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전기난로

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목차

1. 개요

전기 난로는 전기를 사용하여 공간 또는 액체를 가열하는 장치이다. 다양한 종류가 있으며, 적외선 복사 난방, 대류 난방, 축열 난방, 바닥 난방, 침지형 히터, 순환 히터, 전극 히터 등이 있다. 전기 난방은 효율적이지만, 전기를 생산하는 방식에 따라 환경적 영향이 달라질 수 있으며, 히트 펌프와 같은 기술을 통해 에너지 효율을 높일 수 있다. 산업 분야에서도 널리 사용되며, 정밀한 온도 제어, 청결함, 빠른 응답 속도 등의 장점이 있지만, 에너지 비용과 초기 투자 비용이 높다는 단점도 있다.

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전기난로
개요
정의전기 에너지를 열에너지로 변환하는 과정
관련 용어전열기
원리
주울 열도체를 통해 전류가 흐를 때 발생하는 열
주울의 법칙Q = I²Rt (Q: 열, I: 전류, R: 저항, t: 시간)
종류
저항 가열전류가 저항체를 통과하면서 열 발생
유도 가열전자기 유도를 이용하여 금속을 가열
유전 가열고주파 전계를 이용하여 유전체를 가열
적외선 가열적외선을 이용하여 물체를 가열
아크 가열전극 사이의 아크 방전을 이용하여 가열
응용 분야
가정용전기 난로, 전기 장판, 헤어 드라이어, 전기 밥솥 등
산업용금속 용해, 열처리, 건조 등
의료용전기 소작기, 물리 치료 기기 등
장점
청결성연소 과정이 없어 매연 발생이 적음
편리성온도 조절이 용이하고 자동화 시스템에 적용 가능
효율성에너지 변환 효율이 높음
단점
안전 문제화재 및 감전 위험 존재
에너지 비용전기 요금에 따라 운영 비용 변동
환경 문제전력 생산 과정에서 환경 오염 발생 가능성 존재
주의 사항
안전 점검전기 제품 사용 전 안전 점검 필수
과열 방지과열 방지 장치 확인 및 사용
적절한 사용제품 사용 설명서 준수

2. 전기 난방의 종류

전기 난방은 크게 공간 난방, 액체 가열, 그리고 기타 난방 방식으로 나눌 수 있다.
공간 난방은 건물 내부를 따뜻하게 하는 데 사용된다.


  • 복사 난방: 적외선을 이용하여 사람이나 물체를 직접 데운다. 소음이 없고, 부분 난방에 효과적이지만, 주변 가구에 화재 위험이 있을 수 있다.
  • 대류 난방: 공기를 데워 대류 현상을 이용한다. 밀폐된 공간 난방에 효과적이고 화재 위험이 적지만, 송풍기를 사용하는 경우 소음이 발생할 수 있다.
  • 축열 난방: 저렴한 심야 전기를 이용하여 열을 저장했다가 필요할 때 방출한다.
  • 바닥 난방: 바닥에 난방 케이블이나 온수 튜브를 설치하여 바닥을 데운다.
  • 조명 시스템 통합 난방: 대형 건물에서 조명 시스템에서 발생하는 폐열을 난방에 활용한다.

액체 가열은 가열 대상에 전기 저항 발열체를 넣어 작동한다.

  • 침지형 히터: 가열할 액체 속에 발열체를 넣어 직접 가열한다.
  • 순환 히터: "직접 전기 열교환기"(DEHE)라고도 하며, 발열체를 사용하여 액체와 기체를 가열한다.
  • 전극 히터: 액체 자체가 저항 역할을 하여 가열된다.

기타 난방 방식은 다음과 같다.

  • 히트 펌프 난방: 실외 공기, 지면 등에서 열을 추출하여 난방에 사용한다.
  • 유도 가열: 교번 자계를 이용하여 전기 전도체를 가열한다.
  • 유전 가열: 교류 전계 속 유전체의 유전손실을 이용하여 가열한다.
  • 아크 가열: 아크를 발생시켜 가열한다.

