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[HVAC KOREA] 히트펌프산업 활성화 세미나

히트펌프 신재생에너지 지정 ‘공감’



22~24일까지 킨텍스에서 개최된 2018 한국건축기계설비전시회(HVAC KOREA)의 부대행사로 히트펌프산업 활성화 국제세미나가 열렸다. 

히트펌프는 자연적인 열의 흐름을 바꿈으로써 열을 공기, 물, 지하와 같은 주변 자연으로부터 건물이나 산업시설로 전달하는 장치다. 주위 온도를 냉난방에 이용함으로써 기존 냉난방방식에 비해 높은 에너지효율이 특징이다.

유럽의 경우 재생가능에너지이용 확대 지침에 따라 공기열, 수열, 지열을 이용한 히트펌프를 재생에너지로 인정하고 있다. 다시 말해 히트펌프로부터 생산된 에너지 중 온도차에 의한 에너지이득만을 재생가능에너지로 인정하고 있다. 특히 일본은 히트펌프를 에너지효율프로그램에 의해 관리하고 있다. 

히트펌프는 열부문의 온실가스 감축을 위해 중요한 역할을 담당하고 있지만 국내에서는 아직까지 뚜렷한 히트펌프 활성화 방안이 없는 상황이다.  

국내에서는 현재 지열, 해수열(발전소 온배수열), 호소수 등을 신재생에너지로 인정하고 있지만 관련업계에서는 유럽처럼 일정 성능 이상을 발휘하는 히트펌프에 대해 신재생에너지기기로 인정해 줄 것을 요청하고 있다.

이번 ‘히트펌프 활성화 세미나’는 국내 히트펌프 시장 및 기술현황을 점검하고 산업 활성화 방안을 제시했다. 

홍희기 대한설비공학회 회장(경희대 교수)은 ‘히트펌프, 신재생에너지기기 지정 요건은’을 주제로 발표했다.

히트펌프의 존재가치는 열출력을 위해 사용된 전기생산을 위해 공급된 열보다 커야 한다. 예를 들어 난방시즌인 겨울철의 발전효율이 39.2%일 때 COP는 2.52가 나온다. 즉 COP가 2.52 이상이면 가스, 기름보일러를 사용하는 것보다 히트펌프를 사용하는 것이 국가 에너지차원에서 이득이라는 설명이다.

그렇다면 히트펌프를 신재생에너지로 인정받기 위해서는 어디까지가 신재생에너지인가라는 의문이 생긴다. 히트펌프의 출력분이 전부 신재생에너지가 아니다. 히트펌프에 투입된 에너지를 생산하기 위해 더 많은 화석연료가 사용됐기 때문에 이러한 부분의 감안이 필요하다. 

또한 COP는 일률적으로 정해지는 값이 아니기 때문에 히트펌프의 성능과 증발기, 응축기 온도에 따른 검증된 값이 필요하며 이를 통해 압축기 소요동력당 열출력 및 신재생에너지를 산출할 수 있다. 

특히 히트펌프를 냉방용으로 사용할 때는 응축기에서 방출되는 열을 공기나 땅속으로 보내는 것에 불과하기 때문에 신재생에너지와는 아무 상관이 없다. 이에 따라 냉방용으로 사용할 때 전력요금할인 등의 지원이나 혜택은 CO₂ 저감측면에서는 의미 없는 일이라는 설명이다.

홍희기 회장은 “신재생에너지 보급과 화석연료 대체 및 CO₂저감효과 도모를 위해서는 난방철 평균 COP 2.52보다 큰 효율을 가지는 모든 열원의 히트펌프는 신재생에너지에 포함시켜야 한다”라며 “제조업체 및 설치업자는 검증된 COP를 제시하고 근거가 희박한 원별 보정계수는 없애거나 정책적인 측면에서 최소한으로 적용시켜야 한다”고 말했다.

최준영 KTL 박사는 ‘히트펌프분야 국제표준화 동향’에 대해 발표했다. 발표자료에 따르면 2014년 기준 전세계 난방시장 규모는 북미 8억8,000만유로, 유럽 14억9,000만유로, 일본 3,900만유로, 중국 6,800만유로로 시장이 급속히 성장하고 있다. 

