독서 가이드
요즘 히트 펌프가 유행입니다. 특히 유럽에서는 일부 국가에서 화석 연료 스토브와 보일러 설치를 금지하는 대신 에너지 효율이 높은 히트 펌프를 포함한 친환경적인 난방 방식을 도입하는 추세입니다. (난로는 공기를 가열하여 파이프를 통해 집 전체에 공급하는 반면, 보일러는 물을 가열하여 온수나 증기 난방을 제공합니다.) 올해 미국 정부는 히트 펌프 설치에 대한 세제 혜택을 제공하기 시작했습니다. 히트 펌프는 기존 난방보다 초기 비용이 더 많이 들지만 장기적으로는 훨씬 효율적입니다.
신에너지 자동차 분야에서는 배터리 용량이 제한적이기 때문에 업계가 히트 펌프를 도입하게 되었습니다. 그렇다면 이제 히트 펌프가 무엇이고 어떤 역할을 하는지 간략하게 알아볼 때가 된 것 같습니다.
가장 흔한 히트펌프 유형은 무엇입니까?
최근의 화제를 감안할 때, 당신은 이미 다음을 사용하고 있다는 사실에 놀랄 수도 있습니다.히트 펌프- 아마 집에도 하나 이상, 차에도 하나 이상 있을 거예요. 다만 히트 펌프라고 부르지 않고 "냉장고"나 "에어컨"이라고 부르죠.
사실, 이 기계들은 열 펌프입니다. 즉, 비교적 차가운 곳에서 비교적 뜨거운 곳으로 열을 이동시키는 것이죠. 열은 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 자발적으로 흐릅니다. 하지만 차가운 곳에서 뜨거운 곳으로 바꾸려면 "펌핑"해야 합니다. 가장 좋은 비유는 물이 언덕 아래로 스스로 흐르지만, 언덕 위로는 펌프질해서 올려야 하는 것과 같습니다.
어떤 종류의 저온 저장고(공기, 물 등)에 저장된 열을 고온 저장고로 펌핑하면 저온 저장고는 더 차가워지고 고온 저장고는 더 뜨거워집니다. 실제로 냉장고나 에어컨의 역할은 바로 이것입니다. 불필요한 곳에서 열을 다른 곳으로 옮기는 것이죠. 약간의 열 낭비는 신경 쓰지 않아도 됩니다.
히트펌프를 이용해 실용적인 냉각기를 만드는 방법은?
생성된 핵심 통찰력히트 펌프 19세기 초, 제이콥 퍼킨스를 비롯한 여러 발명가들이 냉각을 위해 증발하는 휘발성 액체를 낭비하지 않고도 이런 방식으로 물체를 냉각할 수 있다는 사실을 깨달았습니다. 그들은 이러한 증기를 대기로 방출하는 대신, 증기를 모아 액체로 응축한 후 냉각제로 재사용하는 것이 더 낫다고 주장했습니다.
냉장고와 에어컨의 역할이 바로 그것입니다. 액체 냉매를 증발시켜 차가운 증기를 이용해 냉장고나 자동차 내부의 열을 흡수합니다. 그런 다음 기체를 압축하고, 다시 액체 상태로 응축합니다. 이 액체는 처음보다 더 뜨거워졌기 때문에, 그 안에 있는 열의 일부는 (아마도 팬의 도움을 받아) 실외든 주방이든 주변 환경으로 쉽게 빠져나갈 수 있습니다.
그렇긴 하지만, 당신은 히트펌프에 대해 잘 알고 있습니다. 다만, 계속해서 그것을 에어컨과 냉장고라고 부르고 있을 뿐입니다.
이제 또 다른 사고 실험을 해 봅시다. 창문용 에어컨이 있다면 실제 실험처럼 해 볼 수도 있습니다. 거꾸로 설치해 보세요. 즉, 창문 밖에 조절 장치를 설치하는 겁니다. 시원하고 건조한 날씨에 설치해 보세요. 무슨 일이 일어날까요?
예상하셨겠지만, 뒷마당으로 차가운 공기를 불어넣고 집 안으로 열을 방출합니다. 즉, 열을 계속 전달하면서 집을 따뜻하게 만들어 더욱 편안하게 만들어 줍니다. 물론 실외 공기를 시원하게 만들어 주지만, 창문에서 멀어지면 그 효과는 최소화됩니다.
이제 집을 데울 히트 펌프가 생겼습니다. 이것이 최고는 아닐 수도 있습니다.히트 펌프, 하지만 작동은 합니다. 게다가 여름이 오면 뒤집어서 에어컨으로 쓸 수도 있어요.
