- Việc mở rộng phổ cập bơm nhiệt tại Mỹ không phụ thuộc vào đổi mới công nghệ mà vào năng lực triển khai và thay đổi lấy con người làm trung tâm
- Bơm nhiệt là công nghệ sưởi ấm và làm mát hiệu suất cao, carbon thấp đã được kiểm chứng suốt nhiều thập kỷ, có thể thay thế hệ thống sưởi bằng gas hoặc dầu trong phần lớn điều kiện khí hậu
- Tuy nhiên, do thiếu nhận thức từ đơn vị thi công, chủ nhà và người làm chính sách, cùng với sự đứt gãy của thị trường, tốc độ phổ cập vẫn còn chậm
- Gần đây, các ưu đãi từ chính quyền liên bang và tiểu bang, đầu tư tư nhân, cùng sự lan rộng của văn hóa ‘điện hóa mọi thứ (electrify everything)’ đã tạo ra cơ hội chuyển đổi
- Bài viết này tập trung không phải vào công nghệ mà vào các yếu tố con người và chiến lược thực thi, nhằm chỉ ra những việc cần làm để biến bơm nhiệt thành lựa chọn mặc định trong các gia đình Mỹ
Vì sao thực thi là tất cả: góc nhìn cá nhân
- Tác giả kể rằng qua trải nghiệm vận hành doanh nghiệp nhỏ, ông rút ra bài học rằng thực thi khó hơn ý tưởng
- Nhấn mạnh những kinh nghiệm thiên về vận hành như duy trì hệ thống, quản lý tiến độ dự án và dịch vụ khách hàng
- Cho rằng nguyên lý tương tự cũng áp dụng với việc phổ cập bơm nhiệt
- Bản thân công nghệ đã đủ trưởng thành, và vấn đề không nằm ở công nghệ mà ở sự chấp nhận và triển khai của con người
- Chủ nhà, đơn vị thi công, nhà sản xuất và nhà hoạch định chính sách đều cần chủ động tận dụng công nghệ hiện có
- Mục tiêu của bài viết không phải đề xuất một phát minh mới, mà là khám phá vì sao chúng ta vẫn chưa tận dụng đúng mức công nghệ đã tồn tại
- Cuối cùng, mục tiêu là biến bơm nhiệt thành lựa chọn cơ bản và dễ tiếp cận cho các hộ gia đình Mỹ
Bơm nhiệt không mới, nhưng đây là thời điểm chuyển đổi
- Bơm nhiệt là một khái niệm đã hơn 100 năm tuổi, và đã được sử dụng rộng rãi ở châu Âu và châu Á
- Được ứng dụng cho nhiều mục đích, từ cung cấp nước nóng đến sưởi/làm mát toàn bộ ngôi nhà
- Bơm nhiệt hiện đại hiệu quả hơn nồi hơi gas từ 2 đến 4 lần, đồng thời có thể tích hợp điều hòa và sưởi trong một hệ thống
- Mang lại sự thoải mái ổn định quanh năm trong phần lớn điều kiện khí hậu
- Nhiều nghiên cứu xác nhận rằng chi phí vận hành thấp hơn hoặc tương đương khí tự nhiên
- Hơn 90% hộ gia đình Mỹ có thể giảm hóa đơn năng lượng nếu lắp đặt bơm nhiệt phù hợp
- Chi phí lắp đặt thay đổi tùy theo điều kiện nhà ở, nhưng có thể giảm xuống mức tương đương với các phương án thay thế nhiên liệu hóa thạch nhờ IRA (Đạo luật Giảm Lạm phát) và trợ cấp cấp tiểu bang
- Vì vậy, vấn đề không nằm ở công nghệ mà ở các yếu tố văn hóa, kinh tế và con người
Tóm tắt (TL;DR)
- Bơm nhiệt là công nghệ đã được kiểm chứng, hiệu quả và thân thiện với khí hậu, nhưng mức độ phổ cập vẫn chậm
- Rào cản không phải là công nghệ mà là con người
- Đơn vị thi công dựa vào cách làm quen thuộc
- Chủ nhà thiếu thông tin
- Thị trường bị làm rối bởi phân mảnh và thông tin sai lệch
