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가스냉난방기술 개요
1. 가스냉방 기술개발의 필요성
1990년대 들어 경제성장과 국민소득증가에 따라 쾌적하고 편리한 생활에
대한 욕구가 크게 증대하여 여름철 냉방수요가 급격히 늘어나고 있다.
이러한 냉방수요의 증가는 하절기 전력공급을 위태롭게 하고 있으며 국가
에너지 이용효율을 악화시키는 주요 요인으로 작용하고 있다. 1997년 8월
20일 12시에 수립된 최대전력수요 35,851MW 가운데 약 20.2%인 7,228MW가
냉방전력 수요로 추정되는 데, 이 수치는 1990년도 최대전력부하 17,217MW
의 두배가 넘는 전력부하이다. 한편, 냉방전력부하의 경우 그림 1에 나타난
바와 같이 1990년 3,055MW로 1997년 기준으로 2.4배나 증가하였다. 이는
매년 평균 600MW의 냉방전력부하가 증가한 것으로 하절기 냉방수요증가를
감당하기 위하여 매년 400MW급 화력발전소 1.5기 정도를 새로이 건설해
왔다는 사실을 나타낸다. 즉, 매년 증가하는 냉방수요를 감당하기 위하여
화력발전소 기준으로 볼 때 약 4,800억원 정도의 발전소 건설비를 투자해
왔다는 것이다. 또한, 이렇게 증설되는 발전소의 이용효율을 살펴보면,
1997년도 최대부하 35,851MW의 약 3%인 900MW의 범위내에 있는 전력부하의
지속기간은 16시간 정도로 이용효율이 매우 낮다. 이것은 450MW급 화력발전
소 2기가 단지 16시간의 피크냉방부하를 감당하기 위하여 운용되고 있다는
사실을 말한다. 즉, 16시간의 하절기 피크부하 대처를 위하여 7,200억원
정도를 투자해야 한다는 것이다.
[그림1]연도별 냉방전력부하 증가추이
한편, 도시가스의 경우 전력과는 달리 겨울철에 피크수요가 나타나고 여름
철에는 가스수요가 극히 적다. 일반적으로 월별 여름철 최소수요는 겨울철
최대수요에 비해 1/5-1/6에 불과하다. 계절적 수요변동에 관계없이 거의
균일한 물량을 도입해야 하는 천연가스산업의 특성을 고려할 때 이러한
동고하저의 수급불균형 문제는 비수요기에 도입되는 LNG 저장을 위하여
엄청난 저장시설을 필요로 하고, 이 시설을 갖추기 위해서는 막대한 시설자
금이 소요된다. 그림 2는 1997년도 가스와 전력의 계절별 수요패턴을
나타내고 있다. 이 그림이 보여주고 있는 바와 같이 두 에너지원간의 상호
보완적 관계를 잘 운용하면 국가에너지 이용합리화정책에 부응하는 기대효
과를 거둘 수 있다는 사실을 관찰할 수 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하
여 방법의 하나로 가스냉방기의 보급확대를 들 수 있다. 전기에어콘을 대신
하여 가스냉방기의 개발 보급함으로써 냉방전력을 대체하고 가스수요를 증
가시켜 궁극적으로는 국가에너지 수급불균형을 완화시킬 수 있는 가장 적극
적인 방법이라고 할 수 있다.