2. 1. 공간 난방

'''공간 난방'''은 건물의 내부를 따뜻하게 하는 데 사용된다. 전기 난로는 실험실과 같이 공기 조절이 어려운 장소에서 유용하다. 전기 공간 난방에는 다음과 같은 여러 가지 방법이 사용된다.

  • '''복사 난방(Radiant heating)''': 적외선을 이용하여 사람이나 물체를 직접 데우는 방식이다.
  • '''대류 난방(Convection heating)''': 공기를 데워 따뜻해진 공기가 위로 올라가고 차가운 공기가 내려오는 대류 현상을 이용하는 방식이다.
  • '''송풍기 (Fan heater)''': 강제 대류식 난방기의 일종으로, 전기 팬을 사용하여 공기 흐름을 가속한다. 팬 소음이 발생하며, 가구와 접촉 시 점화 위험이 다소 높다. 자연 대류 난방기보다 작고 휴대성이 좋으며 소규모 공간 난방에 비용 효율적이다.
  • '''축열 난방(Storage heating)''': 저렴한 심야 전기를 이용하여 열을 저장했다가 필요할 때 방출하는 방식이다.
  • '''바닥 난방(Underfloor heating)''': 바닥에 난방 케이블이나 온수 튜브를 설치하여 바닥을 데우는 방식이다.
  • '''조명 시스템 통합 난방''': 대형 건물에서 조명 시스템에서 발생하는 폐열을 난방에 활용하는 방식이다.

2. 1. 1. 복사 난방

전기 적외선 복사 난방은 고온에 도달하는 발열체를 사용한다. 이 발열체는 일반적으로 전구와 유사한 유리 외피 내부에 포장되어 있으며, 히터 본체에서 에너지를 멀리 향하게 하는 반사경이 부착되어 있다. 이 발열체는 적외선을 방출하여 공기 또는 공간을 통과하여 흡수 표면에 부딪히면 부분적으로 열로 변환되고 부분적으로 반사된다. 이 열은 공기를 데우는 대신 실내의 사람과 물체를 직접 데운다. 이러한 유형의 히터는 가열되지 않은 공기가 흐르는 지역에서 특히 유용하다. 또한 부분 난방이 필요한 지하실과 차고에도 이상적이다. 더 일반적으로 말하면, 특정 작업에 필요한 난방을 하기에 매우 적합하다.

복사형 히터는 소음 없이 작동하며, 집중된 출력 강도와 과열 방지 기능의 부재로 인해 인근 가구에 불이 붙을 수 있는 가장 큰 잠재적 위험을 안고 있다. 영국에서는 이 기기가 원래 개방형 난로를 대체하는 데 사용되었기 때문에 때때로 전기 불이라고 불린다.

이 섹션에 묘사된 히터의 활성 매체는 양쪽 끝이 대기에 열려 있는 용융 실리카 튜브 내부의 니크롬 저항선 코일이지만, 용융 실리카가 양쪽 끝에서 밀봉되고 저항 합금이 니크롬이 아닌 모델도 존재한다.

2. 1. 2. 대류 난방

대류식 전기 난방기


대류식 난방기는 발열체가 접촉된 공기를 열전도를 통해 가열한다. 더운 공기는 차가운 공기보다 밀도가 낮아 부력에 의해 위로 상승하며, 그 자리를 더 차가운 공기가 채운다. 이로 인해 난방기에서 뜨거운 공기가 상승하여 주변 공간을 데우고, 냉각된 후 다시 순환하는 대류 현상이 발생한다. 이러한 난방기는 때때로 오일 또는 열유체로 채워지기도 한다. 밀폐된 공간을 난방하는 데 이상적이다. 소음 없이 작동하며, 복사형 전기 난방기에 비해 가구와 의도하지 않은 접촉이 발생할 경우 점화 위험이 낮다.

