재생열

Renewable heat

재생 가능한 열은 재생 에너지의 발생을 가리키는 재생 에너지의 응용이다. 예를 들어, 화석 연료 보일러가 아닌 집중 태양 복사에 의해 가열된 물을 방사기에 공급하는 것이다. 재생 가능한 열 기술은 재생 가능한 바이오 연료, 태양열 가열, 지열 가열, 열 펌프 및 열 교환기를 포함한다. 단열은 거의 항상 재생 가능한 난방이 어떻게 구현되는지에 있어 중요한 요소다.

많은 추운 나라들은 전기를 공급하는 것보다 난방 에너지를 더 많이 소비한다. 예를 들어, 2005년 영국은 354 TWh의[1] 전력을 소비했지만, 907 TWh의 열 요건이 있었고, 그 중 대다수(81%)가 가스를 사용하여 충족되었다. 주택 부문에서만 주로 메탄에서 유래된 550 TWh의 에너지를 난방용으로 소비했다. 영국에서 소비되는 최종 에너지의 거의 절반(49%)이 열 형태였으며, 이 중 70%는 가정과 상업 및 공공 건물에서 사용되었다. 가구는 주로 공간난방(69%)[2]에 열을 사용했다.

재생 가능 전기와 재생 가능 열의 상대적 경쟁력은 에너지와 환경 정책에 대한 국가의 접근 방식에 달려 있다. 어떤 형태의 탄소 평가나 보조금 없이 화석 연료와 경쟁하는 재생 가능한 기술(열, 전기 또는 운송 기술)은 거의 없다. 정부의 개입이 기술 중립적 형태의 탄소 가치 평가(즉, 탄소 및 에너지 세금)에 가장 가까운 스웨덴, 덴마크, 핀란드와 같은 국가에서 재생 가능한 열은 최종 에너지 소비량에 대한 매우 실질적인 재생 가능 기여에 주도적인 역할을 해왔다. 독일, 스페인, 미국, 영국 등과 같은 국가에서, 서로 다른 기술, 사용 및 규모에 대해 정부의 개입이 서로 다른 수준으로 설정되어 있는 경우, 재생 가능한 열과 재생 가능한 전기 기술의 기여도는 상대적인 지원 수준에 따라 달라졌으며, 일반적으로 낮은 재생 가능 컨텐트로 귀결되었다.최종 에너지 소비량에 대한 갈비뼈

선도적인 재생 열 기술

태양열 난방

태양열은 구조물에 일차 또는 보충열을 경제적으로 공급하기 위해 여름이나 겨울 햇빛의 에너지를 사용하는 건축공법이다. 열은 우주난방(태양열 공기열 참조)과 물난방(태양열온수 참조) 모두에 사용할 수 있다. 태양열 난방 설계는 두 그룹으로 나뉜다.

  • 수동태양열은 집 안의 디자인과 구조에 의존해 열을 모은다. 수동형 태양열 건물 설계는 열 저장 및 분배를 고려해야 하며, 수동적으로 수행되거나 공기 덕트를 사용하여 열 저장용 건물의 기초에 열을 능동적으로 끌어다 놓아야 한다. 그러한 설계 중 하나는 부분적으로 햇볕이 드는 겨울 날(-7°C 또는 19°F)에 집의 온도를 24°C(75°F)로 끌어올리는 것으로 측정되었으며, 시스템은 건물의 난방 대부분을 수동적으로 제공한다고 주장한다.[3] 4000평방피트(370m2)짜리 이 주택의 가격은 평방피트당 125달러(1351m2/m당2 370m)로 기존의 새 주택과 비슷한 수준이다.
  • 능동태양열은 펌프를 사용하여 태양열 집열기의 공기나 액체를 건물이나 보관 구역으로 이동시킨다. 태양열 난방 및 태양열 온수 가열과 같은 애플리케이션은 일반적으로 패널에 태양열을 캡처하며, 패널은 공간 난방 및 가정용 온수기 보충과 같은 애플리케이션에 사용할 수 있다. 전기를 생산하는 데 사용되는 태양광 패널과 대조적으로 태양열 패널은 비용이 적게 들고 태양 에너지의 훨씬 높은 비율을 차지한다.