[그림2]전력 및 도시가스 계절별 수요패턴
가스냉방기술개발 및 보급의 궁극적 목표는 전력-가스간의 상호보완적 역할
및 에너지 이용합리화를 통한 국가경쟁력 제고에 있다. 그리고 가스냉방
보급의 필요성은 천연가스사업, 전력사업 및 환경의 세가지 측면에서 찾아
볼 수 있다. 우선 천연가스사업측면에서 볼 때 가스냉방보급은 하절기 가스
수요창출을 통한 계절별 가스수급의 불균형 문제를 완화시켜 주고 LNG저장
탱크 건설비를 절감시켜 줌과 동시에 천연가스 생산 공급설비의 이용효율을
향상시켜 주는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 전력사업 측면에서는 하절기 피
크전력부하를 경감시켜 이에 따른 발전소 건설비 및 송 배전시설 개체비용
을 절감하는 효과를 얻을 수 있다. 환경적 측면에서 현재 주로 보급되고 있
는 흡수식 가스냉방기는 전기냉방기에 사용되는 지구오존층 파괴의 주범인
프레온을 사용하
지 않으며, 또한 지구온난화의 주요인중의 하나인 이산화탄소의 배출을 감
소시켜 지구환경보호에도 크게 기여할 수 있다. 동일한 발열량을 기준으로
볼 때, 천연가스는 석탄에 비하여 40%, 석유에 비하여 25% 정도 적은 양의
CO2를 배출하는 것으로 보고되고 있다. 또한, 가스흡수식 냉난방기의 경우
전기식 냉난방기에 비해 31% 정도 CO2 배출량이 적어 지구환경보전에 크게
기여할 수 있는 것으로 나타나 있다.
2. 가스냉방기술의 분류
현재까지 개발되었거나 개발되고 있는 가스냉방기술을 크게 분류해 보면 아
래 표에서 표시된 바와 같이 흡수식(absorption system), 엔진구동식
(engine-driven system), 흡착식(adsorption system) 및 화학식(chemical
system)의 네가지로 나눌 수 있다. 이 가운데 흡착식과 화학식, 그리고 엔
진구동식중 VMHP(Vuilleumier Cycle Heat Pump)는 선진국에서도 아직 연구
개발단계에 있고 국내의 경우 아직 기초연구단계에 머물고 있다.
※ GAX : Generator Absorber Heat Exchanger ※ SEHP : Stirling
Engin-driven Heat Pump ※ VMHP : Vuilleumier Cycle Heat Pump
3. LiBr-H2O계 흡수식 가스냉난방기의 원리
현재 전세계적으로 가장 보급이 활발한 흡수식 시스템의 경우 흡수식 사이
클에 관한 이론은 1777년 프랑스의 Nain에 의해 정립되었고 이 후 약 150년
후인 1929년 미국의 Servel사에서 물-염화리튬계 흡수식 냉동기를 개발하였
다. 1945년 미국의 Carrier사에서 물-취화리튬계 흡수식 냉동기를 개발하여
상업용 및 산업용 공조기기로 시판한 이래 York, McQuay, Trane,
Dunham-Bush 등이 기기개발에 참여하여 다양한 모델을 시장에 내놓았다. 일
본에서는 1958년 기차회사에서 물-취화리튬계 패키지형 흡수식 냉동기를 개
발하여 지역냉난방 및 산업용으로 사용하였고, 1968년 Kawasaki중공업에서
이중효용 흡수식 냉동기를 개발하여 흡수식 기술의 주도권이 미국에서 일본
으로 바뀌게 되었다. 이후 Ebara, Sanyo, Daikin, Mitsubishi, Hitachi,
Takuma, Yazaki에서 7.5~2,000RT에 이르는 매우 다양한 기종을 생산하고 있
