냉난방공조·기계설비·신재생·녹색건축 전문저널 칸kharn은 4월13일 서울 코엑스마곡에서 ‘All That Heat Pump 2026: 탄소중립을 이끌 히트펌프, 전략·기술로 본 현재와 미래’를 주제로 컨퍼런스를 개최했다.
이번 행사는 히트펌프 정책·제도, 지·수열에너지시스템, 가정용 히트펌프, 산업용 히트펌프, 히트펌프 시장동향, R&D 등 히트펌프 전체 산업영역을 아우르는 대규모 행사로 하루동안 6개 세션이 진행됐다.
2-1 지·수열에너지시스템 세션에서는 지·수열에너지를 활용한 히트펌프의 필요성과 개발 및 실증사례까지 히트펌프 산업성장과 탄소중립 방안을 모색했다.
발표는 △수열보급 활성화를 위한 히트펌프의 중요성(한병주 한국수자원공사 수열사업부장) △대규모 중앙집중형 실증플랜트 기술개발 필요성 및 개발동향(허재혁 한국에너지기술연구원 박사) △지열시트펌프 구축사례 공유(이성락 유천써모텍 연구소장) △수열에너지 활용기술 및 수열플랜트 적용(박형준 장한기술 상무) △스마트팜 히트펌프 보급사례(정남종 오텍캐리어 이사) △차세대 분산형 집단냉난방시스템 사례와 적용성(박시삼 앱튼 CTO/부사장) 순으로 진행됐다.
이번 지·수열에너지시스템 세션에는 약 150여명의 업계 관계자가 참석해 뜨거운 관심을 보이며 히트펌프산업의 경쟁력 강화를 위해 나아갈 방향과 지속가능성을 논의했다.
수열에너지, 냉난방 핵심 재생에너지 부상
한병주 한국수자원공사 수열사업부장은 ‘수열보급 활성화를 위한 히트펌프의 중요성’을 주제로 발표했다.
수열에너지는 여름철 수온이 대기온도보다 낮고 겨울철에는 대기보다 높은 물의 특성을 활용해 냉난방에 활용하는 재생에너지다. 현행 신재생에너지법 시행령상 하천수·해수 표층수·댐용수·원수관로 등이 법적 수열자원으로 인정되고 있으며 현재 법률 제2조 정의 조항으로 격상하는 개정안이 발의된 상태다. 국내 수열잠재량은 하천수 5,062MW, 원수 2,221MW, 하수 2,348MW, 댐용수 604MW 등 총 1만235GW로 추산된다.
한 부장은 “수열에너지의 가장 큰 장점은 에너지절감 효과”라며 “실제 스마트팜 현장에서 공기열시스템과 수열시스템을 동일조건으로 1년간 운영한 결과, 전력사용량 기준 연평균 44%, 전기요금 기준 42%를 절감한 것으로 나타났다”고 밝혔다.
특히 혹서기인 7월에는 76~79%의 절감효과가 확인됐다. 다만 수열관로 초기투자비가 크다는 점은 보급확대의 걸림돌로 지적된다. K-water는 수열관로를 국토계획법상 기반시설로 인정받아 국고지원 근거를 마련하는 방향으로 관계부처에 건의하고 있다.
제도적 기반도 빠르게 정비되고 있다. 2021년 하천법·수계법 개정으로 물이용부담금 면제와 하천수 사용료 대폭 감면 조치가 이뤄졌으며 2022년 ZEB 제도 반영, 2024년 분산에너지 활성화 특별법 포함에 이어 한국형 녹색분류체계(K-Taxonomy)에도 수열이 녹색경제활동으로 인정됐다.
사업추진 현황을 보면 K-water는 2006년 정수장 수열 도입을 시작으로 2014년 롯데월드타워 대규모 수열공급, 2020년 이후 강원 수열에너지 클러스터 조성으로 사업을 단계적으로 확대해왔다. 강원 수열에너지 클러스터는 춘천시 소양강댐 심층수(연평균 7℃)를 활용해 1만6,500RT(58MW) 규모의 냉방을 데이터센터·스마트팜 등에 공급하는 사업으로 공기열대비 전력소비량을 평균 76.8% 절감한 것으로 나타났다. 대청 수열에너지 클러스터는 충북 청주시 서원구에 2만1,360RT(75.1MW) 규모로 추진되며 2027년 착공 예정이다.
