51

Then, it passes into a compressor, which pushes the gas molecules closer together, heating them up even more.

Sau đó, nó đi vào máy nén, nơi ép các phân tử khí lại gần nhau hơn, làm cho chúng nóng lên nhiều hơn nữa.

1:58

Now that gas is hot— way hotter than the outside air.

Lúc này lượng khí đó đã rất nóng—nóng hơn nhiều so với không khí bên ngoài.

2:01

So when a fan blows over the refrigerant, thermal energy transfers to the comparatively cold air outside.

Vì vậy khi một chiếc quạt thổi qua môi chất lạnh, nhiệt năng sẽ truyền sang luồng không khí tương đối lạnh hơn ở bên ngoài.

2:07

As the refrigerant releases heat, it starts to liquefy.

Khi môi chất lạnh giải phóng nhiệt, nó bắt đầu ngưng tụ thành thể lỏng.

2:11

It goes through an expansion valve, which decreases the pressure, causing it to get even colder.

Nó đi qua một van tiết lưu làm giảm áp suất, khiến nó thậm chí còn trở nên lạnh hơn.

2:17

Now, it’s ready to pick up more heat from your house and start the cycle again.

Giờ đây, nó đã sẵn sàng hấp thụ thêm nhiệt từ ngôi nhà của bạn và bắt đầu lại chu trình mới.

2:21

In winter, heat pumps work exactly the same way.

Vào mùa đông, máy bơm nhiệt hoạt động theo cách hoàn toàn tương tự.

2:24

But this time they pick up heat from outside and move it into your home.

Nhưng lần này chúng lấy nhiệt từ bên ngoài và chuyển vào bên trong ngôi nhà của bạn.

2:28

Of course, it’s sometimes freezing outside when you want to use your heater.

Tất nhiên, đôi khi ngoài trời lạnh cóng khi bạn muốn sử dụng máy sưởi.

2:32

But the air doesn’t need to be warm— it just needs to be warmer than the refrigerant to transfer its heat.

Nhưng không khí không nhất thiết phải ấm—nó chỉ cần ấm hơn môi chất lạnh là có thể truyền nhiệt được.

2:38

All this sounds great, but for now there are some drawbacks to this technology.

Tất cả những điều này nghe có vẻ tuyệt vời, nhưng hiện tại công nghệ này vẫn có một số nhược điểm.

2:42

First, refrigerants can be potent greenhouse gases.

Đầu tiên, các môi chất lạnh có thể là những khí nhà kính có tác động rất mạnh.

2:46

Hydrofluorocarbons are some of the most popular refrigerants.

Hydrofluorocarbon là một trong những loại môi chất lạnh phổ biến nhất.

2:49

But a single hydrofluorocarbon molecule can have 2,000 times the global warming impact of CO2.

Nhưng một phân tử hydrofluorocarbon đơn lẻ có thể có tác động gây nóng lên toàn cầu gấp 2.000 lần so với CO2.

2:55

While in use, the refrigerant stays contained in a closed loop.

Trong quá trình sử dụng, môi chất lạnh được giữ kín trong một vòng tuần hoàn khép kín.

2:59

But when heat pumps, A/Cs, and refrigerators are improperly installed or thrown into landfills, the refrigerant can leak out.

Nhưng khi máy bơm nhiệt, máy điều hòa và tủ lạnh bị lắp đặt không đúng cách hoặc bị vứt ra bãi rác, môi chất lạnh có thể rò rỉ ra ngoài.

3:06

So scientists are trying to create new refrigerants that are better for the environment.

Vì vậy các nhà khoa học đang cố gắng tạo ra các môi chất lạnh mới thân thiện hơn với môi trường.

3:10

Also, the colder it is outside, the less efficient an air-to-air heat pump will be.

Ngoài ra, ngoài trời càng lạnh thì máy bơm nhiệt không khí-không khí sẽ càng kém hiệu quả.

3:15

Nevertheless, over half the buildings in icy Norway use heat pumps.

Tuy nhiên, hơn một nửa số tòa nhà ở đất nước Na Uy băng giá sử dụng máy bơm nhiệt.

