공기열·지열 복합열원과 심야전력을 연계한 복합열원 혼합축열식 히트펌프 냉난방시스템이 개발됐다.

엠.티.에스(MTS)는 공기열·지열원 단독·다중운전으로, 난방시 80℃ 고온수와 냉방시 -5℃ 브라인액을 출수하는 25RT급 이원사이클 히트펌프시스템을 최근 개발했다고 밝혔다.

최근 정부에서 공공 및 민간건축물의 신재생에너지 설치 의무비율을 점진적으로 확대하고 있지만 현실적으로 적용 가능한 신재생에너지는 지열원과 태양에너지에 국한돼 있는 게 현실이다. 특히 법규상 일정 비율 이상의 신재생에너지를 사용해야 하는 냉난방 열원의 경우, 대부분 지열원을 이용한 냉난방 설비가 적용되는데 냉난방 부하를 지열로만 감당할 경우 지중열교환기를 설치하기 위한 투자비가 과대해지고 넓은 부지가 필요한 것이 문제였다.

엠.티.에스(MTS)가 개발한 공기열·지열을 이용한 ‘복합열원 혼합축열식 히트펌프 냉난방시스템’은 기존 시장의 여러 난제를 극복할 수 있도록 법적 한계까지만 지열을 부분적으로 사용하고 나머지 필요한 열을 공기열로 충당해 초기 시설투자비를 획기적으로 줄일 수 있는 점이 강점이다. 또한 빙축열 및 수축열 이용이 가능한 축냉설비로 개발돼 심야전력을 이용하면 운영비도 대폭 절감할 수 있다.

곽상기 엠.티.에스 대표는 “공공 건축물의 신축 및 증축, 개축의 경우 연면적 1,000㎡를 넘으면 신재생에너지를 일정 비율 이상 공급해야 하고 또 국가적으로 피크전력을 감소시키기 위해 필요한 냉방설비 용량의 60% 이상을 심야전력을 이용하는 축냉설비나 가스냉방과 같은 비전기식으로 설비하도록 법에 규정돼 있다.”라며 “우리 신제품은 신재생에너지를 이용한 고효율, 친환경 히트펌프 기술이 적용돼 에너지절감은 물론 탄소배출량을 줄여 정부의 탄소중립, 녹색성장 실현에 기여할 것으로 기대된다.”고 말했다.

엠.티.에스의 복합열원 혼합축열 냉난방시스템은 복합열원(공기열+지열원)의 이원사이클 고온수 히트펌프와 빙축열(냉방), 수축열(난방)의 혼합축열조로 구성되며 7개 전자식팽창밸브(EEV)와 3개 전동볼밸브(EBV) 제어 등 가변운전모드 제어기술을 통해 외기온 저하시에도 성능저하 없이 지열, 공기열 단일열원 운전 및 복합열원(지열+복합열원)운전이 가능하다.

한국생산기술연구원에서 물대물 지열원 히트펌프 유닛과 공기열원 히트펌프 유닛의 냉난방 COP 인증 결과, 개발 당시 세웠던 목표치와 시험표준인증 기준치를 상회하는 성능인증도 받았다. 인증 내역에 따르면 △지열(지중루프)난방 COP 3.64 / 지열(지중루프) 냉방 COP 5.05 △지열(지하수)난방 COP 4.02 / 지열(지하수)냉방 COP 6.31 △공기열원 난방 COP 3.36 / 공기열원 난방저온 COP 2.12 / 공기열원 난방제상 COP 2.66의 성능 효율을 갖췄다.

복합열원 혼합축열 냉난방시스템은 에너지소비가 많은 공공건물, 상업용 건물, 체육시설, 공항시설, 교육문화시설, 스마트팜, 에너지융복합단지 등의 냉방, 난방, 급탕 부하에 대응할 수 있다.

개발시스템…에너지 신산업분야의 기술자립 실현 밑거름

복합열원 혼합축열 냉난방시스템은 기술적 측면에서 단일열원 히트펌프의 적용 한계를 극복하고 동일 용량 냉난방설비 대비 건물의 냉·난방 설비규모를 축소 가능하다.

일반적으로 단일열원인 공기열 히트펌프는 외기 1.5℃ 이하로 떨어지면 성능(COP)이 급감하고 수열원 히트펌프는 하천, 저수지, 강 등 이외의 지역에서는 수열 적용에 한계가 있다.

또 지열 히트펌프는 넓은 지중열교환기 설치면적이 필요하고 높은 초기투자비용도 부담로 작용한다.

