증기 압축 사이클을 이용한 과냉각은 전통적인 초임계 CO2 히트펌프 시스템의 겨울 난방 성능을 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 기계적 과냉각 초임계 CO2 히트펌프 시스템의 열역학 모델을 구축하고, 난방 운전 조건에서의 시스템 작동 특성을 분석하였다. 결과는 기계적 과냉각 CO2 히트펌프 시스템이 최대 COP를 가지며, 최적의 배기 압력과 과냉도가 존재함을 보여준다. 표준 조건에서 기존 CO2 시스템에 비해 15.9% 에너지 효율이 향상되었다. 이 시스템은 기존 CO2 히트펌프의 높은 환수 온도로 인해 COP가 급격히 감소하는 문제를 효과적으로 해결할 수 있으며, 환수 온도가 40 ℃에서 50 ℃로 상승할 때 기존 시스템의 COP는 16.9% 감소하지만 기계적 과냉 히트펌프 시스템은 8.4%만 감소한다. 개선을 통해 CO2 압축기의 배기 압력과 온도를 효과적으로 낮출 수 있으며, 급수 온도가 낮을수록 배기 압력 저감 효과가 더 뚜렷하다. 기계적 과냉 순환 매체의 선택은 시스템 전체 성능에 영향을 미치며, 선택된 11종의 과냉 순환 매체 중 에너지 효율이 가장 높은 것은 R717이고, 가장 낮은 것은 R1234yf이다. 낮은 환경 온도 조건에서 성능 향상이 더욱 뚜렷하며, 소형 기존 냉매 증기 압축 사이클을 구성하여 CO2 히트펌프 시스템의 성능을 크게 개선할 수 있으며 경제적 이점이 뚜렷하다.

히트펌프;CO2;기계적 과냉;초임계;난방