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건축설비기사 건축설비설계 · 열펌프의 원리와 성적계수

Heat Pump & COP

열펌프는 같은 증기압축 사이클을 냉방과 난방에 함께 쓰며, 사방밸브로 냉매 흐름을 뒤집으면 실내 열교환기가 증발기에서 응축기로 바뀐다. 같은 증발 · 응축 온도에서 난방으로 내놓는 열은 냉동효과에 압축일을 더한 값이라, 이론상 난방 COP는 냉방 COP보다 1이 크다. 그림은 실내 · 실외 열교환기와 압축기, 사방밸브를 잇는 냉매 흐름도이고, 지금 모드에서 각 열교환기의 역할을 적어요. 냉방 · 난방 버튼으로 흐름 방향을 뒤집고, 냉방 성적계수 슬라이더를 옮기면 난방 성적계수도 함께 바뀌어요.

한 사이클로 냉방과 난방

🔑 열펌프의 핵심
①냉방 때는 실내가 증발기(흡열), 실외가 응축기(방열)다
②난방 때는 실내가 응축기(방열), 실외가 증발기(외기에서 흡열)예요
③사방밸브가 냉매 흐름을 뒤집어 두 열교환기의 역할을 바꾼다
④같은 증발 · 응축 온도에서는 압축일이 같고, 얻는 효과만 냉열과 온열로 갈린다

모드 전환과 COP의 관계

3.5
💡 관찰
①현재 모드: 냉방
②COPc ≈ 3.50, COPh ≈ 4.50
③같은 온도 조건에서 난방 열 = 냉동효과 + 압축일이므로 COPh = COPc + 1
④그림은 슬라이더 값에 COPh = COPc + 1을 그대로 적용한 것이고, 외기 저온 · 제상 손실은 다루지 않아요

성적계수 공식

냉방 COP
COPc = qew
냉동효과 ÷ 압축일
난방 COP
COPh = qe + ww = COPc + 1
응축기 방열량 ÷ 압축일
에너지 관계
qc = qe + w
응축부하 = 냉동효과 + 압축일

시험 포인트

🎯 시험 포인트
①열펌프는 증기압축 사이클에 사방밸브를 더해 역할을 바꾼다
②냉방 때는 실내가 증발기, 난방 때는 실내가 응축기다
③COPh = COPc + 1 (같은 증발 · 응축 온도에서의 이론 관계)
④q_c = qₑ + w이므로 난방 효과가 냉방 효과보다 커요
⑤외기 온도와 제상 운전이 실제 난방 성능을 좌우한다
📝 대표 기출 유형
①COPc = 3일 때 이론 COPh는? (답: 4)
②난방 시 실내 열교환기는? (답: 응축기)
③냉방과 난방을 바꾸는 기기는? (답: 사방밸브)
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