회사 측은 이에 반해 복합열원 히트펌프는 지열과 공기열 2종의 단일열원 융복합 운전으로 적용 한계를 극복할 수 있다고 강조했다.

특히 지열 100%를 사용하던 기존의 지열히트펌프와 수축열조 이용 축열시스템 대신 지열 30%(법규), 공기열 70%의 복합열원 히트펌프와 혼합축열 이용 시스템을 적용하면 축열조 저수량을 냉방시 최대 88.5%, 난방시 최대 70% 줄일 수 있다. 또 심야전기 이용 건물의 냉난방 부하 기준 40% 이상을 야간축열로 대체하므로 열원장비 용량을 60% 정도로 설정할 수 있어서 지열시스템 대비 설비 규모를 40%까지 축소 가능하다.

복합열원 혼합축열 냉난방시스템은 경제성도 뛰어나다. 200RT 히트펌프 냉난방설비 기준 설치투자비를 비교했을 때, 지열설비(약 880백만원) 대비 복합열원설비(약 453백만원)가 49% 정도 절감되는 것으로 나타났다. 비축열식 설비 대비 축냉설비를 설치하면 심야전력을 사용하므로 전기요금 절감도 가능하다.

곽상기 대표는 “개발 기술은 히트펌프 제작 및 설비 관련 기계/전기/통신/제어산업 등 2차 파생산업과 동반 성장이 가능한 만큼 친환경에너지타운, 신재생에너지 융·복합단지 구축 등 에너지 신산업분야에서 우리나라의 기술자립 실현에 밑거름이 될 수 있다.”라며 “빠른 시일내에 신재생에너지 보급사업 적용 및 심야전기 축냉설비 인증. 공공기관/조달청 우선구매 대상 지정 등을 통해 신축건물은 물론 기존 지열원 수축열시스템 교체 현장 등으로 시장을 확대해나갈 것”이라고 밝혔다.

향후 국내 축열식 히트펌프 시스템 시장은 2025년 1조 5천억 규모로, 융·복합지원사업 시장은 2025년까지 1,500억원 규모로, 지열원 히트펌프 시스템 시장은 2024년까지 5,000억원 규모로 성장이 예상되고 있다.

엠.티.에스(M.T.S)는...

엠.티.에스(M.T.S)는 2002년 파이프가공 설비 전문기업으로 설립된 후 2004년 10월부터는 설비기술을 활용한 다양한 냉동공조기기의 필수 기능 부품을 개발해 Sub ASM 형태로 국내 주요가전 대기업에 공급하고 있다.

냉동공조기기 부품은 주로 냉동사이클 관련 부품으로 압력용기 제품군인 Accumulator, Oil Separator, Receiver, Muffler 등과 파이프 관련 부품군인 Suction Pipe, Evapꠓorator, Joint Pipe 등이다.

냉동공조기기 부품사업은 회사의 뿌리이자 주력 사업인 만큼 기술력과 Know How를 기반으로 지속적인 품질개선과 생산성 향상을 통해 항상 최고의 품질과 가격, 정확한 납기로 고객만족을 실현해 나가고 있다.

2012년부터는 냉동사이클 기능부품의 기술력과 노하우(Know How)를 기반으로 히트펌프 냉난방 및 급탕 관련 제품개발에 착수하고 2013년 4월 농업용 12RT 중온수 히트펌프를 개발해 한국기계연구원의 인증을 획득, 제품을 출시한 것을 시작으로 2014년 8RT 심야전기 보일러 대체 히트펌프의 한전 인증 획득, 2015년 20RT 공기열 히트펌프 시스템의 KTL 인증 등을 통해 제품군을 확대했다.

또한, 2018년부터 조달청 나라장터 종합쇼핑몰에 공기열 히트펌프 등록을 시작으로 2023년 기준 3가지 히트펌프 모델 등록 완료했다. 2022년 7월 김해형 강소기업에 선정됐으며, 2023년 8월 지열 히트펌프 60RT KS 및 환경표지 인증 취득했다. 지열 히트펌프는 올 11월 중으로 조달 등록을 추진 중이다.

아울러 산학연의 우수한 연구개발 네트워크 구축과 인재 확보, 칼로리미터, 계측기기 등 테스트 장비 및 생산시설 확충, 영업 및 보급망 확보 등을 추진해 지금은 그 어느 경쟁기업과 견주어도 손색없는 인프라를 구축하고 있다.