Hệ thống làm lạnh nén hơi

Trong hệ thống làm lạnh nén hơi, môi chất lạnh, như Freon, được tuần hoàn trong hệ thống các thiết bị và đường ống để trao đổi nhiệt dựa trên sự thay đổi về trạng thái. Có bốn giai đoạn chính trong chu kỳ làm lạnh nén hơi, được thể hiện trong hình minh họa.

1. Giai đoạn ngưng tụ: Môi chất sau khi rời khỏi máy nén đang ở trạng thái hơi có nhiệt độ và áp suất cao. Môi chất đi vào thiết bị trao đổi nhiệt gọi là giàn ngưng tụ (condenser). Tại giàn ngưng, môi chất truyền nhiệt năng sang một chất tải nhiệt khác như không khí hoặc nước lúc này đang có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của môi chất. Hơi môi chất bị mất nhiệt và ngưng tụ thành dạng lỏng.
2. Giai đoạn giãn nở: Môi chất đang ở trạng thái lỏng có áp suất và nhiệt độ cao, đi qua một thiết bị tiết lưu, gọi là van giãn nở nhiệt (thermal expansion valve). Môi chất giảm áp suất khi đi qua van giãn nở; một phần môi chất lỏng lập tức hóa hơi và giảm nhiệt độ.
3. Giai đoạn bay hơi: Môi chất đi qua một thiết bị trao đổi nhiệt gọi là giàn bay hơi (evaporator) bao gồm nhiều cuộn ống xoắn. Môi chất chuyển trạng thái từ lỏng sang hơi, đồng thời thu nhiệt từ môi trường, tạo hiệu ứng làm lạnh.
4. Giai đoạn nén hơi: Sau khi ra khỏi giàn bay hơi, môi chất đang ở trạng thái hơi có nhiệt độ và áp suất thấp. Môi chất được hút vào máy nén (compressor), tăng áp suất và nhiệt độ. Sau đó, môi chất lặp lại chu trình tuần hoàn.[46][47]

Bơm nhiệt

Bơm nhiệt (heat pump) thật ra là một hệ thống làm lạnh có thể dùng cho mục đích làm lạnh và sưởi ấm. Do vậy, bơm nhiệt có thể được sử dụng trong cả mùa hè và mùa đông. Vào mùa hè, môi chất tuần hoàn theo chu trình làm lạnh nén hơi thông thường, với giàn ống xoắn trong phòng hoạt động như giàn bay hơi (thu nhiệt), còn giàn ống xoắn bên ngoài phòng hoạt động như giàn ngưng tụ (tỏa nhiệt ra môi trường). Ngược lại, vào mùa đông, môi chất tuần hoàn theo chiều ngược lại, với giàn ống xoắn trong phòng lúc này là giàn ngưng tụ (tỏa nhiệt) giúp sưởi ấm phòng. Dòng chảy môi chất tải nhiệt được đảo ngược nhờ vào một thiết bị gọi là van đảo chiều (reversing valve). Ưu điểm của hệ thống bơm nhiệt là nó có thể cung cấp tính năng làm lạnh hoặc sưởi ấm trong cùng một hệ thống, không cần phải thay đổi quá nhiều thiết bị.[48]

Làm lạnh bay hơi

Quá trình làm mát bay hơi là phương pháp rất hiệu quả trong điều kiện khí hậu khô nóng, nhằm giúp giảm nhiệt độ của không khí lưu thông từ bên ngoài vào nhà.[49][50] Kỹ thuật làm mát bay hơi thường được chia thành hai loại chính: làm mát bay hơi trực tiếp và gián tiếp. Phương pháp trực tiếp hoạt động trên nguyên tắc thổi hơi ẩm vào không khí, làm giảm nhiệt độ ở điều kiện gần đẳng enthalpy. Phương pháp này thông thường đủ cho nhu cầu làm mát ở những vùng khô nóng. Tuy nhiên, ở những vùng khí hậu ẩm, việc tăng độ ẩm không khí có thể khiến người sử dụng cảm thấy không thoải mái. Phương pháp gián tiếp sử dụng hiệu ứng bay hơi để làm mát bề mặt tiếp xúc, như những ống xoắn trao đổi nhiệt, sau đó những bề mặt này giúp làm mát không khí. Nhờ hiệu quả giảm nhiệt độ và enthalpy trong không khí, giàn lạnh bay hơi gián tiếp có thể hiệu quả trong hầu hết các điều kiện nhiệt độ.[51]