일본의 (사)히트펌프·축열센터는 올 초 정부의 에너지 정책 수립 시 행정전문가 등 관계 주체들이 히트펌프 분야에 관련된 정책에 활용할 수 있도록 히트펌프의 미래상 및 보급 상황을 조사 분석한 상세 자료집을 발표했다.

이 자료집에는 히트펌프의 최근 기술개발 및 보급 동향을 근거로 일본 히트펌프 산업의 향후 전망에 대해 분석했다.

무엇보다 히트펌프가 일본의 미래 사회에서 담당하게 될 사회적 의의를 명확히 하고 그 상에서 일본의 에너지 기술개발 정책 및 국제에너지기구의 향후 전략에서 히트펌프의 위치를 정리했다. 이 검토를 근거로 일본에서 미래 도입될 것으로 기대되는 새로운 히트펌프의 모습도 정리했다.

또한 히트펌프 미래상의 분석 결과를 참고로 해 2050년도까지 일본에서 히트펌프의 보급 전망에 관한 정량적 분석 및 대체 가능한 열 수요를 히트펌프로 변경한 경우, 1차 에너지 소비 및 CO2배출량 감소 효과에 대한 분석 데이터도 제시하고 있다.

본지는 국내 히트펌프 시장의 확대와 관련 산업의 발전을 위한 통계 데이터로 활용할 수 있도록 주요 내용을 연재한다.

연재내용: 히트펌프 기술개발 동향 / 히트펌프의 새로운 적용 분야 / 분야별 보급 전망

히트펌프의 미래상 분석

히트펌프는 공조용 열원과 냉장고용으로 옛날부터 사용된 기기였지만, 기술개발이 진전되며 현저한 성능 향상을 도모하고 있다. 예를 들면 가정용 에어컨은 톱 러너 제도 도입을 계기로 효율은 2배 정도까지 향상되고 있다. 또 빌딩이나 공장에서 사용되는 터보냉동기도 고효율화가 진행되면서 현재는 COP 6.5 정도의 고효율 기종이 일반화 되었으며 인버터 기술의 개발 등에 의해서 부분부하 시 효율 향상이 도모되어 외기온이나 부하 조건에 따라서는 COP 24 정도의 운전이 가능해졌다. 이와 같은 높은 효율은 주로 전동식 히트펌프에서 실현되고 있다.

또 최근에는 가정용 히트펌프 급탕기나 산업용 히트펌프의 개발과 보급 진전 등 기존에 없던 용도에도 적용이 증가하면서 향후 추가적인 성능향상과 적용 용도의 확대가 예상된다.

히트펌프가 미래 사회에서 담당하는 역할

히트펌프의 가장 큰 특징 중 하나로 효율성의 높이를 꼽을 수 있지만 일반 소비자들이 히트펌

프 이용을 고려할 경우, 그 외에도 히트펌프에는 다음과 같은 이점이 있다.

(1) 에너지절약성이 뛰어나고 투입 에너지를 상회하는 열 에너지 이용이 가능한 기술

히트펌프는 연소와 저항가열 등에 의해서 새롭게 열을 만들어 내는 것이 아니라 냉매의 상태 변화를 이용해서 대기 중 등에 존재하는 열을 이용하는 원리의 기술이다. 그 특성에서 투입 에너지를 상회하는 열을 얻을 수 있고 높은 에너지 절약성을 가진다.

(2) 그대로는 이용할 수 없는 재생가능 에너지 이용을 가능하게 하는 기술

히트펌프는 공기를 비롯한 땅속, 해수, 하천수 등 기온과의 온도차가 적어 그대로는 이용이 곤란한 열을 이용할 수 있다. 이들 열은 태양에너지를 기원으로 하는 무진장하고 친밀한 에너지이다. 이 열을 효율적으로 활용하면서 열을 만들어낸다는 점에서 태양광이나 풍력과 같은 클린 에너지 이용 기술·화석연료 대체에너지 이용 기술이나 다름없다.

일본에서는 ‘에너지 공급 구조 고도화법’(2009년 8월 시행)에서 히트펌프가 이용하는 공기열, 지중열, 수열(해수열이나 하천수열 등)은 재생가능 에너지원으로 정의되어 있다.

(3) 적용처의 특성에 따른 규모·형태로 도입 가능한 편리성이 높은 기술

지금까지도 가정에서 사용되는 룸에어컨이나 냉장고 등 비교적 소규모인 기기부터 공장의 가열 프로세스나 지역냉난방의 열공급 플랜트에서 사용되는 대규모 레벨까지 다양한 규모의 기기가 제조되고 있으므로 적용처에서 필요로 하는 열 규모에 따라 유연한 대응이 가능하다. 또 회로의 전환만으로 어떤 때는 차가운 열을, 어떤 때는 따뜻한 열을 공급할 수 있으며 그 온도 레벨도 마이너스 수십 ℃ 정도에서 백 수십 ℃ 정도의 온도까지 폭넓게 공급할 수 있다.

(4) 자연에너지 등 다양한 전원에 의한 전력을 이용 가능한 기술

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월간 냉동공조저널 2018년 9월호 참조