태양열 난방 시스템은 보통 재래식 또는 재생 가능한 소형 보조 백업 난방 시스템을 필요로 한다.

지열난방

네바다에 위치한 온천.

지열 에너지는 석유를 위한 시추와 유사한 과정에서 물이나 증기 우물을 시추하여 접근한다. 지열 에너지는 깨끗하고 사용량이 적은 열과 전력 자원이다. 이 자원은 깨끗하고(온실 가스가 거의 없거나 전혀 없음), 신뢰할 수 있고(평균 시스템 가용성이 95%), 자가 생산(인구 석유 의존도를 낮춘다).[4]

지구는 태양의 에너지를 흡수하여 바다와 지하에 열로 저장한다. 땅 온도는 지구상의 어디에 사느냐에 따라 일년 내내 42~100℃(6~38℃)의 지점에서 일정하게 유지된다. 지열 난방 시스템은 지구 표면 아래에서 발견되는 일관된 온도를 이용하여 건물을 난방하고 냉각시키는 데 사용한다. 이 시스템은 지하에 설치된 일련의 파이프로 이루어져 있으며, 건물의 파이프로 연결되어 있다. 펌프는 회로를 통해 액체를 순환시킨다. 겨울에는 파이프 안의 액체가 지구의 열을 흡수하여 건물을 가열하는 데 사용한다. 여름에는 액체가 건물에서 열을 흡수하여 지구에서 방출한다.[5]

열펌프

열펌프는 열을 한 곳에서 다른 곳으로 이동시키기 위해 작업을 하며, 난방과 에어컨 모두에 사용할 수 있다. 열 펌프는 자본 집약적이긴 하지만 경제적이고 재생 가능한 전기로 구동될 수 있다. 열펌프의 두 가지 일반적인 유형은 공기 중에서 열이 전달되는지 지면에서 전달되는지에 따라 공기원 열펌프(ASHP)와 지상원 열펌프(GSHP)이다. 공기 공급원 열 펌프는 외부 공기 온도가 약 -15 °C 미만인 반면, 지면 발생원 열 펌프는 영향을 받지 않는 경우 효과적이지 않다. 열펌프의 효율은 성능계수(CoP)로 측정한다. 열을 펌프하는 데 사용되는 모든 전기 단위에 대해 공기 공급원 열펌프는 2.5~3단위의 열을 발생시키는 반면(즉, 2.5~3 CoP를 가진다), GSHP는 3.5단위의 열을 발생시킨다. 영국의 현재 연료 가격에 근거하여, CoP가 3–4라고 가정할 때, GSHP는 때때로 전기, 석유, 고체 연료 난방보다 더 저렴한 형태의 공간 난방이다.[6] 열 펌프는 계절 간 열 에너지 저장장치(핫 또는 콜드)에 연결될 수 있으며, 따뜻한 지면에서 열을 추출하여 CoP를 4에서 8로 두 배로 증가시킬 수 있다.[7]

계절간 열전달

주요 기사: 계절 열에너지 저장

계절간 열전달 기능이 있는 열펌프는 활성 태양열 집열 기능을 결합해 여름철 여열을 열은행에[8] 저장해 겨울철 공간난방을 위해 추출한다. 이는 지상에서 냉기를 대신해 열 뱅크에서 온기로 펌프가 시작되기 때문에 필요한 "리프트"를 줄이고 열 펌프의 CoP를 두 배로 늘린다.

CoP 및 리프트

열펌프 CoP는 열원과 목적지 사이의 온도차, 즉 "리프트"가 감소함에 따라 증가한다. CoP는 설계 시 최종 수온만 필요한 난방 시스템(예: 바닥 밑 난방)을 선택하고 평균 온도가 높은 열원(예: 지면)을 선택하여 최대화할 수 있다. 가정용 온수(DHW)와 기존 복사기는 높은 수온이 요구돼 열펌프 기술 선택에 영향을 미친다. 저온 라디에이터는 기존의 라디에이터에 대한 대안을 제공한다.