고, 특히 동경가스, 오사카가스, 동방가스 등 가스회사들이 흡수식 보급에
가세하여 신제품 개발과 가스냉방기 보급이 매우 활발하게 되었다. 1996년
기준으로 일본의 흡수식 시장규모는 약 6,600대로 459천RT 정도이며, 전체
냉방용량중 흡수식이 약 16%의 비중을 차지하고 있다. 한편, 우리나라에서
는 1975년 현대양행이 일본에서 흡수식 냉동기 생산기술을 도입하여 시판에
나섰고, 경원세기에서는 1978년 Hitachi의 일중효용, 1982년 이중효용 흡수
식 냉동기를 생산하여 시판하였다. LG기계에서는 1984년 Sanyo로부터 가스
직화식 흡수식 냉동기 기술을 도입하였다. 이후 1980년대 말 도시가스로서
의 천연가스 보급이 급증함과 아울러 정부의 에너지이용 합리화정책에 힘입
어 흡수식 시장은 비약적으로 성장하였으며, 만도기계, 현대중공업, 삼성중
공업, 삼원기계, 경동보일러, 대우캐리어, 범양냉방 등이 흡수식 시장에 가
세하였다. 1996년 기준으로 국내에서의 흡수식 냉동기 출하대수는 약 1,730
대로 900억원 정도의 시장규모를 이루고 있다. 위에서 언급된 국내 외 흡수
식 냉난방기 제작업체 현황은 표 2에 요약되어 있다. 국내에서는 소형 흡수
식의 경우 제작기술이 중 대형보다 어렵기 때문에 RT 당 제작비용이 상대적
으로 고가이고 또 수요가 적어 성능개선 및 신모델 개발이 이 루어지지 않
아 보급실적이 매우 저조한 편이다. 그러나 일본의 경우 소형에서도 안 정
된 성능을 주는 기종들이 많이 개발 시판되고 있으며, 특히 오사카가스, 동
경가스, 동방가스 및 Yazaki에서 공동으로 개발하여 1996년 9월부터 시판에
들어간 10RT급 공랭식 냉매자연순환 가스흡수식 냉난방기는 수냉식에 비해
설치면적 11%, 중량 20%를 절감하여 일본의 가스냉방 기술수준을 대변해 주
고 있다. 또한 1997년 하반 기부터 오사카가스가 개발하고 Rinnai에서 상품
화한 5.0kW(1.5RT)급 LiBr식 가스흡수 식 냉난방기가 시판됨으로써 가정용
가스냉방시대의 막이 열렸다. 국내에서는 대성 산업이 7.5RT, 15RT급 수냉
식을 개발중에 있고, 한국가스공사에서 1.5~3RT급 가정용 가스흡수식 냉난
방기의 상용화 개발을 추진하고 있다.
흡수식과 압축식의 차이를 간단히 살펴보면, 전기모타 또는 엔진을 동력원
으로 압축기를 구동하여 Freon, Ammonia 등의 냉매를 압축, 팽창시 열의 이
동현상을 이용하는 압축식 냉동기와는 달리 흡수식 냉동기는 용액에서 냉매
를 가열분리하고 다시 흡수시킬 때의 열의 이동현상을 이용한다. 그림3는
압축식 사이클과 흡수식 사이클의 차이점을 도식적으로 보여주고 있다.
흡수식 시스템은 증발기에서 물(냉매)이 6.5mmH2O 정도의 진공압력하에서
증발하고(포화온도 5oC), 증발된 냉매증기는 흡수기내의 LiBr 수용액에 의
해 흡수되는 원리를 이용한다. 물을 흡수한 희용액(weak solution)은 재생
기에서 외부열원에 의해 가열되면서 물은 증발하고 LiBr은 농용액(strong
solution)으로 되어 흡수기로 보내진다. 재생기에서 발생된 증기는 응축기
에서 물로 응축되어 증발기로 보내져 실내기로 순환되는 냉수(chilled
water)와의 열교환을 통하여 증발되고 이 과정에서 냉매의 증발잠열만큼의
열을 냉수로부터 빼앗아 냉수의 온도를 떨어뜨려 냉방이 가능하게 해준다.