최 박사는 “표준에 대한 중요성은 점점 더 강화되고 있으며 히트펌프분야는 기존 국제표준 제정과 달리 우리나라가 선도하고 있다”라며 “히트펌프분야 국제표준을 다루는 ISO TC86 SC6는 우리나라가 지난 2004년부터 꾸준히 참여해온 국제표준화회의로 우리나라 냉동공조산업에 가장 큰 영향을 미치는 SC는 TC86 중 가장 활발하게 표준화 작업이 진행되고 있다”고 밝혔다.

우리나라는 지난 2014년 국제표준 HPWH(Heat Pump Water Heater-Testing and rating for performance, Part 1 Domestic hot water supply heat pump water heater: 열펌프보일러-시험방법 및 평가, Part 1 가정용 열펌프보일러)을 제안했으며 당시 새로운 WG(working Group) 구성이 ISO TC86 SC6에서 최종 승인돼 WG12로 정해졌다.

특히 지난 2016년 5월 새로운 NP로 △ISO/NP 19967-열펌프보일러- 시험방법 및 성능평가– Part 2 : 공조용 열펌프보일러) △ISO/NP 21787 열펌프보일러- 시험방법 및 성능평가– 부분부하 조건 및 계절성능계산 방법) 등 2건이 제안돼 국제표준화 작업이 진행 중이다.

이영수 한국에너지기술연구원 박사는 ‘차세대 히트펌프 기술’을 발표했다. 

차세대 히트펌프로 개발된 스팀히트펌프는 산업폐열을 이용, 산업공정에 사용되는 스팀을 제조하는 고효율 열이용 기술로 연료 연소 열이용대비 30% 수준의 에너지저감 효과가 기대되는 시스템이다.

국내 에너지의 60% 이상은 산업부문에서 소비되고 있으며 산업부문의 폐열 발생량은 산업단지 구입 에너지의 11.7%에 달할 정도로 막대한 산업폐열이 발생하고 있다. 대부분의 산업공정에서는 스팀기반 열에너지를 이용하고 있지만 기존 온수 생산 히트펌프기술은 산업 공정 대응에 한계가 있다. 

이에 따라 산업공정용 고온스팀(120℃)을 생산할 수 있는 히트펌프를 개발해 열저장을 포함한 최적 운전을 통한 에너지 30%를 저감할 수 있을 것으로 기대된다. 이를 위해 △스팀히트펌프 설계기술 확보 △열저장 연계 산업용 열에너지 네트워크 구축 △시스템 실증을 통한 가치를 구체화했다. 실증사이트는 LG화학 공장 내 폐기물 건조공장에 300kW급으로 구축돼 실험실 내 부하 모사환경에서 300시간 제어 검증 운전을 수행했다.  

이영수 박사는 “스팀히트펌프는 산업폐열을 이용해 산업공정에서 스팀을 제조하는 고효율 열이용 기술로 연료연소 열이용대비 30% 수준의 에너지저감 효과가 있다”라며 “이를 통해 폐열 재활용+열원장치분산으로 스팀이송 시 배관 내 손실에너지를 저감할 수 있으며 산업용 보일러시장에 새로운 비즈니스모델로 떠오를 것이 기대된다”고 밝혔다.

이 박사는 특히 “단일기기로서 에너지절약과 온실가스 감축효과가 매우 높은 친환경기기가 히트펌프인 만큼 신재생에너지로 분류하는 것이 타당하며 이에 대한 법과 제도적 변화를 준비해야 한다”라며 “히트펌프로 생산하는 모든 온도범위를 넓힘으로써 적용범위를 크게 확장할 수 있다”고 강조했다.

김욱중 한국기계연구원 박사는 ‘히트펌프와 냉매시장 동향’에 대해 주제발표했다. 각종 냉동공조기기의 작동매체로 널리 사용된 CFCs, HCFCs 및 HFCs 등의 불화가스(F-gas)는 산업혁명 이후 장수명온난화가스의 약12%를 차지하고 있다. 이중 CFCs는 몬트리올 의정서에 의해 취해진 사용금지에 따라 농도가 감소하고 있으나 대체물질인 HCFCs와 HFCs의 사용은 급격하게 증가하고 있는 것으로 나타났다.

김 박사는 “HFCs는 오존층 파괴는 하지 않으나 온실가스 잠재성을 지니고 있으며 현재 전체 온실가스의 약1%를 차지하고 있다”라며 “하지만 매년 8~9% 증가해 향후 큰 부분을 차지할 것으로 예상되고 있어 세계적으로 High GWP를 가진 HFCs 사용을 규제하기위한 다양한 정책과 방향을 제시하고 있다”고 밝혔다.