전 세계는 온실가스 감축이라는 공동의 목표 아래 다양한 방안과 수단을 개발하고 있다. 특히 최종에너지 소비의 큰 비중을 차지하고 있는 열분야의 효율적인 활용방안 연구는 이러한 온실가스 감축목표를 달성하는 데 큰 기여를 할 것으로 전망된다.
약간의 전기에너지를 소모해 자연상태에 존재하는 열을 이용, 가치있는 냉·온열을 만들어내는 핵심기기가 바로 히트펌프다. ‘히트펌프기술의 현재와 미래’ 세미나에서는 다양한 관련 전문가들과 히트펌프산업의 동향과 발전방향에 대한 최신 정보를 공유했다.
에너지절약형 히트펌프 설치사례
첫 번째 연사로 나선 이진백 부-스타 이사는 ‘친환경 에너지절약형 히트펌프시스템 소개 및 설치사례’를 통해 부-스타의 수열 및 공기열 히트펌프의 최적 설치사례를 소개했다.
수열 히트펌프는 △공정폐수 △중수도사업장 △지하수 유출사업장 △하천수·물재생센터 △냉각탑 순환수 등 다양한 유형에 적용할 수 있으며 냉방 및 쇼케이스 냉각수 온도(27~35℃)를 열원으로 온수·급탕을 공급한다. 이는 냉각부하 감소와 온수생산을 동시에 사용할 수 있어 COP 6.0의 고효율 운영이 가능하다는 의미다.
실제로 00 대형마트에 냉장쇼케이스 냉각수(32~35℃)를 열원으로 사용해 급탕(55~60℃)을 공급하고 있으며 보일러운전을 최소화해 연료비 절감과 대기오염물질 배출감소를 동시에 수행하고 있다. 냉각수를 열원으로 사용함으로써 냉각탑의 부하를 감소시켜 총 35%의 연료비 절감효과를 가져왔다.
이진백 이사는 “공기열 히트펌프는 골프장, 연수원 콘도, 온천 등 급탕을 연중사용하는 수요처에 적합하며 옥상 및 주차장 외에 설치할 수 있어 건축물 활용, 기계실 건축비 절감이 가능하다”라고 밝혔다.
공동주택 지열시스템 적용방안
민경천 지엔원에너지 대표는 ‘공동주택과 지열히트펌프’라는 주제로 공동주택의 냉난방 현황과 지열 히트펌프 적용방안, 시스템 적용사례 등을 설명했다.
현재 국내 공동주택의 주요 냉난방 방식은 크게 지역난방을 이용하는 방식과 보일러를 이용하는 방식으로 구분된다. 이번 발표에서는 두 가지 형태에 지열시스템을 접목시키는 방식을 검토했다.
민경천 대표는 “세대별 공급방식은 히트펌프가 각 세대에 위치해 개별적인 제어가 가능하고 적은 규모의 공동주택에 적합하다”라며 “저층은 일반적으로 난방비가 더 많이 들어가는 경향이 있으므로 저층부 세대만 지열시스템을 적용하고 고층부는 지역난방 혹은 보일러를 설치하는 전략을 사용할 수 있다”고 말했다. 이어 “중앙공급방식은 기계실에 히트펌프가 위치해 유지관리가 용이하고 다규모 공동주택에 적합하지만 개별제어는 불가능하다”고 설명했다.
지열시스템 적용사례인 청량리 4구역은 공동주택과 상업용 건물이 공존하는 복합구역이다. 총용량 1,856RT 중 주거부분은 504RT, 비주거부분 1,352RT다. 주거시설은 개별식이기 때문에 4RT급 히트펌프 126세대가 각각 설치됐고 호텔, 상가, 오피스 등 비주거구역에는 중앙집중식 냉난방설비가 설치됐다.
거여동 재개발구역은 총용량 1,665RT이며 주거지역에 히트펌프용량 3RT 28세대, 3.84RT 322세대, 5RT 12세대에 설치했다. 주거부문 1,397RT 외의 비주거부문에는 268RT가 적용됐다.
히트펌프 이용한 복사냉난방시스템
김종헌 MTES 대표는 ‘신재생에너지시대 히트펌프의 역할’이라는 주제로 발표를 진행했다.
MTES는 유럽 공조시장 1위업체인 에어맥(Aermec)의 공식 파트너로 ‘여름 안에서 가을을 산다: 쁘란코’라는 카피를 내세우며 쾌적한 실내공간 조성에 앞장서고 있다. 쁘란코는 히트펌프와 환기장치로 구성됐다. 복사공조시스템을 적용해 실내에 에어컨이나 공기청정기가 없어도 하루 12번 신선한 공기를 유입시킨다.
