[투데이에너지 홍시현 기자] 히트펌프는 자연열원을 이용해 에너지를 생산하는 장치로 지속 가능한 발전을 위해 필수적인 기술 중 하나이다.
히트펌프 기술은 에어컨, 냉난방 시스템, 냉장고, 난방 시스템 등 다양한 용도로 사용되며 에너지 절감 및 환경 보호에 기여를 할 수 있어 세계적으로 주목받고 있다.
히트펌프의 가장 큰 장점은 에너지 절감이다.
히트펌프는 자연열원을 이용해 에너지를 생산하기 때문에 전기나 가스와 같은 화석 연료를 사용하지 않아 탄소중립을 지향하는 글로벌 트렌드에서 절대적이다.
특히 난방과 냉방 시스템에서는 히트펌프를 이용해 전체 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다. 환경 보호에도 기여한다. 히트펌프는 전기나 가스와 같은 화석 연료를 사용하지 않아 대기오염 문제와 에너지 절약에 따른 온실가스 배출량 감소 효과도 기대할 수 있다.
이에 지속가능한 발전을 위해 필수적인 기술로 인식되고 있다. 세계적으로 에너지 문제는 지속 가능한 발전을 위한 가장 큰 문제 중 하나로 히트펌프 기술은 에너지 절약과 환경 보호를 동시에 달성할 수 있는 혁신적인 기술이며 지속가능한 발전을 위해 필수적인 기술 중 하나로 손 꼽힌다.
■상업·가정·농업 등 다양한 활용
히트펌프는 에너지를 사용하는 대부분의 시설에서 적용이 가능하다.
많은 호텔에서 에너지 절감을 위해 히트펌프를 활용하고 있다. 호텔에서는 대규모의 에어컨 및 보일러 설비를 운영하기 때문에 에너지 비용이 많이 발생한다. 이에 따라 냉난방을 히트펌프를 이용해 쾌적한 실내 환경을 유지하면서 에너지 절감 효과를 높일 수 있다.
슈퍼마켓에서도 히트펌프 활용을 늘리고 있다. 슈퍼마켓은 대규모의 냉장 및 냉동 설비를 사용하기 때문에 매우 많은 전기 에너지가 소비돼 히트펌프를 적용해 전기 에너지를 절감하고자 하는 경우가 많다. 히트펌프를 이용하면 냉장 및 냉동에 필요한 에너지를 절약할 수 있으며 적정한 온도를 유지하면서 에너지 효율성을 높일 수 있다.
공장과 사무실에서도 역시 히트펌프를 이용하면 난방 및 냉방을 포함한 다양한 열에너지를 효율적으로 제어할 수 있어 전체적인 생산성을 향상시키는 데에도 도움이 된다.
히트펌프는 상업용을 넘어 가정용으로도 보급이 확대되고 있다. 유럽에서는 핫 이슈 아이템이다.
북유럽 지역에서는 난방을 위해 가정용 히트펌프를 널리 사용한다. 겨울철 기온이 매우 낮기 때문에 가정에서는 히트펌프를 이용한 난방이 필수적이다. 지역에서는 전기를 사용해 히트펌프를 구동하며 이를 통해 난방 비용을 절감할 수 있다.
또한 일본에서는 가정용 히트펌프를 이용한 온수난방 시스템을 널리 사용한다. 일본에서는 가정용 히트펌프를 이용해 수온을 조절하는 방식으로 난방을 제공한다. 이를 통해 전통적인 난방 시스템보다 매우 저렴한 비용으로 난방을 제공할 수 있다.
한국에서도 가정용 히트펌프를 적용한 사례가 늘어나고 있다. 경상남도에서는 가정용 히트펌프를 활용한 지역난방 사업을 진행하고 있다. 이 사업에서는 지역주민들의 가정에 히트펌프를 설치해 지역난방을 제공한다. 이를 통해 지역주민들은 난방 비용을 절감할 수 있으며 동시에 지역난방의 에너지 효율을 높이고 있다.
농업용 히트펌프는 농작물의 생산성을 높이고 농가의 경제적 이익을 증대시키는 데에 매우 효과적이다.
일본에서는 농가에서 농작물의 생산성을 높이기 위해 농업용 히트펌프를 적극적으로 활용하고 있다. 본의 주요 농산물인 쌀과 토마토 등의 작물에서는 히트펌프를 이용해 작물의 온도와 습도를 적절하게 유지하고 일조량이 부족한 경우에는 인공적으로 조명을 제공해 생산성을 높인다. 또한 대형 농가에서는 히트펌프를 이용해 식물을 자동으로 운반하는 시스템도 도입해 운영 중이다.