- Bài viết đưa ra năm chiến lược cốt lõi để tăng tốc phổ cập
- Giáo dục chủ nhà để xây dựng niềm tin
- Đào tạo lực lượng lao động thế hệ tiếp theo và đào tạo lại các kỹ thuật viên HVAC hiện có
- Tận dụng dữ liệu để thiết kế và thi công chính xác
- Xây dựng thị trường dựa trên chất lượng và độ tin cậy
- Căn chỉnh chính sách để từng bước loại bỏ điều hòa một chiều
- Thực thi hơn là phát minh sẽ là yếu tố then chốt tạo ra tiến triển
Bơm nhiệt là gì
- Bơm nhiệt là thiết bị hấp thụ nhiệt từ không khí và truyền vào trong nhà, hoặc ngược lại đẩy nhiệt trong nhà ra ngoài
- Khi làm mát, nó chuyển nhiệt trong nhà ra ngoài; khi sưởi, nó đưa nhiệt từ bên ngoài vào trong
- Thuật ngữ ‘bơm nhiệt’ không trực quan với công chúng, nên trong ngành người ta dùng cách diễn đạt ‘điều hòa hai chiều (2-way AC)’ cho mục đích giáo dục
- Nó vận hành theo nguyên lý giống điều hòa, nhưng khác ở chỗ có thể chạy theo chiều ngược lại
- Các thành phần chính
- Quạt: giúp lưu thông không khí để hỗ trợ truyền nhiệt
- Dàn bay hơi: hấp thụ nhiệt từ không khí trong nhà khi làm mát, hoặc từ không khí ngoài trời khi sưởi
- Máy nén: nén và tuần hoàn môi chất lạnh để cho phép truyền nhiệt
- Môi chất lạnh: chất lỏng cốt lõi dùng để mang nhiệt
- Bơm nhiệt không tạo ra nhiệt mà chỉ di chuyển nhiệt, và trên mức không độ tuyệt đối thì luôn tồn tại năng lượng nhiệt
- Vì vậy, ngay cả trong thời tiết dưới 0 vẫn có thể sưởi ấm
Vì sao bơm nhiệt quan trọng
- Bơm nhiệt di chuyển nhiệt mà không cần đốt cháy, nên có thể thay thế kiểu ‘sưởi bằng cách đốt nhiên liệu’ mà loài người phụ thuộc suốt thời gian dài
- Nhờ hiệu suất cao, chúng có thể giảm chi phí vận hành, dù mức độ khác nhau tùy theo giá điện và nhiên liệu tại từng khu vực
- Không có quá trình đốt cháy nên an toàn hơn, cải thiện chất lượng không khí trong nhà, và tạo ra môi trường sống khỏe mạnh, thoải mái hơn
- Khi kết hợp với điện mặt trời và pin, có thể tạo ra ngôi nhà tự chủ năng lượng
- Có thể sưởi/làm mát bằng điện tự sản xuất, loại bỏ sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch
- Các hạng mục so sánh chính với nồi hơi gas
- Nguồn năng lượng: gas/propane vs điện
- Chức năng: chỉ sưởi vs sưởi và làm mát
- Chất lượng không khí: có hay không có phụ phẩm đốt cháy
- Độ an toàn: rò rỉ gas/nguy cơ CO vs cấu trúc không đốt cháy
- Độ thoải mái: thay đổi nhiệt độ đột ngột vs duy trì nhiệt độ đồng đều
- Chi phí ban đầu: bơm nhiệt có sức cạnh tranh khi thay đồng thời cả hệ thống sưởi và làm mát
- Chi phí vận hành: có thể giảm khi dùng model hiệu quả và tận dụng ưu đãi
- Phát thải: phát sinh CO₂ vs không phát thải
- Mức độ phù hợp với khí hậu: các model dành cho thời tiết lạnh hoạt động tới -20°F
- Trợ cấp: bơm nhiệt có nhiều ưu đãi ở cấp liên bang và tiểu bang
Thời điểm bơm nhiệt đã đến
- Trước đây, bơm nhiệt từng bị xem là công nghệ ngách dành cho kiến trúc sư xanh hoặc nhóm chấp nhận sớm, nhưng nay đang trở thành xu hướng chính