펌프 종류 및 소스 일반적인 사용 사례 출력 온도에 따른 열 펌프 CoP 변화
35°C
(예: 열선내장 나사 바닥) 		45°C
(예: 온도가 낮은 라디에이터 또는 열선내장 나사 바닥) 		55°C
(예: 저온 라디에이터 또는 온열 목재 바닥) 		섭씨 65도
(예: 표준 라디에이터 또는 DHW) 		75°C
(예: 표준 라디에이터 & DHW) 		85 °C
(예: 표준 라디에이터 & DHW)
-20 °C에서[9] 고효율 AFP 공기 2.2 2.0 - - - -
-20 °C에서[10] 2단계 AFP 공기 낮은 소스 온도. 2.4 2.2 1.9 - - -
0°C에서[9] 고효율 AFP 공기 낮은 출력 온도. 3.8 2.8 2.2 2.0 - -
3중 가스 냉각기가 있는 시제품 초임계 CO
2(R744) 열 펌프, 0°C에서[11] 공급원 		높은 출력 온도. 3.3 - - 4.2 - 3.0
0°C에서의[9] GSHP 물 5.0 3.7 2.9 2.4 - -
10°C에서[9] GSHP 접지 낮은 출력 온도. 7.2 5.0 3.7 2.9 2.4 -
이론적 카르노 사이클 한계, 소스 -20°C 5.6 4.9 4.4 4.0 3.7 3.4
이론적 카르노 사이클 한계, 소스 0°C 8.8 7.1 6.0 5.2 4.6 4.2
이론 로렌츠 사이클 한계(CO
2 펌프), 리턴 오일 25°C, 소스 0°C[11] 		10.1 8.8 7.9 7.1 6.5 6.1
이론적 카르노 사이클 한계, 소스 10°C 12.3 9.1 7.3 6.1 5.4 4.8

저항성 전기 가열

재생 가능한 전기는 수력, 태양, 풍력, 지열과 바이오매스 연소에 의해 생성될 수 있다. 재생 가능한 전기가 저렴한 몇몇 나라에서는 저항 난방이 일반적이다. 덴마크처럼 전기가 비싼 나라에서는 전기 난방을 주열원으로 설치하는 것이 허용되지 않는다.[12] 풍력 터빈은 전력 수요가 적은 밤에 생산량이 더 많으며, 저장 난방기는 야간에는 이렇게 낮은 전기를 소비하고 낮에는 열을 발산한다.

목재펠릿난방

우드 스토브.
우드 펠릿.

목재펠릿 난방 및 기타 유형의 목재 난방 시스템은 가스 그리드를 벗어난 난방 시설에서 가장 큰 성공을 거두었으며, 일반적으로 이전에 난방용 기름이나 석탄을 사용하여 가열되었다. 고체 목재 연료는 대량의 전용 저장 공간이 필요하며, 특수 난방 시스템은 비쌀 수 있다(많은 유럽 국가에서 이 자본 비용을 상쇄하기 위해 허가 제도를 이용할 수 있지만). 연료비가 낮다는 것은 유럽의 목재 연료 가열은 종종 3년에서 5년 미만의 회수 기간을 달성할 수 있다는 것을 의미한다. 연료 저장 요건이 크기 때문에 목재 연료는 도시 주거 시나리오나 가스 그리드에 연결된 시설에서 덜 매력적일 수 있다(가스가격 상승과 공급의 불확실성은 목재 연료가 더 경쟁력이 있다는 것을 의미한다). 또한 목재 난방과 석유나 가스 열, 특히 미세한 입자들로 인한 대기 오염에 대한 우려가 커지고 있다.

나무토브난방

탁 트인 불에서 목재연료를 태우는 것은 극히 비효율(0~20%)과 저온 부분연소로 인한 오염이다. 미발달된 건물이 밀폐 불량으로 따뜻한 공기의 상실을 통해 열을 잃는 것과 마찬가지로, 개방된 화재는 건물 밖으로 매우 많은 양의 따뜻한 공기를 끌어내어 큰 열 손실을 책임진다.

