우리나라는 2050 탄소중립을 선언하고 탄소중립의 길목인 2030년 국가온실가스감축목표(NDC)를 상향했다.
이에 따라 우리나라 온실가스 배출의 24%를 차지하는 건물부문은 2018년대비 32.8% 감축을 달성해야 한다. 특히 건물부문 중 주택에서의 에너지소비구조를 살펴보면 난방이 44%, 온수가 26%를 차지하고 있다.
권유진 한국에너지기술연구원 연구원은 ‘단독주택에 적용된 공기열원 히트펌프 및 PVT시스템 운전특성 분석’을 통해 PVT와 히트펌프의 연계시스템의 특성에 대해 공유했다.
태양열·히트펌프 연계 상관관계 도출ZEB는 건축물에 필요한 에너지부하를 최소화하고 신재생에너지를 적용해 에너지소비량을 제로화하는 것으로 패시브, 액티브, 신재생에너지 등 3가지 요소가 조화롭게 적용돼야 한다.
연구진은 공기열원 히트펌프, PVT 융합시스템의 에너지자립을 구현하기 위해 충남도 공주시 소재 113m²(약 34평) 규모 2층 주택에 실증연구를 진행했다.
실증주택에는 패시브기술로 고단열, 고성능 창호, 외부차양 등이, 액티브기술로 LED, 배열회수 환기시스템, 9kW 공기열원 히트펌프 등이 적용됐다. 이와 함께 신재생에너지로 PV(6kW), PVT(1.2kW)가 설치됐다.
난방은 공기열원 히트펌프, 급탕은 PVT+공기열원 히트펌프, 냉방은 에어컨 등이 설치됐다. 연구진은 다양한 조건에서 시스템의 운전특성을 파악하기 위해 지난 3월부터 9월까지 △외기 △실내 △히트펌프 입·출구 △온수조 상·중·하 △시수 △온수 등 온도데이터와 히트펌프·PVT열매체, 온수사용에 대한 유량, PV·PVT발전량, PVT열생산량 등 생산데이터를 수집했다.
또한 △히트펌프 △메인 △전등 △전열(2대) △환기 △에어컨(2대) △인덕션 △지하수 등의 소비전력에 대한 데이터를 확보했다. 이를 통해 소비전력을 분석한 결과 전열이 47%를 차지했으며 뒤를 이어 히트펌프(20%), 인덕션(14%), 지하수(9%) 등 순으로 나타났다.
권유진 연구원은 “주변환경에 따른 운전변화를 파악한 결과 외기온도가 상승하고 난방 및 급탕사용량이 감소할 경우 소비전력이 감소하며 외기온도가 상승할 때 히트펌프의 COP가 상승하는 것을 확인했다”라며 “또한 외기온도가 증가하면 히트펌프 난방모드 작동시간이 감소하는 것으로 나타났다”고 밝혔다.
이어 “일사량에 따라 PVT 생산열량과 히트펌프 생산열량이 반비례관계로 변화하며 일사량이 증가할 경우 PVT 생산열량이 증가하고 반대로 일사량이 감소할 때에는 히트펌프 생산열량이 증가한다”고 덧붙였다.
이번 연구는 초기로 태양열-공기열원 히트펌프 연계시스템의 운전특성에 대해 최적설계, 고효율 운전방안 등을 도출하기 위해 다각도의 접근을 시도하고 있다.
태양열·히트펌프 연계 상관관계 도출
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