공기열원의 신재생에너지 인정, 신냉매 개발 및 자연냉매 이용, Low GWP대응 냉동기 개발 등 히트펌프산업의 핫 이슈들이 한 자리에 모였다.
히트펌프산업포럼은 9월1일 부산 벡스코에서 ‘2016년 히트펌프산업포럼 정기세미나’를 개최했다. 히트펌프산업포럼은 사단법인 승인을 받은 산업통상자원부의 산하단체로 전 세계적인 흐름과 함께 우리나라가 히트펌프시장을 선도할 수 있는 기반을 조성하기 위해 산·학·연 의견을 하나로 모으는 역할을 하고 있다.
이번 세미나는 히트펌프산업에서 가장 뜨거운 화두가 되고 있는 다섯 개의 주제로 구성됐다. △공기열원 히트펌프의 신재생에너지기기 인정현황(최준영 한국산업기술시험원 박사) △글로벌 냉매규제 동향 및 신냉매 개발현황(유기출 하니웰 차장) △Low GWP 냉매대응 관련 국내외 동향(김욱중 기계연구원 박사) △가정용 공기열원 하이브리드 히트펌프의 실증결과 및 경제성 분석(박노마 LG전자 L&A연구센터 수석연구원) △CO₂ 히트펌프 기술동향 및 설치사례(한성철 듀어코리아 차장) 등의 주제발표와 함께 참석자들의 질의응답이 오갔다.
공기열원, 신재생에너지 인정 시급
최준영 한국산업기술시험원 박사는 ‘공기열원 히트펌프의 신재생에너지기기 인정현황’을 발표하며 전 세계 주요국들의 신재생에너지 열원인정 현황 등을 설명했다.
독일, 영국, 프랑스. 스웨덴 등 EU는 2009년부터 지열, 수열, 공기열을 모두 히트펌프의 신재생에너지 열원으로 인정하고 있으며 2013년 국가별 신재생에너지 개발계획을 수립, 회원국별 히트펌프로 얻어지는 신재생에너지 산출에 대한 지침서를 만들었다.
대표적인 자원부족 국가인 일본은 에너지수급 구조의 다층화·다양화를 기본 계획으로 삼고 온도차에너지의 활용을 인정하고 있다. 각 에너지원의 장점을 살리고 약점을 보완한 다층적 에너지 공급구조를 구축하고 있다.
중국은 2020년까지 1차에너지 소비에서 비화석에너지의 비중을 15%로 높이고 에너지 개방·경쟁시장을 형성할 계획을 세웠다. 현재 저장성, 복건성, 한단시, 허베이시 등 지방정부는 공기열, 수열을 포함한 모든 열원을 신재생에너지로 인정하고 있다. 지열만을 인정하고 있는 중앙정부도 ‘공기열원 히트펌프를 신재생에너지 점주로 분류 기술 공정 연구와 분석’ 프로젝트를 통해 공기열의 신재생에너지 인정을 추진하고 있다.
최준영 박사는 “우리나라도 해외 주요국과 같이 다양한 신재생에너지 열원인정이 시급하고 이를 위해서는 기기의 COP에 대한 합리적인 기준설정과 신뢰성 있는 검증방법 개발이 필요하다”고 말했다.
글로벌 냉매규제 강화
유기출 하니웰 차장은 ‘글로벌 냉매규제 동향 및 신냉매 개발현황’을 발표하며 냉매규제의 변천사와 전 세계 냉매규제 현황을 소개했다.
현재 전 세계는 GWP가 높은 HFC에 대한 규제를 강화하고 있다. 미국은 2015년 미 환경청에서 자동차, 에어컨, 상업용 냉장고시스템, 발포제, 에어로졸 등에서 HFC 사용을 제한하고 2016년 3월 칠러, 냉장고 등으로 제한범위를 확대했다. 캐나다는 2016년 특정분야에 대한 HFC를 금지시켰고 유럽은 F-Gas 규제로 특정분야에 대해 2020년까지 GWP 2,500 이하, 2022년까지 GWP 150 이하 등 전체적인 규제를 강화하고 있다.
또한 덴마크, 노르웨이, 슬로베니아, 스페인 등에서는 HFC에 세금을 부여하며 간접적인 방식을 택하는 나라도 있다. 우리나라는 2016년부터 HFC를 자동차 에어컨 시스템에 대한 인센티브를 부여하는 방식으로 규제를 하고 있다.
이러한 추세에 따라 하니웰은 각 산업분야에 사용되고 있는 냉매를 대체할 수 있는 신냉매를 개발했다. △R123의 대안인 HFO-1233zd △R134a의 대안인 R450A, R515A △R410A의 대안인 R452B, R447B 등이 있으며 GWP는 규제 이하로 낮추면서 효을은 기존냉매와 비슷한 수준으로 제공하고 있다.
