에스에스케이(SSK)는 2006년 환경과 에너지산업에 대한 비전을 가지고 열회수형 환기장치 생산기업으로 시작했다. 당시 북미와 유럽에서 기존 보급된 에너지를 회수하면서 외부공기와 실내공기를 교환해 환기하는 설비인 열회수형 환기장치를 국산화했다.
SSK는 열회수형 환기장치 핵심요소인 로터리 방식 열교환소자를 자체 개발했다. 폴리에스터 파이버(Polyester fiber) 소재를 랜덤 매트릭스(Random Matrix Media) 형태로 제작해 90% 이상에 이르는 열교환효율을 보이며 습기에 강한 것이 특징이다.
SSK는 우수한 열회수효율과 내구성을 바탕으로 고급 단독주택과 패시브하우스, 교육시설, 산업시설, 관공서 등에 장비를 납품했으며 우수한 기술력과 A/S로 18년간 한결같은 품질과 서비스를 자랑하고 있다.
지난 2009년 강원도 홍천에 위치한 국내 최초 제로에너지주택인 살둔제로에너지하우스는 보일러없이 SSK 열회수형 환기장치만 가동해 –20℃의 혹한 겨울에도 실내온도를 22℃로 유지하고 있으며 현재까지 열교환소자를 세척 후 재사용해 문제없이 운영하고 있다.
또한 SSK의 열회수형 환기장치는 삼척 남부발전의 보일러없는 사택 아파트, 북경 메리어트호텔 최상층에 입점한 드라마산후조리원, 용산 미 8군 장교숙소, 포항제철소, 세종‧오산‧김포 등에 위치한 LH 패시브임대주택 로렌하우스, 제주 SJA 국제학교 기숙사 3개동, 한국패시브건축협회 인증주택 등 다수 건축물에 설치돼 있다.
최근 SSK는 정부 지원과제를 통해 냉난방, 환기, 제습, 급탕 등을 동시에 구현할 수 있는 냉난방설비 통합시스템을 개발해 눈길을 모으고 있다. 김황호 SSK 대표를 만나 냉난방설비 통합시스템 개발배경, 작동원리, 특장점 등을 비롯해 통합시스템 시장전망 등에 대해 들었다.
■ 냉난방설비 통합시스템 개발배경은
건축물 에너지절약설계기준상 단열성능이 강화되면서 신축건물의 경우 패시브하우스 수준으로 냉난방 부하가 매우 적어 설비도 이에 맞는 수준의 기술개발이 필요했다. 그동안 국내에 보급되고 있는 설비시스템 성능은 일반적인 단열 및 기밀성능을 갖춘 건물에 적합하게 개발돼 에너지부하가 50%나 적은 패시브, 제로에너지건축물에 적용하는데 문제가 있었다. 각 설비들을 개별적으로 개발하다보니 설치 및 운영 중 발생하는 장비발열, 환기효율, 배관열손실 등 문제에 대한 기술개발이 미흡했다.
이미 유럽은 히트펌프 1kW 용량으로 냉난방 및 급탕이 가능한 제품을 개발했으며 우리나라도 기후 및 생활환경을 고려한 새로운 방식의 설비기술 개발이 절실하다.
냉난방설비 통합시스템은 히트펌프와 열회수형 환기장치를 결합해 에너지효율을 극대화할 수 있다. 특히 여름철 냉방 시 압축기에서 배출되는 고온의 열을 급탕으로 변환할 수 있으며 겨울철 난방 시 히트펌프와 보조 전기보일러로 안정적이며 효율적인 운영이 가능하다. 유럽에서 판매되는 설비통합시스템은 급기 냉난방 방식이지만 국내 생활환경을 고려한다면 복사 바닥난방이 가능해야 한다. 이러한 배경에서 유럽 제품과 달리 국내 환경에 최적화된 통합유니트 개발이 필요했다.
SSK는 2006년부터 자체 기술개발한 로터리방식의 열회수형 환기장치와 열교환소자기술을 기반으로 90% 이상 열회수효율을 가진 기존 열회수형 환기유니트와 히트펌프유니트 및 급탕설비유니트 등을 통합함으로써 자동제어 시 제로에너지주택에 최적화된 냉난방설비 통합시스템을 구현할 수 있었다.