대형건축물 및 신도시 수열 보급도 속도를 내고 있다. 현대자동차 GBC(5,000RT), 영동대로 복합환승센터(1,800RT), 경기도 하남교산지구 공동주택 604세대 세대별 수열 시범사업 등이 추진 중이며 K-water는 2030년까지 누적 1.0GW 수열 보급을 목표로 하고 있다.
해외에서는 파리 센강 수열(780개 건물 냉방 공급, 2042년 3,000개로 확대 예정), 캐나다 토론토 온타리오호 냉수 활용(에너지 90% 절감), 구글 핀란드 하미나 데이터센터(해수 냉각, 연평균 PUE 1.1 미만) 등 수열에너지의 도시단위 적용 사례가 빠르게 늘고 있다.
한 부장은 “수열은 대규모 건물일수록 가성비가 높으며 신재생에너지 의무비율과 ZEB기준이 강화되는 흐름 속에서 수요는 지속적으로 증가할 것”이라며 “아직 초기단계인 만큼 충분한 실증과 심층연구를 통해 안전성과 신뢰성을 입증해 나가는 것이 무엇보다 중요하다”고 강조했다.
대규모 중앙집중형 플랜트, 복합기술로 한계 돌파
허재혁 한국에너지기술연구원 박사는 ‘대규모 중앙집중형 실증플랜트 기술개발 필요성 및 개발동향’을 주제로 발표했다.
수열에너지는 2019년 대통령령으로 신재생에너지에 편입됐으며 올해 3월에는 공기열에너지도 동일한 절차로 신재생에너지 범주에 포함됐다. 현행 신재생에너지 시행규칙상 수열에너지는 ‘물의 열을 변환시켜 에너지를 생산하는 설비’로 명확히 정의돼 있으며 히트펌프 활용이 전제조건이다. 현재 법적으로 인정되는 수열자원은 해수표층수와 하천수로 한정돼 있다.
수열에너지의 장점으로는 기존 냉난방설비대비 20~50%의 에너지절감, CO₂ 배출량 37% 이상 감축, 태양광·풍력대비 안정적인 출력 특성, 주거·상업·농업 등 다양한 분야 적용 가능성, 냉각탑·실외기 철거를 통한 열섬 완화 및 옥상 공간 활용성 증가, 설계·시공·운영 등 종합 엔지니어링분야의 고용창출효과 등이 꼽힌다.
허 박사는 “수열은 지열의 연장선에서 바라보는 시각이 있지만 출발점이 다르다”라며 “지열과 달리 수열은 대규모 클러스터 단위 지역난방에 주로 활용되는 것이 특징”이라고 설명했다.
국내 수열잠재량은 하천수가 전체의 약 55%로 가장 풍부하며 정수·공업용수·하수·지하수를 포함하면 총 14.3GW에 달한다. 현재 하천수만 법적으로 인정되고 있으나 나머지 수원에 대해서도 수질오염 및 생태계영향이 없다는 연구결과를 토대로 편입을 추진 중이다. 하수열의 경우 전국 하수처리시설 방류수를 활용하면 한국지역난방공사의 연간 열에너지 생산량을 상회하는 수준의 잠재량이 있는 것으로 분석됐다.
기술개발 동향을 보면 발전소 온배수를 활용한 제주실증 과제에서 3km 이상의 열배관을 통해 시설온실에 냉난방을 공급하는 데 성공했으며 난방 시 COP 4.3을 기록했다. 이어 과천 한강유역본부를 대상으로 한 산업부 과제에서는 수열 히트펌프를 적용한 하이브리드 냉난방시스템을 구축해 최적 운전모드에서 COP 6.9 이상을 달성했다.
현재 가장 주목되는 프로젝트는 서울 성수동의 ‘K-Project’다. 에너지기술연구원이 총괄·1세부를 맡고 장한기술이 2세부를 담당하는 이번 과제는 자양취수장에서 뚝도정수장으로 이어지는 광역원수관에서 물을 바이패스해 5,000RT 규모 건물에 수열을 공급하는 방식으로 진행된다. 하천수에 더해 건물 내 우수조·중수조·급수조의 물을 복합 활용하는 수열원 다변화 연구도 병행한다. 동절기 가동률 확보를 위해 PVT(태양광·태양열복합모듈) 및 축열조를 연계해 열원을 보상하는 방식도 적용될 예정이다. 연구팀의 분석에 따르면 수열시스템 가동 가능 수온을 5℃에서 2.5℃로 낮출 경우 가동률이 60%에서 거의 100%에 가깝게 올라간다.