현대적인 목재 난로 디자인은 보다 효율적인 연소와 열 추출이 가능하다. 미국에서는 새로운 목재 난로가 미국 환경보호청(EPA)의 인증을 받아 보다 깨끗하고 효율적으로 연소되며(전체 효율은 60~80%)[13] 건물에서 적은 양의 따뜻한 공기를 끌어낸다.

그러나"청결함"은 청결함과 혼동해서는 안 된다. 현행 호주 기준을 만족하는 목초지의 실제 배출량에 대한 호주의 연구에서는 입자 방출량이 평균 9.4g/kg의 목재 연소율(범위 2.6~21.7)으로 나타났다.[14] 따라서 연간 평균 목재 소비량이 4톤인 히터는 37.6 kg의 PM2.5를 방출한다. 즉, 2.5 마이크로미터 미만의 입자를 방출한다. 이는 현행 유로5 기준(2009년 9월 도입) 0.005g/km를 만족하는 승용차와 비교할 수 있다. 그래서 새로운 목재 난방기는 연간 2만 km를 주행하는 367대의 승용차에 해당하는 PM2.5를 배출한다. 최근 유럽의 한 연구에서는[15] PM2.5가 건강에 가장 위험한 대기오염물질로 알려져 492,000명의 조기 사망자를 냈다. 다음으로 최악의 오염 물질인 오존은 21,000명의 조기 사망을 초래한다.

오염 문제 때문에 호주 폐 재단은 기후 조절에 대체 수단을 사용할 것을 권고하고 있다.[16] 미국 폐 협회는 "더 깨끗하고 독성이 적은 열원을 사용할 것을 강력히 권고한다. 나무를 태우는 벽난로나 난로를 천연가스나 프로판 중 하나로 바꾸면 나무를 태우는 것이 다이옥신, 비소, 포름알데히드 등 위험한 독소에 노출되지 않게 된다.[17]

"갱신 가능"을"온실 중립"과 혼동해서는안 된다. 최근 동료 검토 논문에서 지속가능한 공급으로 장작을 태우더라도 현행 기준을 만족하는 호주 일반 목재 히터의 메탄 방출은 가스로 같은 집을 데우는 것보다 지구 온난화를 더 유발한다는 사실을 발견했다. 그러나 호주에서 판매되는 장작의 상당 부분이 지속가능한 공급품이 아니기 때문에 목재 난방을 사용하는 호주 가정은 비슷한 세 집을 가스로 가열하는 것보다 지구 온난화를 더 일으키는 경우가 많다.[18]

고효율 난로는 다음 설계 기준을 충족해야 한다.

  • 밀봉되고 정밀하게 보정되어 낮지만 충분한 양의 공기를 끌어낸다. 공기 흐름 제한은 매우 중요하다. 낮은 냉기 유입은 용해로를 덜 냉각시킨다(따라서 더 높은 온도가 달성된다). 또한 배기 가스에서 열을 추출하는 데 더 많은 시간을 할애하고 건물에서 열을 더 적게 끌어낸다.
  • 용광로는 연소 온도를 높이고 따라서 완전성을 높이기 위해 잘 절연되어야 한다.
  • 잘 절연된 용광로는 열을 거의 방출하지 않는다. 따라서 배기 가스 덕트에서 열을 추출해야 한다. 열교환 덕트가 길어질 때와 배기가스 흐름이 느려질 때 열 흡수 효율성이 더 높다.
  • 많은 설계에서 열교환 덕트는 열을 흡수하는 벽돌이나 돌의 매우 큰 덩어리로 만들어진다. 이 설계는 흡수된 열을 더 긴 기간에 걸쳐 방출하게 한다(일반적으로 하루에.

