히트펌프

히트펌프는 열을 이동시키는 기술

일반적으로 열을 만들어내기 위해서는 나무나 화석연료 등을 태웁니다. 건물 난방이나 온수를 위해서는 석유나 가스를 사용하는 경우가 많죠. 그런데 히트펌프(Heat Pump)는 다릅니다. 열을 만드는 것이 아니라 이동시킵니다. 주변의 공기나 물, 땅 속의 열을 흡수해서 고온의 열을 만드는 거죠. 건물 외부의 열을 흡수해서 내부로 전달하면 난방이 되고, 반대로 건물 내부의 열을 흡수해서 외부로 전달하면 냉방 효과를 낼 수 있습니다. 적은 에너지로 많은 열을 공급할 수 있고 이산화탄소를 적게 배출하기 때문에 친환경 기술로 주목받고 있습니다.

그럼 히트펌프의 원리를 간단히 알아볼까요? 히트펌프는 실외와 실내에 거쳐 설치된 배관을 타고 냉매가 순환하면서 열을 이동시킵니다. 건물 외부에 있는 증발기에서 냉매가 열을 흡수하면 냉매가 기체 상태가 됩니다. 이 냉매가 압축기에서 압축되면 분자 간 마찰이 강해져서 온도가 올라갑니다. 건물 내부로 들어가 응축기에서 열을 방출하면 실내 공기를 따뜻하게 하거나 물을 데울 수도 있습니다. 냉매는 팽창밸브에서 압력이 낮아지고 온도가 급격히 떨어집니다. 그리고 다시 증발기로 이동해서 순환하죠. 이 과정에서 필요한 에너지는 전기를 사용합니다. 그리고 위와 똑같은 과정에서 흐름을 반대로 바꾸면 실내를 차가운 공기로 채우는 에어컨이 됩니다.

앞에서 설명드린 건 공기열을 활용한 공기열 히트펌프입니다. 아파트나 일반 주택에서 활용할 수 있죠. 이밖에 땅 속 지열을 이용한 지열 히트펌프, 강물이나 지하수의 열을 이용한 수열 히트펌프도 있습니다.

효율이 높은 청정에너지 기술로 주목

최근 히트펌프가 주목받는 것은 이것이 친환경 장치이기 때문입니다. 화석연료를 사용하지 않기 때문에 난방 과정에서 직접적으로 온실가스를 배출하지 않고, 기존 화석연료 보일러에 비해 에너지 효율이 높죠. 투입된 열원과 생산된 열원을 비교하면 가스보일러는 0.8~0.95지만, 공기열 히트펌프는 2.0~3.0 정도 됩니다. 약 2~3배 효율이 높은 셈이죠. 난방 뿐 아니라 냉방과 온수도 공급할 수 있어 활용성이 높고, 기존 화석연료 보일러에 비해 운영비용이 낮은 것도 장점입니다. 하지만 단점도 있습니다. 초기 설치 비용이 높고, 외부 온도가 아주 낮은 경우 난방 효율이 떨어질 수 있습니다.

히트펌프는 전기차, 배터리, 태양광, 풍력, 수전해 기술과 함께 핵심 청정에너지 기술로 꼽힙니다. 장점을 극대화하고 단점을 극복하기 위한 기술 개발도 전 세계적으로 이뤄지고 있습니다. 단순히 건물의 냉난방 뿐 아니라, 온도를 더 높여 산업용으로 사용하거나 기존의 폐열 회수 시스템과 결합해서 활용도를 높이는 등 그 범위가 확대되고 있습니다. 냉매와 열교환 기술이 더 향상되고 태양광 시스템 등 다른 기술과 연계한다면 더 큰 효과를 낼 수 있을 겁니다.

탄소중립을 이루기 위해 에너지 전환과 효율 향상이 큰 숙제가 된 상황에서 유럽, 북미 등에서는 히트펌프에 대한 정책적 지원 영향으로 시장에서 연 11.8% 성장할 것으로 전망됩니다. 우리나라도 주택과 마을 공동시설, 농가 등에 설치를 지원하고, 대용량·초고온 등 핵심 기술 개발과 산업 육성을 지원하며, 필요한 근거와 제도를 마련하기 위해 노력하고 있습니다.

온실가스를 줄이겠다는 의지가 있으면 그에 따라 기술 개발도 제도 마련도 추진될 수 있습니다. 다양한 분야에서 온실가스를 감축하는 노력들이 모여서 기후변화에 효과적으로 대응할 수 있기를 기대합니다.

 <참고자료> 
  · 기계설비신문('23.4.24.) 
  · 기후에너지환경부 보도자료('25.12.16.) 
  · 에너지경제연구원 세계 히트펌프 시장 및 정책 동향과 국내 시사점 
  · 에너지정보문화재단 
  · 한국기계연구원 산업용 히트펌프 동향과 대응 방향 
  · 한국에너지공단 신재생에너지센터