히트펌프는 냉동 사이클로 바깥(공기 · 땅 · 물)의 낮은 온도 열을 퍼 올려 실내를 데우는 장치다. 난방 때는 실내 열교환기가 응축기, 바깥 열교환기가 증발기가 되고, 이론 상한 성적계수는 COP_H = TH/(TH − TL) 이다. 열원 온도 TL 이 낮을수록 COP 가 떨어지므로, 연중 온도가 거의 일정한 지열은 추운 날 공기열원보다 유리하다. 그림은 열원 온도에 따른 COP_H 상한 곡선(공급 온수 40 ℃)이고, 외기온도 슬라이더가 공기열원의 점을 움직이며 지열 버튼은 열원을 10 ℃ 로 고정한다.
증발기와 응축기가 자리를 바꾼다
난방에서는 실내 쪽이 응축기라 버리는 열이 곧 난방 열이고, 바깥 쪽 증발기가 열원에서 열을 받는다. 외기가 떨어지면 공기열원은 TL 이 내려가 COP 가 떨어지고, 바깥 증발기에 서리가 끼어 제상도 잦아진다. 땅속은 연중 온도가 거의 일정해 덜 흔들린다.
👀 열원과 효율
①공기: 설치가 쉽지만 추울수록 COP 가 떨어진다
②지열: 땅속 온도가 연중 거의 일정
③태양열: 집열기로 데운 물을 열원이나 급탕에 쓴다
④효율 개선은 응축 · 증발 온도차를 줄이는 일
열원과 외기온도 바꾸기
7 ℃
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COP_H=TH/(TH−TL). T 는 K.
열원 온도에 따른 난방 COP 상한 곡선(공급 온수 40 ℃). 점이 지금 열원, 지열은 10 ℃ 로 고정한 그림용 값
💡 지금 상한
①TH = 40 ℃ = 313 K (난방 공급 온수로 둔 값)
②TL=280 K
③COP_H=9.48
④실제 히트펌프는 이 상한보다 낮다
같은 꼴의 성적계수
히트펌프 COP
COPH = THTH - TL
온도는 절대온도 K
냉동 COP와의 관계
COPH = COPR + 1
같은 두 온도 사이에서
시험 포인트와 기출 유형
🎯 시험 포인트
①열펌프 · 신재생(지열 · 태양열) · 에너지 절약과 효율 개선
②COP_H=TH/(TH−TL)
③외기가 떨어지면 공기열원 COP 가 떨어진다
④지열은 열원 온도가 연중 거의 일정하다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 히트펌프 난방 COP 식은? (답: TH/(TH − TL))
②[기출유형] COP_H 와 COP_R 의 관계는? (답: COP_H = COP_R + 1)