최준영 한국산업기술시험원(KTL) 박사는 33년간 기계설비분야에서 냉동공조기기에 대한 기술개발 및 성능시험, 분석을 수행했으며 현재 수석연구원으로 근무하고 있다. 

국내적으로는 히트펌프 시스템을 포함한 가전기기 및 냉동공조 장비의 에너지효율 기준 개발 및 라벨링에 깊이 관여했으며 기계설비산업의 분석·예측 및 성능 인증에도 많은 연구를 수행했다. 25년 이상 대한설비공학회, 기계학회, 미국 ASHRAE 등의 학회에 깊이 참여해 왔으며 2024년부터 대한설비공학회 회장을 역임하고 있다. 

최근에는 ISO TC86 SC6 WG12(히트펌프 보일러)의 새로운 의장을 맡고 있다. 히트펌프산업 활성화를 위해 산업부 사단법인 인가를 받은 히트펌프얼라이언스 기획운영위원장으로 활동하고 있는 최준영 박사를 만나 가정용 난방 탈탄소 방향에 대해 들었다.

 

 

 

■ 글로벌 가정용 난방 및 급탕분야 탄소중립 전환 현황은

난방은 건물과 산업부문에서 전 세계 에너지수요의 중요한 섹터이며 특히 추운 기후에서는 가정용 에너지소비의 핵심설비다. 

그러나 최근 러시아-우크라이나 전쟁으로 높은 가스가격과 이에 대한 정부정책으로 열에너지 전기화에 대한 비즈니스사례가 더욱 뚜렷해지고 있다. 이미 유럽에서는 화석연료 보일러의 단계적 폐지계획을 발표하고 있으며 이를 대처할 전기 사용 히트펌프 설치에 대한 최소 에너지성능 기준을 도입해 시행 중이다. 

IEA 가스시장전망 및 투자보고서에 따르면 효율성 개선의 빠른 가속화와 히트펌프의 광범위한 채택으로 2021년부터 2030년까지 선진국의 건물 내 가스수요가 650억m3 감소할 것으로 예상된다.

주거부문 전기수요는 2000년에서 2022년 사이에 전 세계적으로 2배 이상(중국에서는 8배 증가) 증가했으며 이중 많은 부분이 난방시설의 전기화로 인한 효과로 분석되고 있다. 

최근 일본, 유럽, 중국 제조사들이 시장에 선보이는 급탕과 냉난방을 모두 사용할 수 있는 히트펌프보일러가 급속하게 시장점유율을 높이고 있어 난방에 대한 전기화는 급속하게 이뤄질 것으로 기대된다.  

 

■ 우리나라 가정용 난방 및 급탕분야 시장동향을 평가한다면
국내의 가정용 난방 및 급탕분야는 아직도 가스보일러가 주류다. 이는 우리나라의 고유한 바닥난방문화와 상대적으로 저렴한 도시가스 요금, 저렴한 보일러가격이 주요인이다. 

미래 마켓 인사이트의 최근 자료에 따르면 세계 가정용 보일러시장 규모는 2023년 약 311억달러로 추산되며 2033년 531억달러로 2023년부터 연평균 5.5% 증가율이 예상된다. 특히 개발도상국의 주택건설 활동 증가로 인해 주택용 보일러수요가 증가될 것으로 예상되나 선진국시장은 점차 감소할 것으로 예상하고 있다. 반면 히트펌프 난방기는 연평균 12% 이상 성장을 예상한다. 

국내 가정용 보일러시장은 건설경기에 직접적인 영향을 많이 받으며 한 해 평균 수요치는 약 130만대에서 150만대 사이로 추정하는데 재건축이 활성화되면 수요가 높아지게 된다. 이 때문에 각 보일러제조사는 해마다 신축아파트, 빌라 등 공동주택에 대량 납품을 위해 경쟁하지만 최근 글로벌경기 침체로 인해 건설경기가 어려지고 유럽의 화석연료 난방규제가 시작되면서 향후 전망은 밝지 않다. 

대한민국 주택수의 약 77%를 차지하는 공동주택은 현재 대부분 화석연료 기반 가스·기름보일러 및 지역난방을 통해 난방하고 있다. 

반면 주택 내 히트펌프를 공급해 난방할 경우 전기화 및 전력부하관리 개선을 통해 국가 탄소발생량을 절감하고 미활용 신재생에너지를 활용해 국가에너지 활용 극대화를 기대할 수 있다. 또한 일체형 냉난방기기를 활용함으로써 전국민 탄소중립 참여확대에 기여할 수 있다. 

