▲ 히트펌프 개념도
이윤진
히트펌프는 기존의 화석연료 사용 건물 난방기기보다 효율적이다
히트펌프는 전기를 열로 바꾸는 '발열' 방식과 달리 열을 모아 이동시키는 열 '전달'에만 전기를 사용한다. 히트펌프의 효율은 냉매와 시스템의 종류, 실내와 실외의 온도 차에 달라진다.[4] 일반적으로 효율(열효율)은 획득한 전기나 동력 등의 에너지를 소비한 연료량으로 나누면 구해진다. 효율이 높다(좋다)는 것은 같은 연료의 양으로 얻는 에너지양이 많다는 것을 의미한다.
히트펌프는 냉매의 열 흡수/방출을 반복하므로 기존 난방기기와는 다른 '에너지 소비효율' 즉 'COP(성능계수, Coefficient of Performance)'라는 효율 지표를 사용한다. COP는 냉난방기기에 일정량의 일(W, Work)을 가했을 때 기기가 생성(흡수하거나 방출)하는 열(Q)을 의미한다. 이론적으로 전기히터의 열효율이 100%일 때 COP는 1이다.[5] 히트펌프의 COP는 실행하는 냉난방 온도에 따라 변하지만, 보통 COP 평균이 5(3~7)로 전기히터보다 5배 정도의 열을 발생시킬 수 있다.[6]
일부 국가에서는 이미 히트펌프가 가장 많이 사용되는 난방장치이다. 노르웨이에서는 건물의 60%에 히트펌프가 설치되어 있고 스웨덴과 핀란드에는 40% 이상 설치되어 있다. 미국 워싱턴주는 2021년부터 신축 주택과 상업용 건물에 히트펌프 설치를 의무화했다.[7] 북미는 히트펌프 설치 가구 수가 가장 많은 대륙이며, 신규 설치가 가장 많은 나라는 중국이다.[8]
지역 냉난방을 위한 히트펌프 도입
독일 히트펌프 제조 기업인 '맨 에너지 솔루션(Man Energy Solutions)'의 '해저 HOFIM(Subsea High-Speed Oil-Free Integrated Motor)'은 최초의 해저 설치 가스압축설비로 해수를 이용한 대용량 히트펌프인 'MAN 히트펌프'에 적용됐다.[9] 이 히트펌프는 바닷물 외에 주거지역과 산업단지의 오폐수, 하천 및 호수의 용수, 발전소의 온배수를 활용하기에, 설치할 수 있는 장소 선택 범위가 넓다. 독일 함부르크는 폐수를 열원으로 60MW 용량의 열을 공급하는 히트펌프를 가동할 예정이다. [10]
덴마크 림피요르드 해협 북쪽 제방에 위치한 덴마크 지역난방 발전소는 대용량 히트펌프로 해수를 열원으로 사용하고 올보르 지역의 재생에너지를 소요 전력(전달)으로 사용해 연간 16만 톤의 CO2 배출량을 감축할 것으로 기대한다.[11]
여러 개의 대형 히트펌프를 통합해서 용량을 극대화한 설비도 이미 사용되고 있다. 스웨덴 스톡홀름은 히트펌프 7대를 연결하여 215MW의 열을 공급받고 있으며, 오스트리아 빈에 설치 중인 주거지역용 히트펌프는 55MW의 열을 공급하는데 조만간 같은 설비를 추가해서 110MW로 용량을 확장할 예정이다. 오스트리아의 지역난방용 히트펌프 설비는 MW당 1000세대 이상의 열 수요를 감당할 수 있어, 110MW 용량으로 약 12만 세대, 30만 명 이상의 시민에게 연간 약 55만MWH의 냉난방을 제공할 수 있다.[12]