이러한 원리는 물은 대기압(760mmHg)하에서는 100oC에서 끓어 수증기로 되
지만 6.5mmHg정도의 고진공하에서는 5oC에서 증발되고 증발잠열이 크고 성
적계수가 좋으며 쉽게 구할 수 있는 특징과 LiBr용액의 비등점이 1265oC로
냉매인 물과는 매우 끓는 온도차가 커 용액과 냉매의 분리가 용이하고 LiBr
용액이 물을 흡수하는 흡수력이 강한 점을 이용하는 것이다. 참고로 LiBr용
액은 소금과 유사한 물질로서 금속에 대하여 부식성이 크며 인체에는 유해
하지 않고 냄새가 없다. 상온에서 약60% 정도의 용해도를 지니고 있고(60%
LiBr수용액의 비중은 약 1.7) 비열이 작아 높은 냉난방 효율을 얻을 수 있
으며 수용액이 가지는 증기분압이 낮아 흡습성이 뛰어나다. 난방의 경우에
는 재생기가 보일러와 같은 역할을 하므로 재생기에서 발생된 수증기를 증
발기로 보내어 실내기로 순환되는 온수(hot water)를 가열하여 난방에 이용
한다. 그림 4와 그림 5는 각각 흡수식 냉방 및 난방 사이클의 개념도를 나
타내고 있다. 일중효용형(single-effect) 흡수식시스템의 경우 재생기에서
발생된 냉매증기가 응축기에서 액화될 때 발생하는 응축열은 모두 냉각수로
방출된다. 오늘날 대부분의 흡수식 시스템은 일중효용형의 단점을 보완하여
버려지는 응축열의 상당부분 회수 하여 열효율을 높일 수 있도록 고안된 이
중효용형(double effect)이 주류를 이루고 있 다. 이중효용의 경우 재생기
가 고온재생기와 저온재생기의 두 개로 구성되며 또 2개 의 용액열교환기를
설치하여 흡수기에서 고온재생기로 보내지는 희용액의 온도를 높여 고온재
생기의 에너지 소비를 줄여줌과 동시에 고온재생기와 저온재생기에서 흡수
기로 보내지는 농용액의 온도를 저하시켜 흡수기에서의 냉매증기 흡수능력
을 향상시켜 준다. 예를 들면 재생기 입열량을 Q, 재생기의 열효율을 65%라
고 가정하 면 단순계산으로 일중효용에서는 0.65Q 만큼의 냉매량이 얻어지
는 데 비해 이중효용 에서는 Qx0.65x(1+0.65), 즉 1.07Q 만큼의 냉매가 얻
어져 일중효용보다 1.5배정도 효 율을 더 높일 수 있다. 이중효용형은 용액
의 흐름방식에 따라 직렬흐름(series flow) 방식, 병렬흐름(parallel flow)
방식, 역흐름(reverse flow) 방식 및 직병렬 병용흐름 (combination flow)
방식으로 구분되며 주로 직렬과 병렬흐름 방식이 많이 사용되고 있다. 그림
6과 그림 7은 각각 직렬, 병렬흐름방식의 이중효용형 흡수식시스템의 개 념
도를 나타내고 있으며 그림 8은 이 두가지 방식의 듀링선도(D hring
Diagram)를 비교하여 보여주고 있다. 직렬흐름(Series Flow)방식은 이중효
용 흡수식 냉동 사이클 개발초기부터 사용 해온 고전적인 방식으로 저온열
교환기, 고온열교환기를 거쳐 고온재생기로 올라간 희용액이 일차 농축되어
저온재생기로 가고 저온재생기에서 다시 이차 농축이 이루 어져 농용액상태
로 흡수기로 되돌아가는 사이클이다. 이러한 직렬방식은 사이클이 비교적
단순하여 운전조정이 용이하고 복잡한 조정 없이도 쉽게 냉동사이클을 맞출
수 있다. 이 방식은 병렬방식에 비하여 결정가능성이 가장 높은 저온열교환
기에서 농도가 높고 상대적으로 고온열교환기의 용량이 커진다는 단점이 있
다. 미국의 Trane, McQuay, Dunham-Bush, 일본의 Ebara, Sanyo, Daikin,
