한국히트펌프얼라이언스는 8월28일 부산 BEXCO 제2전시장 내 세미나실에서 업계 관계자 100여명이 참석한 가운데 ‘정기세미나’를 개최했다고 밝혔다.

 

이번 세미나는 ‘한국형 기후위기 대응을 위한 히트펌프 보급 확산을 위한 정책 및 기술’을 주제로 관련 업계 및 유관 전문가를 대상으로 히트펌프 인식 강화 및 보급 활성화 정책 개발을 위해 마련됐다.

 

건물부문 명확한 전기화 목표 설정 시급

 

첫 주제발표에 나선 권필석 녹색에너지전략연구소 소장은 ‘2025 새정부에 제안하는 기후재정 방향 제안-히프펌프를 중심으로’로 발표했다.

 

신정부의 에너지정책 핵심은 환경부(기후정책)과 산업부(에너지정책) 두 트랙을 유지하는 기후에너지정책 관련 거버너스를 구축하고 있으며 2030년 20GW 해상풍력 연계 서해안 중심 에너지고속도로 구축, 2030년 재생에너지 목표 78GW 이상 등이다. 특히 △전환부문에서의 탈탄소화 △수요의 전기화 △효율 향상을 통한 수요 감소 등이 정책현황이다.

 

난방부문 탈탄소방안으로 건물 단열 강화로 건물 내 열에너지 수요 감소 및 열에너지수요 감소에 따라 화석연료 사용량 감소와 줄어든 화석연료를 전기화(히트펌프)와 지역난방 전환이 제시되고 있다. 하지만 건물부문 계획에 전기회 목표가 부족한 것이 현실이다.

 

권필석 소장은 “새정부의 난방부분 탈탄소 방안은 수송부분과 달리 건물부분은 구체적인 전기화 비율 목표가 명시되지 않았다”라며 “장기적으로 냉난방·취사용으로 사용되는 도시가스 의존도 감소를 위한 전기·수소 에너지원 기술 보급 가능을 검토할 예정”이라고 밝혔다.

 

난방부분 탈탄소를 위해서는 석탄사용 보일러를 전기사용 히트펌프로 전환하는 것이 핵심이다. 권 소장이 분석한 자료에 따르면 콘덴싱보일러대리 히트펌프의 온실가스 배출량은 28% 감소하며 일반보일러와 비교 시 무려 35% 줄어든다. 특히 2030년 전환부문에서 배출량이 줄어들 경우 감소폭은 콘덴싱보일러대비 65%, 일반보일러대비 68%로 더 커진다.

 

권 소장은 “신재생에너지로 인정되는 수열과 지열 보급 통계는 존재하나 공신력 있는 공기열 보급 통계는 없는 실정”이라고 지적했다.

 

지열은 2022년 총에너지생산량은 27만9,650toe, 누적보급용량 159만9,891kW로 최근 3년간 신규 보급 용량이 증가하고 있다. 수열 역시 2022년 총에너지생산량은 2만6,543toe, 누적 보급용량 43만7,829kW로 2021년부터 신규 보급용량이 증가하고 있다. 다만 공기열은 축열식 히트펌프에 대한 지원금이 절반으로 줄어들면서 2019년 1만2,000여대(추정)로 보급량이 감소했다.

 

반면 유럽의 경우 2022년 28.18GW가 신규 보급되면서 유럽에 설치된 히트펌프 누적용량은 129GW로 증가했다. 특히 1996년 이후 유럽 내에서 1,979만대의 누적 히트펌프가 설치됐으며 유럽에서 설치되는 히트펌프의 대부분은 공기열원이며 주로 가정용 난방용으로 설치되고 있다.

 

미국도 공기열원 히트펌프가 전체 히트펌프 보급 대부분을 차지하고 있다. 미국 가정에 설치된 대부분의 히트펌프는 공기열원 히트펌프가 60% 이상이 단독 주택이며 25%는 공동주택이다. 지열 히트펌프의 설치 총용량은 2022년 기준 20.2GWh로 연간 약3%의 성장률을 유지하고 있으며 현재 누적 170만대를 초과했다.

 

중국은 전 세계 히트펌프 보급용량의 1/4를 차지하고 있으며 공기열(ATW) 히트펌프가 보급되고 있다. 히트펌프 보급 총용량은 250GW 이상으로 중국 내 건물 난방수요의 약 4%를 충당하고 있다.

 

권 소장은 “히트펌프 확산을 통해 탄소중립의 빠진 퍼즐을 완성해야 한다”라며 “NDC, 탄소중립 계획에서 구체적 로드맵이 없으며 주요국대비 건물부문 전기화가 뒤쳐져 있다”고 지적했다. 이어 “히트펌프 보급이 확대될 경우 온실가스 감축, 에너지효율 향상, 전력계통 안정화 등을 동시에 달성할 수 있으며 건물 난방 수요 탈탄소 해법의 겅의 유일한 대안”이라며 “정부는 건물부문 명확한 전기화 목표를 설정하고 인센티브 및 요금제 설계를 통한 공간 및 시간의 맞춤형 전략과 전력망 계통 투자를 병행해야 한다”고 제안했다.