2. 1. 3. 축열 난방

축열식 난방 시스템은 야간과 같이 수요가 적은 시간대에 판매되는 저렴한 전기 요금을 활용한다. 영국에서는 이를 이코노미 7(Economy 7)이라고 한다. 축열식 난방기는 점토 벽돌에 열을 저장한 다음 필요할 때 낮 동안 방출한다. 최신 축열식 난방기는 다양한 요금제와 함께 사용할 수 있다. 이코노미 7과 함께 사용할 수 있지만, 주간 요금제와도 함께 사용할 수 있다. 이는 제조 과정에서 추가되는 현대적인 디자인 기능 때문이다. 새로운 디자인과 함께 온도 조절 장치 또는 센서를 사용하면 축열식 난방기의 효율이 향상되었다. 온도 조절 장치 또는 센서는 실내 온도를 감지하여 이에 따라 히터의 출력을 변경할 수 있다.[1]

물 또한 축열 매체로 사용될 수 있다.[1]

2. 1. 4. 바닥 난방

전기 바닥 난방 시스템은 바닥에 매설된 난방 케이블을 사용한다. 전류는 전도성 발열체를 통해 흐르며, 이는 라인 전압(120 또는 240볼트)에서 직접 공급되거나 변압기를 통해 저전압으로 공급된다. 가열된 케이블은 직접적인 전도에 의해 바닥재를 데우고, 바닥 온도 조절기에 설정된 온도에 도달하면 꺼진다. 더 따뜻한 바닥 표면은 더 차가운 주변 표면(천장, 벽, 가구)으로 열을 방출하여 열을 흡수하고 흡수되지 않은 모든 열은 더 차가운 표면으로 반사한다. 복사, 흡수 및 반사의 순환은 천천히 시작되어 설정 온도에 가까워지면서 천천히 속도가 느려지고, 평형 상태에 도달하면 완전히 멈춘다. 바닥 온도 조절기, 실내 온도 조절기, 또는 이 둘의 조합이 바닥의 켜짐/꺼짐을 제어한다. 복사 난방 과정에서 따뜻한 표면에 닿아 있는 얇은 공기층도 약간의 열을 흡수하여 약간의 대류(공기 순환)가 발생한다. 일반적인 믿음과는 달리, 사람들은 이 따뜻한 순환 공기 또는 대류(대류는 냉각 효과가 있다)에 의해 데워지는 것이 아니라, 열원의 직접적인 복사와 주변의 반사에 의해 데워진다.

공기 순환을 제거하여 더 낮은 공기 온도에서 편안함을 얻을 수 있다. 복사 난방은 사람들의 자체 에너지(성인 기준 70W)가 주변과 균형을 이루기 때문에 가장 높은 수준의 편안함을 경험한다. 학술 연구를 기반으로 한 대류 난방 시스템과 비교하여 공기 온도를 최대 3도까지 낮출 수 있다.

바닥을 데우기 위한 열원으로 순환하는 온수를 채운 튜브를 사용하는 변형도 있는데, 난방 원리는 동일하게 유지된다. 바닥 구조에 매설된 구형 전기 및 온수 (온수식) 바닥 난방 시스템은 느리고 외부 날씨 변화나 내부 수요/생활 방식 요구 사항에 대응할 수 없다.

최신 변형은 특수 전기 난방 시스템과 담요를 바닥 장식 바로 아래와 추가 단열재 위에 배치하여 건설 바닥 위에 배치한다. 건설 바닥은 차가운 상태로 유지된다. 열원 위치의 원리적 변화는 날씨 변화 및 생활 방식(출근, 휴식, 수면, 더 많은 사람들의 존재/요리 등)과 같은 내부 수요 요구 사항에 몇 분 안에 대응할 수 있게 한다.

