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공기 장소 구애 없지만 겨울철 효율이 낮다

공기를 이용하는 열펌프는 어느 곳에서나 보급할 수 있다. 때문에 가장 많이 개발·보급된 열펌프 시스템이다. 하지만 공기는 열밀도가 낮기 때문에 이로부터 열을 얻기가 쉽지 않아 열펌프의 효율이 다른 열원에 비해 낮게 나타난다.

특히 공기식 열펌프는 외부 공기의 온도가 떨어지는 겨울철에 효율이 더욱 낮아진다. 겨울철에 난방운전모드에서는 열을 흡수하는 증발기로 작용하는 실외기가 저온의 외기로부터 열을 흡수해야 한다. 그러나 바깥 온도가 영하로 내려가 냉매의 증발온도가 낮아지게 되면 실외기 코일에 접촉한 공기중의 수분이 코일의 표면에 얼어붙어 서리가 된다. 이 서리는 실외기 코일표면의 열전도율을 낮춰 시스템의 효율과 신뢰도를 떨어뜨린다. 이 때문에 서리를 간헐적으로 제거하는 사이클이 필요하다.

이런 까닭에 공기식 열펌프는 설치지역의 기후조건을 면밀히 고려해야 한다. 일부 공기식 열펌프의 경우 이런 이유 때문에 겨울철에는 보조난방장치가 함께 작동되도록 하고 있다.

물 가장 효율 높지만 물이 가까워야

열펌프의 열원으로 물을 이용할 경우 하천수, 하수, 해수를 고려할 수 있다. 이때의 문제는 물이 근처에 있어야 한다는 점.

하지만 물은 온도가 공기보다 연중 변동폭이 비교적 안정적이다. 국내 하천수의 수온은 하절기에 21-27 로 대기온도보다 낮고, 동절기에 5-15℃의 범위를 유지해 대기온도보다 높다. 바로 이 점은 여름철에는 냉방능력을, 겨울철에는 난방능력을 높여주는 것이다. 특히 여름철에는 대기보다 온도가 낮아 냉각수로도 이용이 가능하다.

또한 물은 공기에 비해 열전달이 잘 이뤄진다. 물은 공기의 약 23배나 열전달이 잘된다. 열펌프가 물에서 열을 얻기가 그만큼 쉽다는 것. 이와 함께 물이 단위부피당 갖고 있는 열의 양(열용량)이 공기나 땅에 비해 크다는 점도 효율을 높여주는 이유다. 물의 열용량은 공기의 3천4백32배, 흙의 1.9배다. 물은 가장 효율 높은 열펌프 열원인 것이다.

땅 가장 안정한 열원이지만 설비가 고비용

땅 속 온도는 1년 내내 변동폭이 매우 작다. 일반적으로 10m 깊이 아래부터는 거의 일정한 온도로 유지된다. 서울의 경우 지중 평균온도는 약 13℃이다. 이 온도는 대기조건에 비해 유리하므로 땅을 열원으로 사용하는 경우 열펌프의 성능을 증가시킬 수 있다. 즉 땅은 대기나 물보다 온도조건에서 가장 유리하다.

하지만 땅은 물보다 열전달이 잘 안된다. 또한 공기처럼 유체가 아니기 때문에 열교환이 쉽지 않다. 이런 까닭에 땅으로부터 열을 얻으려면 공기나 물의 열펌프보다 넓은 면적으로 열교환이 이뤄져야 한다. 따라서 지열을 활용한 열펌프 시스템은 다른 열펌프 시스템에 비해 초기 설치비용이 클 수밖에 없다.