마침 국토교통과학기술진흥원의 기술사업화 지원과제에 선정돼 패시브제로에너지건축연구소(IPAZEB)와 협력함으로써 총 15명의 연구인력이 3년에 걸쳐 제로에너지주택용 설비통합시스템을 개발하고 사업화했다.
SSK는 환기모듈, 히트펌프 모듈, 축열탱크 모듈 등에 대한 고도화와 설비통합시스템 제어장치 개발을 담당했으며 IPAZEB은 국내환경에 맞춘 부하량과 에너지절약형 제어방식을 개발하는 한편 설비통합시스템 시험측정 및 평가방법을 수립했다.
■ 시스템 원리는
냉난방설비 통합시스템은 열회수형환기장치와 히트펌프, 급탕탱크 등을 통합해 전기로 가동되는 설비유니트로 냉난방, 온수급탕, 환기, 제습, 공기청정 기능 등을 하나의 기기로 자동제어하는 시스템이다. 외부 신선공기를 로터리 방식의 환기모듈을 통해 열과 습도를 교환한 후 히트펌프 모듈의 응축기와 증발기 등을 통해 가열 또는 냉각시켜 겨울철 40℃, 여름철 15℃의 공기를 실내로 공급한다.
이와 함께 실내 오염공기를 환기모듈을 통해 열과 습도를 교환한 후 응축기 및 증발기 등을 통해 순환되는 냉매열로 급탕탱크에 담긴 물을 가열해 50℃ 온수를 공급한다.
SSK가 자체 개발한 히트펌프는 공기열원을 기반으로 한 공기공급하는 방식과 공기열원을 물로 치환해 공급하는 방식을 하나의 히트펌프에서 상호 유기적인 운전을 통해 동시에 구현할 수 있다.
환기모듈이 열회수를 통해 약 30%의 냉난방 에너지를 담당하며 히트펌프 모듈이 약 70%의 에너지를 담당하고 있다. 냉난방 시 시간당 1.2kW 전력소비가 이뤄지며 환기 시에는 400W 전력만 소모된다.
■ 시스템 특장점은
여름철 더운 외부공기가 환기모듈의 로터휠에서 열교환을 통해 1차로 냉각된 후 히트펌프를 거치면서 2차로 냉각됨에 따라 최적온도를 형성해 실내로 공급되므로 냉각부하를 줄일 수 있다. 겨울철에는 차가운 외부공기가 열교환을 통해 1차로 가열된 후 히트펌프를 거치면서 2차로 가열돼 실내로 공급되므로 가열(난방)부하를 줄일 수 있다.
봄, 가을철에는 환기운전만으로 실내의 최적온도를 유지할 수 있으며 장마철에는 환기모듈에서 1차 감습이 이뤄지는 한편 히트펌프에서 2차 제습이 이뤄져 작은 부하로도 57%의 실내 상대습도를 유지할 수 있다. 사계절 급탕 운전이 가능하며 여름철 냉각 시 발생하는 폐열을 회수해 온수를 생성하므로 에너지효율을 높일 수 있다.
겨울철 난방 시 발생하는 제상문제와 여름철 냉방 시 발생하는 결로 문제도 완벽하게 해결했다. 단열과 기밀이 잘 돼 있는 주택이라면 아주 적은 에너지로 재실자가 원하는 쾌적한 수준의 온도(24℃)와 습도(57%), 공기질 등을 1년 내내 유지할 수 있다.
또한 설비에 자체적으로 실내환경을 감지해 내는 센서가 장착돼 있어 이를 통해 자체적으로 자동운전을 실시하며 가동 시 소요되는 효율이 높아 월 사용료가 적게 든다.
■ 통합유니트 보급확대 필요성은
지난해 12월 제28차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP28)는 ‘화석연료로부터의 전환(Transition away from fossil fuel)’을 슬로건으로 온실가스 감축에 대한 의지를 보여줬다. 히트펌프 기반의 냉난방설비 통합시스템은 온실가스 감축의 핵심수단이 될 수 있다.