하지만 기존 기술의 한계와 과제도 분명하다. 현행 신재생에너지 인증기준이 지열기반의 KS규격을 준용하다 보니 인증대상 히트펌프 용량이 150RT 이하로 제한돼 있어 대규모 현장 적용에 걸림돌이 되고 있다. 또한 냉방 또는 난방 단독운전 시에는 신재생 인증이 불가능한 규정도 데이터센터 등 냉방전용시설 도입을 가로막는 현안으로 지적된다.
허 박사는 “K-Project가 500RT 이상 대용량 히트펌프로 신재생 인증을 받아 ZEB등급을 취득하는 국내 최초 사례가 될 것”이라며 “대규모 실증을 통해 수열시스템의 안정성과 효율을 본격검증하고 향후 데이터센터 및 신도시 냉난방 공급까지 확대해나갈 것”이라고 강조했다.
복합열원 지열히트펌프, E절감·친환경냉매 ‘두마리 토끼’
이성락 유천써모텍 연구소장은 ‘지열시트펌프 구축사례 공유’를 주제로 발표했다.
건물 최종 에너지소비에서 냉난방 및 급탕이 차지하는 비중은 69%에 달한다. 그러나 기존 지열히트펌프시스템은 7℃ 냉수· 45℃ 온수 공급이라는 기술적 한계로 인해 반송 에너지소비가 크고 R410A 등 지구온난화지수(GWP)가 높은 냉매를 사용해 환경문제를 야기해왔다. 특히 4℃ 이하 저온냉수 생산시 판형열교환기 내부의 열매체가 불균등하게 순환하며 국부적 동결팽창이 발생, 장비파손으로 이어지는 문제가 지속돼 왔다.
이 연구소장은 “이를 해결하기 위해 복합열원 지열히트펌프시스템에 직·병렬 열교환기술을 적용했다”라며 “냉방운전 시에는 부하 열교환기 2대를 직렬연결해 순환수 유속을 빠르게 유지함으로써 동파를 방지하고 4℃ 저온냉수를 안정적으로 생산한다”고 설명했다.
이어 “직·병렬 열교환기술은 난방운전시에는 동일 열교환기를 병렬로 전환해 느린 유속으로 순환시켜 열전달 효율을 높이고 60℃ 고온수를 공급한다”라며 “등록특허로 보호받고 있으며 냉·온수 순환유량을 50% 줄여 반송에너지를 약 40% 절감하고 제습성능도 15% 향상시킬 수 있다”고 밝혔다.
또한 급탕운전 휴지시 미활용상태로 방치되던 디슈퍼히터를 열원 및 부하열교환기로 확장연결하는 기술도 적용됐다. 이를 통해 냉동사이클 전체의 냉매온도를 안정적으로 낮게 유지하고 압축비를 줄여 히트펌프 성능을 약 10% 향상시킬 수 있다. 실측결과 냉방 COP는 6.15에서 6.86으로, 난방 COP는 3.03에서 3.38로 각각 11%대 향상이 확인됐다.
여기에 PVT(태양광열) 복합열원 활용기술(등록특허 제10-2660333호)도 결합됐다. 기존에는 태양광 발전이 없는 야간이나 장마철에는 PVT모듈이 유휴상태로 방치됐으나 신기술에서는 야간에 집열기를 방열기로 전환해 냉방에 활용하고 난방시에는 집열기 커버를 닫아 보온성과 기밀성을 확보해 집열성능을 높이는 방식으로 연중활용도를 극대화했다. PVT 복합열원을 적용하면 지중열원 단독대비 냉방 COP는 최대 12.9%, 난방 COP는 최대 35.5% 향상되는 것으로 나타났다.
