히트펌프 기초 - 1

요즘 히트펌프(Heat Pump)라고 신재생에너지기술로 널리 보급이 되고 있는 기술이 있다. 물펌프는 익숙하지만 히트펌프라고 하면 생소하게 느끼는 분들이 많은 것 같다. 이미 우리들이 많이 사용하고 있음에도 불구하고 잘 알지 못하는 히트펌프에 대해 알아보자.

히트펌프가 뭐지??

히트펌프는 냉난방이 다 되는 에어컨, 시스템 에어컨이라고 생각하면 이해가 빠르다.

요새 카페나 학교 교실에 천장에 설치되어 있는 사례가 많다.

 

우리가 흔히 접하는 것이 정사각형 모양으로 천장에 붙어 있어 바람이 나오는 기기. 그것이 바로 히트펌프의 실내기 이다. 

실내기가 있다면 실외기도 있는데, 실외기는 옆에 보이는 박스형태의 기기를 말한다. 

우선 히트펌프라는 실물이 이런 식으로 생겼다는 것만 알고 넘어가자.

히트펌프는 열펌프라고도 불리는데, 물펌프와 비교를 통해 이해해보자. 

물펌프(water pump)는 낮은 곳에 있는 물을 높은 곳으로 올려주는 기기이듯,

히트펌프(Heat pump)는 열(Heat)을 상승(펌핑 pumping)시켜주는 기기장비로 우선 이해하자.

 

물펌프는 낮은 곳에서 높은 곳으로 물을 올려주는 기기이다. 즉, A에서 B로 물을 올려주는 기기이다. 

히트펌프도 역시 낮은 엔탈피를 높은 엔탈피로 올려주는 기기이다. 

물펌프를 가동하기 위해 전기를 사용하듯,

히트펌프도 가동하기 위해 에너지가 공급되어야 한다.

이 공급되는 에너지 종류에 따라 히트펌프를 구분하기도 한다.

예를 들어, 

전기로 구동하는 히트펌프는 EHP (Electrical Heat Pump)

가스로 구동하는 히트펌프는 GHP (Gas Heat Pump)를 들 수 있다.

히트펌프는 어떻게 작동하는거지??

물펌프는 배관을 통해 아래에 있던 물이 그대로 위로 올라가게 되지만,

히트펌프는 물펌프와 다른 점이 있다. 

바로 열교환이라는 것을 통해 직접 올라가는것이 아니라 전달을 하는 방식이다.

히트펌프에는 냉매라는 것을 이용해 열을 전달하는데 

냉매가 한바퀴 도는 것을 사이클(cycle)이라고 부른다. 

위에 사진에서도 냉매 사이클이 형성이 되어있고

낮은 쪽에서 열교환을 하고 높은 쪽에서도 열교환을 한다. 총 2번의 열교환을 하는 셈이다. 

열교환이 이뤄지는 곳은 대부분 열교환기(HX, Heat Exchanger)에서 이뤄진다. 

히트펌프는 냉매가 열교환을 하는 사이클을 가지고 있다. 

냉매가 두 번의 열교환을 해서 열을 전달을 한다는 것을 기억하자.

냉매의 종류가 다양하지만

보통 냉매의 상변화를 이용하는 경우가 대다수이다.

냉매라는 물질은 

열교환기에서 열교환하는 과정에서 

액체 상태에서 기체 상태로 

기체 상태에서 액체 상태로 변화한다.  

냉매 사이클을 기준으로 보면

외부에서 냉매 사이클로 열을 가해지면 

냉매가 뜨거워지면서 기체 상태로 변화한다.

이처럼 냉매가 흡열하면서 냉매가 기화되는 과정을

증발(Evaporation)이라고 한다. 

반대로

냉매 사이클에서 외부로 열을 방출하면

냉매는 식으면서 다시 액체 상태로 변화한다.

이처럼 냉매가 발열하면서 냉매가 액화되는 과정을

응축(Condensation)이라고 한다. 

정리하면,

히트펌프는 냉매사이클을 이용하는 기기이고

냉매는 상변화를 통해 열을 전달한다. 

히트펌프의 열원과 부하

물펌프를 사용하기 위해서는 물을 공급해 저는 수원(水原)이 있어야 하고 물을 쓰는 곳이 있어야 한다. 

히트펌프 시스템에서도 열원(熱原) 측과 부하 측이 있다.

여기서, 흥미로운 점은

물펌프의 수원이 높이가 높아지면 사용하는 곳까지 펌핑해야 하는 높이가 줄어들게 된다. 

다시말해, 수원과 부하의 높이차(양정)이 작다면  물펌프가 일을 적게 해도 된다.

이와 비슷한 컨셉으로,

히트펌프의 열원의 온도가 높으면 히트펌프의 일이 줄어들게 된다.

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2014. 01. 17 작성

2014. 01. 20 수정

2014. 01. 22 수정