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지열 히트펌프
히트펌프란
냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치로,
구동 방식에 따라 전기식과 엔진으로 구분되는데 현재 대부분이 냉방과 난방을 겸용하는 구조로 되어 있다.
기술배경
- 원래 높은 성적계수(COP)로 에너지를 효율적으로 이용하는 방법의 일환으로 연구되어왔다.
- Heat Pump는 하계 냉방시에는 보통의 냉동기와 같지만, 동계 난방시에는 냉동사이클을 이용하여 응축기 에서 버리는 열을 난방용으로 사용하고 양열원을 겸하므로 보일러실이나 굴뚝 등 공간절약 가능하다.
- 열원의 종류로는 공기(대기), 물, 태양열, 지열 등 다양하며(사용의 편의상 공기와 물이 주로 사용됨), 온도가 높고 시간적 변화가 적은 열원 일수록 좋다.
- 시스템의 종류(열원/열매) : 공기대 공기방식, 공기대 물방식, 물대공기 방식, 물대물 방식, 태양열대 물방식, 지열대 물방식, 이중 응축기 방식 등
히트펌프의 분류 및 각 특징
| 방식 |
열원측 |
가열(냉각측) |
변환방식 |
특징 |
| ASHP |
공기 |
공기 |
냉매회로 변환방식 |
- 장치구조 간단
- 중소형 히트펌프에 많이 사용 |
| 공기회로 변환방식 |
- 덕트구조 복잡하여 SPACE 커짐
- 거의 사용 적음 |
| 공기 |
물 |
냉매회로 변환방식 |
- 구조간단(축열조 이용)
- 고효율 운전 가능하여 많이 사용됨 |
| 水회로 변환방식 |
- 수회로구조 복잡
- 브라인 교체등 관리 복잡
- 現在거의 사용 적음 |
| WSHP |
물 |
공기 |
냉매회로 변환방식 |
- 장치구조 간단
- 중소형 히트펌프에 많이 사용 |
| 水회로 변환방식 |
- 수회로구조 복잡
- 現在 거의 사용 적음 |
| 물 |
물 |
냉매회로 변환방식 |
- 대형에 적합
- 냉온수 모두 이용하는 熱回收 시스템 가능 |
| 水회로 변환방식 |
- 수회로구조 복잡
- 브라인 교체등 관리 복잡 |
| 변환 없는방식 |
- 일명 Double Bundle Condenser
- 냉/온수 동시간 이용 가능(실내기2대 설치 등) |
| SSHP |
물(태양열) |
공기 혹은 물 |
냉매회로 변환방식 |
- 太陽熱 이용한 열원 확보
- 냉/난방 공히 안정된 열원(냉각탑과 연계 운전) |
| GSHP |
地熱 |
공기 혹은 물 |
냉매회로 변환방식 |
- 냉매와 대지가 직접 熱交換
- 냉/난방 공히 안정된 열원 |
| EHP |
물 혹은
공기 |
공기 |
냉매회로 변환방식 |
- 수냉식 혹은 공랭식 熱交換
- 실내기측은 멀티 실내기 형태 혹은 공조기(AHU)
연결 가능함. |
| GHP |
공기 |
공기 |
냉매회로 변환방식 |
- 보통 공랭식 熱交換
- 실내기측은 멀티 실내기 형태 혹은 공조기(AHU)
연결 가능함. |
| HR |
물 혹은 공기 |
공기 |
냉매회로 변환방식 |
- 수냉식 혹은 공랭식 熱交換
- 실내기측은 주로 멀티형태로 다중 연결됨.
- 동시운전멀티 : 한 대의 실외기로 냉.난방을
동시에 행할 수 있음. |
| ※용어 |
* ASHP(Air Source Heat Pump) : 室外 공기를 열원으로 하는 히트펌프
* WSHP(Water Source Heat Pump) : 물을 열원으로 하는 히트펌프
* SSHP(Solar Source Heat Pump) : 太陽熱을 열원으로 하는 히트펌프
* GSHP(Ground Source Heat Pump) : 땅속의 地熱을 열원으로하는 히트펌프
* EHP(Electric Heat Pump) : 전체 운전 동력을 전기에만 의존하는 히트펌프.
* GHP(Gas driven Heat Pump) : 가스엔진을 사용하여 냉매압축기를 구동함.
* HR (Heat Recovery) : 한 대의 실외기로 냉방,난방을 동시에 구현가능 |
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히트펌프의 작동원리(공기-공기)
겨울철(난방시)
- 압축기에서 나오는 고온고압의 가스는 실내측으로 흘러들어가 난방을 실시한다.
- 실내 응축기에서 난방을 실시한 후 팽창변을 거쳐 증발기로 흡입되어 대기의 열을 흡수한다.
- 증발기에서 나온 냉매는 사방변을 거쳐 다시 압축기로 흡입된다.
단점
- 압축기에서 나오는 고온고압의 가스는 실외측 응축기로 흘러들어가 방열을 실시한다.
- 실외 응축기에서 방열을 실시한 후 팽창변을 거쳐 실내측 증발기로 흡입되어 냉방을 실시한다.
- 실내측 증발기에서 나온 냉매는 사방변을 거쳐 다시 압축기로 흡입된다.
성적계수란
성적계수란, 냉동 사이클에서의 냉방능력(증발능력) 혹은 난방능력(응축능력)과 소비된 소요동력의 비
성적계수(COP)의 계산
- 냉방시의 성적계수 COPc = 증발능력/소요동력 = (h1-h4)/(h2-h1)
- 난방시의 성적계수 COPh = 응축능력/소요동력 = (h2-h3)/(h2-h1)