- Bài viết nêu ra bốn động lực thay đổi chính
Động lực văn hóa đang hình thành
- Phong trào ‘Điện hóa mọi thứ (Electrify Everything)’ đang lan rộng, khiến bơm nhiệt được nhìn nhận là công cụ khử carbon thường nhật
- Nhà hoạch định chính sách, startup, utility và truyền thông đều tham gia
- Khử carbon trong lĩnh vực tòa nhà đang được chú ý như một giải pháp khí hậu thực tế mà người dân có thể trực tiếp thực hiện
- Chiến dịch ‘Go Electric’ của Rewiring America giới thiệu bơm nhiệt như biểu tượng của một ngôi nhà hiện đại và thân thiện với khí hậu
Chính sách liên bang và tiểu bang đang được căn chỉnh
- Các chính sách ưu đãi ở cấp liên bang và tiểu bang, bao gồm IRA, đang thúc đẩy phổ cập bơm nhiệt
- Được triển khai dưới nhiều hình thức như tín dụng thuế, rebate và chương trình hỗ trợ cho nhóm thu nhập thấp
Dòng vốn tư nhân đổ vào
- Đầu tư mạo hiểm đang thực sự chảy vào thị trường bơm nhiệt
- Quilt: phát triển thiết bị chú trọng thiết kế và hệ thống điều khiển qua ứng dụng
- Elephant Energy, Forge: xây dựng “nền tảng concierge cho bơm nhiệt” quản lý tích hợp từ bán hàng, lắp đặt đến xin trợ cấp
- Nhờ đó, ngành bơm nhiệt đang chuyển từ một lĩnh vực chỉ xoay quanh thi công sang ngành lấy trải nghiệm người tiêu dùng làm trung tâm
Huyền thoại về hiệu suất trong giá rét đang sụp đổ
- Bơm nhiệt đã được sử dụng ổn định tại miền bắc New England, Trung Tây, Canada và Bắc Âu cùng nhiều vùng khí hậu khắc nghiệt khác
- Bắc Âu đã thương mại hóa thành công từ nhiều thập kỷ trước
- Vì thế, không có giới hạn kỹ thuật đáng kể; vấn đề nằm ở con người và năng lực thực thi của thị trường
Kết luận và giới thiệu loạt bài
- Công nghệ bơm nhiệt đã hoàn thiện từ nhiều thập kỷ trước, nhưng lý do chưa được áp dụng rộng rãi là yếu tố con người
- Bài viết khép lại bằng câu: “Công nghệ đã được giải quyết. Phần còn lại là vấn đề của con người.”
- Đây là phần đầu tiên trong loạt 5 bài về tăng tốc phổ cập bơm nhiệt tại Mỹ, các phần sau sẽ bàn về lời giải cho từng thách thức
Phụ lục: hướng dẫn áp dụng bơm nhiệt cho cá nhân
- Chương trình mua chung đầu tiên của Heat Pumped đã nhận được phản hồi rất tích cực, và hiện vẫn còn một số suất đăng ký
- Có thể đăng ký đến cuối tháng này hoặc cho đến khi đủ chỗ
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Có lẽ vì sang chấn giá cả thời COVID, nên chi phí lắp đặt bơm nhiệt không ống dẫn lên tới 20.000 USD nghe quá đắt
Máy điều hòa cửa sổ chỉ 200 USD, bơm nhiệt di động chỉ 700 USD, vấn đề nằm ở chi phí lắp đặt
Dù tốt cho môi trường và hiệu suất cao, nhưng vấn đề “last mile” khiến đơn vị lắp đặt tính phí quá mức
Cũng chưa đến mức tuyệt vọng để tự lắp
Mong các mẫu bơm nhiệt dạng cửa sổ chạy chỉ bằng nguồn điện chính được bán rộng rãi hơn
Khi lắp điện mặt trời thì việc giảm tải là quan trọng để cải thiện ROI, nên khi đó việc lắp đặt là hợp lý