우리나라 농가에서도 히트펌프를 적극적으로 활용하고 있다. 예를 들어 농업용 온실에서는 히트펌프를 이용해 온도와 습도를 적절하게 제어하고 농산물의 수확량을 높일 수 있다.
또한 농가에서는 히트펌프를 이용해 지하수나 지열로 난방을 하고 난방비용을 절감할 수 있다. 또한 히트펌프를 이용해 농산물을 보존하는 기술도 개발되고 있다. 예를 들어 귀리나 다른 식량작물을 저장할 때는 온도와 습도를 적절하게 유지해 보존성을 높이기 위해 히트펌프를 이용해 저장실 내부의 온도와 습도를 적절하게 제어하고 농산물의 보존기간을 연장할 수 있다.
■기술 개발 방향
히트펌프는 에너지 절감과 탄소배출 감소에 큰 기여를 할 수 있는 대체 에너지 기술 중 하나다. 그러나 현재 히트펌프는 여전히 고가의 기술이며 기존 기술에 대한 개선이 필요하다.
따라서 미래에 히트펌프 기술 개발을 위해 효율성, 신재생에너지 등 다양한 방향에서 기술 개발이 추구돼야 한다.
히트펌프는 고가의 기술로 효율적인 디자인과 기술 개발이 필요하다. 히트펌프의 효율성을 높이고 저비용으로 생산이 가능한 기술을 개발해야 한다. 동시에 신재생에너지와 연계해 사용하면 더욱 효과적으로 에너지를 활용할 수 있기에 이 부분에 각별한 관심이 요구된다.
가정용, 상업용, 농업용 등 다양한 용도에 맞는 제품 다변화가 필요하다. 이를 통해 더욱 다양한 분야에서 히트펌프를 사용할 수 있으며 시장의 규모도 더욱 확대될 수 있다.
최근 유럽의회에서는 히트펌프를 포함한 공조 장치에 들어가는 불소화 온실가스를 단계적으로 감축하기로 결정했다. 이에 따라 2026년부터는 불소화 온실가스를 포함하는 장비 제조가 전면 금지될 것으로 보인다.
이미 최근 독일에서 열린 ISH에서는 R290 냉매를 적용한 히트펌프가 집중 조명됐다. 현재 히트펌프에서 사용되는 냉매는 대부분 환경오염물질로 분류돼 이러한 냉매의 사용을 줄이거나 친환경적인 냉매를 개발해야 한다.
히트펌프는 전기 에너지를 사용하기에 에너지 저장이 중요하다. 스마트 에너지 스토리지 기술은 전기나 열 등의 에너지를 저장해두고 필요한 때에 사용하는 기술이다. 이를 활용하면 히트펌프가 발생시키는 열을 저장해 두고 필요한 때에 사용함으로써 에너지 소비를 줄일 수 있다. 또한 스마트 에너지 스토리지를 통해 히트펌프가 발생시키는 열을 건물 내부뿐 아니라 외부에 전달할 수 있으며 이는 지역난방 등의 지역에너지 시스템 구축에도 활용될 수 있다.
스마트 에너지 스토리지 기술을 히트펌프에 적용하기 위해서는 에너지 저장 장치와 이를 제어하는 소프트웨어가 필요하다. 에너지 저장 장치는 높은 에너지 밀도와 빠른 충/방전 속도가 필요하며 이를 위해 배터리, 열 저장 장치, 수소 저장 장치 등이 개발이 한창 진행 중이다. 또한 이러한 장치를 효율적으로 제어하기 위해 인공지능(AI) 기술을 활용하는 연구도 진행되고 있다.
스마트 에너지 스토리지를 히트펌프와 연계해 활용하기 위해서는 에너지 관리 시스템(EMS)이 필요하다. EMS는 건물 내부의 온도, 습도, CO₂ 농도 등을 모니터링하고 이를 기반으로 히트펌프와 에너지 저장 장치를 제어해 에너지 소비를 최적화한다. 또한 인공지능을 활용해 건물 사용 패턴 등을 학습해 효율적인 에너지 관리를 수행할 수 있다.
히트펌프는 글로벌 ‘블루칩’ 아이템으로 선행 연구 분석, 다양한 시험 및 검증, 협업과 개방, 지속 가능 기술 개발 등에 향후 우리나라의 대표적인 수출 아이템으로 자리잡을 수 있도록 민·관·학의 상호 지원·협력 체계 강화에 적극 나설 때이다.