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1. 동절기 제상운전의 필요성 및 원리
- 제상운전의 필요성: 동절기 난방 시 ASHP 실외기의 실외 열교환기(증발기 역할)는 외부 공기보다 온도가 훨씬 낮아집니다. 이때 외부 공기 중의 수증기가 실외 열교환기 표면에서 응축되어 얼어붙으면서 착상(Frosting)이 발생합니다. 이렇게 생긴 서리나 얼음은 실외 열교환기의 열전달 효율을 크게 떨어뜨리고, 공기 흐름을 방해하여 난방 능력과 효율(COP)을 급격히 저하시킵니다. 심한 경우 압축기에 무리를 주거나 시스템 고장의 원인이 될 수 있으므로, 착상을 제거하기 위한 제상 운전이 필수적입니다.
- 제상운전의 원리 (주로 역주기 제상): 가장 일반적인 제상 방식은 역주기 제상(Reverse Cycle Defrost)입니다. 난방 운전 중이던 히트펌프의 냉매 흐름을 일시적으로 반전시키는 방식입니다.
- 냉방 사이클로 전환하여 실외 열교환기가 응축기 역할(고온, 고압)을 하게 합니다.
- 실외 열교환기를 흐르는 고온의 냉매 가스나 액체 냉매가 착상된 얼음을 녹입니다.
- 이때 실외 팬은 보통 정지시켜 녹은 물이 다시 얼거나 찬 공기가 불어 제상 효율을 떨어뜨리는 것을 방지합니다.
- 실내 팬도 찬바람이 실내로 유입되는 것을 막기 위해 정지시키거나 아주 느리게 운전하기도 합니다.
- 제상 운전은 정해진 시간 동안 수행되거나, 실외 열교환기의 온도 센서가 일정 온도 이상이 되면 완료됩니다.
- 제상 완료 후에는 다시 정상적인 난방 운전으로 복귀합니다.
2. 제상운전 시 발생 문제점
제상 운전은 난방 성능 유지를 위해 필수적이지만, 그 자체로 몇 가지 문제점을 야기합니다.
- 난방 중단 및 쾌적성 저하: 제상 운전 중에는 실내로 열 공급이 중단되거나 감소하므로 실내 온도가 일시적으로 떨어져 쾌적성이 저하될 수 있습니다. 실내 팬 제어가 부적절할 경우 찬바람이 나올 수도 있습니다.
- 에너지 효율 감소 (COP 저하):
- 제상 자체에 에너지가 소모됩니다 (압축기 운전, 필요한 경우 보조 히터 가동).
- 제상 운전 시간 동안 난방이 중단되므로, 단위 시간당 순수한 난방 에너지를 생산하는 비율인 COP가 낮아집니다.
- 잦은 운전 모드 전환: 제상 운전이 자주 발생할 경우 시스템의 운전 모드가 빈번하게 바뀌게 되어 압축기 등 주요 부품에 스트레스를 줄 수 있습니다.
- 소음 및 결빙 문제: 제상 시 실외기에서 평소와 다른 소음이 발생하거나, 녹은 물이 배수되지 못하고 재결빙되어 실외기 주변에 얼음이 쌓이는 문제가 발생할 수 있습니다.
3. 제상운전 대책
제상 운전의 빈도를 줄이고 효율을 높이며 문제점을 완화하기 위한 대책은 다음과 같습니다.
- 착상 발생 억제/지연:
- 실외 열교환기 표면 개선: 착상이 잘 들러붙지 않는 친수성 또는 특수 코팅이 적용된 열교환기 사용.
- 원활한 공기 흐름 확보: 실외기 설치 시 공기 순환이 잘 되는 곳에 설치하고, 주기적으로 실외 열교환기 표면의 먼지나 이물질을 제거하여 공기 흐름을 원활하게 유지.
- 시스템 최적화: 냉매 충전량 및 제어 로직 최적화를 통해 불필요하게 실외 열교환기 온도가 낮아지는 것을 방지.
- 제상 운전 효율 향상 및 최적화:
- 정밀 제상 제어(Demand Defrost): 실외 온도, 운전 시간 등 단순 조건 외에, 실외 열교환기 온도 변화율, 공기압 차이 감지 등 실제 착상량을 판단하여 필요한 시점에만 제상 운전을 수행합니다. 불필요한 제상 운전을 줄여 에너지 손실을 최소화합니다.
- 제상 시간 단축: 효과적인 역주기 전환 또는 Hot Gas Injection 등의 기술을 통해 제상 시간을 단축하여 난방 중단 시간을 줄입니다.
- 부분 제상: 착상이 심한 부분만 선택적으로 제상하는 기술.
- 제상 운전 중 실내 쾌적성 유지:
- 보조 히터 사용: 제상 운전 중 주 난방 대신 전기 히터, 가스 보일러 등 보조 열원으로 실내 난방을 유지하여 실내 온도 저하를 방지합니다. (다만, 보조 히터는 보통 COP가 낮아 에너지 소비가 늘어납니다.)
- 실내 팬 제어: 제상 운전 중 실내 팬을 정지시키거나 저속 운전하여 차가운 공기가 실내로 유입되는 것을 막습니다.
- 설계 및 시스템 선택:
- 저온 성능 강화형 제품 선택: 저온에서도 난방 능력과 효율 저하가 적고, 제상 운전 빈도나 시간이 최적화된 제품을 선택합니다. (예: EVI(Enhanced Vapor Injection) 기술 적용 모델)
- 올바른 용량 선정: 건물의 난방 부하에 맞는 적절한 용량의 히트펌프를 선정하여 과도한 운전이나 잦은 제상 운전을 방지합니다.
- 녹은 물 배수 처리: 실외기 설치 시 제상으로 인해 녹은 물이 고이지 않고 원활하게 배수될 수 있도록 배수관이나 트레이 설치 등을 고려합니다.
효율적이고 안정적인 ASHP 시스템의 동절기 난방 성능은 효과적인 제상 운전 기술과 이를 지원하는 제어 시스템, 그리고 적절한 설치 및 관리에 크게 좌우됩니다.
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