친환경 냉매 전환도 주목할 대목이다. 기존 R410A(GWP 2,088) 냉매를 저GWP 냉매인 R454B(GWP 466)로 대체해 지구온난화지수를 78% 낮췄으며 국내 최초로 지열히트펌프 환경표지인증을 취득했다. 공공조달 최소 녹색기준이 2025년 12월31일부터 GWP 1,000 이하 냉매사용을 요구하는 상황에서 선제적으로 대응한 것이다.
경제성 분석에서도 성과가 뚜렷하다. 연면적 1,300㎡ 기준으로 기계설비 공사비는 5.5% 절감되고 운영비는 30.9% 줄어드는 것으로 산출됐다. 배관경과 장비용량도 50% 감소해 기계실면적 축소효과까지 기대된다. 타사기술대비 초기 투자비는 13%, 운전비용은 30.28%, 연간 탄소발생량은 30.37% 각각 감소하는 것으로 분석됐다.
이 연구소장은 “지열히트펌프시스템은 에너지자립형 농촌주택단지, 친환경 에너지타운, 관공서·병원·학교·식품공장 등 다양한 분야에 적용 가능하다”라며 “제로에너지 건물 달성과 탄소중립 실현에 실질적으로 기여할 수 있는 기술”이라고 강조했다.
수열에너지 적용 대형건물 냉난방 해법 제시
박형준 장한기술 상무는 ‘수열에너지 활용기술 및 수열플랜트 적용’을 주제로 발표했다. 이번 발표는 기후에너지환경부의 ‘수열에너지 활용기술 및 에너지믹스 기술개발사업’ 과제 연구결과를 바탕으로 했다.
수열에너지는 신재생에너지법에 따라 해수·하천수·댐·광역원수 등 물의 열을 히트펌프로 냉난방에 활용하는 에너지다. 현재 냉방과 난방을 동시에 공급하는 시스템만 신재생에너지로 인정받는다는 점이 업계의 첫 번째 과제로 꼽힌다.
열원 측에서 가장 먼저 맞닥뜨리는 문제는 이물질이다. K-Water 자양취수장의 15년간 원수 탁도 데이터를 보면 여름철에는 탁도가 500NTU 이상으로 급등하는 사례가 빈번하다. 장한기술은 K-Water 한강유역본부 과천청사에 오토스트레이너를 2022년부터 설치·운영하고 있다. 원수 공급을 중단하지 않고 이물질이 쌓이면 자동으로 세정하는 방식으로 연간 운영데이터를 확인한 결과 냉난방 전환 시기에 연 1회 세정하는 수준으로도 수열원 공급에 지장이 없는 것으로 나타났다.
두 번째 과제는 저수온 대응이다. 한강 수계 수온은 최근 2.5℃까지 하락하는 사례도 발생하고 있다. 수온이 5~2.5℃인 기간은 난방기간 중 40~60일이며 2.5℃ 이하의 동결가능구간은 9~14일이다. 저수온 대응으로는 델타T를 줄여 유량을 늘리는 방식을 기본으로 적용하며 PVT모듈과 연계한 축열에너지를 열원보상에 활용하는 복합 구성을 설계에 반영하고 있다.
히트펌프방식 선정도 핵심이슈다. 현재 신재생에너지인증 기준으로는 150RT급 냉매전환방식까지 제품이 나와 있다. 대형건물에서는 500RT 이상의 터보히트펌프 수요가 많은 데 터보는 수전환방식을 사용해 냉난방 전환시 추가 열교환기와 펌프가 필요하다는 점이 구성의 복잡성을 높인다. 장한기술은 이 수전환유닛을 히트펌프 기종에 관계없이 패키지화해 설계에 적용하고 있다.
실제 적용현장으로는 두 곳이 소개됐다. 성수동 케이클리트 현장은 전체 부하 약 5,000RT 규모로 1,000RT급 터보히트펌프 3대가 적용되며 2028년 준공 예정이다. 판교641 현장은 설계가 완료돼 시공에 돌입했으며 ZEB인증 조건으로 150RT급 히트펌프 3대씩 4유닛 구성으로 설계됐다.
향후에는 AI기반 최적 운영제어 고도화가 추진된다. 수요·공급예측과 동결감지·히트펌프 고장 진단 등 복수의 AI엔진을 통합하고 LLM기반 대화형 BEMS-AI 어시스턴트를 통해 운영자가 자연어로 시스템상태를 조회하고 의사결정을 지원받는 구조다.