2. 1. 5. 조명 시스템 통합 난방

대형 사무실 건물에서는 조명 시스템이 난방 및 환기 시스템과 통합되어 있다. 형광등에서 발생하는 폐열은 난방 시스템의 환기 공기에서 포집된다. 대형 건물에서는 연간 난방 에너지의 상당 부분이 조명 시스템에 의해 공급된다. 그러나 이러한 폐열은 에어컨을 사용할 때 부담이 된다. 이러한 비용은 전기 열원을 생성하는 에너지 효율적인 조명 시스템을 통합하여 피할 수 있다.[2]

2. 2. 액체 가열

액체 가열 방식은 가열 대상에 전기 저항 발열체를 넣어 작동한다. 발열체는 액체에 직접 삽입되거나, 부식을 방지하고 유지 보수를 용이하게 하기 위해 금속 파이프 내부에 설치될 수 있다.

2. 2. 1. 침지형 히터

침지형 히터는 가열할 물(또는 다른 액체) 속에 위치한 튜브 안에 전기 저항 발열체를 가지고 있다. 발열체는 액체에 직접 삽입하거나, 부식을 방지하고 유지 보수를 용이하게 하기 위해 금속 파이프 내부에 설치할 수 있다. 휴대용 침지형 히터는 잠시 동안만 사용하도록 설계되었고 사용자의 제어 하에 사용되므로 제어 온도 조절 장치가 없을 수 있다.[5]

소형 가정용 침지형 히터, 500W


가정용 온수 공급 또는 산업 공정 온수의 경우, 온수 탱크 내부에 영구적으로 설치된 발열체를 사용하여 온도를 조절하는 온도 조절기로 제어할 수 있다. 가정용 장치는 몇 kW에 불과할 수 있다. 산업용 온수 히터는 2000kW까지 도달할 수 있다. 심야 전기 요금이 적용되는 경우, 필요한 시점에 사용할 수 있도록 온수를 저장할 수 있다.[5]

전기 샤워기와 순간 온수기 또한 물의 흐름에 따라 켜지는 침지형 히터(보호 또는 노출형)를 사용한다. 여러 개의 분리된 히터를 전환하여 다양한 난방 수준을 제공할 수 있다. 전기 샤워기와 순간 온수기는 일반적으로 3kW~10.5kW를 사용한다.[5]

수도 공급에 존재하는 미네랄은 용액에서 침전되어 발열체 표면에 딱딱한 스케일을 형성하거나, 탱크 바닥으로 떨어져 물의 흐름을 막을 수 있다. 온수 가열 장비의 유지 보수에는 축적된 스케일과 침전물을 정기적으로 제거해야 할 수 있다. 수도 공급에 미네랄이 많이 함유된 것으로 알려진 경우, 저전력 밀도 발열체를 사용하여 스케일 생성을 줄일 수 있다.[5]

2. 2. 2. 순환 히터

순환 히터 또는 "직접 전기 열교환기"(DEHE)는 "쉘 측" 매체에 삽입된 발열체를 사용하여 직접 가열 효과를 제공한다. 전기 순환 히터에서 생성된 모든 열은 매체로 전달되므로 전기 히터는 100% 효율적이다.[6][7] 직접 전기 열교환기 또는 "순환 히터"는 산업 공정에서 액체와 기체를 가열하는 데 사용된다.[6][7]

  • 직접 저항 가열: 피가열물에 직접 전류를 흘려보내는 것으로 발생하는 줄열을 이용한 가열.
  • 간접 저항 가열: 다른 저항기에 전류를 흘려보냄으로써 발생하는 줄열의 열전도, 대류, 복사를 이용한 피가열물의 가열.

2. 2. 3. 전극 히터

전극 히터는 전선으로 감은 저항이 없고 액체 자체가 저항 역할을 한다. 이로 인해 잠재적인 위험이 있어 전극 히터에 대한 규정이 엄격하다.