재생천연가스

재생 가능한 천연가스는 천연가스와 유사한 품질로 업그레이드된 바이오매스에서 얻은 가스로 정의된다.[citation needed] 천연가스로 품질을 업그레이드함으로써 기존 가스망을 통해 고객에게 가스 배급을 할 수 있게 된다.[19] 네덜란드의 에너지 연구 센터에 따르면, 재생 가능한 천연 가스는 '바이오매스를 복합열발전소나 국소 연소 공장에서 사용하는 대안보다 더 좋다'[20]고 한다. 에너지 단가는 '유용한 규모와 운영시간'을 통해 낮추고, 최종 사용자 자본 비용은 기존 가스 그리드를 통한 분배를 통해 제거한다.

에너지 효율

재생 가능한 열은 에너지 효율과 밀접한 관련이 있다. 실제로 재생 가능한 난방 사업은 에너지 효율에 크게 의존하고 있다. 보조 난방 요건에 대한 의존도를 줄이기 위한 태양열 난방, 목재 구입 및 저장 용적 비용을 줄이기 위한 목재 연료 난방, 열 펌프 크기와 투자를 줄이기 위한 열 펌프의 경우 열 죄.k와 전기비

건물의 에너지 효율을 개선하는 두 가지 주요 유형은 다음과 같다.

단열재

단열재 개선은 에너지 소비를 크게 줄여 난방과 냉각을 위한 공간을 저렴하게 만들 수 있다. 그러나 기존 주택은 종종 개선하기가 어렵거나 비용이 많이 들 수 있다. 새로운 건물들은 많은 초인화 기술로부터 이익을 얻을 수 있다. 오래된 건물은 다음과 같은 몇 가지 개선의 혜택을 받을 수 있다.

  • 단열재: 단열재가 단단한 건물은 내부 또는 외부 단열재의 이점을 얻을 수 있다. 외벽 단열은 장식적인 내후성 단열판이나 기타 처리를 벽의 외부에 추가하는 것을 포함한다. 또는 내부 벽 단열재를 기성 단열재/플래스터 보드 라미네이트 또는 기타 방법을 사용하여 적용할 수 있다. 내부 또는 외부 절연 두께는 일반적으로 50mm에서 100mm 사이입니다.
  • 캐비티 벽 단열재: 캐비티 벽이 있는 건물은 캐비티로 펌핑되는 단열재로부터 이익을 얻을 수 있다. 이런 형태의 단열재는 매우 비용 효율적이다[clarification needed][citation needed].
  • 프로그램 가능한 자동온도조절기는 시간, 요일, 온도에 따라 방의 난방과 냉각을 끌 수 있다. 예를 들어 침실은 낮에 데울 필요가 없고 거실은 밤에 데울 필요가 없다.
  • 지붕단열재
  • 절연 창문 및 문
  • 드래프트 프루팅

바닥 밑 난방

바닥 밑 난방은 때때로 전통적인 난방 방법보다 더 에너지 효율적일 수 있다.

  • 물은 낮은 온도(35 °C - 50 °C)에서 시스템 내에서 순환하여 가스 보일러, 목재 연소식 보일러 및 열 펌프의 효율을 현저히 높인다.
  • 바닥 밑 난방이 필요한 방은 열이 필요 없는 천장 부근이 더 시원하지만, 안락함이 가장 요구되는 발 밑은 더 따뜻하다.
  • 기존 방열기는 단열 상태가 좋지 않은 창문 아래에 위치하는 경우가 많아 불필요하게 열을 가한다.

폐수 열 회수

열을 재활용한다.

폐온수에서 상당한 양의 열을 온수 열 재활용을 통해 회수할 수 있다. 뜨거운 물을 주로 소비하는 것은 싱크대, 샤워기, 욕조, 식기 세척기, 세탁기 등이다. 평균적으로 한 부동산의 가정용 온수의 30%는 샤워에 사용된다.[21] 들어오는 신선한 물은 일반적으로 샤워기의 폐수보다 훨씬 낮은 온도다. 저렴한 열 교환기는 유입되는 차가운 신선한 물을 나가는 폐수의 열로 따뜻하게 함으로써 보통 낭비되는 열의 평균 40%를 회복한다.

