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지열원 펌프의 작동 원리
지상 열원 펌프는 지상에서 열을 흡수하고 건물로 열을 전달하여 화석 연료를 태우지 않고 건물을 가열합니다. 열펌프 자체는 건물에 있으며 가정용 냉장고와 같은 원리로 작동합니다.
냉장고의 열펌프는 냉장고에서 열을 전달하고 열교환기를 사용하여 후면의 작은 라디에이터에서 열을 분산시킵니다.
지열원 펌프는 지면의 배관을 통해 물을 순환시켜 지면에서 열을 흡수하고 라디에이터 나 바닥 아래 배관 회로를 통해 온수를 순환시켜 건물로 열을 전달합니다.
열펌프는 집으로 순환하기 전에 땅에서 받는 온도를 높일 수 있습니다. 냉매 가스를 압축하여 이를 수행합니다. 많은 양의 가스가 작은 공간으로 압축되면 가스의 열에너지가 집중되어 가스가 매우 뜨거워집니다.
열펌프는 열교환기를 사용하여 열을 건물의 난방 회로로 전달합니다. 고압가스가 열을 생성한 후 가스의 압력이 방출되어 매우 차가워집니다.
히트 펌프는 열 교환기를 사용하여 냉기를 접지 루프 회로로 전달합니다. 냉수가 지면을 순환하면서 주변 지면의 열을 흡수하고 순환이 다시 시작될 수 있습니다.
지열원 펌프는 얼마나 효율적일까요? 열펌프는 전기를 사용하여 압축기를 작동하고 전기를 사용하여 회로를 통해 물을 펌프질합니다.
그러나 건물로 전달되는 대부분 에너지는 지상에서 전달되며 이 에너지는 무료입니다. 따라서 열펌프는 필요한 작업을 수행하는 데 사용하는 것보다 더 많은 열에너지를 제공하는 데 매우 효율적입니다.
잘 설계된 지열원 히트 펌프 설치는 1킬로와트의 전기 소비에 대해 4~5 킬로와트의 열을 제공할 수 있습니다.
난방 시즌 동안 소비되는 전기 대비 제공되는 열의 비율은 열펌프 자체의 효율성뿐만 아니라 건물의 특성, 건물 내의 열 분배 시스템 및 접지 루프 회로의 크기와 효율성에 따라 달라집니다.
또한, 지상에서 사용 가능한 온도에 따라 다릅니다. 영국의 방해를 받지 않은 땅의 자연 온도는 6미터 이하의 깊이에서 10° C에 매우 가깝습니다.
여름과 겨울 모두 열이 땅을 통해 매우 느리게 이동하기 때문에 이것은 사실입니다. 그러나 지열원 히트 펌프가 그 지반에서 열을 흡수하면 지반의 온도가 떨어집니다.
소량의지 면에서 많은 양의 열이 추출되면 지면 온도가 더 빨리 떨어집니다. 지면 온도가 떨어지면 지열원 히트 펌프의 효율성이 떨어지고 "성능 계수"가 잘 설계된 시스템에서 예상할 수 있는 수준 보다 훨씬 아래로 떨어질 수 있습니다.
열펌프의 CoP는 주로 지상의 입력 온도와 건물로 전달되는 출력 온도의 차이에 의해 결정됩니다. 이 간격이 증가함에 따라 히트 펌프 설치의 CoP가 떨어집니다. 지상 소스 열펌프 설치는 다음으로 구성됩니다.
지면과의 열교환을 위한 그라운드 건물 내의 열 분배 시스템인 바닥 난방, 대형 라디에이터 또는 공기 덕트, 사용 가능한 곳에서 필요한 곳으로 열을 전달하는 제어 메커니즘. 지원열펌프 설치에서 가장 중요한 구성 요소는 설계입니다.
좋은 지원열펌프는 열을 추출하기 위한 적절한 지면 배열과 건물 내 균형 잡힌 열 분배 시스템 없이는 잘 수행되지 않습니다.
또한, 겨울 내내 건물에서 적절한 온도 균형을 유지하려면 잘 조정된 제어 메커니즘이 필요합니다. 같은 구성 요소를 설계하여 여름에 냉각을 제공할 수 있습니다.
여름에 열이 땅으로 빠져나가도록 하여 냉방을 제공하면 다음 겨울의 난방 성능이 향상됩니다. 지열원 히트 펌프 작동 원리는 다음과 같습니다.
여름에 태양열을 포착하고 지상의 열저장소에 효율적으로 열을 저장하는 메커니즘입니다. 자연적으로 발생하는 재생 가능한 열에너지를 낮과 밤사이에 그리고 계절 사이에 저장할 수 있습니다.
지상의 태양열 재충전은 계절 간 열전달의 중요한 구성 요소이며 지상 소스 열펌프 설치의 효율성을 두 배로 높일 수 있도록 합니다.
여름철 태양열 수집을 지상 열원 열펌프와 통합하여 비 보조 지상 열원 열펌프의 성능을 두 배로 높입니다. 핵심 링크는 겨울에 사용하기 위해 여름 더위를 저장하는 열저장소입니다.
지상 소스 히트 펌프는 비용을 절약합니다. 열펌프는 직접 전기 난방 시스템보다 작동 비용이 훨씬 저렴합니다. 지원열펌프는 석유 보일러보다 운영 비용이 저렴하고 가스보일러를 운영하는 것보다 저렴할 수 있습니다.
열펌프는 완전 자동화될 수 있으므로 바이오매스 보일러보다 훨씬 적은 작업이 필요합니다. 이는 또한 비용을 절약해줍니다. 열펌프는 공간을 절약합니다.
연료 저장 요건이 없습니다. 히트 펌프는 안전합니다. 연소가 발생하지 않으며 잠재적으로 위험한 가스가 배출되지 않습니다. 독감이 필요하지 않습니다.
지원열펌프는 연소 기반 난방 시스템보다 유지 보수가 덜 필요합니다. 또한, 연소 보일러보다 수명이 깁니다. 지열원 히트 펌프 설치의 지열 교환기 요소는 설계 수명이 100년 이상인 인프라 투자입니다.
열펌프는 탄소 배출을 절약합니다. 석유, 가스, LPG 또는 바이오매스를 태우는 것과 달리 히트 펌프는 현장에서 탄소 배출을 발생시키지 않습니다.
즉, 재생 가능한 전기 소스를 사용하여 전력을 공급하는 경우 탄소 배출이 전혀 발생하지 않습니다. 지원열펌프는 안전하고 조용하며 눈에 잘 띄지 않으며 시야에서 벗어납니다.
계획 허가가 필요하지 않습니다. 히트 펌프는 여름에는 냉방을 제공하고 겨울에는 난방을 제공할 수 있습니다. 지열원 히트 펌프 설비의 소유자도 재생 열 이익을 받을 수 있습니다.
이렇듯 열에너지를 활용하는 것은 무궁무진한 거 같습니다.
이번 포스팅에서는 지열을 활용하는 기술들과 원리들을 알아보았는데, 지열로도 에너지로 변경할 수도 있고 응용으로 실생활에서 발생하는 열들을 활용한다면 우리는 더 많은 열에너지를 확보하여 우리가 가공할 수 있는 에너지로 가공할 수 있다는 것을 알았습니다.