고온공기온수기란 무엇이며 그 원리는 무엇인가요?

히트펌프란 무엇인가요?

히트펌프 기술은 최근 전 세계적으로 많은 주목을 받고 있는 에너지 신기술이다.

친숙한 '펌프'는 위치에너지를 높일 수 있는 기계적 장치이다. 예를 들어 물펌프는 주로 물을 낮은 위치에서 높은 위치로 펌핑한다.

'히트펌프'란 자연의 공기, 물, 흙 등으로부터 낮은 등급의 열에너지를 얻어 전기로 작업을 수행하여 사람이 이용할 수 있는 높은 등급의 열에너지를 공급할 수 있는 장치를 말한다.

히트펌프는 어떻게 작동하나요?

물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것처럼, 열은 항상 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐릅니다. 저온 지역.

하지만 물 펌프를 사용하여 낮은 온도에서 높은 온도로 물을 끌어올리는 것처럼 사람들은 낮은 온도에서 높은 온도로 열을 펌핑할 수 있는 기계를 만들 수 있습니다.

따라서 히트펌프는 본질적으로 열을 올리는 장치입니다. 히트펌프의 기능은 주변 환경의 열을 흡수하여 가열 대상(온도가 더 높은 대상)으로 전달하는 것입니다. 작동 원리는 히트펌프와 동일하며, 작동 온도 범위가 다르다는 점만 다릅니다.

히트펌프는 작동 시 에너지 자체의 일부를 소모하고, 환경 매체에 저장된 에너지를 활용하여 열전달 작동 매체 순환 시스템을 통해 온도를 높이는 데 사용하는 일이다. 전체 히트펌프 장치의 작업 출력은 극히 일부이므로 히트펌프 기술을 사용하면 많은 고급 에너지를 절약할 수 있습니다.

작동 중에 증발기는 주변 환경으로부터 열을 흡수하여 열전달 매체를 증발시킵니다. 작동 매체 증기가 압축기에 의해 압축된 후 고온 증기가 응축되면 온도와 압력이 상승합니다. 응축기를 통해 액체로 열이 방출되어 저장 탱크의 물로 전달됩니다.

응축된 열전달 유체는 팽창밸브를 거쳐 증발기로 되돌아갔다가 다시 증발하는 사이클이 반복된다.

폐열 활용을 위한 강력한 도구 - 히트펌프

물은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르고, 열은 고온의 물체에서 저온의 물체로 완전히 전달됩니다. 자연법이다.

하지만 실생활에서는 농업용 관개, 생활용수 등의 필요로 인해 사람들은 물 펌프를 사용하여 낮은 곳에서 높은 곳으로 물을 보냅니다.

마찬가지로 점점 더 긴장되는 오늘날의 에너지 환경에서는 일반적으로 대기 중으로 배출되는 저온 고온 가스, 하천으로 배출되는 저온 온수 등에서 열을 회수하기 위해 펌프는 저온 물체의 열 에너지를 변환하는 데 사용됩니다. 고온 물체는 고온 물체로 전달되고, 고온 물체는 물을 가열하거나 가열하는 데 사용되어 열이 충분히 전달될 수 있습니다. 활용.

히트펌프의 작동 원리는 기본적으로 가정용 에어컨, 냉장고 등의 작동 원리와 동일하며, 증발기에서 흐르는 매체(보통 과거에는 프레온, 현재는 대체 프레온으로 대체됨)를 통해 작동됩니다. , 압축기, 응축기 및 팽창 밸브와 같은 부품의 기상 변화(비등 및 응축) 주기는 저온 물체에서 고온 물체로 열을 전달하는 데 사용됩니다.

?

구체적인 작업 과정은 다음과 같습니다. ① 과열된 액체 매체는 증발기에서 저온 물체의 열을 흡수하여 기체 매체로 증발합니다.

② 증발기에서 나오는 기체 매체는 액체 압축기에 의해 압축되어 고온, 고압의 기체 매체가 됩니다.

③ 고온고압의 기체매체는 응축기 내의 고온물체에 열에너지를 방출함과 동시에 고압의 액체매체가 된다.

④ 고압의 액체매체는 팽창밸브에서 감압된 후 과열된 액체매체가 되어 증발기로 들어가고 초기 사이클 과정을 완료합니다.

히트펌프의 성능은 일반적으로 성능계수(COP)로 평가된다.

성능 계수는 저온 물체에서 고온 물체로 전달되는 열과 필요한 전력의 비율로 정의됩니다.

일반적으로 히트펌프의 성능계수는 3~4 정도, 즉 히트펌프는 자체적으로 필요한 열에너지의 3~4배를 저온의 물체에서 고온의 물체로 전달할 수 있다. -온도 개체.