물론, 실제로 그렇게 하지는 마세요. 처음 비가 와서 컨트롤러에 물이 들어가면 분명 고장 날 겁니다. 대신, 같은 원리를 사용하는 상업용 "공기열" 히트 펌프를 구입해서 집을 난방할 수 있습니다.
물론 문제는 보드카가 비싸서 와인을 식히려고 하면 금방 바닥난다는 겁니다. 보드카 대신 더 저렴한 소독용 알코올을 쓴다고 해도 곧 가격 때문에 불평하게 될 겁니다.
이러한 장치 중 일부에는 역전 밸브라고 하는 것이 있는데, 이를 통해 동일한 장치가 이중 역할을 수행할 수 있습니다. 즉, 아래에서 설명하는 대로 외부에서 내부로 열을 펌핑하거나 내부에서 외부로 열을 펌핑하여 난방과 냉방을 모두 제공할 수 있습니다.
히트펌프가 전기히터보다 왜 더 효율적인가요?
히트 펌프는 열을 생성하는 데 전기가 필요하지 않기 때문에 전기 히터보다 효율적입니다.히트 펌프열은 어느 정도 발생하지만, 더 중요한 것은 외부에서 집 안으로 열을 공급한다는 것입니다. 집 안으로 방출되는 열과 전기 압축기로 전달되는 에너지의 비율을 성능 계수(COP)라고 합니다.
전기 가열 소자가 생성하는 모든 열을 공급하는 간단한 전기 공간 히터의 COP는 1입니다. 반면, 히트 펌프의 COP는 훨씬 더 높을 수 있습니다.
하지만 히트펌프의 COP는 고정된 값이 아닙니다. 열이 펌핑되는 두 저장조 사이의 온도 차이에 반비례합니다. 즉, 너무 차갑지 않은 저장조에서 너무 덥지 않은 건물로 열을 펌핑하면 COP가 크게 나타나 히트펌프가 전기 사용 효율이 매우 높다는 것을 의미합니다. 그러나 매우 차가운 저장조에서 이미 따뜻한 건물로 열을 펌핑하면 COP 값이 감소하여 효율이 떨어집니다.
그 결과는 여러분이 직관적으로 예상했던 대로입니다. 실외 열 저장소로 사용할 수 있는 가장 따뜻한 것을 사용하는 것이 가장 좋습니다.
실외 공기를 열원으로 사용하는 공기열 히트펌프는 겨울철 난방 시즌에 실외 공기가 매우 차가워지기 때문에 최악의 선택입니다. 지열 히트펌프(지열 히트펌프라고도 함)는 겨울에도 중간 깊이의 지반이 여전히 상당히 따뜻하기 때문에 더 좋습니다.
히트펌프에 가장 적합한 열원은 무엇입니까?
지중 소스의 문제히트 펌프이 묻힌 열 저장소에 접근할 방법이 필요하다는 것입니다. 집 주변에 충분한 공간이 있다면 도랑을 파고 파이프를 적당한 깊이(예: 몇 미터 깊이)에 묻을 수 있습니다. 그런 다음 이 파이프를 통해 액체(보통 물과 부동액의 혼합물)를 순환시켜 땅속의 열을 흡수할 수 있습니다. 또는 땅에 깊은 구멍을 뚫고 파이프를 수직으로 설치할 수도 있습니다. 하지만 이 모든 방법은 비용이 많이 들 것입니다.
운 좋은 소수에게만 가능한 또 다른 전략은 파이프를 특정 깊이의 물에 담가 근처 수역에서 열을 추출하는 것입니다. 이를 수원 히트 펌프라고 합니다. 일부 히트 펌프는 건물에서 나오는 공기나 태양열 온수에서 열을 추출하는 좀 더 특이한 전략을 사용합니다.
매우 추운 기후에서는 가능하면 지열 히트 펌프를 설치하는 것이 합리적입니다. 아마도 이것이 스웨덴(1인당 히트 펌프 수가 가장 많은 국가 중 하나)의 히트 펌프 대부분이 지열 히트 펌프인 이유일 것입니다. 하지만 스웨덴에서도 공기열 히트 펌프의 비중이 높은데, 이는 히트 펌프가 온화한 기후의 주택 난방에만 적합하다는 일반적인 주장(적어도 미국에서는)과 상충됩니다.
따라서 어디에 계시든 초기 비용을 감당할 수 있다면 다음에 집을 어떻게 난방할지 결정해야 할 때 전통적인 난로나 보일러 대신 히트 펌프를 사용하는 것을 고려해보세요.
게시 시간: 2023년 10월 19일