 

히트펌프 효율인증기준 개발

 

김성민 한양대 ERICA 연구위원은 ‘고효율에너지인증대상 기자재의 인증기술기준(안) 개발’ 방향에 대해 소개했다.

 

현재 한양대 ERICA는 올해 시작된 한국에너기술평가원의 에너지효율혁신 기술개발사업인 ‘탄소중립 건물용 초고효율 냉난방·급탕 히트펌프 기술개발’에 참여하고 있으며 1차년도에는 △ATW 히트펌프(고효율에너지기자재) 고시기준(안) 개발을 위한 표준, 기준 조사 분석 △ATW 히트펌프 기술기준 마련을 위한 기술 시장동향, 기대효과 등 조사 △고효율에너지기자재 인증 기술기준(안) 작성 및 위원회 운영 등을 수행한다. 현재 산업기술시험원(KTL), 한국에너지기기산업진흥회(KEAA) 등과 표준 및 인증기준 개발 협의체를 구성, 운영하고 있으며 KTL은 냉방·난방 표준화를, KEAA는 급탕 및 난방 표준화를, 한양대 ERICA는 인증기준 및 규정 제도화를 담당하고 있다.

 

해외 주요 제품 분석을 위해 일본 Daikin과 Panasonic, 독일 Vaillant, 북미 Spacepak, 중국 Haier, 한국 LG전자와 삼성전자 등 제품을 분석했다.

 

김민성 연구위원은 “국내외 제품의 공동된 특징은 R32 등 친환경 냉매를 사용하고 있으며 난방과 냉방, 급탕 동시 지원, 에너지라벨 최고 A+++ 대응이 가능했다”라며 “특히 해외시장의 ATW히트펌프는 대부분 냉난방과 급탕 겸용이며 R32 채택, 고온 급탕 대응, IoT 연동 등이 최신 기술 트렌드를 적용하고 있다”고 밝혔다.

 

이어 “유럽의 히트펌프인증기준은 에코디자인 규정과 에코라벨 기준으로 일반 및 저온 히트펌프로 구분돼 있으며 단순화된 A~G등급 체계에서의 A등급기준을 도입하고 있다”라며 “북미는 에너지효율기준 및 라벨규정으로 강제인증인 ‘ENERGY GUIDE’를, 일본은 효율기준 및 에너지제도인 ‘Top Runner’제도와 안전인증제도인 ‘PSE’ 인증을 운영하고 있다”고 밝혔다.

 

덧붙여 “중국은 에너지효율라벨제도인 CEL(china Energy Label)과 제품안전 및 품질인증인 CCC인증, 품질성능자발인증인 CQC인증을 운영하고 있다”라며 “우리나라는 3대 에너지효율 관리제도인 고효율에너지기자재인증제도, 에너지소비효율등급표시제도, 대기전력저감 프로그램 등을 운영하고 있다”고 밝혔다.

 

특히 “현재 유럽, 미국 등 주요국가들은 히트펌프의 효율관련 기준은 냉방효율(더운 여름기준) 비교시 EER을 우선하며 연중 냉방비용 절감을 극대화하려면 SEER를 선택하고 있다”라며 “난방과 냉방이 모두 필요한 경우 히트펌프의 COP(SCOP)를 확인하고 있다”고 덧붙였다.

 

친환경냉매, 인화성 대두…안전기준 개정

 

최은진 한국산업기술시험원 융복합시험인증센터 주임은 ‘친환경냉매 보급을 위한 냉방기 안전기준 개정’ 방향을 소개했다.

 

최근 친환경냉매의 인화성으로 인한 새로운 안전문제가 대두되고 있다. 현재 보급이 확대되고 있는 R32, R1235yf, R1234ze 등 인화성에 따른 A2L, A2, A3 냉매로 분류되고 있다. 인화성 냉매 누출 시 제품 폭발 위험이 존재한다.

 

최 주임은 “친환경성이 높은 냉매일수도록 인화성도 높으며 대량의 냉매를 사용하는 제품일수록 약인화성 냉매를 선호한다”라며 “국제 친환경정책에 따른 친환경냉매 적용으로 인한 새로운 안전문제가 발생하고 있다”고 밝혔다. 이어 “인성화 냉매 누출 시 주변 점화원들에 의해 폭발이 발생할 수 있으며 냉매 누설에 대한 보호 및 점화원들의 관리가 중요하다”라며 “대량의 냉매를 사용하는 경우 최소 설치면적관리가 필요하다”고 강조했다.