Mitsubishi, Takuma, Yazaki, 국내에서는 LG기계, 만도기계, 현대중공업,
대우캐리어, 범양냉방, 경동보일 러 등에서 이 방식을 사용하고 있다. 병렬
흐름(Parallel Flow)방식은 흡수기에서 용액펌프에 의해 토출된 희용액이
저온열교환기를 거쳐서 일부는 고온열교환기를 지나 고온재생기로 가고, 나
머지는 저온재생기로 보내져 각각 냉매를 생산한 후 농용액과 중용액이 되
어 고온재생기로 부터 나오는 농용액은 고온열교환기를 통하고 저온재생기
로부터 나오는 중용액은 직접 저온열교환기로 와서 희용액과 열교환한 후
흡수기로 되돌아 간다. 이 방식은 비교적 용액의 온도가 낮고 흡수기 입구
의 용액농도가 낮아 결정방지에 유리하다. 그러나 저온재생기와 고온재생기
로의 균등한 흡수액 분배문제, 고온재생기 출구온도 상승에 따른 부식문제
등의 단점이 있다. 이 방식은 Hitachi에서 최초로 사용하였고 Ebara와
Kawasaki에서는 소형 흡수식 냉난방기에 적용하고 있다. 또한 미국의
Carrier 와 York에서도 이 방식을 사용하고 있으며, 국내에서는 만도기계,
삼원기계, 경원세 기, 삼성중공업 등이 이 방식을 사용하고 있다. 역흐름
(Reverse Flow)방식은 흡수기에서 나온 희용액을 저온열교환기를 거쳐 저온
재생기로 보내고 여기서 냉매증기에 의해 가열되어 냉매를 생산한 후 중용
액이 된다. 저온재생기에서 나온 중용액의 일부는 고온열교환기를 통하여
고온재생기로 가 농용액 상태로 나와 고온열교환기를 거친 후 중용액의 나
머지 부분과 혼합되어 흡수기로 되돌아간다. 이 방식은 일본의 Kawasaki중
공업에서 사용하고 있다. 최근에는 흡수식 시스템의 열효율을 더욱 향상시
키기 위하여 이중효용형에 재생기를 한 개를 더 추가한 삼중효용형
(triple-effect)에 대한 연구가 활발히 이루어지 고 있다. 그러나 시스템의
난이도와 복잡한 기기구조로 인한 제조원가 상승 등을 고 려할 때 현시점에
서는 이중효용형이 적절한 것으로 보이며, 향후 에너지 절약을 위 한 삼중
효용의 개발과 아울러 원가절감 노력이 이루어져야 한다.
[그림4] LiBr-H2O계 흡수식 냉난방기의 냉방사이클 개념도
[그림5] LiBr-H2O계 흡수식 냉난방기의 난방사이클 개념도
[그림6] 이중효용 직렬흐름 흡수식 시스템
[그림7] 이중효용 병렬흐름 흡수식 시스템
[그림8] 삼중효용형 직렬흐름 흡수식 사이클 [그림10] 삼중효용형 직렬흐름 흡수식 사이클의 듀링선도
4. H2O-NH3계 흡수식 가스냉난방기의 원리
NH3-H2O계 흡수식시스템의 경우 일중효용형으로 미국 Robur사에서 3-5RT급
암모니아식 가스냉난방기를 시판하고 있다. 이 제품은 부피가 크고 중량이
무거워 국내 가정용으로는 보급이 그다지 활발하지 못한 편이다. 가장 상품
성이 있고 우리주택에 적용 가능한 제품으로 가장 상품화에 근접해 있는
Matsushita의 2RT급 일중효용 암모니아식 가스냉난방기를 들 수 있다. 이
기기는 높이를 제외한 크기가 전기에어콘과 거의 동일한 수준으로 냉방COP
0.5 및 난방COP 1.2 정도로 현재 신뢰성 시험중에 있으며 1999년 중에 출시
될 전망이다. 암모니아 흡수식 시스템은 암모니아를 냉매로, 물을 흡수용액
으로 사용하는 흡수식 냉난방 시스템이다. 그림11은 Robur사의 Servel
4~5RT급 일중효용 암모니아 흡수식 시스템의 냉동사이클을 나타내고 있다.
