기술ㆍ연재


고효율 히트펌프 기술 및 적용사례/(주)삼천리ES 에너지솔루션

고효율 히트펌프 기술 및 적용사례
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(주)삼천리ES 에너지솔루션 / 서중근 부장
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1. 서 론
최근 지구온난화로 인하여 극지방의 빙하 대부분이 사라져가고 있고 국지성 폭우와 폭설 등 기후변화가 뚜렷해지고 있어 이에 대한 대책이 요구되고 있다. 경제가 발전하면서 에너지 사용은 점점 증가하여 1인당에너지 소비가 2011년 기준 연간 5.23toe에 이르고 있으며 그중에서 화석연료의 사용비율이 68.4%에 이르고 있다.
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그에 반해 주요 선진국 대비 에너지 이용 효율은 90% 정도 수준이다.
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정부에서는 부문별 에너지효율 정책의 일환으로 온실가스 에너지목표관리제를 도입하고 2013년 기준 연간 1만5천toe 이상 배출하는 업체 480개 업체를 목표관리대상 사업장으로 지정하여 관리해오고 있다. 또한 2015년부터 시행하는 배출권거래제를 앞두고 있다. 그동안 산업체에서는 에너지 절감에 많은 노력을 기울이면서 100℃ 이상의 고온영역 온도의 배열은 대부분 회수하여 사용하고 있는 반면에 100℃ 미만 저온의 온수 또는 배가스는 버려지고 있어 이런 배열의 활용을 위한 절감 솔루션이 절실히 요구되고 있다.
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이러한 낮은 온도영역의 에너지를 회수하여 활용할 수 있는 기술개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 저온의 열을 회수하는 최적의 에너지 절감기술로 히트펌프의 적용사례와 기술개발에 대해서 소개한다.
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2. 본 론
히트펌프는 기존의 냉동기 사이클이 내부 열을 회수하여 외부로 버리는 열펌프 냉동사이클이라면 이를 반대로 이용하는 시스템으로 버려지는 열을 증발기로 회수하여 응축기에서 공정에 사용 가능한 온수나 스팀으로 공급하는 열펌프 시스템이다. 예를 들면 산업체 및 건물의 냉각수나 공정배열 등 버려지는 저온(5~30℃)의 폐열을 회수하여 고온(50~120℃)의 활용 가능한 열로 만들어주는 열원기기를 말한다. 종래에 비해서 많은 연구 결과로 압축기 제작 기술 및 신냉매가 개발되면서 더 낮은 온도의 폐열을 회수하여 보다 높은 온도의 유용한 에너지를 생산할 수 있는 히트펌프가 개발되고 있다.
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히트펌프는 공기열, 수열원, 지열 등 다양한 에너지를 열원으로 이용하는 시스템이 개발되고 있다. <표 1>은 전기식과 흡수식 히트펌프의 일반적인 현황을 나타낸 것이다.
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2. 1 전기식 히트펌프
전기식 히트펌프는 열원을 공기에서 얻는 공기열원 히트펌프와 폐수나 냉각수의 열을 회수하는 수열원 히트펌프가 있으나 여기서는 수열원 히트펌프에 대해서 소개한다.
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2014년 9월호 제품과 기술 중