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067  Heat Pump에 대하여 관리자 06-01-20
 

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1. 개요


(1) 히트 펌프는 저온 범위의 열(공기, 지하수, 폐열 등)을 흡수하여 고온 범위로 펌프-업(pump-up)한다는 데서 그 이름이 붙여진 것으로, 냉동기가 증발기의 흡열작용(냉각력)을 이용하는 것인데 비해, 히트 펌프는 응축기의 방열을 이용하는 것이다.

(2) 히트펌프는 각종 배열 등 미활용 에너지를 이용하여 에너지절약에 도움이 되며, 에너지의 균형 있는 이용에도 도움이 된다(전력은 여름에는 수요가 많지만, 겨울에는 수요가 급감→ 히트 펌프 사용에 의해 수요 유발 필요)


2. 히트 펌프의 장점


히트 펌프는 다음과 같은 장점을 가지고 있다.

(1) 에너지의 효율이 높다는 것(COP가 3.0이상)

(2) 연료의 연소가 수반되지 않으므로 깨끗하고 안전하며 무공해라는 것

(3) 각종 배열 등 미활용 에너지를 이용하여 에너지절약에 도움이 되며, 에너지의 균형 있는 이용에도 도움이 된다(전력은 여름에는 수요가 많지만, 겨울에는 수요가 급감 → 히트 펌프사용에 의해 수요 유발 필요)

(4) 히트 펌프 1대로 냉방과 난방을 겸할 수 있어 설비의 이용효율이 높다는 것


2. 히트 펌프의 종류, 특성 및 용도


(1) 공기-공기방식 히트 펌프

열원으로 공기를 사용하여 실내공기를 가열하는 방식으로 패키지 에어컨형과 창문형 에어컨형이 있다.

① 현재 국내에서 가장 많이 보급된 방식임.

② 냉매회로를 전환하여 냉·난방을 바꿀 수 있다.

③ 사용냉매는 주로 R-22가 사용되며 가정용  룸 에어컨형은 R-12가 사용됨(지금은 신냉매 R-134a가 사용됨)

④ 고온을 얻기 위해 토출압력이 매우 높으므로 압축기의 수명이 현저히 단축되기 때문에, 왕복동식 보다는 소형의 경우, 로터리(rotary)형이나 스크롤(scroll)형이 사용된다.

(2) 공기-물 방식

열원으로서 공기를 사용하고 물을 가열하는 방식으로, 외기나 배기 중의 열을 흡수하여 물을 가열 난방용 또는 급탕용으로 활용

① 우리나라의 경우 영·호남 및 제주 지방에서는 공기열원 히트 펌프가 경제성이 있음

② 축열방식(수축열)을 채택할 수 있다.

③ 국내에서는 한전사옥에 설치 예가 많음

(3) 물-공기 방식

지하수, 생활하수, 공장폐수 등의 열원을 사용하여 실내공기를 가열하는 방식으로, 수냉식 패키지형 에어컨을 활용한 히트펌프가 있다.

① 공기에 비해 채열용 열교환기가 소형이다

② 제상(defrost)가 필요 없다

③ 열회수 방식으로 많이 사용한다


(4) 물-물 방식

열원으로서 지하수, 폐수 등에서 열을 흡수하여 난방열 온수나 급탕용 물을 가열하는데 사영된다. 주로 냉방용 칠러 유닛(chiller unit)를 이용한 히트 펌프이다

① 가장 활용분야가 넓을 것으로 예상되는 열원으로서, 호텔, 목욕탕, 스포츠 센터 등의 생활하수를 사용하면 매우 높은 COP를 얻을 수 있다.

② 열원이 생활하수이기 때문에 수질이 좋지 않아 여과기능(filtering)이 필요.

③ 열교환기의 오염을 방지하지 위해 자동세척이 가능한 구조의 열교환기 필요


3. 히트 펌프의 문제점


(1) 가혹한 운전조건하(토출압력이 높음)에서 운전되기 때문에 압축기의 고장이 빈번

(2) 공기 열원의 경우 사용가능 지역이 제한됨(우리나라의 경우 영·호남 등의 남부지방에서 적용가능)

(3) 기기 메이커의 기술수준 미흡(특히 압축기, 열교환기)

(4) 이용자의 히트 펌프의 에너지 절약성, 공장 폐열 이용효과 등에 대한 이해 부족

(5) 산업용의 경우 히트 펌프 적용대상 공정이 이용자 측의 주요한 공정 노하우(know-how)인 경우가 많아, 기기제조자 측에서 볼 때 시장접근의 한계가 있음

(6) 공기열원-제상의 번거로움

(7) 공기열원의 경우 외기온도가 낮아지면 히트 펌프의 가열 능력은 떨어지는데 비해 실의 가열 부하는 증가함


4. 히트 펌프의 활성화 방안


히트 펌프는 에너지 절약성, 에너지 효율성, 에너지의 균형 있는 이용 등의 측면에서 많은 장점이 있는데도 불구하고 기술상으로 보나 설치규모로 보나 아직 초기단계에 불과하다.

우리나라의 히트 펌프산업을 육성, 활성화하는 방안으로 다음과 같은 것이 고려된다.


(1) 히트 펌프 및 그 기술에 대한 홍보

- 강연회, 전시회 등 개최

- 홍보용 책자 및 관련기술서적의 출판


(2) 히트 펌프의 연구개발, 보급확대 등을 위한 국가적 정책

- 에너지 절약의 목적을 위한 각종 인센티브(incentive)

- 투자촉진 세제를 통한 지원


(3) 에너지 절약분야에 관련된 정부출연기관 등으로부터의 집중적인 자금지원


(4) 건축설계 초기단계에서 히트 펌프용의 축열공간 확보

- 예를 들면, 스포츠 센터 같은 곳은 특히 히트 펌프 방식이 유리하지만, 건축 초기에 축열공간이 확보되어 있지 않아 적용이 어렵게 되는 사례가 있음


(5) 오존층 파괴와 상관이 없는 냉매에 적합한 시스템 개발


5. 히트 펌프의 열원이 갖추어야 할 조건


히트 펌프는 에너지의 재활용면에서 상당히 중요한 역할을 하는 장치이며, 재활용 에너지 즉, 히트 펌프의 에너지원의 조건에 따라 능력은 매우 차이가 난다.

히트 펌프의 열원으로서 갖추어야 할 기본조건은 다음과 같다.

(1) 활용할 수 있는 량이 늘 일정하고 풍부해야 한다.

(2) 높은 성적계수를 유지할 수 있는 정도(COP 3.0이상)의 에너지 레벨(energy level)이 요구된다.

(3) 열교환기의 설계 제작에 어려움이 없는 물질이어야 한다(부식성, 독성 등 없을 것)

(4) 재활용되어 생산된 에너지가 수요처의 근처에 있을 것(이송손실, 배관투자비 등의 증대 방지)

현재 우리나라에서 주로 활용되고 있는 것은 공기와 물이며 더물게 응축열을 이용하는 방법도 있다.

 

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