열 펌프의 거친 세계에 대해 알아야 할 모든 것

Jun 14, 2024

열 펌프는 기후 변화를 해결하고 비용을 절약하는 데 도움이 될 수 있습니다. 작동 방식은 다음과 같습니다.

Tech Review 설명: 우리 작가들이 복잡하고 지저분한 기술 세계를 풀어 다음에 무엇이 나올지 이해하도록 돕습니다. 여기에서 자세한 내용을 읽을 수 있습니다.

이제 히트펌프 시대가 다가오고 있습니다.

열 펌프의 개념은 간단합니다. 전기로 구동되어 열을 건물의 냉방 또는 난방으로 이동시킵니다. 이는 새로운 아이디어가 아닙니다. 이 장치는 1850년대에 발명되었으며 1960년대부터 가정에서 사용되었습니다. 하지만 갑자기 가장 인기 있는 가전제품이 되었고, 비용 절감과 기후 혜택에 대한 잠재력은 물론 최근의 정책 인센티브로 인해 주목을 받게 되었습니다.

기본 아이디어는 간단하지만 열 펌프 작동 방식에 대한 세부 사항은 매력적입니다. 집의 온도를 조절한다는 명목으로 이 장치는 거의 물리학 법칙을 어기는 것처럼 보일 수 있습니다. 열 펌프도 점점 좋아지고 있습니다. 새 모델은 더욱 효율적이고 추운 날씨를 더 잘 처리할 수 있습니다.

그럼 열 펌프가 작동하게 만드는 원인에 대해 자세히 알아보겠습니다.

높은 수준에서 열 펌프는 한 곳에서 열을 모아 다른 곳으로 옮깁니다. 우리는 주로 난방의 맥락에서 열 펌프에 대해 이야기할 것이지만, 냉방, 내부에서 열을 모아 에어컨처럼 외부로 내보내는 데에도 사용할 수 있습니다. 많은 열 펌프는 실제로 필요한 것에 따라 난방이나 냉방을 역방향으로 실행할 수 있습니다.

히트펌프의 주인공은 냉매입니다. 회로를 따라 이동하면서 열을 흡수하고 방출하는 유체입니다. 전기는 시스템에 전력을 공급하여 냉매를 사이클 주위로 밀어냅니다.

냉매가 열 펌프를 통해 이동하면서 압축 및 팽창되어 액체와 기체 형태 사이를 전환하여 사이클의 여러 지점에서 열을 모으고 방출할 수 있습니다. (이것이 당신에게 충분한 세부 사항이라면 다음 질문으로 건너뛰어도 됩니다. 그렇지 않으면 저와 함께 열 펌프 내부 여행에 참여하여 이 모든 것이 어떻게 작동하는지 이해하십시오.)

이것을 상상해 보십시오: 추운 겨울날, 예를 들어 25°F(-5°C)입니다. 당신은 좋은 책을 들고 거실 소파에 앉아 있고, 근처에는 고양이가 웅크리고 있습니다. 당신은 68°F로 설정된 온도 조절 장치를 살펴봅니다. 합리적이지만 조금 쌀쌀합니다. 당신은 걸어 가서 그것을 70 ° F까지 조금 올립니다.

귀하의 열 펌프가 백그라운드에서 조용히 윙윙거리고 있습니다. 이제 온도를 높이기 위해 한 단계 더 발전했습니다. 내부의 팬과 압축기의 속도가 빨라지고 냉매가 더 빠르게 움직이기 시작하여 외부에서 내부로 더 많은 열을 전달합니다.

너무 추울 때 외부에서 열을 수집하는 것이 직관에 어긋나는 것처럼 보일 수 있으므로 한 주기 동안 냉매를 따라가며 이것이 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다. 대부분의 열 펌프의 경우 이동에는 몇 분 밖에 걸리지 않습니다.

히트펌프 냉매는 끓는점이 매우 낮으며 일반적으로 -15°F(-25°C) 미만입니다. 따라서 여행이 시작될 때 냉매는 해당 온도 정도에 액체 형태로 존재합니다. 가장 추운 곳에서도 이 상태의 냉매는 대개 외부 공기보다 훨씬 더 차갑습니다(저희 경우에는 40도 이상 더 차갑습니다).

이동의 첫 번째 단계에서 냉매는 열 교환기를 통해 흐르고 외부 공기를 지나 끓기 시작할 만큼 따뜻해지며 액체에서 기체로 변합니다.

여행의 두 번째 단계는 압축기를 통과하는 여행입니다. 압축기는 냉매를 더 작은 부피로 압축하여 압력과 끓는점을 높입니다(이것은 곧 중요해집니다). 이것은 또한 실내를 더 따뜻하게 해주기 때문에 냉매가 압축기를 지나갈 때쯤에는 실내 실내보다 더 따뜻해집니다.

냉매 이동의 세 번째 구간에서는 다른 열 교환기를 통과합니다. 그러나 이제 냉매는 100°F 이상의 따뜻한 가스이며 상대적으로 더 차가운 방을 지나 흐르고 있습니다. 팬의 도움으로 열의 일부를 실내로 전달하면서 다시 액체로 변하기 시작합니다.

마지막으로 네 번째 단계에서는 액체 냉매가 팽창 밸브를 통과하여 압력을 방출합니다. 물질을 압착하면 가열되고 팽창하면 다시 식힐 수 있으므로 이제 액체는 다시 낮은 온도로 돌아가 더 많은 열을 흡수하여 내부로 가져올 준비가 됩니다.