박 상무는 “현재 기술로는 수온이 2.5℃ 이상인 구간에서 90% 이상 안정적 수열공급이 가능하다”라며 “AI제어기술이 접목되면 혹한기에도 수열공급률을 더 높일 수 있을 것”이라고 강조했다.
공기열 히트펌프, 스마트팜시장 공략 가속
정남종 오텍캐리어 이사는 ‘스마트팜 히트펌프 보급사례’를 주제로 오텍캐리어 USX 히트펌프 칠러의 농업분야 적용 현황과 성과를 발표했다.
스마트팜은 PC·모바일 등 최첨단 기술을 활용해 농작물 생육환경을 점검·제어하고 데이터를 통해 최적 생산성을 구현하는 지능형 농장이다. 농림축산식품부 분류기준으로 1세대 원격 시설제어에서 2세대 데이터기반 생육관리를 거쳐 현재 3세대 로봇자동화로 발전하고 있으며 전체 시설원예 중 스마트팜 보급률은 아직 20% 수준에 머물고 있다.
정 이사는 스마트팜 히트펌프 확산의 배경으로 농촌 노동력 감소와 에너지경영비 상승을 꼽았다. 기존에는 전기보일러와 등유 등 화석연료기반 난방이 주를 이뤘으나 농사용 전기요금이 2021년대비 두배 가까이 오르면서 난방비 부담이 크게 가중됐다. 이에 따라 정부는 지열히트펌프에 이어 공기열히트펌프를 지원대상에 포함시켰으며 올해 3월에는 공기열 히트펌프를 신재생에너지로 공식 지정했다.
오텍캐리어 USX 히트펌프 칠러는 2026년 3월 고효율기자재인증을 취득했으며 농기계인증도 완료했다. 농기계인증기준에서 정격난방 COP는 3.0 이상이지만 USX는 실측기준 정격난방 COP 3.74를 기록했다. 특히 난방저온(-15℃) 조건에서도 COP 2.68을 달성해 정부기준(2.0 이상)을 크게 상회했으며 난방제상조건에서도 정격대비 93%의 용량을 유지했다.
USX의 핵심기술은 ‘Module in Module’설계다. 제품 1대 안에 4개의 독립 냉매사이클이 구성돼 있어 제상운전 시 1개 사이클만 제상에 들어가고 나머지 3개 사이클은 계속 난방을 유지할 수 있다. 고장시에도 나머지 사이클의 압축기 회전수를 높여 정상출력에 가깝게 운전이 가능하다. 최대 16대 모듈조합이 가능하며 외기운전범위는 냉방 –15~46℃, 난방 –25~43℃로 한냉지 환경에서도 안정적 운용이 가능하다.
대표 보급현장은 전북 김제의 대박영농으로 2만m²(6,000평) 규모 유리온실(토마토)에 USX 50HP 18대를 2023년 10월 납품했다. 기존 전기보일러는 전기요금 부담으로 온실설정온도를 13℃밖에 유지하지 못했으나 USX 도입 후에는 14~14.5℃로 목표온도를 안정적으로 유지하면서 전기요금을 3개월 평균 35%(약 4,850만원) 절감하는 성과를 거뒀다.
정 이사는 “현재까지 스마트팜분야에 약 20개 현장에 납품을 완료했으며 전국 4대 스마트팜 혁신밸리를 중심으로 영업을 확대하고 있다”라며 “공기열 히트펌프가 농가 경영비 절감의 핵심솔루션으로 자리잡을 것”이라고 강조했다.
분산형 차세대 집단냉난방, 에너지 패러다임 전환
박시삼 앱튼 CTO/부사장는 ‘차세대 분산형 집단냉난방시스템 사례와 적용성’를 주제로 발표했다.
앱튼은 아시아 최대 규모인 제2롯데월드 3,000RT 지열 집단냉난방 시공과 미군 평택기지 지열 냉난방시스템 구축 등의 레퍼런스를 보유한 코텍엔지니어링을 모태로 하는 r기업이다. 현재는 지열뿐만 아니라 연료전지, 태양광, 에너지융복합사업을 함께 영위하며 EMS플랫폼 개발을 기반으로 ESCO사업으로도 영역을 확장하고 있다.
