저탄소 기술 공기열원 히트펌프의 종류와 특성

개요: 공기열원 히트펌프는 낮은 온도에 쉽게 접근할 수 있어 적용 가능성이 높고 다양한 형태가 개발되어 왔다. 다양한 유형의 공기열원 히트펌프는 고유한 특성과 적용 가능성을 갖고 있으며 적용 시나리오에 따라 적합한 제품을 선택할 수 있습니다. 

공기열 히트펌프의 저온 열은 어디에나 존재하는 공기에서 발생하기 때문에 폐열 자원이 부족한 프로젝트에 널리 사용되고 있으며, 폭넓은 적용 가능성을 가지고 있습니다. 공기열 히트펌프 또한 빠르게 발전하여 다양한 유형의 제품이 시장에 출시되고 있습니다.

다양한 유형의 공기열 히트펌프는 고유한 특성을 가지고 있으며, 이 글에서는 몇 가지 일반적인 공기열 히트펌프를 소개합니다.

전기 압축 공기열원 히트펌프

전기 압축 공기열원 히트펌프는 가장 일반적인 유형이며, 많은 지역에서 석탄을 전기로 변환하는 데 사용되는 주요 기술입니다.

전기 압축 공기열 히트 펌프는 전기로 구동되는 전기 모터를 사용하여 압축기를 회전시켜 저압의 냉매 증기를 고압으로 가압하고 응축 온도를 높입니다. 응축기에서 냉매 증기는 응축되어 열을 방출하여 외부 가열을 달성하고, 냉매 증기는 액상 냉매가 됩니다. 액상 냉매가 스로틀 밸브에 의해 감압되면 증발 온도가 낮아집니다. 증발기는 외부 공기의 열을 흡수하고, 액상 냉매는 저압의 냉매 증기로 증발하여 다음 사이클을 위해 압축기로 들어갑니다.

전기 압축 공기열원 히트펌프는 압축기와 스로틀 밸브를 사용하여 냉매를 고압과 저압으로 나누어 저온 공기를 가열하는 기능을 수행합니다. 이 과정에서 소량의 전기가 소비되며, 이 에너지는 난방 시스템에도 사용됩니다. 전기 압축 공기열원 히트펌프는 단위 용량이 작아 가정용 난방에 적합합니다. 중앙 난방(주택 난방 등)에 사용하는 경우 설치 공간이 많고 설치 면적이 넓습니다.

전기 압축 공기열 히트펌프의 주요 문제는 결로 현상입니다. 냉매의 증발 온도가 공기의 이슬점 온도보다 낮으면 공기 히터 표면에 결로가 형성되어 열전달 효율에 영향을 미칩니다. 제상 과정은 에너지 소비를 증가시키고 쾌적성에 영향을 미칩니다. 여러 제조업체에서 에너지 아일랜드 및 다중 구역 열교환기와 같은 기술을 개발했지만, 이 문제를 근본적으로 해결할 방법은 없습니다.

전기 압축 공기열원 히트펌프는 온도 상승 진폭이 비교적 크며, 압축기 형태에 따라 단일 압축, 다단 압축, 중간 공기 공급 등 다양한 형태로 구분할 수 있습니다. 특히 CO2 작동 유체를 적용하면 전기 고온 공기열원 히트펌프의 선택 폭이 더욱 넓어집니다.

가스 압축 공기열원 히트펌프

가스 압축 공기열원 히트펌프는 가스 엔진을 사용하여 운동 에너지를 공급하고 압축기를 회전시킵니다. 다른 부품의 작동 원리는 전기 압축 공기열원 히트펌프와 동일합니다. 압축 공기열원 히트펌프 장치는 비교적 크기가 작고, 가스 엔진의 출력은 높지 않습니다. 자동차 엔진으로도 구동할 수 있습니다.

가스 압축 공기열 히트펌프는 결로 문제가 있습니다. 구동 에너지로 가스를 사용하기 때문에 배기가스로 제상이 가능하여 전기 압축 공기열 히트펌프보다 열적 쾌적성이 더 높습니다. 그러나 가스 압축 공기열 히트펌프의 가격은 상대적으로 높습니다.

