지열 열 펌프 및 그 응용

장신세 (중원 석유탐사국 탐사설계연구원) 논문 요약

1 지원 열펌프의 개념과 작동 원리 지원 열펌프는 지하수, 토양, 지표수 등 지하 얕은 지열 자원을 이용하여 가열할 수 있는 고효율 에너지 효율적인 에어컨 시스템입니다. 역카노 순환을 이용하여 소량의 고품위 전기를 입력함으로써 저품위 열을 고품위 열에너지로 옮기다. 열펌프는 일반적으로 증발기, 냉응기, 압축기, 팽창 밸브의 네 부분으로 구성되어 있다. 지원 열펌프는 여름에 열펌프가 건물의 열을 제거하고 지층으로 이송하는 방식으로 작동한다. 겨울에는 지층에서 열을 추출하여 건물에 열을 공급한다. 보통 지원 열펌프는 1kW 의 에너지를 소비하며, 사용자는 4kW 이상의 열량이나 냉량을 얻을 수 있다.

2 지원 열펌프의 특징 우리는 지구 표면 아래 일정한 깊이의 지온이 일년 내내 상대적으로 일정하다는 것을 알고 있으며, 지원 열펌프는 얕은 열열을 냉열원으로 활용해 환경요인의 영향을 없애고, 다른 난방 냉각 시스템에 비해 다음과 같은 뚜렷한 특징을 가지고 있다.

2.1 은 재생에너지 지원 열펌프를 이용해 여름철 건물에서 방출되는 열을 흡수하고 얕은 지하에 보존한다. 일부 열은 겨울철 건물 난방을 위해, 다른 일부는 공기로 직접 방출된다. 일년 내내 건물은 얕은 층의 지열을 이용하는 열량이나 냉량이 대체로 같다. 따라서 지열 열 펌프는 재생 가능 에너지를 사용합니다.

2.2 고효율 에너지 절약 지열 열 펌프의 열원 온도는 연중 보통 1 ~ 22 C 로 겨울철 난방할 때 수체 온도가 주변 온도보다 높기 때문에 열 펌프 사이클의 증발 온도가 높아지고 에너지 효율도 높아진다. 여름철에 냉각할 때 수체 온도는 주변 온도보다 낮고, 냉각 효과가 높아지고, 단위 효율도 높아진다. 수원열펌프의 냉제열 계수는 4. 이상으로 기존 공기원 열펌프에 비해 4% 가량 높으며, 운영비는 일반 중앙에어컨의 5 ~ 6% 에 불과하며 전열 보일러 및 전열막 난방에 비해 약 7% 의 전력을 절약한다.

2.3 환경 친화적인 수원열펌프가 운행할 때 필요한 것은 수원수의 열량이나 냉량일 뿐, 수질은 변하지 않고, 오염도 발생하지 않고, 물 소비, 연기 배출, 먼지 발생 없이 소량의 전기만 소모한다.

전력 소비면에서 에너지 절약은 환경 보호입니다. 수원열펌프 사용으로 인한 오염물 배출은 공기원 열펌프보다 4%, 전기 보일러보다 7% 감소했다. 지원 열펌프도 냉매를 사용하지만 일반 에어컨보다 25% 의 충류량을 줄였다. 지원 열펌프는 공장 내에서 정장을 하고 밀봉이 잘 되어 있어 분리체 에어컨처럼 설치될 때 쉽게 누출되지 않는다.

2.4 기계는 한 세트의 지열 열 펌프를 사용하여 난방, 냉수 공급 및 생활온수 공급을 가능하게 한다. 즉, 한 세트의 설비로 원래의 보일러와 에어컨 두 대를 대체할 수 있기 때문에 일회성 투자는 전통적인 난방 냉각의 5 ~ 7% 에 불과하다. 특히 여름철 냉각 시에는 열펌프로 인한 요금 열을 이용해 사용자에게 생활온수를 무료로 제공할 수 있다. 따라서 지열 열 펌프는 냉수와 생활온수 공급을 동시에 하는 건물에 특히 적합하다.

2.5 토지 자원 절약 수원 열 펌프는 호스트 및 순환수 펌프 외에 다른 설치 장비가 없습니다. 보일러실에 비해 물 처리실, 송풍기실, 굴뚝, 석탄장, 찌꺼기장을 절약하고 토지 자원을 절약했다.

2.6 작동은 안정적이고 수명이 길다 지원 열펌프의 수체 온도가 안정적이어서 공기원 열펌프에 비해 서리와 제상 영향이 없다. 열펌프는 작동 부품이 적어 거의 수리할 필요가 없고, 운행이 안정적이고 믿을 만하며, 수명이 2 년 정도에 달할 수 있다.

