일반적으로 냉방은 냉동기로, 난방은 보일러를 설치해 사용해 왔지만 공기열원 히트펌프 칠러는 직접 냉온수를 생산해 실내 FCU 또는 AHU코일에 열원을 보내 냉난방이 이뤄지는 구조다.

하지만 최근 경향은 한 대의 기기로 이 모든 기능을 해결하고자 기술개발이 이뤄졌다. 그 대표적인 제품이 바로 시스템에어컨으로 통칭되는 EHP다. EHP는 실외기와 실내기로 연결되는 냉매배관을 통해 냉난방이 이뤄지는 구조다. 상당한 양의 냉매를 사용한다는 점에서 지구온난화 등에서 자유롭지 못한 것이 사실이다.

하지만 일본에서 에너지절약 및 CO₂ 배출량 저감을 위해 공기열원 히트펌프 칠러를 개발했으며 빠르게 다양한 현장으로 도입되고 있으며 국내에서도 수축열, 리뉴얼 시장에서 주목받고 있다. 현재 국내 공기열원 히트펌프 칠러시장은 일본 수입품과 국산제품이 경쟁을 펼치고 있다.

어떤 제품인가
공기열원 히트펌프 칠러는 냉매배관을 통해 냉매가 직접 실내기에 공급되는 EHP와 달리 칠러 내 판형(냉매-물) 또는 Shell & tube(냉매-물) 열교환기가 내장돼 실외기인 칠러에서 직접 냉온수를 생산해 냉난방 수배관을 통해 실내 FCU 또는 AHU 냉수 코일에 냉수나 온수를 공급해 냉난방하는 시스템이다.

기존 냉각탑과 칠러로 냉각수 라인을 구성하는 수냉식 스크류 칠러시스템대비 냉각탑 위치에 공기열원(공랭식) 스크롤 칠러를 설치해 직접 냉온수를 부하측에 공급함으로써 초기 투자비와 시공기간을 크게 단축할 수 있다.

또한 냉수만 공급하는 타 칠러시스템과 달리 온수공급을 위한 별도의 보일러가 필요없고 자연에너지인 공기 중의 열을 흡수해 난방 시 온수를 공급함으로써 난방 운전비가 가장 경제적인 고효율시스템으로 평가받고 있다.

공기열원 히트펌프 칠러는 대용량의 산업용 또는 공조용 터보냉동기 시스템대비 중소용량에 최적화된 냉동기로 분산설치를 통해 부분부하 대응 성능 및 에너지효율이 매우 우수하고 강력한 Back-up 운전 기능으로 별도의 비상 Stand by 냉동기가 불필요한 것이 특징이다.

공기열원 히트펌프 칠러는 외기온도 영하 15℃에서 온수 45℃ 출수가 가능한 제품을 일반형, 온수 50℃ 출수가 가능한 제품을 한랭지형으로 구분하고 있다.

국내 히트펌프 칠러 동향은
공기열원 히트펌프 칠러에 대해 최근 관심과 문의가 늘고 있고 국내 적용 사례들이 많아져 실제 현장에서 많은 에너지가 절약되고 있음이 확인되고 있다.

개보수 현장에서 흡수식 냉온수기, 스크류 냉동기에 대한 대체 냉동기로 공기열원 히트펌프가 대두되고 있다.
히트펌프의 특성인 실외온도에 따른 난방능력 감소에 대한 우려가 있어 한랭지역의 경우 보조열원을 고려해 설계했으나 최근에는 한랭지형 냉동기가 개발돼 보조열원이 필요 없게 돼 경쟁력이 강화됐다.

국내 시장은 일본 수입품과 국산 제품이 경쟁을 펼치고 있다. 국내 시장은 일본산 미쓰비시전기가 먼저 진출했다. 경진TRM은 미쓰비시전기의 히트펌프 칠러를 도입해 국내 히트펌프 칠러시장을 열었다. 특히 수축열시장에 히트펌프 칠러를 도입해 상당한 실적을 올렸지만 한전 심야전력 인증이 취소되면서 지난해 말 부-스타가 바통을 이어 받아 사업을 펼치고 있다.

JB에너텍은 미쓰비시중공업 제품을 도입했으며 캐리어에어컨은 도시바캐리어에서 수입해 판매하고 있다. 국내 기업 중에서는 LG전자와 삼성전자가 제품을 출시, 수입제품과 경쟁하고 있다.

일본 히트펌프 칠러시장 동향은
일본냉동공조협회의 통계자료에 따르면 2001년대비 2017년 실적(댓수기준)은 수냉식 냉동기 113%, 공냉식 냉방전용 냉동기 131%, 공기열원 히트펌프 칠러가 186% 증가했다. 2017년도 전체 냉동기 판매수량 중 공랭식 냉동기가 77%를 차지했으며 공냉식 냉동기 중 히트펌프 칠러가 44%를 차지할 정도로 성장이 가파르다.

JRAIR의 통계에 따르면 2017년 기준 흡수식 28만RT, 터보냉동기 18만RT, 수냉식 대형냉동기(25~300마력) 6만RT, 공랭식 대형냉동기(공기열원 히트펌프 칠러)(25~300마력) 29만RT, 소형냉동기(3~20마력) 4만RT로 집계됐다.

공기열원 히트펌프 칠러시장은 2004년 15만RT로 최소 보급 실적을 기록한 이후 꾸준히 성장하고 있으며 최근 5년간 매년 27~28만RT가 공급되고 있다. 내년부터 연간 30만RT 이상 보급될 것으로 예상하고 있다.