  • 직접 저항 가열: 피가열물에 직접 전류를 흘려보내는 것으로 발생하는 줄열을 이용한 가열.
  • 간접 저항 가열: 다른 저항기에 전류를 흘려보냄으로써 발생하는 줄열의 열전도, 대류, 복사를 이용한 피가열물의 가열.

2. 3. 기타 난방 방식

히트 펌프는 온화한 기후에서 실외 공기에서 저등급 열을 얻을 수 있다.

2. 3. 1. 히트 펌프 난방

히트 펌프는 전기로 구동되는 압축기를 사용하여 냉동 사이클을 작동시켜 실외 공기, 지면 또는 지하수에서 열 에너지를 추출하여 따뜻하게 할 공간으로 열을 이동시킨다. 히트 펌프의 증발기 부분에 포함된 액체는 저압에서 끓어 실외 공기 또는 지면으로부터 열 에너지를 흡수한다. 그런 다음 증기는 압축기에 의해 압축되어 가열될 건물 내부의 응축기 코일로 파이프를 통해 보내진다. 뜨겁고 밀도가 높은 가스의 열은 건물 내의 공기에 흡수되어(때로는 가정용 온수에도 사용됨) 뜨거운 작동 유체가 액체로 다시 응축되게 한다. 거기에서 고압 유체는 오리피스를 통해 증발기 부분으로 팽창하여 사이클을 완료하는 증발기 부분으로 다시 전달된다. 여름철에는 사이클을 반전시켜 열을 조절된 공간에서 실외 공기로 이동시킬 수 있다.

평균 겨울 기온이 영하보다 훨씬 낮은 지역에서는 지열 히트 펌프가 차가운 공기에서 얻을 수 있는 것보다 따뜻한 온도에서 지면에 저장된 잔류 태양열을 추출할 수 있기 때문에 공기열 히트 펌프보다 더 효율적이다.[3] 미국 환경 보호국에 따르면, 지열 히트 펌프는 공기열 히트 펌프에 비해 에너지 소비를 최대 44%까지, 전기 저항 가열에 비해 최대 72%까지 줄일 수 있다.[4] 히트 펌프의 높은 구매 가격은 에어컨도 필요한 경우 저항 히터에 비해 상쇄될 수 있다.

2. 3. 2. 유도 가열

교번 자계에 의한 전기 전도체의 와전류 손실 및 강자성체의 히스테리시스 손실에 의한 가열이다.

2. 3. 3. 유전 가열

교류 전계 속 유전체의 유전손실에 의한 가열.

2. 3. 4. 아크 가열


  • 직접 아크 가열: 피가열물을 전극 또는 아크 매체로 하여 아크를 발생시켜 가열하는 방식이다.
  • 간접 아크 가열: 다른 전극·아크 매체의 아크 발열에 의한 열전도·대류·복사로 피가열물을 가열하는 방식이다.

3. 전기 난방의 환경 및 경제적 측면

전기 난방의 효율과 환경 영향은 전력 생산 방식과 밀접하게 관련되어 있다. 전기 난방 자체는 효율적이지만, 전력 생산 과정에서 화석 연료를 사용하면 전체 효율이 낮아지고 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 그러나 재생 가능 에너지원을 통해 전력을 생산하면 이러한 문제를 해결할 수 있다.[8]

경제적인 측면에서 전기 난방 비용은 전력 요금과 사용 시간에 따라 달라진다. 장시간 사용 시 비용이 많이 들 수 있지만, 구역별 제어나 특정 시간대에만 사용하는 방식으로 비용을 절감할 수 있다. 또한, 히트 펌프와 같은 고효율 난방 방식을 사용하면 전력 소비량을 줄여 경제성을 높일 수 있다.[12]

최근에는 탄소 배출 감소를 위해 전기 난방으로 전환하는 추세가 나타나고 있다. 특히 히트 펌프를 활용한 난방 방식이 주목받고 있으며, 대규모 전력화 시에는 전력망 부하 증가와 극심한 기상 현상에 대한 대비가 필요하다.[13]