 

■ 유럽과 한국의 가정용 히트펌프 차이점은 
기본적으로 유럽용 히트펌프(HPWH)와 한국의 가정용 히트펌프는 같은 원리로 작용한다. 유럽의 경우 주로 단독주택을 중심으로 HPWH가 공급되고 있으며 급탕은 물론 냉난방도 공급해 주는 시스템으로 설계된다. 사용용도에 따라 공조용 냉난방 또는 복사난방도 가능하다.
이에 반해 국내 HPWH는 한전의 심야전기보일러를 대체하기 위해 공급된 일부 제품이 시장에 존재한다. 이 제품들은 기본적으로 복사난방을 목적으로 설계돼 냉방 및 급탕은 공급해 주지 않는 제품이다. 최근 한전에서는 공동주택용 HPWH(급탕, 냉난방)를 오텍캐리어와 같이 개발해 이를 공동주택에 보급하고자 하는 목표를 세우고 현재의 전기요금체제 변경 등도 고려하고 있다. 

 

■ 히트펌프가 왜 난방 및 급탕 솔루션인가 
우리 정부가 2030년 국가온실가스감축목표(NDC) 달성을 위해 우선 주력기술을 대상으로 ‘4대 권역별 CCU 플래그십 프로젝트’를 추진하고 있다. 특히 2030년까지 건물부문 온실가스 배출량을 2018년대비 30% 이상 감축을 목표로 하는 기술개발 전략을 수립했다. 이에 따라 건물에서 가장 많은 에너지를 사용하는 급탕, 냉난방기의 효율을 높이는 것이 매우 중요하다.

 
우리가 살고 있는 주택은 기본적으로 급탕 및 냉난방이 필수적이다. 현재 우리의 주택은 급탕과 난방은 가스보일러가, 냉방은 전기냉방기(에어컨)를 사용하고 있다. 이렇게 2가지 설비를 사용해 공간적 비효율성과 에너지효율성도 많이 떨어진다.

 

이에 따라 건물 탄소중립을 위해 HPWH는 현재 우리가 선택할 수 있는 가장 좋은 솔루션이다. 또한 향후 탄소중립 사회 구현을 위해 화석연료 난방기기 규제가 본격화되면 HPWH시장은 매우 커질 것이다.

 

■ 우리나라에서 HP보급이 더딘 이유
이유는 바닥난방문화에 있다. 오랫동안 바닥난방은 보일러를 통한 온수공급으로 이뤄졌다. 최근 HPWH 보급으로 기술적으로 바닥난방이 가능한 온수공급도 히트펌프를 통해 가능하다.

일반 전자제품대비 가격이 비싸고 유지비용은 적게 들지만 초기 설치투자비가 많이 드는 단점은 선진국의 많은 국가에서 보조금정책으로 해결하고 있다. 냉방도 가능한 HPWH의 가격경쟁력은 보일러와 냉방기 2개의 비용과 그리 크지 않아 시장이 활성화되면 해결할 수 있다.

 
우리나라는 높은 도시가스 보급률과 낮은 재생에너지 비율, 전기·가스요금 정책 등이 원인으로 지적되지만 가스와 보조금 격차를 해소하기 위한 공기열원도 신재생에너지로 인정하는 것이 시급하다. 

특히 가정용 전기요금의 누진제는 가정용 히트펌프 보급에 큰 걸림돌이다. 가정용 건물의 전기요금체계 이원화가 필요하다. 예를 들어 급탕, 냉난방에 사용되는 전기요금제를 신설해 기존 전기요금제와 이원화가 필요하며 신재생에너지로 보급되는 열에너지에 대한 전기요금제도 고려할 만하다. 

 

■ 국내에서 가정용 히트펌프 활성화를 위한 방안을 제안한다면
시장조사기관 딜랩(Dealab)에 따르면 2021년 기준 전 세계 히트펌프 시장점유율 1위 기업은 일본 다이킨공업(12.3%)이 꼽히며 뒤를 이어 중국 미디어그룹(11.3%)과 그리(10.5%)가 차지한다. 상위 15개사 중 국내 기업은 없다. 이는 국내 시장의 비활성화로 시장확대없이는 산업발전이 어려울 수밖에 없다.

전 세계적으로 ‘히트펌프’에 대한 보급확대정책이 강도 높게 도입되는 추세로 EU는 IEA에서 권고한 2025년 화석연료 기반 보일러 신규 판매 금지를 받아들였다. 오스트리아는 2023년, 영국은 2025년, 네덜란드는 2026년 가스보일러의 신규 판매 금지 계획을 발표했다. 영국도 2022년부터 2025년까지 3년간 총 4억5,000만파운드(한화 약 7,000억원)의 예산을 투입해 한화 약 800만~900만원의 보조금을 지급한다. 

미국은 인플레이션감축법(IRA)으로 일반 소비자가 히트펌프 가전제품을 구매할 때 올해부터 지원금을 받는 프로그램을 시작한다. 홈 효율성 리베이트 프로그램, 홈 전기화 및 가전제품 리베이트 프로그램 등 두 가지로 나뉘는데 히트펌프가 핵심인 이번 프로그램을 위해 바이든정부는 88억달러(약 11조7,500억원)에 달하는 대규모 자금을 투자한다.