참고 항목

참조

  1. ^ 무역 및 산업부 보고 영국 에너지 2007년 7월 요약 보고서, 2008년 5월 27일 웨이백 기계에 보관된 25페이지(URL 2008년 5월 액세스)
  2. ^ 영국 정부, 열에 대한 증거 요청, 기후 변화 사무소, 2008년 1월 '증거에 대한 열 통화', 2008년 5월 27일 웨이백 기계에 보관된 11항 및 12항(URL 2008년 5월 액세스)
  3. ^ "Solar House, Solar Home, Solar Homes, Solar Houses". Solarhouseproject.com. Retrieved 2013-10-02.
  4. ^ "Geothermal Basics Overview". Office of Energy Efficiency and Renewable Energy. Archived from the original on 2008-10-04. Retrieved 2009-06-25.
  5. ^ "What is Geothermal? - Geothermal Resources Council". Geothermal.org. 2013-01-22. Archived from the original on 2013-10-05. Retrieved 2013-10-02.
  6. ^ 지상 열원 펌프: 비용, 절감 및 재정 지원 2016년 12월 2일 웨이백 기계 2016-12-02에 보관
  7. ^ "GSHP Ground Source Heat Pumps GSHPs Ground Source Heating Coefficient of Performance CoP Ground source heat pump efficiency Thermal Energy Storage". Icax.co.uk. Retrieved 2013-10-02.
  8. ^ "Thermal Banks store heat between seasons Seasonal Heat Storage ThermalBanks from ICAX save carbon emissions Thermal Energy Storage using Inter seasonal Heat Stores Underground Thermal Energy Storage UTES Reusable Heat". Icax.co.uk. Retrieved 2013-10-02.
  9. ^ a b c d 캐나다 재생 에너지 네트워크 '상업용 지구 에너지 시스템' 그림 29. 2009년 7월 29일 회수.
  10. ^ 중국과학원 물리화학기술연구소 '한랭지역을 위한 공기원 열펌프 기술 현황' 그림 5. 2008년 4월 19일 회수.
  11. ^ a b SINTEF 에너지 연구 '저에너지 및 패시브 하우스의 공간 난방 및 DHW를 위한 CO2 열펌프 통합 시스템', J. Steen, 표 3.1, 표 3.3 웨이백 머신에 2009-03-18 보관. 2008년 4월 19일 회수.
  12. ^ http://www.seas.columbia.edu/earth/wtert/sofos/DEA_Heat_supply_in_denmark.pdf
  13. ^ "Burn clean: Hot tips for a better fire" (PDF). Environmental Protection Agency.
  14. ^ "Measurement of real-world PM10 emission factors and emission profiles from woodheaters by in situ source monitoring and atmospheric verification methods". Environment.gov.au. 2009-09-16. Retrieved 2013-10-02.
  15. ^ "Assessment of the health impacts of exposure to PM2.5 at a European levelETC/ACC Technical Paper 2009/1". Air-climate.eionet.europa.eu. 2009-06-29. Archived from the original on 2010-07-22. Retrieved 2013-10-02.
  16. ^ [1]{date=2014-06-01}
  17. ^ "American Lung Association Cautions Against Wood-burning and Urges Cleaner Alternatives for Winter Heat - American Lung Association". Lungusa.org. 2008-09-29. Retrieved 2013-10-02.
  18. ^ "호주 목재 난방기는 현재 지구 온난화와 건강 비용을 증가시키고 있다"고 도로시 L. 로빈슨, 대기 오염 연구, 언론 기사, doi:10.5094/APR.2011.033
  19. ^ "'Sustainable Gas Enters the European Gas Distribution System'" (PDF). Dgc.dk. Retrieved 2013-10-02.
  20. ^ 네덜란드 에너지 연구 센터 '합성 천연가스를 통한 바이오매스 열' 2006년 3월 22일 회수.
  21. ^ http://www.nrel.gov/docs/fy10osti/47685.pdf pg5

외부 링크