암모니아 흡수식 공기열원 히트펌프

암모니아수 흡수식 공기열원 히트펌프는 흡수 사이클 원리를 채택하며, 작동 유체는 암모니아 수용액입니다. 고온 열원으로 농축된 암모니아 용액을 가열하여 암모니아 가스를 증발시켜 묽은 암모니아 용액을 생성합니다. 고압 암모니아 가스 응축은 외부 가열을 제공하는 동시에 액체 암모니아를 생성합니다. 액체 암모니아는 스로틀링 후 저온 증발하여 외부 공기의 열을 흡수하여 암모니아 가스를 생성합니다. 암모니아는 묽은 암모니아 용액에 흡수되어 외부로 열을 방출하고, 생성된 농축 암모니아 용액은 다음 사이클로 들어갑니다.

이 공정은 냉매로 암모니아를, 흡수제로 물을 사용합니다. 액체 암모니아의 증발 온도는 매우 낮아 저온 공기의 열을 흡수할 수 있습니다. 그러나 장치 작동 중 암모니아는 기액 2상 변환을 거치므로 내부 압력이 높고 누출이 발생하기 쉽습니다. 누출된 암모니아 가스는 일정 수준의 위험을 초래하므로 적절한 보호 및 환기가 필요합니다.

암모니아수 흡수식 공기열 히트펌프의 단일 유닛 용량은 상대적으로 작습니다. 열부하가 클 경우 여러 유닛을 병렬로 운전해야 합니다.

이 기기는 결로 문제도 있습니다. 하지만 기기 자체가 고온 열(가스, 증기 등)로 구동되기 때문에 제상이 비교적 간단하고 난방 쾌적성에 미치는 영향도 적습니다.

리튬브로마이드 흡수식 공기열원 히트펌프

위에서 언급한 공기열 히트펌프는 모두 결로 및 해동 문제를 가지고 있습니다. 각기 다른 해결책이 있지만, 난방의 쾌적함에도 영향을 미치고, 더 중요한 것은 히트펌프의 COP(열효율)에 영향을 미쳐 에너지 소비를 증가시킨다는 것입니다. 리튬브로마이드 흡수식 공기열 히트펌프는 결로 문제를 완벽하게 해결합니다.

리튬브로마이드 흡수식 공기열 히트펌프는 폐열 회수를 위해 흡수 사이클을 채택합니다. 기존의 리튬브로마이드 흡수 사이클에서는 물을 냉매로 사용하고 리튬브로마이드 용액을 흡수제로 사용합니다. 물이 냉매이므로 냉동 온도가 0℃보다 높아야 합니다. 그렇지 않으면 물이 얼어 장치가 작동하지 않습니다. 이는 기존의 리튬브로마이드 흡수식 히트펌프가 0℃ 이하에서 열을 흡수할 수 없는 이유이기도 합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 브롬화리튬 흡수공기원은 용액분무방식을 사용하여 공기로부터 열을 추출하여 0℃에서 물이 얼어붙는 문제를 피하고 저온 폐열 회수를 달성합니다.

리튬브로마이드 흡수식 공기열 히트펌프는 단위 용량이 커서 가정용 난방에는 적합하지 않습니다. 중앙 난방, 특히 보일러실의 에너지 절약형 리모델링에 더 적합합니다. 리튬브로마이드 흡수식 공기열 히트펌프는 용액을 이용하여 공기의 열을 흡수하는 분무 열교환 방식을 채택했습니다. 결로 현상이 없을 뿐만 아니라 습도가 높은 공기 중 수증기의 잠열을 흡수하여 열 추출 효율을 향상시킵니다.

리튬 브로마이드 흡수식 공기열 히트 펌프는 남부 지역의 중앙 난방 프로젝트에 더 적합합니다. 습도가 높더라도 서리가 발생하지 않고 폐열 회수를 촉진합니다.

요약

공기열 히트펌프 시장은 광범위하고 다양하며, 다양한 에너지 절약 난방 시나리오에 적합합니다. 적용 시나리오의 특성에 따라 적합한 공기열 히트펌프 유형을 선택하면 더 나은 난방 효과를 얻을 수 있습니다.