2.7 자동화 수준 높음 지열 열 펌프는 일반적으로 전체 컴퓨터 제어로, 외부 부하의 변화에 따라 압축기의 작업 수를 조정하고 압축기 과열 보호, 단수 보호 등 다양한 보호 조치를 갖추고 있어 무인 기능을 제공합니다.

3 지원 열펌프 난방 시스템의 구성 요소 지원 열펌프 공사는 일반적으로 지원수 시스템, 열펌프실과 끝 팬 코일 냉각 시스템의 세 부분으로 구성되어 있습니다. 근거지 소스 열 교환 시스템의 형식은 오픈 루프 시스템과 폐쇄 루프 시스템으로 나뉜다. 오픈 루프 시스템은 우물 (호수와 강 포함) 에서 물을 빼내 열교환기 그룹에 넣어 열교환이나 냉량 후의 물을 추출하여 우물에 다시 주입하는 것이다. 오픈 루프 시스템은 일반적으로 단순한 물 처리만으로 열교환기 표면의 때를 일으킬 수 있다. 오픈 시스템은 현재 지열 열 펌프 응용 프로그램의 주요 형태입니다. 폐쇄형 루프 시스템은 다시 입매식 루프 시스템과 매장식 루프 시스템으로 나뉜다. 지하에 묻힌 폴리에틸렌 파이프 루프를 통해 토양과 열교환한다. 일반적으로 빌라 등 대지가 큰 건물에 설치하기에 적합하다.

4 지원 열펌프의 제한 사항 지원 열펌프는 현재 인류에게 가장 우호적이고 효과적인 난방 냉각 형태라고 전문가들은 부르며 최근 몇 년 동안 연구와 응용에서 급속히 발전해 왔지만, 다음과 같은 객관적 조건의 제한으로 이 기술의 응용은 아직 보편적이지 않다.

4.1 홍보인식 부족 지원 열펌프 기술은 난방 전문가의 추앙을 받았지만 공사에서 보편적으로 응용하려면 각계층 지도자, 특히 공사 주관의 승인이 필요하다. 이 기술은 최근 몇 년 동안 우리나라 에너지 전략의 조정과 함께 발전해 왔기 때문에, 심지어 일부 난방 기술자들조차도 인식 부족 현상이 존재한다. 따라서 사회의 인정을 받기 위해서는 홍보력도 높여야 한다.

4.2 정책력 부족 우리나라' 에너지 절약법' 에서 열병합 발전 및 중앙난방 기술에 대한 격려와 발전, 종합에너지 활용률이 2 배에 달하는 지원 열펌프 기술에 대해서는 아직 발전을 장려하는 명확한 규정이 없다.

4.3 수원 조건 제한 오픈 루프 지열 열 펌프 시스템에 충분한 수원이 있는지 여부 및 현지 지질 토양 조건이 미수의 재충전을 원활하게 실현할 수 있는지 여부는 지원 열 펌프 응용의 전제 조건입니다. 일반적으로, 동네 난방에 사용될 때, 건축 용적률은 ≤1 이다. 폐쇄형 시스템의 경우 현지 지질 조건이 매설 파이프에 적합한지 여부, 충분한 부지 매설 파이프 등 환경 조건에 따라 제한된다.

4.4 매설 파이프 시스템 열 전달 계산 이론이 미성숙하다. 지열 열 펌프 장치 및 끝 팬 코일 냉각 시스템에 대한 현재 기술은 상당히 성숙했다. 오픈 시스템의 경우, 현지 수리부도 수원상황에 대해 상당히 잘 알고 있다. 매설 파이프 시스템의 경우, 현재 토양 매설 파이프 열 교환 계산 이론은 아직 성숙하지 않고, 설계가 엔지니어링 응용에 뒤처져 있어, 공사의 품질을 보장하기 어렵고, 이 기술의 광범위하게 응용이 제한되고 있다.

4.5 는 현지 수리부문 정책에 의해 제한된다. 우리나라 남방은 수원이 충분하고, 북방 대부분 지역은 수원이 부족해 한정된 수자원을 보호하기 위해 지방정부마다 현지 수자원 사용 법규를 제정했다. 지원 열펌프 시스템은 물을 소모하거나 지하수를 오염시키지 않지만, 많은 양의 물이 열운반체로 필요하다. 일부 지방부처는 취수와 관개에 대해 이중 요금을 부과하여 지원 열펌프의 에너지 절약 효과를 충분히 반영하지 못하여 이 지역의 기술 발전을 제한하고 있다.

