▲ 조성구 이맥스시스템 부사장
[투데이에너지 강은철 기자] 태양열과 히트펌프의 결합은 여러 가지 장점 때문에 오래전부터 전세계적으로 관심을 끌어온 분야다. 특히 유럽의 경우 2차 오일위기 때부터 태양열 히트펌프시스템이 도입되기 시작했다.

■ 필요성

첫째, 국내 태양열시장의 활성화 측면에서의 필요성이다. 현재 국내의 태양열시장은 정부의 보조사업에 의존하여 근근히 명맥을 이어가고 있는 실정이다.

특히 주택사업의 경우 보급제품의 용도를 온수급탕용으로 제한해 시장의 규모가 급격히 축소돼 있는 실정이다.

공공건물 의무화사업의 경우 태양열시스템이 주열원이 아닌 보조열원의 역할을 함으로 인해 주열원과의 연동 등 시스템이 복잡해지므로서 설계단계에서 배제되는 경우가 빈번하게 일어나고 있다.

이에 따라 이러한 시장에서의 외면에서 벗어나기 위해 온수급탕은 물론 냉난방이 가능한 복합기기의 공급이 필수적이며 이에 현실적으로 적합한 대안이 바로 태양열 히트펌프시스템인 것이다.

둘째, 태양열 및 히트펌프의 이용효율 향상 측면에서의 필요성이다. 현재의 태양열시스템은 직접사용시스템이 전부라고 말할 수 있다. 즉 직접사용가능온도(20∼60℃)로 축열해 부하처로 공급되는 시스템인 것이다.

그러나 태양열 히트펌프시스템에서는 유효사용온도범위 이외의 온도(0∼20℃)의 에너지를 히트펌프의 증발열원으로 사용하므로써 태양열의 이용율을 향상시킬 수 있다. 히트펌프의 증발온도를 높여줘 COP를 향상시킬 수 있다.

즉 태양열과 히트펌프 양측에 모두 장점을 가져다 줄 수 있는 매우 효율적인 시스템이라는 것이다.

셋째, 신재생에너지 이용율 향상 측면에서의 필요성이다.

가장 잠재력이 큰 신재생에너지원인 태양열과 공기열원을 이용하는 태양열 히트펌프시스템으로서 급탕 및 냉난방기기에 대한 신재생에너지기기 이용율을 극대화시키고 소비자의 편익향상을 도모할 수 있다.

특히 주택 및 상업용 건물에 적절하게 활용할 수 있으며 현 에너지관리공단의 주택 및 건물보급사업에 적용 가능한 모델이다. 단 이를 적용하기 위한 전제조건은 지열시스템에서와 같이 시스템을 설치하는 주택에 일반전력을 공급해야 한다는 점이다.

▲ 히트펌프 종류별 분포도

■ 해외동향

태양열 히트펌프시스템은 1980년대부터 유럽에서 보급되기 시작했으며 최근 보급업체와 보급량이 급격히 늘어나고 있다. 급탕용과 급탕·난방겸용으로 구분된다. 중국과 지중해연안국가를 중심으로 급탕전용이 많이 보급되며 그 외의 유럽국가들은 난방겸용제품이 많이 보급되고 있다.

급탕용은 대부분 자연순환형태양열온수기와 히트펌프의 pararell 구성형태(도표 참조)이며, 난방겸용은 강제순환형태양열시스템과 축열조와 히트펌프의 통합유니트에 의한 serial 구성형태다.

유럽의 경우 20-20-20 프로그램(2020년까지 CO₂20% 감축, 에너지효율 20% 향상, 신재생에너지비율 20% 달성)에 의한 보급장려정책과 저에너지·제로에너지빌딩 솔루션이 태양열 히트펌프라는 인식하에 보급이 확산되고 있다.

특히 독일의 경우 2008년부터 태양열-히트펌프시스템에 대해 ‘Combination Bonus’를 지급했으며 전체 히트펌프보급량의 약 26%가 태양열-히트펌프인 것으로 조사된 바 있다.

유럽의 보급통계자료에서도 전체 히트펌프 보급량 중 공기열원히트펌프가 27%, 지열원히트펌프가 23%, 태양열원히트펌프가 23%를 점하고 있다.

사용형태를 보면 난방겸용으로 사용하는 경우가 87%로서 다수를 차지하고 있으며 난방겸용가구 중 58%가 히트펌프를 통한 냉방을 하는 것으로 나타났다.

■ 결론

앞으로 태양열 히트펌프시장은 급격히 늘어날 것으로 전망된다.

특히 우리나라의 경우 동절기조건(저온의 증발열원과 고온의 공급열 조건)이 태양열 히트펌프시스템의 serial operation에 적합한 것으로 나타나 관련기기의 연구개발과 보급에 대한 맞춤정책을 수립, 시행해 국가적인 신재생에너지보급율 향상과 사용자의 편익향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

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