Low GWP 냉동기개발 박차
김욱중 한국기계연구원 박사는 ‘Low GWP 냉매대응 관련 국내외 동향’을 발표하며 전 세계 F-gas 배출현황 및 냉매규제 방안과 Low GWP 냉매적용 연구현황을 소개했다.
특히 기계연구원이 주관을 맡아 연구를 진행하고 있는 ‘Low-GWP(≤100) 냉매대응 냉동시스템 원천기술 개발’ 국책과제가 참석자들의 이목을 집중시켰다. 제1세부과제는 Low GWP 냉매대응 냉동시스템 원천기술 개발로 △열교환기 설계 원천기술 △범용 사이클 해석 프로그램 개발 △후보 냉매·오일 평가 및 분석 △터보냉동기용 열교환기 개발 등을 통해 차세대 공조시장 대응핵심 기술요소를 확보하는 것이 목적이다.
제2세부과제는 Low GWP 냉매대응 500RT급 고효율 냉동기 개발로 △고효율 터보 압축기 개발 △시스템 통합 및 성능평가 △터보냉동기 제어시스템 개발 등으로 차세대 500RT급 터보냉동기 개발을 완성한다.
2015년 6월 시작한 이번 연구는 1차년도에 후보냉매 분석 및 열교환기 성능평가장치를 구축하고 2차년도에 열교환기별 상관식 개발 및 터보냉동기 시작품 개발을 진행할 예정이다. 3차년도는 열교환기별 상관식 개발, 프로그램 개발, 터보냉동기 시작품 제작·평가를 진행하고 4차년도에 터보냉동기 시제품 개발·최적화 및 상용화 준비가 계획돼 있다.
전기에너지 주택 지열‧공기열 도입 주목
박노마 LG전자 L&A연구센터 수석연구원은 ‘가정용 하이브리드 히트펌프의 실증 모니터링 및 경제성 분석’을 발표하며 가정의 에너지원을 전기로 일원화하고 고효율 히트펌프를 이용해 난방 및 급탕을 하는 일본의 전전화주택을 소개했다. 이러한 일본의 사례를 토대로 한국형 전기에너지 주택 도입의 필요성을 제기했다.
또한 한국형 전기에너지주택에 난방 및 급탕을 담당하는 히트펌프에 대한 경제성분석을 실증시험을 통해 결과를 도출했다.
2010~2012년까지 3년간 걸쳐 진행된 성능 및 모니터링 결과 최종 소비자 관점에서 지열히트펌프는 현행제도 하에서도 경쟁시스템대비 투자비회수 1.7년, 생애주기비용 51%를 저감하는 매우 경제적인 기기임이 입증됐다. 공기열원은 연간 COP 및 에너지사용량은 예측치 내에 들어오기는 하나 난방 COP가 2.2로 낮아 신재생에너지 지정에 필요한 2.6을 만족하지 못했다.
박노마 수석연구원은 “경제성분석 결과 초기시장은 지열히트펌프를 중심으로 이뤄져야 할 것으로 보인다”라며 “그러나 공기열원 히트펌프는 성능개선 여지가 있고 설치편의성이 높아 장기적으로는 공기열원이 전기에너지 주택의 주요 솔루션이 될 것으로 보인다”고 말했다.
CO₂ 히트펌프, 안전성‧친환경 강점
한성철 듀어코리아 차장은 ‘CO₂ 히트펌프 기술동향 및 설치사례’ 발표를 통해 CO₂ 냉매와 이를 활용한 히트펌프시스템, 적용 및 제안사례를 소개했다.
CO₂냉매는 ODP가 0이고 GWP가 1로 가연성, 독성이 전혀 없는 자연냉매다. 가격이 매우 저렴해 산업·상업용이 주요 시장으로 지목되고 있다. 발화의 위험이 없어 안전성이 높으며 HFCs 냉매사이클은 온도변화 없이 냉매를 응축하는 과정인 반면 CO₂는 가스쿨링 시 온도변화를 동반한 냉매의 방열이 특징이다.
또한 고온수 히트펌프 시장 성장추세에 따라 110℃의 온수를 출수할 수 있는 CO₂ 히트펌프의 활용범위 또한 확대될 것으로 예상된다.
한성철 차장은 “에너지비용 절감을 위한 기업들의 노력이 계속되고 기후변화협약에 따른 온실가스 저감과 관련한 정책적 이점에 따라 CO₂ 냉매를 이용한 시장확대가 기대된다”라며 “하지만 국내 가스가격 급락과 잘 알려진 설비를 선호하는 사용자들의 인식에 따른 장벽도 있다”고 말했다.
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