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Nov 29, 2023

가정용 전기 히트펌프는 미래의 깨끗하고 친환경적인 기술이 될 수 있습니다.

출처: DANA SMITH 열 펌프는 친환경적이고 효과적인 난방 방식을 제공합니다.

크레딧: 다나 스미스

열 펌프는 화석 연료가 아닌 전기를 사용하여 집을 난방하는 친환경적이고 효과적인 방법을 제공합니다. 새로운 디자인으로 인해 더 효율적이고 더 많은 조건에 적합해졌습니다.

혁신적인 사고로 전기 장치를 오랫동안 괴롭혔던 문제가 해결되었으며, 과학자와 환경운동가 모두 그 가능성에 대해 기대하고 있습니다.

작성자: Chris Baraniuk 2023년 1월 11일

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그것은 수년간 Zhibin Yu를 괴롭혔던 엔지니어링 문제였지만 이제 그에게는 이 문제를 해결할 수 있는 완벽한 기회가 있었습니다. 코로나19 대유행으로 인해 영국이 처음으로 봉쇄된 기간 동안 집에 갇힌 열 엔지니어는 갑자기 열 펌프의 효율성을 개선하는 데 필요한 모든 시간을 갖게 되었습니다. 이름에서 알 수 있듯이 야외에서 사람들의 집으로 열을 이동시키는 전기 장치인 열 펌프의 효율성을 개선하는 데 필요한 모든 시간이 필요했습니다. .

펌프는 가스 히터보다 훨씬 더 효율적이지만 공기로부터 열을 흡수하는 표준 모델은 결빙되기 쉬워 효율성이 크게 떨어집니다.

영국 글래스고 대학교에서 근무하는 Yu는 이 문제를 몇 주 동안 고민했습니다. 그는 종이를 계속 읽었습니다. 그러던 중 그는 한 가지 아이디어를 떠올렸습니다. 대부분의 열 펌프는 발생하는 열의 일부를 낭비합니다. 그리고 그가 그 폐열을 포착하여 방향을 전환할 수 있다면 성에 제거 문제를 해결하고 펌프의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있다는 것을 깨달았습니다. 그는 “갑자기 열을 회복할 수 있는 해결책을 찾았다”고 회상했다. "정말 놀라운 순간이었어요."

Yu의 아이디어는 200년 된 열 펌프 기술을 기존보다 훨씬 더 효율적으로 만들고 잠재적으로 전 세계적으로 열 펌프를 훨씬 더 많이 채택할 수 있는 문을 여는 것을 목표로 하는 몇 가지 최근 혁신 중 하나입니다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 현재까지 전 세계 공간 난방 요구 사항 중 약 10%만이 히트펌프로 충족되고 있습니다. 그러나 현재의 에너지 위기와 기후 변화에 대처하기 위해 화석 연료 소비를 줄여야 한다는 압력이 커지고 있기 때문에 이러한 장치는 그 어느 때보다 중요합니다.

2020년 봉쇄 브레인스토밍 이후 Yu와 그의 동료들은 남은 열을 작은 물 탱크에 저장하는 열 펌프의 작동 가능한 프로토타입을 만들었습니다. 2022년 여름에 발표된 논문에서 그들은 그들의 설계가 열 펌프가 더 적은 에너지를 사용하는 데 어떻게 도움이 되는지 설명합니다. 또한 이 잔여 열의 일부를 차가운 공기에 노출되는 열 펌프 부분으로 별도로 경로를 변경함으로써 필요할 때 집에 열 공급을 중단하지 않고도 장치가 스스로 성에를 제거할 수 있습니다.

이 아이디어는 열 펌프가 작동하는 바로 그 원리에 기초합니다. 열을 포착할 수 있으면 사용할 수 있습니다. 열 펌프를 특별하게 만드는 이유는 단순히 열을 발생시키는 것이 아니라 주변 환경의 열을 포착하여 집으로 옮긴다는 점입니다. 예를 들어 그 열은 결국 라디에이터나 강제 공기 난방 시스템으로 전달됩니다. 이는 히트펌프 내부를 흐르는 냉매 덕분에 가능한 일이다. 냉매가 열을 만나면(추운 날 공기 중의 아주 작은 양이라도) 그 정도의 따뜻함을 흡수합니다.

그런 다음 압축기는 냉매를 더 높은 압력으로 강제하여 집을 가열할 수 있는 지점까지 온도를 높입니다. 압력이 증가하면 냉매 분자가 서로 더 가까워지고 움직임이 증가하기 때문에 작동합니다. 나중에 냉매는 다시 팽창하여 냉각되면서 사이클이 반복됩니다. 전체 사이클이 역방향으로 진행될 수도 있어 여름에 더울 때 열 펌프가 냉각을 제공할 수 있습니다.

가장 일반적인 설계인 공기 공급식 열 펌프는 실외 공기에서 열을 포착합니다.

열 펌프의 마법은 사용하는 전기 kWh당 여러 킬로와트시 열을 이동할 수 있다는 것입니다. 히트펌프 효율은 일반적으로 성능계수(COP)로 측정됩니다. 예를 들어 COP가 3이라는 것은 1kWh의 주스가 3kWh의 따뜻함을 생산한다는 것을 의미하며 이는 사실상 300% 효율성입니다. 장치에서 얻는 COP는 날씨 및 기타 요인에 따라 달라질 수 있습니다.