3:20

Some people there have opted for pumps that draw heat from under the ground, which stays more consistently warm, rather than heat from the air.

Một số người ở đó đã chọn các loại máy bơm hút nhiệt từ dưới lòng đất, nơi duy trì nhiệt độ ấm ổn định hơn, thay vì lấy nhiệt từ không khí.

3:28

Finally, there's the cost.

Cuối cùng là vấn đề chi phí.

3:30

In the US, installing a small heat pump usually costs several thousand dollars, though some people need more powerful systems, depending on the size of their home or the temperature in winter.

Tại Mỹ, việc lắp đặt một máy bơm nhiệt nhỏ thường tốn vài nghìn đô la, mặc dù một số người cần hệ thống công suất lớn hơn tùy thuộc vào diện tích nhà hoặc nhiệt độ vào mùa đông.

3:40

Often they’re only a little more expensive than installing a new A/C system, and the heat pump can save money on utilities in the long run.

Chúng thường chỉ đắt hơn một chút so với việc lắp đặt hệ thống điều hòa mới, và máy bơm nhiệt có thể tiết kiệm chi phí tiện ích về lâu dài.

3:47

But replacing a working system requires an upfront investment that a lot of people just don’t have.

Thế nhưng việc thay thế một hệ thống đang hoạt động đòi hỏi một khoản đầu tư trả trước mà rất nhiều người đơn giản là không có.

3:52

Still, as the risks of climate change loom, many countries are offering subsidies to help with the costs.

Dẫu vậy, khi nguy cơ biến đổi khí hậu đang cận kề, nhiều quốc gia đang đưa ra các khoản trợ cấp để hỗ trợ chi phí.

3:59

And some cities are creatively harnessing seas, sewage, and data centers as heat sources, using heat pumps in manufacturing, and even creating giant heat pumps for entire districts.

Và một số thành phố đang tận dụng biển, nước thải và các trung tâm dữ liệu một cách sáng tạo như những nguồn nhiệt, ứng dụng máy bơm nhiệt trong sản xuất công nghiệp và thậm chí xây dựng các trạm bơm nhiệt khổng lồ cho toàn bộ các quận huyện.

4:10

So, are heat pumps actually breaking the first law of thermodynamics?

Vậy liệu máy bơm nhiệt có thực sự phá vỡ định luật thứ nhất của nhiệt động lực học không?

4:14

Of course not.

Dĩ nhiên là không.

4:15

They’re just not using their electricity to make heat.

Chúng chỉ đơn giản là không dùng điện năng để tạo ra nhiệt.

4:17

They're using it to power the compressor and spin the fans.

Chúng sử dụng điện để vận hành máy nén và quay cánh quạt.

4:21

They get the extra energy for free— from heat in the air or underground.

Chúng nhận thêm phần năng lượng phụ trội hoàn toàn miễn phí—từ nhiệt trong không khí hoặc dưới lòng đất.

4:25

Which is how, by putting in 1 unit of energy, you get 3 to 5 units of heat out.

Đó là lý do vì sao khi đưa vào 1 đơn vị năng lượng, bạn lại nhận được từ 3 đến 5 đơn vị nhiệt.

4:30

Seems like magic, but it's just physics.

Trông có vẻ như ma thuật, nhưng đó hoàn toàn chỉ là vật lý.

Transcript

Hiển thị

The Heat Pump Efficiency Paradox

Anna Rothschild introduces the apparent paradox of heat pumps compared to conventional electrical appliances. While standard devices follow direct energy conservation by converting one unit of input into an equivalent unit of heat, heat pumps output three to five times more heat than the electrical energy supplied.

Anna Rothschild giới thiệu nghịch lý biểu kiến của máy bơm nhiệt so với các thiết bị điện thông thường. Trong khi các thiết bị tiêu chuẩn tuân theo định luật bảo toàn năng lượng trực tiếp bằng cách chuyển một đơn vị đầu vào thành một đơn vị nhiệt lượng tương đương, máy bơm nhiệt lại tạo ra nhiệt lượng gấp ba đến năm lần lượng điện năng cung cấp.