열 펌프는 실제로 어떻게 작동합니까?

Aug 25, 2023

폴 라우버

일러스트레이션: 피터 호이(Peter Hoey)와 마리아 호이(Maria Hoey)

2023년 1월 6일

주장 미국 온실가스 오염의 약 10%는 건물을 겨울에는 따뜻하게, 여름에는 시원하게 유지하려는 노력의 결과입니다. 그 이유는 당혹스러울 정도로 표준적인 온도 제어가 여전히 중생대 시대의 쓰레기와 찌꺼기를 태우는 데 크게 의존하고 있기 때문입니다.

하지만 이제는 탄소 배출이 적은 대안이 있습니다. 바로 히트 펌프입니다. 겨울에는 땅이나 공기에서 열을 끌어내어(외부 온도가 매우 낮더라도) 내부로 전달합니다. 여름에는 반대 방향으로 뒤집어 내부의 열을 끌어당겨 밖으로 펌핑합니다. 필요한 것은 최소한의 전기뿐입니다. 재생 가능한 자원으로 생산되는 경우 전체 공정에서 탄소를 배출하지 않을 수 있습니다.

작동 방식 열역학 제2법칙을 기억하시나요? 열은 더 뜨거운 실체에서 더 차가운 실체로 전달됩니다. 열 펌프는 냉매를 사용하여 이 과정을 역전시킵니다. 즉, 추운 지역(겨울에는 대기 또는 땅)에서 열을 끌어와 더 따뜻한 곳(집)으로 옮기거나 더운 날씨에는 집에서 외부로 전달합니다. 가용성, 예산, 집 구조에 따라 선택할 수 있는 다양한 옵션이 있습니다. 공기 소스 열 펌프는 AC 장치처럼 보이며 실외 장치와 실내 장치가 도관으로 연결되어 있습니다. 접지 소스 펌프에는 지면이나 수역에서 열을 흡수(또는 방출)하는 냉매가 채워진 파이프가 필요합니다.

무엇이 잘못될 수 있나요? 열 펌프는 매우 추운 기후에서 작동하기가 더 까다로우며 기술이 빠르게 향상되는 동안 일부 시스템에는 백업이 필요하므로 비용이 증가하고 탄소 절감 효과가 감소할 수 있습니다. (에너지부는 10개의 열 펌프 제조업체에 한랭 기후 모델을 개발하도록 요청했습니다. Lennox는 이번 겨울에 시험을 진행하는 모델을 처음으로 출시했으며 빠르면 2024년에 출시될 수 있습니다.) 이상적으로 열 펌프는 다음과 같이 설계되어야 합니다. 난방과 냉방이 필요한 지역의 크기, 국지적 극한 기온, 외부 땅이나 물의 가용성 등을 고려하여 상황에 맞게 조정합니다.

그리고 유능한 설치자를 찾기 어려울 수도 있습니다. 예를 들어, 내 차를 넣은 사람은 냉각수가 필요하다는 사실을 몰랐습니다. 마지막으로, 기존 온수기가 고장 났을 때 새 온수기를 구입하는 것과는 다릅니다. 히트펌프 설치에는 시간이 걸리므로 미리 계획을 세워야 합니다.

결과 히트 펌프의 운영 비용은 기존 시스템보다 현저히 낮을 수 있습니다. 특히 펌프가 베이스보드, 기타 전기 히터 또는 연료유로 구동되는 용광로를 대체하는 경우 더욱 그렇습니다. 그러나 설치에 드는 초기 비용은 상당할 수 있습니다. 공기 소스 모델은 저렴하지만(대략 $3,500 ~ $7,000) 굴착이 필요하고 설치 비용이 최대 $22,000에 달하는 지상 소스 모델보다 효율성이 낮고 유지 관리가 더 자주 필요합니다.

좋은 소식은 인플레이션 감소법(Inflation Reduction Act)에 적격 소비자를 최대 8,000달러까지 절약할 수 있는 세금 감면 및 리베이트가 포함되어 있다는 것입니다. 그리고 주택 소유자는 최대 2,000달러까지 주택 에너지 효율 세금 공제를 받을 수 있습니다.

Paul Rauber는 Sierra의 수석 편집자입니다. Twitter @paulrauber에서 그를 팔로우할 수 있습니다.

Peter Hoey와 Maria Hoey는 일러스트레이터와 그래픽 아티스트로 구성된 형제자매 팀입니다.