열을 만드는 방법

전기나 석유, 가스등의 에너지를 사용해 차가운 열이나 따뜻한 열을 만들기 위해서 냉동기나 보일러라 불리는 열원기가 사용되고 있습니다. 이들 기기와 각 에너지의 관계에 대해서는 여러가지 구성을 생각할 수 있습니다. 여름에는 전기의 힘으로 왕복식 또는 원심냉동기를 운전해서 냉바을 하고, 겨울에는 석유나 도시가스를 연소시켜 난방을 하는 것이 가장 일반적인 구성입니다. 그러나 이 방법이 언제나 가장 유리하다고는 할 수 없습니다. 건물의 규모나 용도 등에 따라 다른 방법을 선택하는 것이 유리한 지도 충분히 검토해 봐야 합니다. 이 때문에 현재는 전기를 이용해서 난방을 하기도 하고, 석유나 도시가스를 이용해서 냉방을 하는 것도 널리 사용되기 때문에 이들 방법에 대하여 알아보겠습니다.

전기히터를 사용해서 난방한 것은 같은 열량을 얻는데 대해, 석유나 도시가스에 비해 훨씬 비쌉니다. 그러나 히트펌프 방식을 사용하면 전력으로 난방을 하여도 충분히 경제적인 경우가 많습니다. 전기히터를 사용한 경우 1kW의 전력은 열량이 860kcal 밖에 되지 않습니다. 그러나 히트펌프 방식을 사용하면 소비하는 전력량의 몇 배에 상당하는 열량을 얻을 수가 있습니다. 히트펌프 방식에는 전력을 그대로 사용하지 않고 마치 펌프가 물을 퍼 올리듯이 공기나 물 속에서 열을 퍼 올리게 됩니다. 열이라고 하면 언제나 온도가 높은 곳에서만 있다고 생각합니다. 그러나 온도가 낮은 곳에도 열은 존재합니다. 예를 들면 55도씨의 온수 1kg이 50도씨가 될 때에는 5kcal의 열량이 방출되는 것처럼 10도씨의 냉수 1kg이 5도씨가 될 때에는 5kcal의 열을 방출하게 됩니다. 물이나 공기의 온도를 훨씬 낮은 온도로 하면 그 온도차에 상당하는 만큼의 열량을 빼낼 수 있습니다. 그러나 아무리 열을 뽑아 내어도 이것을 난방에 이용할 수 없어서는 소용이 없습니다. 그래서 이 열을 히트펌프의 작용으로 더욱 높은 온도까지 끌어 올려 줄 필요가 있습니다. 열을 뽑아 내어오는 상대쪽의 온도가 낮든지 또는 난방용의 온도가 높다면 열을 끌어올리기위한 온도차가 크게됩니다. 마치 펌프의 운전처럼 전력이 그만큼 많이 필요하게 됩니다. 그러나 이 때문에 사용되는 전력도 결국은 열이 되어 저온측에서 퍼 올려진 열과 함께 난방을 위해 사용되기 때문에 히트펌프 방식이 히터를 사용하는데 비해 훨씬 유리한 것을 알 수 있습니다. 히트펌프 방식은 언제나 바깥에서 내부로 열을 운반해 올 뿐만아니라 건물내부에서 발생하는 열의 유효이용을 위해서도 사용되어 집니다. 남향의 햇빛이 잘 들어오는 방은 실내온도가 높아 냉방이 필효한데, 북쪽에 접한 방은 여전히 난방이 필요한 경우가 있습니다. 또 최근의 건물은 일반적으로 조명이 많기 때문에 건물 내부에는 조명기기에서 발생하는 열이 많아서, 외부의 방에는 난방이 필요할 때라도 내부는 냉방을 해야될 때가 있습니다. 이 때 한쪽의 방은 냉동기를 사용해 냉방하고 다른 방은 보일러를 사용해 난방하는 것은 여분의 에너지를 헛되게 쓰는게 되지만, 냉방을 요구하는 방에서 냉동기를 사용해 그 증발기에서 열을 빼앗아 난방을 요하는 방으로 열을 준다면 에너지를 유효하게 사용하는 것이 됩니다.

이러한 생각을 발전시켜 공조기와 일체가 된 소형 히트펌프 유니트를 방마다 천장에 설치해 두면 필요에 따라 언제나 냉방과 난방을 사용할 수 있습니다. 냉방을 하기 위해 냉동기로 작용하는 유니트는 증발기에서 방의 열을 빼앗아 이 열을 응축기에서 순환수로 버립니다. 한편 방을 난방하기 위한 히트펌프로 작동하는 유니트는 압축기 주위의 밸브를 조작하여 응축기와 증발기의 역할을 바꿔서 순환수로부터 열을 빼앗아 실내로 주고 난방을 합니다. 순환수의 온도는 항상 25~32도씨 정도의 범위를 유지하고 있기 때문에 냉동기로 작용하는 유니트에 대해서는 냉각수의 역할을 해내고, 통시에 히트펌프로 작동하는 유니트의 열원으로 이용하는데도 충분히 높은 온도이기 때문에 양측에서 이것을 겸용하는 것이 가능합니다. 만약 이 순환수의 온도가 소정의 범위보다 높게 되었을 경우는 냉각탑 쪽으로 흘려 냉각합니다. 반대로 소정의 범위보다 내려가는 경우는 보일러측으로 흘려 가열한다면 히트펌프로서의 기능을 변하게 하지 않고 작동을 계속알 수 있습니다. 이와 같은 히트펌프를 사용하는 경우는 건물 외부에서 건물의 내부로 열을 운반해 오는 것이 아니고 건물 내부에서 열이 부족한 곳과 여분이 있는 곳의 균형을 맞추기 위해 히트펌프가 사용되고 있기 때문에 에너지를 유효하게 이용하고 있다고 볼 수 있습니다.