국내 최종에너지 소비에서 열에너지가 차지하는 비중은 48% 이상으로 전기(22.7%)나 연료(28.6%)보다 높다. 그러나 탄소중립 및 에너지정책상 열에너지분야에 대한 정의와 목표는 여전히 미비하다. 공기열 히트펌프가 재생에너지로 편입된 것도 올해 3월이며 폐열은 아직 재생에너지에 포함되지 않고 있다.
박 부사장은 “전기에너지와 열에너지를 구분 정의하도록 법 개정이 필요하며 재생열에너지와 미활용열에너지 등의 개념확대·정립이 시급하다”고 지적했다.
집단냉난방시스템은 세대별로 공급 배관온도가 낮아지는 방향으로 진화해 왔다. 현재 국내에서 주로 운용되는 3세대는 약 100℃ 수준인 반면 5세대는 45℃ 이하다. 신재생에너지설비에서 나오는 배열·폐열은 대부분 60℃를 넘기기 어려운 만큼 이를 온도를 높이지 않고 직접 활용할 수 있는 5세대시스템이 유럽을 중심으로 급속히 확산되고 있다. 2018년 네덜란드 헬렌에서 파일럿 프로젝트로 시작된 5세대 집단냉난방(5th Gen. DHC)은 독일, 파리 등 유럽 전역으로 빠르게 퍼지는 추세다.
재생에너지 확대에 따른 ‘덕 커브(Duck Curve)’ 현상과 출력제한문제가 현실화되면서 섹터커플링기술도 주목받고 있다. 다양한 섹터커플링기술 중 현재 가장 사업성이 높은 것은 P2H이며 그 중에서도 히트펌프가 효율과 열원 다양성 측면에서 각광받고 있다. IEA에 따르면 2022년 전 세계 히트펌프 판매량은 전년대비 11% 증가하며 2년 연속 두자리 성장률을 기록했다.
국내에서도 냉방부하 증가와 2030년 민간 공동주택 ZEB 5등급 의무화가 맞물리며 새로운 집단냉난방모델의 필요성이 커지고 있다. 건물 단열성능이 높아질수록 난방부하가 줄어 기존 집단에너지 사업자의 열 판매량이 감소하는 만큼 냉방까지 함께 공급하는 새로운 비즈니스모델이 요구된다.
앱튼이 개발 중인 ‘Smart iTEN(interactive Thermal Energy balanced Networks) System’은 이에 대응하는 분산형 차세대 집단냉난방플랫폼이다.
2025년 4월부터 2028년 12월까지 45개월간 총 141억7,900만원(정부 110억원, 민간 36억7,900만원)이 투입되며 앱튼을 주관기관으로 KETI, 한양대학교, 서울에너지공사, GS파워 등 14개 기관이 참여한다. 핵심목표는 에너지 자가소비율 70% 향상, 탄소배출 저감률 50% 향상, 에너지 운영효율 40% 향상, 열에너지 공급비용(LCOH) 95원/kWh 달성이다.
시스템은 인프라·플랫폼·서비스 3개 레이어 아키텍처로 구성되며 △에너지허브 구축(1st Stage) △건물간 냉·온열 네트워킹(2nd Stage) △유휴설비 공유를 통한 적격부하 운전(3rd Stage) △배관온도 30℃ 이하 유지로 열손실 최소화(4th Stage) 순으로 단계적으로 고도화된다.
사업화도 가시화되고 있다. 서울시 모아타운사업과 연계해 성동구 성수동 수열 시범사업(2,000RT, 2027년 하반기 착공)과 강서구 등촌동 지열사업(2,000RT, 2026년 하반기 착공)에 Smart iTEN 적용을 추진 중이다. 서울에너지공사와 함께 용산국제업무지구 차세대 집단냉난방시스템 개념설계도 완료했으며 가천대학교 생활관 및 AI관을 연계한 국내 최초 5세대 집단냉난방시스템 시공도 올해 안에 완공을 목표로 진행 중이다.
박 부사장은 “국내에서는 분산형 집단냉난방시스템 활성화가 아직 미흡하다”라며 “Smart iTEN을 통해 국내 최초 5세대 집단냉난방시스템을 실증하고 글로벌시장 선도를 위한 도전적 목표를 추진해 나갈 것”이라고 밝혔다.