현재 유럽, 미국, 일본은 새로운 히트펌프 개발을 위해 경쟁하고 있다.

신형 히트펌프의 성능계수는 6~8까지 나올 수 있는 것으로 알려졌다.

이 값이 대중화될 수 있다면 에너지를 더 효율적으로 사용할 수 있다는 뜻이다.

히트펌프의 인기도 비약적으로 높아질 것이다.

현재 히트펌프의 최대 출력온도는 110도 정도다.

이 온도를 초과하면 미디어가 분해될 수 있습니다.

프레온은 지구 대기의 오존에 파괴적인 영향을 미치기 때문에 지구의 생태환경을 보호하기 위해 히트펌프의 효율을 높이고 에너지를 효과적으로 활용하는 것 외에도 다양한 국가에서도 개발에 힘쓰고 있다. 새로운 냉동 미디어.

현재 프레온을 대체하는 미디어가 사용되고 있습니다.

히트펌프 온수 시스템은 히트펌프 호스트와 열교환수 저장탱크로 구성된다.

히트펌프 호스트 부분에는 공냉식 증발기, 압축기 및 팽창 밸브가 포함되며, 열교환수 저장 탱크는 응축 코일이 내장된 온수 저장 탱크입니다.

냉매(작동유체)는 증발관에서 대기 중의 열을 흡수하고, 히트펌프 사이클을 통해 물탱크 내 응축코일의 열을 방출하여 물탱크 안의 물을 가열하는 역할을 합니다. .

히트펌프의 작동 방식을 이해하려면 먼저 냉동 시스템의 작동 방식을 이해해야 합니다.

냉동 시스템(압축 냉동)은 일반적으로 압축기, 응축기, 스로틀 밸브, 증발기의 네 부분으로 구성됩니다.

작동 과정은 저온 및 저압의 액체 냉매(예: 프레온)가 먼저 증발기의 저온 열원(예: 냉수)에서 열을 흡수하여 기화하는 것입니다.

그러면 압축기는 증발기에서 기화된 냉매가스를 추출해 응축기로 압축하게 된다. 이때 냉매가스는 고온·고압의 가스가 된다.

고온고압의 가스는 응축기 내의 고온 열원(냉각수 등)에 의해 냉각 및 응축되어 고온고압의 액체로 변한다. 냉각제.

그리고 스로틀 밸브에 의해 차단되어 저온, 저압의 액체 냉매로 전환됩니다.

이렇게 하면 냉동 사이클이 완료됩니다.

분할형 히트펌프 에어컨의 경우 여름철 냉방시 콘덴서는 실외에, 증발기는 실내에 배치합니다.

작동 중에는 실내 열이 실외로 전달됩니다.

겨울철에는 증발기는 실외에, 응축기는 실내에 배치해 실외 열이 실내로 전달되도록 한다.

물론 계절이 바뀌면 장비를 분해 조립하지 않고 대신 물리적인 전환 밸브를 통해 증발기와 응축기의 위치를 ​​바꿔주게 됩니다.

히트펌프 에어컨에는 4방향 역회전 밸브가 있습니다.

냉방 조건에서는 실내 열교환기가 증발기, 실외 열교환기(여름에 뜨거운 공기를 내보내는 것)가 응축기입니다.

겨울철 난방시에는 4방향 역전밸브가 전환되어 냉매의 흐름방향이 바뀌게 되는데 이때 실내열교환기는 응축기, 실외열교환기(호흡하는 것)가 됩니다. 겨울철 찬공기 배출) 증발기 입니다.

겨울에는 찬바람이 불기 때문에 열교환기에 성에가 생기기 때문에 성에가 일정 수준에 도달하면 4방향 역회전 밸브가 다시 전환되어 에어컨이 여름 냉방 모드로 변경됩니다. , 실외열교환기는 난방, 제상이며, 제상이 완료된 후 사방밸브는 난방상태로 전환됩니다.

제상 중에는 찬 공기가 실내로 유입되는 것을 방지하기 위해 실내기의 팬이 작동을 멈춥니다.

히트펌프는 응축기에서 방출된 열을 이용하여 열을 공급하는 냉동 시스템으로, '열증배기'라고도 불립니다.

히트 펌프 난방은 시중에서 널리 판매되는 가정용 냉난방 에어컨에 널리 사용되며 난방 계수는 3 이상에 도달했습니다.

그러면 히트펌프의 원리를 이용하여 온수를 생산하게 되는데, 1kWh의 전력을 소모하여 얻은 온수는 일반 전기온수기가 3kWh의 전력을 소모하여 얻은 온수보다 더 많습니다. 이것이 기존 온수기의 단점입니다.