Ở California, chi phí lắp đặt trung bình là 20.000 USD, trong đó thiết bị 3.000~5.000, nhân công 3.000~4.000, vật tư 2.000~3.000, giấy phép khoảng 1.000 USD
45% còn lại được dùng cho chi phí gián tiếp và bán hàng, xe cộ, bảo hiểm, v.v., và lợi nhuận ròng chỉ khoảng 10%
Họ cho rằng có thể giảm một nửa chi phí lắp đặt nhờ mua số lượng lớn, báo giá từ xa và tối ưu hiệu suất lao động
Tôi lắp bơm nhiệt địa nhiệt cho căn nhà 3.500 foot vuông ở vùng quê Canada với giá 40.000 CAD, và chi phí sưởi hàng năm đã giảm xuống còn chưa tới một nửa
Sau đó tôi lắp thêm hệ điện mặt trời 20kW và hiện tiết kiệm 8.000 CAD mỗi năm
Bơm nhiệt hoàn vốn sau 5 năm, còn điện mặt trời có lẽ phải hơn 15 năm
Không chỉ hiệu quả sưởi ấm mà mức độ thoải mái cũng cải thiện rõ rệt
Dù vậy, 20.000 USD vẫn là quá đáng. Ở Ontario tôi lắp với giá 12.000 CAD trước trợ cấp của chính phủ
Không có chứng chỉ thì ngay cả linh kiện cũng không mua được, và tình trạng thiếu nhân lực lành nghề khiến giá tăng vọt
Cần có điểm cân bằng nào đó giữa thi công không chuyên rẻ nhưng nguy hiểm, và hệ thống độc quyền đắt đỏ
Lý do bơm nhiệt ít phổ biến hơn ở Mỹ là do vấn đề động lực trong cấu trúc nhà cho thuê
Người thuê trả tiền điện, nhưng chủ nhà trả chi phí thay thiết bị
Từ góc nhìn của chủ nhà thì không có lý do gì để đầu tư nâng hiệu quả
Người thuê cũng không ở lâu dài nên không tự mua thiết bị lớn
Cuối cùng thì cạnh tranh về tiện nghi vẫn tồn tại
Tôi đã lắp cả bình nước nóng bơm nhiệt và bơm nhiệt HVAC
Quá trình lắp đặt giống như bơi ngược một dòng sông chảy xiết
Phần lớn nhà thầu đều can ngăn hoặc bảo là không hiệu quả, nhưng cuối cùng tôi tìm được đơn vị chuyên môn và làm thành công
Kết quả là rất hài lòng
Trợ cấp lại càng khiến nhà thầu tăng giá
Giá điện đắt nên chi phí sưởi thực ra còn tăng, nhưng mục tiêu dài hạn là kết hợp với điện mặt trời để giảm dấu chân carbon
Có rebate cho tự lắp nên tổng chi phí chỉ khoảng 700 USD, và tiền điện tiết kiệm được đã giúp hoàn vốn rồi
Hy vọng 5~10 năm nữa tình hình sẽ khá hơn
Họ cũng nói mini-split vẫn làm được
Giá điện là rào cản lớn nhất đối với việc phổ biến bơm nhiệt
Khu vực tôi sống tăng 25% trong năm 2024, và năm nay dự kiến tăng thêm 10%
Trong bối cảnh trợ cấp giảm, chi phí ban đầu đã cao mà hiệu suất còn giảm trong thời tiết lạnh
Lưới điện cũng đang gặp khó vì tải mùa đông tăng lên
Có rất nhiều bất mãn vì tầng lớp trung lưu đang phải trả thay trợ cấp cho người giàu
Khi mất điện thì gas hay dầu sưởi vẫn hoạt động, còn bơm nhiệt thì dừng
Có thể chạy nồi hơi gas bằng máy phát, nhưng bơm nhiệt thì khó
Mùa đông thì đóng băng, cuối cùng chỉ còn chạy nhiệt dự phòng
May là kiểu rét đó chỉ kéo dài khoảng 4 tháng
Mùa hè lưới điện gánh được mà mùa đông lại không gánh nổi thì nghe có vẻ đáng nghi
Tuy nhiên nếu dùng thêm điện trở sưởi phụ thì tải có thể tăng
Cũng có nhiều hiểu lầm trong ngành HVAC
Khác với châu Á, cấu trúc phân phối bơm nhiệt ở Mỹ là một hệ thống nhiều tầng phức tạp, nên giá đắt