시스템 에너지효율을 좌우하는 냉온수 펌프의 반송동력을 줄이기 위한 노력들이 진행되고 있다. 수배관설비 비용을 줄이고 설치시간을 단축하기 위해 인버터 펌프를 냉동기 제품에 직접 내장하고 냉온수 변유량을 제어해 시스템에너지를 줄이는데 기술개발을 집중하고 있다.

특히 역율이 개선되면 국가적인 측면, 전력공급 회사 측면에서 도움이 되기 때문에 일본의 경우 전기요금에 대한 감액 제도가 시행되고 있으며 전기설비 비용이 감소하기 때문에 역율이 개선된 냉동기 판매가 최근 증가하고 있다.

국내에서도 한국전력 전기공급 약관 제43조에 의해 역률에 따른 전기요금 감액제도가 있으며 전기 기본요금은 역율 90% 미달 시 추가 요금이 발생하고 역율 90% 초과 시 감액요금이 적용된다.

업계의 한 관계자는 “과거 20년간 일본 냉동공조시장을 살펴보면 가장 많이 사용되던 흡수식 냉온수기는 지속적으로 감소하고 있으며 히트펌프 칠러는 지속적으로 늘어나고 있다”라며 “과거에 사용하던 냉방전용, 정속형 압축기, 대형냉동기 제품에서 냉난방용 히트펌프, 인버터형 압축기, 모듈멀티 냉동기로 변화하고 있다”고 분석했다.

리뉴얼시장서 각광받는 ‘히트펌프 칠러’
국내는 가스요금보다 전기요금이 저렴하기 때문에 전기식 냉동기 설치가 많다. 하지만 60% 이상 중앙공조방식 설치 시 가스식인 흡수식 냉온수기와 GHP 설치가 의무화돼 있어 흡수식 시장은 꾸준하다.

그러나 최근 개보수 현장에서는 기존 냉각수 배관을 그대로 활용하고 냉각탑을 철거한 장소에 히트펌프 칠러 실외기를 설치하는 사례가 늘어나고 있다. 히트펌프 칠러는 인버터 압축기 및 팬을 사용하므로 부분부하 효율이 높고 냉각탑, 냉각수 펌프를 사용하지 않아 운전비용이 대폭 절감돼 흡수식대비 경쟁력이 높아 흡수식을 교체하는 리뉴얼시장에서 히트펌프 칠러가 각광받고 있다.

특히 히트펌프 칠러는 냉난방, 사계절 냉방, 사계절 급탕, 축열시스템 등 활용범위가 넓어 흡수식과 대비되는 측면도 크다.

또한 모듈방식으로 여러 대의 냉동기를 사용할 수 있어 고장에 의한 실내 부하 리스크를 줄일 수 있으며 냉난방 유지관리 및 제어가 편리한 것도 최근 리뉴얼시장에서 흡수식을 히트펌프 칠러로 교체하는 사례가 늘고 있는 이유다.

터보냉동기, 스크류 냉동기가 냉방만 가능해 난방을 위해서는 보일러는 별도의 열원이 필요하지만 히트펌프 칠러는 냉동기 1대로 냉난방이 가능해 별도의 열원인 보일러가 필요없다.

업계의 한 관계자는 “기존 냉각수 배관을 공기열원 히트펌프 칠러 냉수배관으로 활용이 가능하고 냉각탑이 철거한 장소에 히트펌프 칠러 실외기를 설치할 수 있어 기계실 활용성이 높아진다”고 밝혔다.

수축열 냉동기용 최적
업계의 한 관계자는 “수축열설비의 대표적인 공기열 히트펌프 칠러는 기존의 냉방 위주의 빙축열에 비해 냉난방을 겸할 수 있어 심야전기의 활용성이 확대돼 연료비 절감효과가 매우 크고 전력피크부하 분산효과가 높다”라며 “냉난방 열원기기 일원화, 유지관리업무 간소화, 친환경적인 요소 증가 등의 이유로 최근 업계의 관심이 히트펌프 칠러로 쏠리고 있다”고 강조했다.

일반적으로 축열시스템에서는 수냉식 냉동기를 주로 사용하지만 소형 축열 시스템에는 공기열 히트펌프 칠러를 사용하기도 한다. 수축열시스템으로는 심야전력을 이용해 수축열시스템을 적용한 현장과 일반전력을 이용한 수축열시스템을 적용한 현장으로 나뉜다.

심야전력을 이용한 수축열시스템 현장에서는 한국전력에서 심야전력을 공급하는 밤 10시간 동안 축열했다가 주간에 냉수를 방열해 사용한다. 전 축열방식과 부분 축열방식이 있는데 심야전력(을II)을 이용한 부분 축열 방식을 대부분 채택하고 있다.

일반전력을 이용한 수축열시스템 현장에서는 저렴한 요금인 경부하 시간에 축열해 상대적으로 비싼 전력시간에 축열된 냉수를 방열해 사용한다. 또한 방열이 끝난 후에는 냉동기를 가동해 냉난방해 운전비용을 절감하는 방식이다.

수축열시스템에 공기열원 히트펌프 칠러를 적용해 오피스 빌딩, 상업용 빌딩, 병원, 대학교, 골프장, 숙박시설, 수영장 시설 등에 다양하게 적용된 사례가 나오고 있다.

업계의 한 관계자는 “공기열원 히트펌프 칠러는 일반 건물의 냉난방은 물론 공장 및 산업시설의 공정을 위한 냉수 공급 또는 수축열 및 시설원예 등의 공조용 냉온수 열원으로 적용되고 있다”라며 “난방은 기보일러를 이용하고 냉방은 별도로 칠러시스템을 구성하는 현장 및 공장 공정용수 공급 현장, 심야전기를 이용해 운전비용을 절감하려는 현장 등 다양한 현장에 대해 냉난방 및 공정용수를 공급하는 솔루션으로 적용이 확대되고 있다”고 강조했다.