3. 1. 환경적 측면

전기 난로의 효율은 시스템 경계를 어떻게 정의하느냐에 따라 달라진다. 전기 에너지 소비자 입장에서 보면, 구매한 모든 전기가 열로 변환되므로 전기 난방 효율은 100%이다. 그러나 전기를 생산하는 화력 발전소까지 고려하면 전체 효율은 크게 낮아진다. 화석 연료 발전소는 연료 에너지 10단위당 3~5단위의 전기 에너지만을 생산하기 때문이다.[8] 따라서 전기 난로 자체는 100% 효율적이지만, 같은 양의 열을 얻기 위해 필요한 연료의 양은 건물 내 난방기나 보일러에서 직접 연료를 태우는 것보다 더 많을 수 있다. 소비자가 공간 난방을 위해 동일한 연료를 사용할 수 있다면, 건물에서 직접 연료를 태우는 것이 전체적으로 더 효율적일 수 있다. 하지만 전기 난방을 화석 연료 난방으로 바꾸는 것이 반드시 좋은 것만은 아니다. 재생 가능한 에너지원으로 전기를 생산하여 전기 난방을 할 수 있기 때문이다.

전기를 생산하는 방식은 국가마다 다르며, 이는 효율성과 환경 문제에 영향을 미친다. 2015년 프랑스는 전력의 6%만을 화석 연료에서 얻었지만, 호주는 86% 이상을 화석 연료에서 얻었다.[9] 전기의 청정성과 효율성은 그 에너지원에 따라 달라지는 것이다.

스웨덴은 1980년대부터 직접 전기 난방 사용을 제한해 왔으며, 아예 없앨 계획도 가지고 있다. (스웨덴의 석유 단계적 폐지 참조) 덴마크도 비슷한 이유로 새 건물에 전기 난방 시설 설치를 금지했다.[10] 새 건물에는 저에너지 건물과 같이 난방 필요성을 줄이는 기술을 적용할 수 있다. 예를 들어, 패시브하우스 기준에 맞춰 지어진 건물들이 있다.

하지만 퀘벡에서는 전기 난방이 여전히 가장 많이 사용되는 가정 난방 방식이다. 2003년 캐나다 통계청 조사에 따르면, 퀘벡 주 가구의 68%가 전기 난방을 사용한다. 퀘벡에서 사용되는 전력의 90% 이상은 수력 발전 댐에서 생산되는데, 이는 화석 연료 발전소보다 온실 가스 배출량이 적다. 퀘벡 주 소유의 하이드로-퀘벡은 저렴하고 안정적인 전기 요금을 제공한다.[11]

최근 몇 년 동안, 여러 국가에서 원자력 발전과 수력 발전 외에도 재생 가능 에너지원에서 나오는 저탄소 전력 생산을 늘리는 추세이다. 예를 들어, 2019년 영국의 kWh당 전기의 탄소 발자국은 2010년보다 절반 이하로 감소했다.[8] 그러나 높은 초기 비용 때문에 전기 요금이 내려가지 않아, 일반적으로 연료를 직접 태우는 것보다 2~3배 비싸다. 따라서 직접 전기 난방은 현재 가스나 석유 난방과 비슷한 탄소 발자국을 가질 수 있지만, 비용은 더 비싸게 유지될 수 있다. 하지만 저렴한 심야 시간대 요금을 활용하면 이러한 비용 부담을 줄일 수 있다.

더 효율적으로 열을 공급하기 위해 전기로 작동하는 히트 펌프를 사용할 수 있다. 히트 펌프는 지면, 외부 공기, 또는 폐기물에서 에너지를 끌어와 실내 온도를 높인다. 이를 통해 저항 난방 방식보다 전력 소비량을 최대 35%까지 줄일 수 있다.[12]

주요 전력원이 수력, 원자력, 풍력인 경우, 해당 자원이 난방에 직접 사용하기에는 너무 멀리 떨어져 있을 수 있다. (특히 태양열 에너지는 제외) 이럴 때는 전력망을 통해 전기를 전달하는 것이 편리할 수 있다.

