[L1] 1 개요 (Overview) [L2] 1) 정의 [L4] - 저온의 열원(공기, 수분, 지열 등)에서 열을 흡수하여 고온의 공간으로 이동시키거나, 반대로 고온의 열을 저온으로 방출하여 냉방을 수행하는 장치. [L4] - 에너지를 직접 태워서 열을 만드는 것이 아니라, 펌프가 물을 낮은 곳에서 높은 곳으로 퍼 올리듯 열을 퍼 올리는 기계라는 의미에서 히트펌프라 불림. [L5] * 4방향 밸브(4-Way Valve)를 통해 냉매의 흐름을 바꾸면, 기계 한 대로 여름에는 에어컨(냉방), 겨울에는 보일러(난방) 역할을 동시에 수행할 수 있음. [L2] 2) 작동 원리 (Thermodynamic Cycle) [L4] - 히트펌프는 증기 압축 냉동 사이클(Vapor Compression Cycle)을 기반으로 작동하며, 난방 운전 시 실외기가 '증발기', 실내기가 '응축기' 역할을 합니다. [L2] 3) 작동프로세스 ;  4단계 사이클 (Heating Mode 기준) [L4] - 1단계 : 증발 (Evaporation - 실외기)** [L5] * 차가운 액체 냉매가 외부 공기(혹은 지열)의 열을 흡수하여 기체로 증발함. 영하의 날씨에도 냉매는 그보다 더 낮은 온도에서 끓기 때문에 열 흡수가 가능함. [L4] - 2단계 : 압축 (Compression - 컴프레서)** [L5] * 기체 상태의 냉매를 압축기로 고압 압축함. 압력이 높아지면 분자 충돌로 인해 온도가 급격히 상승함 (약 80~90℃ 고온 가스 생성). **전기 에너지가 투입되는 단계.** [L4] - 3단계 : 응축 (Condensation - 실내기)** [L5] * 뜨거워진 냉매 가스가 실내 열교환기를 지나며 차가운 실내 공기에 열을 방출(난방)하고 다시 액체로 변함. [L4] - 4단계 : 팽창 (Expansion - 팽창 밸브)** [L5] * 액체 냉매의 압력을 낮춰(감압) 다시 증발하기 쉬운 상태로 만듦. [L1] 2 에너지 소비 효율 및 COP 분석 [L2] 1) COP의 공학적 의미 [L4] - 히트펌프의 효율을 나타내는 핵심 지표는 성적 계수(COP, Coefficient of Performance) 임. [L5] * 일반 전기 히터 : 전기 1kW를 투입하면 열 1kW가 나옴 **COP = 1.0** (효율 100%). [L5] * 히트펌프 : 전기 1kW를 투입하여 콤프레서를 돌리면, 외부에서 3kW의 열을 퍼와서 합침 총 4kW의 열을 냄 COP = 4.0 (효율 400%). [L2] 2) 에너지 소비 수준 [L4] - 동일한 난방 효과를 낼 때, 히트펌프는 전기 히터나 가스 보일러 대비 **에너지 사용량을 60~70% 이상 절감**할 수 있음. [L5] * 최근 보급되는 고효율 히트펌프 건조기나 전기차(EV)의 난방 시스템이 배터리 효율을 획기적으로 높이는 이유가 바로 이 COP 차이 때문임. [L1] 3 히트펌프 / 일반 전기 히터 기술적 비교 [L1] 4 최신 기술 동향 (Advanced Tech) [L2] 1) 한랭지형 히트펌프 (Cold Climate Heat Pump) [L4] - 과거 히트펌프는 영하 10도 이하에서 성능이 급격히 떨어지는 단점이 있었음. [L4] - 베이퍼 인젝션 (Vapor Injection) 기술을 적용하여, 압축기 중간에 냉매를 추가로 주입함으로써 혹한기에도 난방 능력을 100% 유지하는 기술이 상용화됨. [L2] 2) 지열 및 수열원 히트펌프 (Ground/Water Source) [L4] - 공기(Air) 대신 연중 온도가 일정(약 15℃)한 땅속이나 강물을 열원으로 사용하여, 외부 날씨와 상관없이 1년 내내 **COP 5.0 이상의 초고효율**을 달성함. [L2] 참고) 관련 출처 (References) [L3] · ASHRAE Handbook - HVAC Systems and Equipment (Chapter on Heat Pumps). [L3] · IEA (International Energy Agency) - The Future of Heat Pumps Report. [L3] · US Department of Energy (DOE) - Heat Pump Systems Principles. [L3] · ISO 13256 (Water-source heat pumps — Testing and rating for performance).