유럽은 2027년까지 주택에 히트펌프 보급률을 1,000만대까지 확대하기로 했으며 미국 역시 전기 히트펌프 설치 투자를 확대했다. 국내시장도 가스보일러에 보조금을 지급하고 있으나 히트펌프 제품에 대한 정부지원을 강화해야 온실가스 감축에 한 발짝 더 다가설 수 있을 것이다.
■ 통합유니트의 글로벌 시장동향 및 규모는
해외에서는 건물에 사용되는 설비를 화석연료 대신 전기 이용설비로 전환하는 방식이 주요 이슈다.
이에 따라 독일을 비롯한 유럽에서 히트펌프를 활용한 냉난방설비 개발이 활발하게 진행되고 있다. 히트펌프 기반 냉난방, 급탕설비는 신재생에너지와 연계가 용이하며 기존 보일러에 비해 탄소배출 감소를 극대화할 수 있다. 이미 대형 공조설비에도 히트펌프가 내장된 제품이 상용화됐으며 소규모 건물에서는 태양열과 연계된 급탕탱크 결합형을 기반으로 열원을 안정적으로 공급하는 설비가 개발되고 있다.
패시브하우스, 제로에너지건축시장 등이 확대될수록 소형설비통합유니트에 대한 시장확대도 더욱 가속화될 것으로 판단된다. 또한 건물 탄소배출 감소차원에서 공조기와 히트펌프를 결합한 설비통합유니트 시장규모는 더욱 확대될 것이다.
■ 기존 유사 제품군대비 기술적 우월성은
국내 환기기업 중 히트펌프와 환기장치를 결합한 복합환기제품이 출시된 사례가 있으며 바닥 복사냉난방이 가능한 제품도 출시돼 있다. 별도의 기계실에 열회수형환기장치와 실외기가 있는 냉난방기 및 온수탱크를 병렬로 연결해 시공하는 기업도 있다.
그러나 단일 통합유니트로 냉난방, 환기, 제습, 급탕, 공기청정 등을 모두 구현한 제품은 국내에서는 현재까지 SSK의 냉난방설비 통합시스템이 유일하다.
■ 국내 통합시스템 시장규모 및 전망은
SSK의 냉난방설비 통합시스템은 패시브하우스를 대상으로 개발된 제품이다. 이에 따라 국내에 패시브하우스가 많이 보급될수록 시장규모는 더욱 커질 것이다.
단독주택의 경우 태양광 및 태양열 설치가 용이해 신재생에너지와 연계한다면 통합시스템의 장점이 더욱 부각될 수 있다. 특히 지중열은 예열‧예냉기술 등과 결합될 경우 에너지효율을 극대화할 수 있다는 장점이 있어 단독주택이나 저층 공동주택에 적용될 수 있다.
국내 통합시스템 관련제도 및 규정이 마련된다면 관련시장은 더욱 확대될 것이다. 아직 통합시스템이 국내 건축물에너효율등급인증, 제로에너지건축물인증 등 제도권 내에서 운영되고 있지 않아 시장규모가 제한적이지만 향후 이러한 점이 개선된다면 시장규모는 더욱 커질 것이다.
또한 2050 탄소중립 실현과 관련해 건물에서 화석연료를 줄일 목적으로 에너지고효율화기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 이와 관련해 설비통합유니트는 IT 기반 운영기술 및 신재생에너지 연계 등 고효율화에 최적화된 방식으로 시장수요를 충족할 수 있다. 이에 대한 실증 및 검증이 확인될 경우 향후 전망은 긍정적이다.
■ 중장기 사업전략은
지난해 하반기부터 전국적으로 많은 문의가 쇄도했으며 이중 전원주택 단지를 중심으로 문의를 많이 받았다. 강원도 평창 30세대, 전남 담양 260여세대 단지에 태양광 발전설비와 함께 냉난방설비 통합시스템을 도입하겠다는 문의가 있었으며 예비 건축주들도 많은 관심을 가지고 연락을 줬다. 또한 베트남과 인도네시아, 몽골, CIS(독립국가연합) 국가 등에서도 문의가 잇따르고 있다.
SSK는 올해 제조공장 증설과 생산인력을 충원할 계획을 가지고 투자유치를 진행할 예정이다. 이와 함께 다양한 사이즈의 제품들을 지속적으로 개발해 시장수요에 대응할 예정이다.
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