재생기에서 발생한 암모니아 증기는 응축기에 들어가 액냉매가 된다. 증발
기에서 증발된 냉매증기는 흡수기로 이동한다. 한편, 재생기에서 농도가 낮
아진 희용액은 감압기에서 저압이 되어 흡수기로 들어가 냉매증기를 흡수한
다. 냉매인 암모니아는 대기압하 비점이 -33.33oC, 증발잠열 1181.9kJ/kg으
로 흡수제인 물과 비교하여 비점 차가 작으므로 재생기에서 가열에 의 해
발생한 냉매에 흡수제인 물이 일부 섞여있다. 냉매의 순도가 저하되면 냉동
능력 이 떨어지게 되어 효율이 저하되므로 냉매의 순도를 확보하기 위하여
정류기가 필 수적이다. 마쯔시타에서 개발중인 암모니아식 히트펌프의 경우
5개의 열교환기를 흡 수 응축기, 증발 과냉각기, 용액열교환기의 3개의 적
층식 열교환기로 구성하여 소형 경량화 하였다.
[그림10]
일중효용형 암모니아 흡수식 시스템(Servel 4/5RT)
한편, 미국과 일본에서는 냉방효율을 높이기 위하여 GAX형(Robur, ATC,
Carrier, Trane, Energy Concepts, Arctek, Matsushita, Rinnai-Daikin,
Mitsubishi, Hitachi 등) 또는 이중효용형(Columbia Gas)을 채택하여 암모
니아식 가스냉난방기 개발을 진행중에 있고, 국내에서는 한국가스공사가 LG
전자와 공동으로 목표성능 냉방COP 0.7 및 난방COP 1.3 정도의 3RT급 암모
니아식 가스냉난방기의 개발을 추진중이며 열교환기, 용액펌프 등의 요소기
기 개발이 성공적으로 이루어지면 머지않아 상품화가 가능할 것으로 보인
다.
[그림12] GAX형 암모니아 흡수식 시스템(parallel vapor
distribution type)
가스엔진구동 열펌프(Gas Engine-Driven Heat Pump)는 1852년 W. Thomson에
의해 개념이 정립되기 시작하였으나 당시 압축기나 냉매의 부재로 실현되지
못하였고, 1870년경에 이러한 개념을 도입한 식품냉동보관용 냉동장치가 개
발되었다. 1910년경에는 암모니아를 냉매로 사용하는 냉동기가 개발되었고,
1930년대에는 염화메칠을 이용한 소형냉동기가 출현하였다. 1940년경에서야
비로소 오늘날 보편적으로 사용되는 CFC계 냉매인 R-12를 사용하는 냉동기
가 개발되었다. 1930년대 이전에는 수요부재로 인하여 열펌프 산업이 크게
성장하지는 못하였으나 1930년대 경제공황으로 특히 유럽에서 열펌프에 대
한 관심이 고조되어 1943년까지는 냉 난방과 폐열회수 등 산업전반에 급속
히 응용되었다. 1950년경에는 미국과 영국에서 지열을 이용하는 열펌프 시
스템이 개발 운용되었고, 1951년에는 영국의 Merlin 항공사 엔진을 이용하
여 도시가스를 연료로 하는 열펌프가 개발되었다. 1960년대 초반에 미국에
서는 공기 대 공기 열펌프가 개발되어 시판되었으나 판매가 장 이루어지지
않아 성능향상에 노력한 결과 압축기의 성능개선이 이루어졌다. 1970년대에
발생한 오일쇼크를 계기로 열펌프는 에너지절약형 기기로 인식되어 전기모
타 구동방식이 아닌 다른 에너지원을 사용하는 시스템의 개발이 본격화되었
다. 현재 열펌프 분야에서는 WEC, IEA 등의 주도하에 신냉매, 새로운 작동
사이클 등의 개발이 매우 활동적으로 이루어지고 있다. 가스엔진구동 열펌
프는 1949년 영국의 Royal Festival Hotel에 최초로 500HP급 이 설치되었
고, 오일쇼크 이후에 독일과 일본에 의해 본격적으로 연구개발이 이루어 졌
다. 독일의 경우 Ficthel & Sachs, Man, Volkswagen 등이 개발에 참여하여
만족할만 한 성과를 거두었고, 일본의 경우 1981년부터 3개 가스회사(동경
가스,오사카가스,동 방가스), 5개 엔진제작사 및 7개 전장업체가 규합하여
연구개발을 수행한 결과 큰 성공을 거두었다. 일본에서는 1987년 GHP가 출
시된 이래 10년간 39기종이 개발되어 누적보급용량이 774천RT로 전체 가스
냉방용량의 11.7%를 차지하였다(그림13). 특히 3,000m2미만의 소형빌딩의
경우 동경가스 공급지역을 예로 들면 가스냉방용량 407천 RT중 63%인 258천
RT를 GHP가 차지하여 소형냉방기 시장에서의 독특한 입지를 구 축하였다.