Từ nhà sản xuất → tổng phân phối → đại lý → đơn vị thi công → người tiêu dùng, mỗi tầng cộng thêm 20% biên lợi nhuận
Nhà ở đa dạng về kết cấu nên việc nhà thầu phải hiểu nhiều hệ thống khác nhau cũng là một nguyên nhân
Tổng 2.000 USD và đang hoạt động hoàn hảo
Hầu hết đều đồng ý rằng chi phí lắp đặt đang quá cao
Đáng lẽ phải thiết kế chính xác dựa trên hồ sơ thất thoát nhiệt của ngôi nhà, nhưng hiện tại vẫn dựa vào kinh nghiệm là chính
Sẽ rất hay nếu có thể tự động hóa chụp ảnh nhiệt (khoảng 400 USD) bằng drone để làm mô hình 3D và thiết kế dựa trên dữ liệu
Đây là một cơ hội startup để gửi dữ liệu đó cho nhiều đơn vị bơm nhiệt khác nhau
Thermographic inspections
Ngược lại, tối ưu hiệu suất lao động mới là điểm đổi mới lớn hơn
Một số nhà thầu kiếm lời bằng cách báo dư công suất thay vì tính toán đúng
Ngược lại, cơ hội có thể nằm ở việc thiết kế lại toàn bộ hệ thống ngay từ đầu
Phần lớn trường hợp chỉ cần dùng các giá trị chuẩn bảo thủ là đủ, còn hệ thống chứng chỉ lại gây thêm chi phí không cần thiết
Đầu năm 2020, ngay trước đợt phong tỏa vì COVID, nồi hơi gas của tôi sắp hỏng nên tôi quyết định thay hệ HVAC
Nhà thầu đề xuất kết hợp bơm nhiệt điện + gas dự phòng, và lắp ngay ngày hôm sau
Đó là giai đoạn đầu đại dịch nên lao động đang dư thừa
Tổng chi phí khoảng 13.000 USD và tôi được hoàn lại một phần nhờ rebate của chính phủ
Từ đó đến nay, chi phí năng lượng gần như tương đương nhưng mức sử dụng gas gần như về 0
Tôi không đủ điều kiện lắp điện mặt trời nên thay vào đó chọn gói điện xanh
Năm ngoái tôi lắp bơm nhiệt Ecoer, và vào ngày lạnh thì không hẳn là ấm nhưng ở mức ‘tàm tạm ổn’
Tôi lo về vấn đề rung và quyền riêng tư dữ liệu của modem IoT
Dù vậy, khả năng giữ nhiệt tốt và có thể hoàn vốn trong vòng 10 năm
Nhưng chất lượng lắp đặt rất thất thường nên nhiệt phụ đến giờ vẫn chưa hoạt động đúng
Nếu làm lại, tôi sẽ chọn Mitsubishi và một đơn vị thi công có tay nghề
Nhiều người không thích bơm nhiệt vì lý do rất đơn giản — nó không ấm bằng nồi hơi hiện có
Tôi cũng đã lắp bơm nhiệt mới ở vùng Trung Đại Tây Dương, nhưng khi xuống dưới 0°C thì không trụ được nếu không có điện trở sưởi phụ
Hiệu suất thì tốt, nhưng cảm giác nhiệt thực tế lại chưa đủ
Ngành này nên tập trung cải thiện trải nghiệm người dùng hơn là chỉ công nghệ
Có khả năng vấn đề nằm ở cách nhiệt của ngôi nhà
Zuba system
Dữ liệu hiệu năng ccASHP
Cải thiện cách nhiệt và độ kín khí còn hiệu quả chi phí hơn nhiều
Cảm giác của luồng khí ấm khác hẳn
Tuy nhiên ở vùng lạnh thì vẫn cần nồi hơi gas hỗ trợ
Bơm nhiệt có thể đạt hiệu suất trên 100% tùy theo nhiệt độ
Không cần điện trở sưởi phụ cũng không có vấn đề gì
Đơn giản hóa và năng lực thực thi là cốt lõi
Phải làm cho việc mua và lắp đặt trở nên dễ dàng thì chi phí mới giảm và mức độ phổ biến mới tăng
Giống như câu “cứ tiếp tục thực hiện, đừng dừng lại”, hiện tại là giai đoạn của hành động