MTES가 복사냉난방시스템을 설치한 성남시의 100평대 고급형 패시브하우스는 히트펌프 1대로 냉난방, 급탕을 모두 해결하고 있다. 이 현장은 2018년 기록적인 폭염 속에서도 동굴처럼 신선한 느낌을 구현한 것으로 평가됐다.
김종헌 대표는 “MTES의 시스템은 한 건물 안에서 냉방과 난방을 동시에 가동할 수 있다”라며 “특히 난방과 냉방부하가 크게 차이가 날 때도 자체적으로 균형을 맞추기 때문에 높은 성능과 효율을 낼 수 있다”고 설명했다.
4차 산업혁명 시대 히트펌프기술
김석우 삼성전자 부장은 ‘원격 히트펌프기반 클라우드 서비스’를 통해 4차 산업혁명 시대에 변화하고 있는 히트펌프기술을 설명했다.
삼성전자의 S-NET Cloud는 편리한 원격관리를 통해 경제적인 에너지절감을 실현하는 에너지관리 원격솔루션이다. 공공·학교·오피스 등은 공조기기 관리자가 없는 중소현장이지만 국가정책과 맞물려 냉난방에너지 절감 및 효율적인 관리가 필요한 곳이다. 또한 프랜차이즈, 리테일 등은 본사에서 각 지점의 에너지사용현황을 원격으로 관리할 수 있어 S-NET Cloud가 적용되기 안성맞춤이다.
인터넷을 기반으로 모바일, 태블렛, PC 등을 이용해 현장의 운전상황을 관리하고 에너지 알고리즘을 통해 비효율 운전이나 에러발생을 수정할 수 있다.
김석우 부장은 “창문이 열려있거나 작동중지를 잊고 외출한 경우와 같이 사용상의 부주의로 냉난방에너지가 낭비될 수도 있는데 이러한 가능성을 보유하고 있는 기기를 감지해 개선방안을 제안한다”라며 “지난 2016부터 S시 교육청 산하 4개 학교에서 실증운전되고 있으며 S-NET Cloud 적용 전과 비교해 평균 14.6%의 에너지절감효과가 나타났다”고 설명했다.
글로벌 냉매동향
김욱중 한국기계연구원 박사는 ‘히트펌프 냉매 및 미래방향’을 주제로 발표를 진행했다.
유럽시장의 경우 2018년 기준 스크류냉동기는 R134A 냉매 비중이 가장 높았으며 스크롤냉동기는 R410A가 주류를 이뤘다.
분리형 에어컨에서는 R410A와 R32로 양분되는 구도로 나타났다. 프랑스와 스페인에서는 R410A가 강세였으며 독일 및 이탈리아에서는 R32가 앞질렀다. 영국에서는 아직까지는 R410A가 비중이 높지만 R32와 경합을 벌이고 있는 상황이다.
전체적인 트렌드는 R32로 옮겨가는 추세가 분명히 나타나고 있고 세금과 가격, 쿼터 등 요소가 산업에 영향을 미치고 있다. 다만 VRF에 대한 R32 적용은 불확실한 상황이다.
유럽시장에서 냉매에 가장 민감한 이슈로는 가격과 기술훈련, 무역이슈 등이다. 또한 GWP와 가연성 사이에서 선택을 망설이고 있는 모습도 나타난다.
김욱중 박사는 “지난 3월 개최된 2019 ISH에서는 Low GWP 냉매를 적용한 제품들을 확인할 수 있었다”라며 “여러 회사에서 R1234ze 냉매를 적용한 스크류 및 터보냉동기를 출시했으며 GWP가 약 600수준인 R513a 냉매를 적용한 냉동기가 처음 등장했다”고 말했다. 이어 “NIBE사는 프로판(R290)을 적용한 공기 대 물 히트펌프 제품도 전시하고 있었으며 물과 암모니아를 이용한 흡수식냉온수기, 물을 이용한 터보냉동기 및 증발냉각기 등도 볼 수 있었다”고 설명했다.
첫 번째 연사로 나선 이진백 부-스타 이사는 ‘친환경 에너지절약형 히트펌프시스템 소개 및 설치사례’를 통해 부-스타의 수열 및 공기열 히트펌프의 최적 설치사례를 소개했다.
민경천 지엔원에너지 대표는 ‘공동주택과 지열히트펌프’라는 주제로 공동주택의 냉난방 현황과 지열 히트펌프 적용방안, 시스템 적용사례 등을 설명했다.
김종헌 MTES 대표는 ‘신재생에너지시대 히트펌프의 역할’이라는 주제로 발표를 진행했다.
김석우 삼성전자 부장은 ‘원격 히트펌프기반 클라우드 서비스’를 통해 4차 산업혁명 시대에 변화하고 있는 히트펌프기술을 설명했다.
김욱중 한국기계연구원 박사는 ‘히트펌프 냉매 및 미래방향’을 주제로 발표를 진행했다.
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