건물에너지 해석은 건물 냉난방에너지 요구량 산정방법인 ISO 52016-1을 기반으로 한다. 난방·급탕설비는 EN 15316기준으로, 냉방·공조설비는 EN 16798 기준이며 조명설비는 EN 15193 기준을 참조하는 ISO 52000 family 기반을 갖고 있다. 특히 냉난방설비에서 정의되는 히트펌프는 지열, 지하수, 공기(외기), 배기 등 총 4개의 열원을 바탕으로 한다.

주거건물에서 열회수형 환기장치와 히트펌프를 결합하는 기술은 최근 급속도로 발전하고 있다. 건물의 성능이 향상되면서 냉난방 부하량이 줄어 필요로 하는 실내환기량(국내 공동주택기준 0.5회)으로도 냉방 혹은 난방이 가능해졌기 때문이다.

특히 주거에서 환기를 이용한 공기난방설비는 히트펌프 운전 시 증발기 결빙문제로 지속적인 운전이 불가능하며 효율 또한 크게 떨어지게 된다. 이 경우 배기를 이용하면 보다 효율적인 운전 및 운영이 가능해진다.

열회수형 환기유니트 결합 히트펌프 증가
EN 16573 기준에서는 주거건물에서 환기장치와 히트펌프를 결합해 이용할 수 있는 18개 항목을 제시하고 있으며 각 항목별 에너지성능 평가방법을 명시하고 있다.

주거환기에서 실내가 필요로 하는 환기량·흡기량이 결정되면 히트펌프를 운전하기 위한 별도 외기도입량은 실내 풍량에 영향을 주지 않아야 한다.

그러나 실내흡기량을 증가시킴으로써 기본 유입되는 외기량과 합쳐 공조설비처럼 공급되는 방식은 가능하다. 이러한 방법은 실내부하가 부족한 경우 유효한 방법이다. 다만 급기풍량과 흡기풍량 증가에 따른 소음문제는 해결돼야 한다.

배기히트펌프의 표준난방 성능측정 시 열원의 환경조건은 건구온도 20℃, 습구온도 12℃이며 외기조건은 건구온도 70℃, 습구온도 6℃에서 측정된다. 또한 표준 냉방성능 측정 시 열원 환경조건은 건구 온도 27℃, 습구온도 19℃이며 외기조건은 건구온도 35℃, 습구온도 24℃에서 측정된다.

배기 이용 히트펌프의 에너지해석을 위해서는 다른 환경조건에서 추가적인 성능측정이 요구된다. 난방성능 측정 시 3개의 추가적인 환경조건과 냉방성능 측정 시 2개의 추가적인 환경 조건에서 평가한다. 서로 다른 환경조건에서의 성능값을 바탕으로 선형보간법 혹은 선형외간법을 이용해 월별 환경조건에서의 성능값을 적용한다.

급탕결합 COP와 EER
환기, 냉방, 난방, 급탕 일체형 통합유니트는 총 5단계를 통해 성능평가가 가능하다.

모든 단계에서 환기장치는 계속 작동상태를 유지한다. 1단계는 환기장치의 열회수성능을 측정한다. 공기의 엔탈피 기준으로 열회수형 환기유니트를 통한 열공급량과 소비전력을 측정한다.

2단계는 급탕탱크 대기모드에서의 작동시간과 소비전력을 측정한다. 3단계는 난방성능(COP)과 냉방성능(EER)을 측정하며 해당 성능값은 환기장치에서 공급되는 열량을 제외한 난방 및 냉방에너지 공급량으로 산정한다.

4단계는 급탕탱크 관련 냉난방 동시운전이 가능한 제품과 별도운전이 가능한 제품으로 구분해 진행한다. 급탕에너지 공급량은 EN16147 기준에 따르며 수전 이용주기에 따른 성능평가를 진행한다. 마지막 5단계는 급탕탱크의 온도와 최대 용량을 산정하게 된다.

측정되거나 계산된 모든 항목은 건물에너지 계산 시 필요하며 해당 제품에 대한 에너지사용량 평가가 가능하다.

성능 평가
히트펌프 1.1kW 용량으로 표준 풍량 250CMH인 제품으로 난방, 냉방, 급탕, 환기가 가능하다. 현장 및 시험기관에서 EN 16573기준 성능평가를 진행했다. 풍동장치 활용 시 유니트 누기율 측정은 음압에서만 가능하다. 그 외 엔탈피 기준 각 부위별 공기열량과 환경조건 및 설정은 평가가 가능하다.

배기이용 히트펌프의 냉난방 성능평가 결과 정풍량 조건에서 난방성능(COP 1.76), 냉방성능(EER 2.12)은 외기이용 히트펌프에 비해 낮게 나타났다. 히트펌프 1.1kW를 운영하기 위한 열원측 풍량은 최소 600CMH를 필요로 하지만 정풍량 조건으로 진행된다면 성능이 저조해진다.

그러나 축열탱크와 동시가동 시 성능은 난방성능 COP 4.85, 냉방성능 EER 4.83으로 크게 향상된다.

즉 배기이용 히트펌프 기술은 열원과 부하측 열량밸런스에 따른 히트펌프와 풍량제어기술이다. 아직 국내에는 이와 같은 배기이용 히트펌프 기술에 대한 성능평가 및 기술이 초기단계다. 국내에서 제로에너지건축을 실현하기 위해서는 많은 기술적 스케일업이 필요한 시점이다.