5 지원 열펌프의 애플리케이션

5.1 해외 애플리케이션 지원 열펌프는 일, 한, 미, 중, 북유럽에서 널리 사용되고 있습니다. 1999 년 통계에 따르면 주택난방 장치 중 지원 열펌프가 차지하는 비율은 스위스 96%, 오스트리아 38%, 덴마크 27% 였다. 미국은 1998 년 지원 열펌프 시스템이 새 건물에서 3% 를 차지하며 1% 의 속도로 꾸준히 성장했다. 그중 가장 유명한 지원 열펌프 공사는 켄터키 주 루이스웰의 해안가 사무실 건물로 서비스 면적이 15.8×14m2 로 월 25, 달러를 절약한다. 이 기술의 응용이 발전함에 따라 그 조직의 연구도 급속히 발전하였다. 관련 자료에 따르면 일본이 연구한 고온수지원 열펌프는 유출 온도가 8 ~ 15 C 에 달하고 발열계수 CP 가 8. 에 달한다.

5.2 국내 응용 상황 천진대 열에너지연구소의 여찬인 교수는 1954 년 우리나라 열펌프의 가장 빠른 연구를 실시하여 1965 년 국내 최초의 수냉식 열펌프 장치를 성공적으로 개발했다. 현재 많은 대학과 연구기관이 수원 열 펌프를 연구하고 있다. 국내에서 수원열펌프를 일찍 생산한 업체는 청화동측 인공환경설비회사와 산둥 해양풀다를 보유하고 있어 모두 시리즈화되었다. 현재 열펌프기의 유출 온도는 이미 65 C 에 달하고 있으며, 냉각 계수 CP 는 6.7 에 달할 수 있다. 현재 국내에서 비교적 전형적인 사용자는 심양 동북전력주택단지로 서비스 면적이 8×14m2； 입니다. 베이징 우의병원 서비스 면적 7.1×14m2 로 연간 난방 및 냉각 운영비 약 9 위안 /m2 를 절약했습니다. 중원 유전 시추 3 사 오피스텔 수원 열 펌프 시범공사는 우리 국 최초의 지원 열 펌프 시스템이다. 시추 종합공사기구와 칭화대학교가 공동으로 개발한 ZYRB24 형 열펌프기 2 대, 서비스 면적 6m2 를 선정했습니다. 이 공사의 성공적인 시행은 반드시 지원 열펌프가 중원 유전의 보급 응용에 유력한 추진 역할을 할 것이다.

6 지원 열펌프의 발전 전망

6.1 정부 관련 부서의 요구 사항 충족 지원 열펌프 고효율 에너지 절약, 친환경 효과, 우리나라의 에너지 정책 및 환경 보호 정책 준수, 열펌프 기술의 종합 에너지 활용률은 약 12% ~ 18% 입니다. 그래서 국가는 열, 전기, 열병합 발전 기술을 발전을 장려하는 범용 에너지 절약 기술로 지원 열 펌프 기술의 발전을 촉진시켰다.

6.2 업주의 이익 는 지원 열펌프로 난방을 할 수 있고 춥기도 합니다. 한 세트의 시스템이 원래의 두 대의 시스템을 대체할 수 있어 투자가 적다. 또한 지원 열펌프는 점유 면적이 적고, 운영 비용이 저렴하며, 관리가 편리하며, 모두 소유주의 근본 이익에 부합한다.

6.3 사용자의 이익 지열 열 펌프 난방 비용 석탄 집중 보일러 실 난방 비용의 절반, 여름 냉각 비용은 냉온수기의 약 6% 로 사용자 난방 냉각 비용 지출을 줄여 사용자의 절실한 이익에 부합한다.

6.4 적용 지역 범위 냉온수기는 여름 냉각에만 사용할 수 있고, 공랭기는 창장 유역의 난방 냉각에만 사용할 수 있으며, 지원 열펌프는 지하수를 이용할 수 없고 파이프를 묻을 수 없는 극소수의 지역을 제외하고는 대부분의 다른 지역에 적용된다.

6.5 적용 범위가 지속적으로 확대되고 있는 지원 열펌프는 건물 난방 및 냉각 방면에서 급속히 발전할 뿐만 아니라 현재 화공, 식품, 제지, 농업, 야금, 목재 건조, 제약 등에서 널리 사용되고 있다. 2 년 이들 업종은 지원 열펌프 12 여 대를 적용해 성장세가 강할 것으로 예상된다. 요약하면, 지원 열펌프 기술은 그 독특한 장점으로 최근 몇 년 동안 국내에서 급속히 발전했다. 우리나라의 에너지 구조 정책이 조정됨에 따라 우리나라는 석탄 보일러 난방과 공기원 열 펌프 냉각의 전통적인 형식으로 더욱 효율적인 지원 열 펌프로 대체될 것이다. 지원 열펌프 기술의 연구와 발전에 따라 21 세기에 가장 보편적이고 효과적인 난방 냉각 기술이 될 것이다. 참고 문헌 [1] 유흥중. 수원열펌프 시스템 소개. 21

[2] 오전시호. 지원 열펌프 에어컨 시스템. 21 참고: 이 글은 전국 유구 도시 지열 개발 이용 경험 교류회론으로 이어졌다.

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