현재 시중에는 태양열 보조식, 수원식, 공기식 열원 시리즈 등 다양한 유형의 히트펌프 온수기가 나와 있습니다.

태양열 히트펌프는 히트펌프와 태양광 기술을 결합한 히트펌프 기술로, 일정 온도(20℃ 이상)의 수원을 열원으로, 냉매를 매개로 한다. 열을 흡수한 후 압축기에 의해 압축 가열되고, 열교환기를 통해 냉수와 열교환되어 가열 및 온수 생성 목적을 달성하려면 수원 히트펌프가 필요합니다. 특정 온도와 유속의 수원을 가지고 있습니다. 공기 소스 열 펌프는 공기에서 공기를 얻기 위해 수원 열 펌프와 유사한 방법을 사용합니다.

세 가지 유형의 히트펌프 중에서 공기열원 히트펌프는 제한이 가장 적고 개발 공간이 가장 넓습니다. 따라서 본 기사에서는 공기열원 히트펌프 온수기에 대한 분석 및 논의에 중점을 둡니다.

히트펌프 온수기의 기본 원리는 주로 압축기, 열교환기, 축류팬, 단열수조, 워터펌프, 액체저장탱크, 필터, 전자 팽창 밸브 및 전자 자동 컨트롤러.

전원을 켜면 축류팬이 작동하기 시작하고, 동시에 증발기를 통해 온도가 낮아진 공기가 시스템 밖으로 배출됩니다. 증발기 내부의 작동유체는 열을 흡수하여 기화되어 흡입됩니다. 압축기는 이 저압의 작동유체가스를 고온, 고압의 가스로 압축하여 응축기로 보내는데, 물에 의해 강제순환됩니다. 펌프도 응축기를 통과하여 작동유체에 의해 가열되어 사용자에게 보내지며, 작동유체는 냉각되어 액체가 되고 팽창밸브에 의해 교축되어 냉각된 후 다시 증발기로 유입됩니다. 이 반복 주기에 따라 공기 중의 열 에너지가 지속적으로 물 속으로 "펌프"되어 단열 수조의 수온이 점차 증가하고 최종적으로는 사람이 목욕하기에 적합한 온도인 약 55°C에 도달합니다. 이것이 공기원 히트펌프 온수기의 기본 작동 원리입니다.

공기열원 히트펌프는 오늘날 세계에서 가장 발전된 에너지 활용 제품 중 하나입니다.

급속한 경제발전과 국민 삶의 질 향상으로 급탕은 국민생활의 필수품이 되었지만, 기존의 온수기(전기온수기, 연료유온수기, 가스온수기)는 온수기)는 에너지 소비가 많고 비용이 높습니다. 고온, 심각한 오염 및 기타 단점이 있으며 에너지 절약형 및 환경 친화적인 태양열 온수기의 작동은 기상 조건에 의해 제한됩니다.

공기원 히트펌프의 가열원리는 기존의 태양열 온수기와는 전혀 다르며, 공기원 히트펌프는 공기, 물, 태양에너지 등을 저온의 열원으로 사용합니다. 전기 에너지를 저온측의 열을 흡수하여 난방합니다. 소면적 난방에는 급탕이나 팬코일 장치를 사용하여 급수와 온수를 순환시스템을 통해 사용자에게 직접 보냅니다.

공기원 히트펌프는 현재 학교 기숙사, 호텔, 목욕 센터 및 기타 장소의 대형, 중형 및 소형 중앙 집중식 온수 공급 시스템에 가장 적합한 솔루션입니다.

개발 내역 히트펌프 산업의 발전

1970년대 이후 히트펌프 산업은 황금기에 접어들었다. 예를 들어 국제에너지기구(International Energy Agency)와 유럽공동체(European Community) 등 세계 각국은 히트펌프 연구에 큰 중요성을 부여해 왔다. 대규모 히트펌프 개발 계획을 수립하였고, 새로운 기술이 속속 등장하고 있으며, 히트펌프의 용도는 지속적으로 개발되고 있으며, 이는 공조 및 산업 분야에서 널리 사용되고 있으며, 에너지 절약 및 환경 측면에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 보호.

세계의 히트펌프 개발에 비해 중국의 히트펌프 연구는 약 20~30년 정도 늦게 시작됐다.

신중국 건국 이후 산업 건설의 새로운 물결이 도래하면서 히트펌프 기술이 중국에 도입되기 시작했다.