 

KC안전기준의 경우 IEC 국제표준을 인용하나 국내 건축환경에 따른 실외기실 내용 추가 적용이 필요하며 국내의 경우 KC 60335-2-40 부속서 GG에 따라 냉매충전량에 따른 실외기실 크기를 준수해야 한다. 현재 공동주택의 경우 실외기실이 서비스면적으로 매우 작은 면적(약3.3m²)를 갖고 있으며 실내기는 여러 대이나 실외기는 하나의 시스템에어컨이 적용되고 있다.

 

이에 따라 KTL은 최신 IEC 안전기준과 부합화된 KC 60335-2-40 안전기준 개발을 위해 에어컨 관련 주요 국제표준 및 최신 안전기술 현황을 분석하고 있다. 최신 IEC 안전기준에 반영된 신개념 등 A2L 냉매 R32 적용을 위해 필수요소를 검토하고 있으며 냉매 감지시스템 요구사항을 분석하고 있다. 또한 국내 건축물 구조에 적합한 냉매 충전량 요구조건과 실외기실 내 화재사고 예방을 위한 시험기준을 개발하고 있으며 에어컨 및 냉매 제조기업과 국내 시험기관 인력으로 구성된 기술협의체를 운영하고 있다.

 

최 주임은 “국내 친환경냉매 사용 활성화로 국가정책에 기여할 수 있으며 최신 IEC 부합화 및 KR ND개발을 통한 친환경냉매정책 대응 및 안전사고를 예방할 수 있다”라며 “국내 주거환경에 부합하는 안전기준 개발로 제품 안전성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다”고 밝혔다. 이어 “친환경냉매 사용 권장 및 냉매 안전성을 확보하기 위한 인화성 냉매를 사용하는 냉방기 안전성을 위한 제품안전기준(안)을 개발하겠다”고 강조했다.

 

냉난방 에너지 효율화 기술 실용화

 

박시삼 앱튼 부사장(CTO)는 ‘분산형 차세대 집단냉난방시스템 효율향상 기술개발 및 실증-히트펌프 활용도를 중심으로’ 주제발표했다.

 

국내의 경우 최종에너지소비의 열에너지비중이 48% 이상임에도 불구하고 탄소중립 정책 및 에너지정책상 열에너지분야에 대한 정의 및 목표가 미비한 상황이다. 우리나라의 경우 일부 에너지유관법에서 열에 대한 언급하고 있으나 열에너지의 개념과 범위를 정의한 법률이 부재한 상황이다.

 

또한 기후변화에 따른 에너지패러다임 전환으로 분산형시스템이 확산되면서 세계적으로 저엑서지 집단냉난방시스템의 필요성이 증대되고 있다. 기후변화에 따른 에너지패러다임 전환으로 2018년 5세대 집단에너지(DHC)시스템이 개발됐으며 현재는 5개 Pilot Site 운영뿐만 아니라 유럽 전역에서 5세대 DHC시스템이 확산되고 있다.

 

특히 분산 및 재생에너지 보급 확대로 인해 이종간 에너지시스템 통합기술인 섹터커플링기술이 확산되고 있으며 신재생에너지 간헐성 및 변동성 해결(계통 안정화)을 위한 역할로 주목받고 있다. 다양한 섹터커플링기술 중 최종에너지 소비유형 비중이 높은 열에너지로의 전환을 위한 P2H기술에 대한 수요 및 시장성장이 가속화되고 있다.

 

박 부사장은 “P2H기술 중 히트펌프는 전극보일러대비 높은 효율과 더불어 다양한 열원의 활용 및 계통 안정화 기여가 가능하다는 장점으로 시장성장이 가속화되고 있다”라며 “특히 해외 주요국가에서는 히트펌프(지열, 수열, 공기열)을 재생에너지원으로 인정하고 보급이 확대 중이며 정책지원 및 시장 트렌드 변화에 따라 히트펌프시장이 빠르게 성장 중”이라고 밝혔다.

 

앱튼이 개발하고 있는 Smart iTEN 핵심은 서비스(에너지통합 플랫폼 기술, 열에너지 등급 최적화 기술, 저온 열배관 유지관리기술), 인프라(순환형 에너지 네트워크 기술, 최적 설계기술, 열회복기술), 플랫폼(분산형·수요주도형 기술, 열공급 설비 공유 기술, 지역 열원 분석기술) 등이다.

 

박 부사장은 “동일한 지구 내에 부하 프로파일이 상이한 상업용, 주거용 및 특수목적 건물(데이터센터 등)이 위치하고 있으나 각 건물별 피크부하 감당을 위한 개별냉난방설비 과설계, 비효율적으로 운영되고 있다”라며 “1~2차년도에 기술협력 실증단지와 PoC실증단지에서 사전분석을 하고 Total Solution검증을 위한 Main실증단지는 2~3차년도에 구축 완료할 예정”이라고 밝혔다.