GHP기술개발에 있어서 국내에서의 가장 큰 장애요소는 엔진기술이다. 자 동
차엔진과는 달리 정치형 엔진으로 고도의 소음 진동감쇄기술이 요구되고 다
양한 기종의 GHP를 개발하기 위해서는 다양한 용량의 엔진을 구할 수 있어
야 한다. 표3 은 국외 GHP제작업체 및 시판기종을 나타내고 있다.
[그림13] 일본의 연도별 GHP 누적보급용량 및 가스냉방중 GHP의 비율
그림14는 공기예열이용형 GHP의 냉방사이클을 나타내고 있다. 가스엔진과
배열회수 열교환장치를 제외하면 전기식 히트펌프(EHP)와 거의 동일한 시스
템이다. 아래 그림에서 보는 바와 같이 가스엔진의 동력으로 구동되는 압축
기에 의해 고온 고압의 기체상태로 된 냉매(R-22)는 실외 열교환기에서 응
축되면서 방열을 하게된다. 액냉매는 팽창밸브를 지나면서 압력과 온도가
강하되고 다시 실내 열교환기에서 증발되면서 공기로부터 증발열(흡열)을
빼앗아 냉방이 되도록 해준다. 난방시는 사방밸브를 사용하여 사이클을 냉
방사이클과 반대로 해준다. 압축기에 의해 고온 고압의 기체상태로 된 냉매
가 실내 열교환기를 지나면서 실내 공기를 데워주고(방열) 냉매는 응축된
다. 즉 실내 공기는 냉매의 응축열만큼 열을 흡수하여 가열되는 것이다. 응
축된 냉매는 팽창밸브를 지나면서 압력과 온도가 강하되고 실외 열교환기에
서는 외부 공기로부터 열을 흡수하여 냉매가 증발된다. GHP의 가장 큰 특징
은 가스엔진에서 발생되는 연소배열(Exhaust gas)과 엔진 냉각수의 열을 회
수하여 열효율을 높일 수 있는 점이다. 이러한 폐열을 이용하는 방 법에 따
라 시스템 구성이 달라지고 열효율에도 큰 영향을 미친다. 대표적인 폐열
이 용방식으로는 냉매직접가열형, 공기예열이용형, 폐열직접이용형이 있다.
냉매직접가 열형은 배기가스와 열교환을 거친 고온의 냉각수로 실외 열교환
기(증발기)를 거쳐 나온 냉매를 직접 가열하여 압축기로 보내 난방효율을
높여주는 방식으로 냉방시에 는 압축기에서 토출된 고온의 냉매를 냉각시켜
줌으로서 실외 열교환기(응축기)에서 의 응축능력을 높여 시스템의 성능을
향상시켜준다. 공기예열이용형은 난방시 배가 스 열교환기를 통하여 냉각수
의 온도를 높여 실외 열교환기(증발기)로 유입되는 공 기를 가열시켜줌으로
서 제상효과(defrost)와 더불어 시스템 성능을 높여준다. 냉방시 에는 단순
히 방열기로 사용하거나 별도의 설비를 부착하여 급탕에 이용하기도 한다.
폐열직접이용형은 엔진의 폐열을 별도의 열교환기를 이용하여 응축기를 지
나는 2차 작동유체와 열교환시킴으로서 난방이나 급탕에 이용한다. 전기냉
방기와 비교할 때 GHP의 장단점은 다음과 같다.
[그림14] 공기예열이용형 GHP시스템의 냉 난방사이클