21세기에 들어서면서 중국 연안지역의 급속한 도시화, 1인당 GDP의 증가, 2008년 베이징 올림픽, 2010년 상하이 세계박람회 등이 중국 에어컨 시장의 발전을 견인해 왔다. 중국에서 히트펌프의 사용을 장려했습니다. 히트펌프의 적용이 점점 더 광범위해지고 있으며, 히트펌프의 개발이 매우 빠르며, 히트펌프 기술에 대한 연구가 끊임없이 혁신되고 있습니다.

2001년 히트펌프를 시작으로 5년간의 재배기간을 거쳐 중국 히트펌프 산업은 도입기에서 성장단계로 넘어가기 시작했다.

히트펌프 산업의 급속한 발전은 에너지 부족으로 인해 히트펌프의 에너지 절약 장점이 점점 더 뚜렷해지고 있는 반면, 이는 열 펌프 산업과도 관련이 많습니다. 업계의 기술 혁신을 촉진하기 위해 다양한 세력이 참여합니다.

공기 소스 히트 펌프

공기 소스 히트 펌프가 작동 중일 때 증발기는 공기 중의 주변 열 에너지로부터 열을 흡수하여 열 전달 매체 증기를 증발시킵니다. 압축기에 의해 압축되면서 압력과 온도가 상승하고, 고온의 증기가 저수조 외부 표면에 영구 결합된 특수 환상관 응축기를 통해 액체로 응축되면 방출된 열은 공기 중의 물로 전달됩니다. 소스 히트 펌프 물 저장 탱크.

응축된 열전달 유체는 팽창밸브를 거쳐 증발기로 되돌아갔다가 다시 증발하는 사이클이 반복된다.

공기원 히트펌프의 열전달 매체는 상압에서 끓는점이 영하 40℃이고, 냉각되면 어는점이 영하 100℃ 이하인 특수물질이다. , 그러나 쉽게 가스로 증발하며 그 반대도 마찬가지입니다.

실제 작동 시 공기원 히트펌프 내 열전달 매체의 증발 한계 온도는 영하 20°C 정도이므로 주변 온도 5°C도 이렇게 낮은 온도에 '뜨거운' 상태다. 기온, 눈이 와도 0°C 정도의 기온은 상대적으로 뜨겁기 때문에 여전히 열 에너지를 교환할 수 있습니다.

5세대 난방 시스템과 상온 히트펌프 기술

1824년 프랑스 과학자 사디 카르노(Sadi Karnot)가 히트펌프 기술의 시초가 된 카르노 사이클 이론을 발표했다

1850년 영국의 과학자 L. Kelvin은 가열 히트펌프에 역카르노 사이클을 이용하는 아이디어를 제안했습니다.

히트펌프 이론은 19세기 초 프랑스 과학자 Sadi Karnot에 의해 유래되었습니다. Carnot은 1824년 논문에서 처음으로 "Carnot Cycle" 이론을 제안했습니다. 30년 후인 1850년 초에 영국의 과학자 L. Kelvin이 냉동 장치를 난방에 사용할 수 있다고 제안한 후 많은 과학자와 엔지니어가 연구를 수행했습니다. 히트펌프에 대한 많은 연구, 80년간의 연구.

1912년 스위스 취리히에서는 강물을 난방용 저열원으로 활용한 히트펌프 장비 설치에 성공했다. 이는 초기 수원 히트펌프 시스템이자 우리나라 최초의 히트펌프 시스템이다. 세계.

히트펌프 산업은 1940년대부터 1950년대 초반까지 급속도로 발전했다. 가정용 히트펌프와 산업용 건물용 히트펌프가 시장에 등장하기 시작하면서 히트펌프도 개발 초기 단계에 돌입했다.

21세기 들어 '에너지 위기'의 출현과 연료 가격의 급등으로 개량·개발된 히트펌프는 역사의 무대로 복귀해 현재의 가장 가치 있는 히트펌프가 됐다. 새로운 에너지 기술.

전 국제열에너지기구(International Thermal Energy Agency)는 구체적으로 국제히트펌프센터(International Heat Pump Center)를 설립하고 히트펌프 프로그램(Heat Pump Program)을 수립해 전 세계 국가에 히트펌프 기술의 적용과 개발을 촉진하고 조정했다.

미국, 캐나다, 스웨덴, 독일, 일본, 한국 및 기타 국가***에서는 히트펌프 기술의 사회적 적용을 촉진하기 위해 특별 공식 지침을 발표했습니다.

첨단 히트펌프 기술

에너지 절약 : 열효율은 460. 운영비는 가스, 기름보일러의 1/3, 전기온수기의 1/4, 40% 태양에너지보다 낮다.

안전: 물과 전기가 분리되어 있어 누수 위험이 없습니다.

적용 가능: -15~50℃ 환경

환경 보호: 폐열, 폐수 없음 , 폐가스