히트 펌프의 구성요소와 작동 원리

히트 펌프란

히트 펌프는 저온 열원의 열을 고온 측으로 옮기는 장치다.

열은 원래 고온에서 저온으로 흐르지만, 히트 펌프는 외부 일을 투입해 그 흐름을 거슬러 옮긴다.

이때 필요한 것은 압축기를 구동하는 기계적·전기적 일이다.

증기압축식 사이클

증기압축식 사이클은 냉매가 상을 바꾸며 열을 나르는 방식이다.

압축기에서 저압 증기는 고온·고압 과열 증기가 된다.

응축기에서 열을 방출하며 액체로 응축된다.

팽창밸브에서 압력이 급감해 저온의 액-증기 혼합물이 된다.

증발기에서 주변 열을 흡수해 다시 증기가 되고, 사이클이 반복된다.

COP로 본 효율

성능계수 COP는 얻은 열량을 투입한 일로 나눈 값이다.

난방에서는 응축기 방열량 Q_H를, 냉방에서는 증발기 흡열량 Q_L을 쓴다.

전기저항 히터의 COP는 1.0이다. 같은 전력으로 열을 1보다 크게 옮길 수 있다는 것이 핵심 차이다.

가상의 조건에서 방열량 12 kW, 투입 전력 3 kW라면 COP는 4.0이다.

헷갈리는 점

히트 펌프는 열을 새로 만드는 장치가 아니라 열을 옮기는 장치다.

팽창밸브는 압력을 급격히 낮춰 증발기에서 열을 흡수하게 한다.

COP는 1을 넘을 수 있는 비율이라 효율(%)과 다르다.

정답은 낮춘다. 압축기는 압력을 올리고, 팽창밸브는 압력을 떨어뜨린다.

정리

히트 펌프는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 네 요소로 냉매를 순환시키는 장치다.

성능은 난방 COP로 평가하며, 열원 온도가 낮을수록 COP가 떨어진다.

구성요소의 순서와 COP 식을 함께 외워 두자.