히트펌프를 이용한 냉난방 - 3부

지열 열 펌프

지열 히트펌프는 난방 모드에서는 흙이나 지하수를 열에너지원으로 사용하고, 냉방 모드에서는 에너지를 배출하는 흡수원으로 사용합니다. 이러한 유형의 시스템에는 두 가지 주요 구성 요소가 포함됩니다.

• 지상 열교환기(Ground Heat Exchanger): 이는 대지나 지면에서 열에너지를 추가하거나 제거하는 데 사용되는 열교환기입니다. 다양한 열 교환기 구성이 가능하며 이에 대해서는 이 섹션의 뒷부분에서 설명합니다.
• 열 펌프: 공기 대신, 지열 열 펌프는 지열 열 교환기를 통해 흐르는 유체를 공급원(난방 시) 또는 흡수원(냉각 시)으로 사용합니다.
  건물 측면에서는 공기 및 순환수(물) 시스템이 모두 가능합니다. 건물 측의 작동 온도는 순환수식 응용 분야에서 매우 중요합니다. 히트펌프는 45~50°C 미만의 낮은 온도에서 난방할 때 더 효율적으로 작동하므로 복사 바닥이나 팬 코일 시스템에 더 잘 어울립니다. 60°C 이상의 수온이 필요한 고온 라디에이터와 함께 사용하는 경우 주의해야 합니다. 이러한 온도는 일반적으로 대부분의 주거용 히트 펌프의 한계를 초과하기 때문입니다.

열 펌프와 지열 교환기가 상호 작용하는 방식에 따라 두 가지 시스템 분류가 가능합니다.

• 2차 루프: 지상 열교환기에 액체(지하수 또는 부동액)가 사용됩니다. 땅에서 액체로 전달된 열에너지는 열교환기를 통해 히트펌프로 전달됩니다.
• 직접 팽창(DX): 지상 열 교환기의 유체로 냉매가 사용됩니다. 지면에서 냉매에 의해 추출된 열에너지는 히트펌프에서 직접 사용되므로 추가 열 교환기가 필요하지 않습니다.
  이러한 시스템에서 지상 열교환기는 히트펌프 자체의 일부로서 난방 모드에서는 증발기 역할을 하고 냉방 모드에서는 응축기 역할을 합니다.

지열 열 펌프는 다음을 포함하여 가정에서 편안함을 제공할 수 있습니다.

• 난방 전용: 히트펌프는 난방에만 사용됩니다. 여기에는 공간 난방과 온수 생산이 모두 포함될 수 있습니다.
• "능동 냉각"을 이용한 난방: 히트펌프는 난방과 냉방 모두에 사용됩니다.
• "수동 냉각"을 사용한 난방: 히트펌프는 난방에 사용되고 냉방에는 바이패스됩니다. 냉각 시 건물의 유체는 지상 열교환기에서 직접 냉각됩니다.

가열 및 "활성 냉각" 작동은 다음 섹션에 설명되어 있습니다.

지열 히트펌프 시스템의 주요 장점

능률

기온이 -30°C 이하로 떨어질 수 있는 캐나다에서는 더 따뜻하고 안정적인 지상 온도를 활용하기 때문에 지상 소스 시스템이 더 효율적으로 작동할 수 있습니다. 지열 열 펌프에 유입되는 일반적인 수온은 일반적으로 0°C 이상이며, 가장 추운 겨울철 동안 대부분의 시스템에서 COP는 약 3입니다.

에너지 절약

접지 소스 시스템은 난방 및 냉방 비용을 크게 줄여줍니다. 전기로 대비 난방에너지 비용 절감 효과는 약 65%입니다.

평균적으로, 잘 설계된 지열 시스템은 대부분의 건물 난방 부하를 감당할 수 있는 동급 최고의 저온 공기 공급원 열 펌프가 제공하는 것보다 약 10-20% 더 많은 비용 절감 효과를 제공합니다. 이는 겨울철 지하 온도가 대기 온도보다 높기 때문입니다. 결과적으로, 지열원 열펌프는 공기열원 열펌프보다 겨울 동안 더 많은 열을 제공할 수 있습니다.

실제 에너지 절약은 지역 기후, 기존 난방 시스템의 효율성, 연료 및 전기 비용, 설치된 히트펌프 크기, 보어필드 구성 및 계절별 에너지 균형, CSA의 히트펌프 효율 성능에 따라 달라집니다. 평가 조건.

접지 소스 시스템은 어떻게 작동합니까?

지열원 히트펌프는 지열교환기와 히트펌프의 두 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 열교환기 1개가 외부에 있는 공기열원 히트펌프와 달리, 지열시스템에서는 히트펌프 장치가 집 내부에 위치합니다.

지열 교환기 설계는 다음 중 하나로 분류될 수 있습니다.

• 폐쇄 루프(Closed Loop): 폐쇄 루프 시스템은 지하에 매설된 배관의 연속 루프를 통해 지면에서 열을 수집합니다. 히트펌프의 냉동 시스템에 의해 외부 토양보다 몇도 낮은 온도로 냉각된 부동액(또는 DX 지열 시스템의 경우 냉매)이 배관을 순환하면서 토양의 열을 흡수합니다.
  폐쇄 루프 시스템의 일반적인 배관 배열에는 수평, 수직, 대각선 및 연못/호수 지상 시스템이 포함됩니다(이러한 배열은 아래 설계 고려 사항에서 설명).
• 개방형 루프(Open Loop): 개방형 시스템은 지하수에 보유된 열을 활용합니다. 물은 우물을 통해 열교환기로 직접 끌어 올려져 열이 추출됩니다. 그런 다음 물은 하천이나 연못과 같은 지상 수역으로 배출되거나 별도의 우물을 통해 동일한 지하 수역으로 다시 배출됩니다.

실외 배관 시스템의 선택은 기후, 토양 조건, 이용 가능한 토지, 현장의 현지 설치 비용은 물론 지방자치단체 규정에 따라 달라집니다. 예를 들어, 개방형 루프 시스템은 온타리오에서는 허용되지만 퀘벡에서는 허용되지 않습니다. 일부 지방자치단체에서는 지방자치단체의 수원이 대수층이기 때문에 DX 시스템을 금지했습니다.

가열 사이클

주목:

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