[확대경] 열펌프시스템 차세대 냉난방장치로 부상

열펌프(히트펌프)시스템이 차세대 냉난방 장치로 떠오르면서 이에 대한 국내 학계와 업계의 연구개발 움직임이 점차 활발해지고 있다.

냉장고와 에어컨 등의 냉방 가전제품은 외부의 공기를 흡입, 냉매를 이용해 차가운 공기로 바꾸고 이 공기를 순환시키는 과정을 이용한다. 그런데 이 과정을 거꾸로 하면 난방시스템이 된다.

「냉방기를 난방기로도 활용할 수 없을까」라는 생각이 바로 열펌프시스템을 태어나게 했다.

열펌프시스템은 따라서 기존의 냉방기에다 사방변(4웨이 밸브), 체크밸브 등 냉기의 흐름을 마음대로 제어할 수 있는 전환장치를 달고 난방용 모세관을 설치해 만든 난방시스템이라고 할 수 있다. 특히 열펌프시스템은 기존의 에너지를 최대한 활용하기 때문에 절전형의 냉난방 장치로 각광받고 있다.

대표적인 난방기기인 전열기는 가동에 필요한 1차 에너지를 1백으로 할 때 생산하는 전기에너지는 효율이 가장 높을 경우에도 35를 넘지않는다. 연료를 태워 난방하는 보일러도 열손실을 고려하면 공급하는 열에너지의 양은 70정도다.

전기에너지를 이용한 증기식 열펌프시스템의 경우 35정도의 전기에너지 밖에 대기로부터의 70정도의 열을 흡수할 수 있어 모두 1백5의 열에너지를 공급할 수 있다.

열펌프시스템의 기본적인 특징이 열펌프에 공급한 전기 또는 열에너지보다 더 많은 양의 에너지를 얻을 수 있다는 점을 쉽게 알 수 있다.

여기에 열펌프시스템은 냉난방을 겸용할 수 있어 사계절 모두 사용이 가능하다는 보너스가 있다.

이같은 이유로 열펌프시스템기술을 연구, 개발하려는 움직임이 최근 국내 학계와 가전업계에서도 점차 활발해지고 있다.

지금까지 개발된 열펌프시스템의 방식을 보면 △전기에너지를 이용한 전기식 △증기를 이용한 흡수식 △기름과 가스를 이용한 연소식 △열원으로 구동되는 엔진을 이용한 엔진식 등이 있다.

그런데 최근에는 환경보전에 기여할 수 있고 에너지원을 손쉽게 얻을 수 있는 열펌프시스템에 연구 개발이 집중되고 있는데 △대체냉매에 맞는 새로운 냉매를 이용한 열펌프시스템을 비롯해 △축열식 열펌프 △인버터형 열펌프 △뷜레미에르(VM)사이클 방식 등이 손꼽힌다.

VM사이클 방식은 여름철에 에어컨 등의 전력수요가 집중되는 문제가 생기면서 각광받고 있는 새로운 열펌프시스템이다. 이 방식은 여름철에는 수요가 떨어지는 가스로 냉방하도록 한 시스템인데 냉방, 난방, 급탕이 동시에 가능하며 특히 대기온도가 바뀌어도 성능에서 변화가 거의 없다는 장점을 갖고 있다. VM사이클방식은 국내에서 한국과학기술연구원(KIST), LG전자, 삼성전자, 만도기계 등을 주축으로 산학연 공동으로 개발되고 있다.

인버터형 열펌프시스템은 기계식 조절 방식 대신에 공기의 흡수 방출을 자유자재로 조절하는 마이컴을 탑재하는 것으로 전자기술의 발전에 힘입어 새로운 열펌프시스템 방식으로 떠오르고 있다.

특히 이 방식은 최근 보급이 날로 확산되는 패키지에어컨에 적용하기 쉽다는 점에서 가전업체들의 관심이 높아지고 있는데 미국의 에너지성이 성능평가 규격을 만드는 대로 상품화가 활발해질 전망이다.

이밖에 태양열을 에너지원으로 사용하는 축열식 열펌프시스템과 염화불화탄소(CFC)와 같은 기존 냉매물질에 대한 규제에 대응한 혼합냉매를 사용한 열펌프시스템도 최근 환경보전에 대한 관심이 높아지면서 연구개발이 활발해지고 있다고 김용찬 교수(고려대 기계공학과)는 전했다.

당장은 시장성이 적어 국내에서는 상품화가 그리 활발하지는 않지만 열펌프시스템이 앞으로 기존 냉방기와 난방기를 대체하는 차세대 냉난방장치로 자리매김하는 것은 시간문제라고 관련 학계와 업계 관계자들은 입을 모으고 있다.

<신화수기자>