| 논문명 |
반송에너지 절약형 저온 냉수 및 고온수 열원 공급을 위한 지열히트펌프 효율 향상 / The Improvement of the Efficiency of Geothermal Heat Pump for the Supply of Cold Water and Hot Water Heat Source for Conveyance Energy Saving |
| 저자명 |
김덕근(Deokgeun Kim) ; 홍희기(Hiki Hong) ; 이성락(Sungrag Lee) |
| 수록사항 |
설비공학논문집, Vol.38 No.1 (2026-01) |
| 주제어 |
반송에너지; 급탕열교환기; 지열 히트펌프; 대온도차 ; Conveyance energy; Domestic hot water heat exchanger; Geothermal heat pump; Large temperature difference |
| 요약1 |
본 연구에서는 대온도차 조건에서 4℃ 저온 냉수와 60℃ 고온수를 안정적으로 공급하면서 반송에너지 소비를 절감할 수 있는 고효율 지열히트펌프 시스템의 성능을 검증하였다.
부하측 판형 열교환기를 두 대로 분할하여 냉방 시에는 직렬, 난방 시에는 병렬로 연결하는 구조를 적용하여 냉방 COP 5.1, 난방 COP 3.4의 우수한 성능을 확보하였다. 이를 통해 저온 냉수 및 고온수의 안정적인 생산이 가능함을 확인하였으며, 열교환기 동파 위험도 효과적으로 방지할 수 있었다.
또한, 기존 시스템에서는 여름철 급탕 부하가 없을 경우 비활성화되던 급탕열교환기를 냉방 시 열원측, 난방 시 부하측에 확장 연결하여 전열면적을 증가시켰다. 압축기의 압축비 감소로 인해 냉방 시 COP는 2.2%, 난방 시 COP 11.6% 향상되었다. 그 결과, 열유체 및 공기 이송 배관과 덕트의 크기를 최대 50%까지 줄일 수 있었으며, 순환펌프와 송풍기 등 반송설비의 소요 동력과 설치 용량을 저감 하여 전체 반송에너지 비용을 최대 40%까지 절감할 수 있는 가능성을 확인하였다. 본 연구는 대온도차 운전을 기반으로 반송에너지를 절감하는 고효율 히트펌프 시스템의 상용화 가능성을 제시한다는 점에서 중요한 의의를 갖는다. 향후 다양한 실제 설치 환경에서의 장기 운전 데이터를 확보하고, 경제성 분석을 포함한 최적화 연구가 이어진다면 본 기술의 보급 및 확산에 크게 기여할 수 있을 것이다. |
| 요약2 |
Geothermal heat pump (GHP) systems encounter several technical challenges during low-temperature operation, such as freeze-bursting of plate heat exchangers (HEX), a reduced coefficient of performance (COP), and difficulties in providing both chilled and hot water simultaneously. These issues stem from non-uniform circulation of the heat transfer fluid, low flow rates, and underutilization of the domestic hot water (DHW) HEX, leading to decreased system efficiency and potential breakdowns. This study proposes a high-efficiency GHP system utilizing a dual-load HEX, which can switch between series and parallel modes based on operational conditions. Furthermore, the total HEX area is effectively increased by incorporating the DHW HEX on both the heat source and load sides. The proposed system can consistently produce chilled water at 4℃ and hot water at 60℃, even under significant temperature differences, resulting in a reduction of return energy costs by up to 40%. Performance tests conducted in accordance with Korean industrial standards (KS) demonstrated excellent results, with a cooling COP of 5.1 and a heating COP of 3.4, indicating superior efficiency compared to conventional systems. These findings underscore the feasibility of a GHP system capable of simultaneously supplying hot and cold water while reducing return energy costs. |