 

PoC실증단지(나주 스포츠파크)는 차세대 집단냉난방시스템의 개념의 사전분석을 통한 성공적인 Smart iTEN 기술개발 및 사업화를 추진하고 메인실증단지에는 주거용 건물(인재개발원 생활관(다솜관)), 상업용 건물(서울연구원), 특수목적건물(서울시 데이터센터) 등이 집적된 곳으로 실증단지 열 설계 부하는 냉방 1,228RT, 난방 677RT 등이다.

 

박 부사장은 “Smart iTEN Total Solution을 개발해 관련 정책 및 제도를 제안하고 냉난방 에너지 효율화 기술 실용화를 위한 다양한 목표를 제시하겠다”라며 “기술적, 사회적, 경제산업적 측면을 고려한 Smart iTEN 시스템기술 확보와 함께 시장 선도를 위한 분산형 차세대 집단냉난방 확장모델을 제안했으며 이를 통해 삶의 질이 향상된 에너지전환 대국민 수용성 증대에 앞장서겠다”고 강조했다.

 

히트펌프, 기술융합·시장창출 핵심

 

송찬호 한국기계연구원 히트펌프연구센터 센터장은 ‘최근 히트펌프기술 동향 –산업·데이터센터·디지털트윈 중심으로’ 주제발표했다.

 

송 센터장은 “히트펌프는 탄소중립, 재생에너지 전환, 에너지다소비산업 대응의 핵심 동인으로 산업 열수요가 가장 많은 150~300℃ 대응이 가능한 고온 히트펌프기술이 부상하고 있다”라며 “건물부문은 냉난방, 급탕 통합형 Air to Water시스템이 확대되고 있으며 데이터센터의 경우 폐열회수 및 액침냉각 기반의 히트펌프 응용 증가 및 디지털트윈(+AI) 기술이 점차 확대되고 있다”고 밝혔다.

 

이어 “유럽의 경우 RePowerEU, Heat Pump Accelerator 중심 시장이 확장되고 있으며 일본은 산업용 히트펌프 보조금 및 수요처 중심 개발이 확대되고 있다”라며 “한국은 보급률이 낮고 고온제품 R&D실증 확대가 필요하며 금융연계 정책이 미흡하다”고 지적했다.

 

고온히트펌프는 고온 공정열 수요가 많으나 히트펌프 고온부 온도의 경우 합성냉매의 경우 165℃, 자연냉매의 경우 280℃에서 한계가 있다. 주요 플레이어는 고베스틸, AMT, Piller, Spilling 등이 있으며 고온용 무급유 터보압축기는 일본과 EU가 가장 앞서서 개발 중이다. 국내의 경우 LG전자, 태양전기 귀뚜라미범양냉방, 센추리, 매그플러스, 기계연구원, 에너지기술연구원, 생산기술연구원 등이 주요 연구기관이다. 현재 정부과제로 1,000RT급 터보히트펌프 개발 및 제지 건조공정에 적용한 연구가 진행 중이다. 특히 기계연구원의 경우 300℃급 산업용 히트펌프를 개발하고 있다.

 

데이터센터분야 응용기술은 칠러 CDU, chip cooling, 폐열활용 히트펌프 등이 있으며 무급유 터보압축기, 마그네틱 베어링, AI 머신러닝 최적 운전 등이 개발되고 있으며 △히트펌프 활용 난방기술 △흡착식 히트펌프 냉방기술 △DC 미활용열 활용 ORC발전 등 미활용열 활용 기술이 주목받고 있다.

 

디지털트윈 히트펌프는 미국(NREL), 독일(프라운호퍼), 덴마크(댄포스), 네덜란드(그라디언트) 등 산·학·연에서 기술개발이 활발하다. 디지털트윈 HP의 요소는 △물리적 히트펌프시스템 △데이터수집/ 통신 인프라 △가상모델 등이 있으며 디지털트윈기술의 기여를 위해서는 에너지 최적화, 시스템 설계, 유지(예지)보수, 효율 향상, 신뢰성 향상 등이 시급하다.

 

송찬호 센터장은 “2030년까지 300℃ 히트펌프 실증 및 상용화 기반을 마련하고 히트펌프 AI 융합형 시스템 개발을 확대하겠다”라며 “반도체, 식품, 제지 등 산업별 특화 솔루션 확보와 민·관 협력 R&D, 수요 연계 실증사업 병행이 필요하다”고 밝혔다. 특히 “히트펌프는 더 이상 보조기술이 아닌 주력 열에너지원으로써 탄소중립과 디지털전환시대의 히트펌프는 기술융합과 시장창출의 핵심열쇠”라고 강조했다.