공간 난방과 온수 난방을 전기로 바꾸는 것은, 특히 히트 펌프를 사용할 때, 현재의 에너지 시스템에서 탄소 배출을 줄이는 방법으로 점점 더 많이 제시되고 있다. 하지만 대규모로 전력화를 할 경우, 최대 전력 수요가 늘어날 가능성과 극심한 기상 현상에 따른 전력망에 미치는 영향을 고려해야 한다.[13]

3. 2. 경제적 측면

많은 지역에서 전기 저항 히터를 사용하여 장기간 동안 특정 구역을 난방하는 것은 비용이 많이 든다. 그러나 우수한 구역 제어 기능 덕분에 간헐적으로 사용하거나 하루 중 일부 시간만 사용하는 것이 건물 전체를 난방하는 것보다 더 경제적일 수 있다.

예를 들어, 사무실의 휴게실은 운영 시간이 제한되어 있다. 사용량이 적은 시간대에는 중앙 난방 시스템을 통해 "유지" 수준의 난방(50°C)이 제공된다. 오전 11시에서 오후 2시 사이의 피크 사용 시간대에는 "쾌적한 수준"으로 난방(70°C)된다. 열복사를 통한 적외선 복사 손실은 이 공간과 난방되지 않은 외부 공기 사이, 그리고 냉장고와 (이제 더 시원한) 휴게실 사이의 온도 기울기가 작기 때문에 전체 에너지 소비에서 상당한 절감을 실현할 수 있다.

경제적인 측면에서, 전기 난방은 전력량 요금에 히터가 사용하는 킬로와트 수를 곱하여 다른 가정 난방 방식과 비교할 수 있다. 예를 들어, 1500와트 히터에 킬로와트시당 12센트인 경우 1.5×12=시간당 18센트이다.[14] 연료 연소와 비교할 때는 킬로와트시를 BTU로 변환하는 것이 유용할 수 있다. 1.5 kWh × 3412.142=5118 BTU.

4. 산업용 전기 난방

전기 난방(Electric heating)은 산업에서 널리 사용된다.[15]

산업용 난방 시스템 설계는 필요한 온도, 열량, 열 에너지 전달 방식을 평가하는 것으로 시작한다. 전기 난방은 전도, 대류, 복사 외에도 전기장 및 자기장을 사용하여 재료를 가열할 수 있다.

전기 난방 방법에는 저항 가열, 전기 아크 가열, 유도 가열, 유전 손실 가열이 있다. 아크 용접과 같은 일부 공정에서는 전기 전류가 공작물에 직접 적용된다. 다른 공정에서는 유도 또는 유전 손실에 의해 공작물 내에서 열이 발생한다. 또한 전도, 대류, 복사에 의해 열을 생성한 다음 작업물로 전달할 수도 있다.

4. 1. 장점

다른 형태의 난방 방식에 비해 전기 난방 방식은 다음과 같은 장점이 있다.

  • 온도와 열 에너지 분포를 정밀하게 제어할 수 있다.
  • 열 발생에 연소를 사용하지 않는다.
  • 화학적 연소로는 쉽게 얻을 수 없는 온도를 달성할 수 있다.


전기 열은 공정에서 필요한 정확한 지점에 정확하게 적용할 수 있으며, 단위 면적 또는 부피당 높은 전력 농도를 가질 수 있다. 전기 난방 장치는 필요한 크기로 제작할 수 있으며 공장 내 어디에나 설치할 수 있다. 전기 난방 공정은 일반적으로 깨끗하고 조용하며 주변에 부산물을 많이 배출하지 않는다.[15] 전기 난방 장비는 응답 속도가 빠르므로 급속 사이클 대량 생산 장비에 적합하다.

