지열히트펌프 시스템 원리와 설계

지열히트펌프란

지열히트펌프는 땅 속의 안정된 온도를 이용하는 히트펌프 냉난방 시스템이다.

지중은 연중 온도가 거의 일정해서 열원과 방열원으로 쓸 수 있다.

히트펌프용 지열은 대개 300m 이내, 10~20℃의 저엔탈피 지열이다.

구성과 열 흐름

히트펌프 유닛은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 이루어진다.

난방 때는 증발기가 지중에서 열을 흡수하고, 응축기가 실내로 열을 내보낸다.

냉방 때는 사이클이 반대로 작동해 실내 열을 지중으로 방열한다.

계산 예시

냉방 부하를 단위 길이당 열교환량으로 나누면 보어홀 총길이가 나온다.

가상의 예로 100kW 부하를 50W/m로 나누면 필요 길이는 2000m다.

깊이 100m 보어홀이면 20공이 필요하다. 개략 설계 예시일 뿐이다.

헷갈리는 점

지열 방식은 열원수 순환 방식에 따라 밀폐형과 개방형으로 나뉜다.

수직밀폐형은 부지가 좁은 도심 건물에 적합하고, 우물형은 지하수 수량이 충분할 때 효율이 높다.

밀폐형은 부동액 순환이고, 개방형은 지하수를 직접 끌어 쓴다. 헷갈리지 않게 구분한다.

정리

직전 문제의 정답은 지중이다. 냉방 때 실내 열은 지중으로 방열한다.

지열히트펌프는 얕은 지중의 일정한 온도를 이용하는 히트펌프 시스템이다.

시험에서는 밀폐형과 우물형의 차이, 지중열교환기 설계, 냉난방 원리를 묻는다.

지중열교환기 설계 인자는 지중 열전도도와 보어홀 전열저항이다.