4. 2. 단점

연료를 직접 사용하는 난방 방식에 비해 전기 에너지 비용이 높고, 전기 난방 장치 자체와 대량의 전기 에너지를 사용 지점까지 전달하는 데 필요한 인프라의 자본 비용이 높다는 단점이 있다.[15] 이는 동일한 결과를 얻기 위해 전체적으로 더 적은 에너지를 사용하여 공장 내(현장) 효율성이 향상되어 어느 정도 상쇄될 수 있다.

4. 3. 활용 분야

전기 난방은 산업에서 널리 사용된다.[15]

다른 난방 방식에 비해 전기 난방은 온도와 열 에너지 분포를 정밀하게 제어할 수 있고, 연소를 사용하지 않으며, 화학적 연소로는 얻기 어려운 온도를 달성할 수 있다는 장점이 있다. 전기 열은 공정에서 필요한 곳에 정확하게 적용할 수 있으며, 단위 면적이나 부피당 높은 전력 농도를 가질 수 있다. 전기 난방 장치는 필요한 크기로 제작 가능하며 공장 내 어디에나 설치할 수 있다. 전기 난방 공정은 깨끗하고 조용하며 주변에 부산물을 많이 배출하지 않는다. 또한, 응답 속도가 빨라 급속 사이클 대량 생산 장비에 적합하다.

산업에서 전기 난방의 제한 및 단점은 연료 직접 사용에 비해 전기 에너지 비용이 높고, 전기 난방 장치 자체와 대량의 전기 에너지를 사용 지점까지 전달하는 데 필요한 인프라의 자본 비용이 높다는 점이다. 하지만 공장 내(현장) 효율성이 향상되어 전체적으로 더 적은 에너지를 사용함으로써 어느 정도 상쇄될 수 있다.

산업용 난방 시스템 설계는 필요한 온도, 열량, 열 에너지 전달 방식을 평가하는 것으로 시작한다. 전기 난방 방식은 전도, 대류, 복사 외에도 전기장 및 자기장을 사용하여 재료를 가열할 수 있다.

전기 난방 방법에는 저항 가열, 전기 아크 가열, 유도 가열, 유전 손실 가열이 있다. 아크 용접과 같은 일부 공정에서는 전기 전류가 공작물에 직접 적용된다. 다른 공정에서는 유도 또는 유전 손실에 의해 공작물 내에서 열이 발생한다. 또한 전도, 대류 또는 복사에 의해 열을 생성한 다음 작업물로 전달할 수 있다.

산업용 난방 공정은 크게 저온(약 400°C까지), 중온(400°C에서 1150°C 사이), 고온(1150°C 이상)으로 분류할 수 있다.

  • 저온 공정: 베이킹 및 건조, 경화 마감, 납땜, 성형 및 플라스틱 성형 등
  • 중온 공정: 플라스틱 및 일부 비금속을 녹여 주조 또는 재성형, 어닐링, 응력 완화 및 금속 열처리 등
  • 고온 공정: 제강, 브레이징, 용접, 금속 주조, 절단, 제련 및 일부 화학 물질의 준비 등

참조

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[2] 웹사이트 Energy Efficient Lighting {{!}} WBDG Whole Building Design Guide https://www.wbdg.org[...] 2017-12-18
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[5] 뉴스 Immersion Heaters - Sigma Thermal https://www.sigmathe[...] 2017-12-18
[6] 뉴스 Gastech News http://www.gastechne[...] 2012-08-12
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[12] 웹사이트 Ground-Source Heat Pumps (Earth-Energy Systems) http://www.nrcan.gc.[...] 2017-04-16
[13] 논문 How weather affects energy demand variability in the transition towards sustainable heating https://zenodo.org/r[...] 2020
[14] 뉴스 How to calculate electric energy cost of common household items - McGill's Repair and Construction, LLC http://mcgillselectr[...] 2017-12-18
[15] 서적 Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition McGraw-Hill 1978
[16] 문서 전기난로 글로벌 세계 대백과


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