우리도 탄소중립사회 실현과 산업발전을 위해서는 우선적으로 정부의 지원제도를 활성화해야 한다. 현재 지열, 수열로만 지정된 신재생에너지원을 빠른 시일 안에 공기열원까지 확대하고 이를 사용하는 소비자에게는 보조금이든 세제 감면이든 혜택을 줘 히트펌프 보급을 지원해야 한다. 이와 함께 가정용 건물의 전기요금체계 이원화가 필요하다.

 

■ 히트펌프용 냉매 이슈는 어떤가  
현재 히트펌프에 적용할 미래의 냉매는 정확하지 않다. 가정용 HPWH의 경우 현재 대부분의 제조사에서 사용하는 냉매는 R134a이며 앞으로도 오랫동안 지속될 것으로 보인다. 업계의 경향은 기술적으로 안전하고 경제적으로 실현가능한 경우 천연냉매로 전환하는 것이다. 이산화탄소(R744)는 일본을 중심으로 아시아시장이 성장하고 있는 반면 프로판(R290)은 유럽에서 소규모 응용분야에 개발 및 적용되고 있다. 둘 다 가정용 HPWH에 매우 적합하다. 

HFO냉매는 이미 자동차산업에 적용됐지만 가정용 HPWH분야에 대해서는 아직 잘 연구되지 않은 또 다른 잠재적 대안이다. 레지오넬라균에 대한 규제와 특히 대규모 시스템 개조에 적합한 히트펌프 필요성으로 인해 기존(>65℃) 열공급 온도보다 높은 가정용 HPWH분야용 냉매 및 솔루션이 요구된다.  

이산화탄소와 프로판은 천연냉매로서 임계온도가 더 높으며 최대 80℃까지 더 높은 출력온도에 도달하는 데 사용할 수 있다. EVI 또는 캐스케이드 냉매사이클과 같은 냉매사이클 수정을 사용하면 다른 냉매를 사용해 출력온도를 최대 80℃까지 더 높일 수 있으며 주로 R410A나 R134a가 사용된다. 

R152a, R1234yf, R1234ze(E) 및 암모니아는 가정용 HPWH의 흥미로운 대안으로 아직 널리 사용되지는 않았지만 이미 R&D 프로젝트에서 테스트됐으며 R32는 일본 제조사에서 강력하게 홍보하고 있다.

 

■ 국내 가정용 히트펌프 표준제정 현황은  
국내에 제정된 대분분의 히트펌프 관련 표준이 일본의 JIS 및 ISO (International Organization for Standardization), IEC(International Electro technical Commission), ASHRAE(American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers, Inc.), UL(Underwriters, Laboratories Inc.), BS(British Standards Institution), ARI(Air-conditioning and Refrigeration Institute), DOE(Department Of Energy) 등의 히트펌프 선진국들의 표준 및 기준을 인용 또는 참조해 사용되고 있다. 

최근 20여년 동안 국내 전문가들이 ISO 및 IEC 활동에 적극적으로 참여하면서 국내 전문가들에 의해 HPWH 관련 ISO표준들이 제정됐다.  
 

표준번호	표준명
ISO 19967-1;2019	Air to water heat pumps — Testing and rating for performance — Part 1: Heat pump water heater for hot water supply
ISO 19967-2;2024	Air to water heat pumps — Testing and rating for performance — Part 2: Space heating and/or space cooling
ISO 21978:2023	Air to water heat pumps — Testing and rating at part load conditions and calculation of seasonal coefficient of performance for space heating

▲국내 전문가들에 의해 제정된 HPWH관련 ISO 표준 현황

 

표준번호	표준명
KS B ISO 5151	덕트 없는 에어컨과 열펌프－성능 시험 및 평가
KS B 8051	1) 가스 히트 펌프-냉ㆍ난방 기기의 일반 요구 사항
KS B 8052	2) 가스 히트 펌프 - 비덕트형 냉ㆍ난방 기기－정격 성능 및 운전 성능 시험
KS B 8053	3) 가스 히트 펌프 - 덕트형 냉ㆍ난방 기기－정격 성능 및 운전 성능 시험
KS B ISO 13253	덕트 있는 공기 조화기 및 열 펌프－성능 시험 및 평가
KS B ISO 13256-1	수열원 열 펌프－성능 시험 및 평가－제1부：물-공기와 브라인-공기 열 펌프
KS B ISO 13256-2	물을 열원으로 이용한 열 펌프－성능 시험 평가－제2부：물대 물, 염수 대 물 펌프
KS B ISO 13261-1	에어컨 및 공기 열원 열펌프 장치의 음향 출력 등급－ 제2부：덕트 없는 실외 장치
KS B ISO 13261-2	에어컨 및 공기 열원 열펌프 장치의 음향 출력 등급－ 제2부：덕트 없는 실내 장치
KS B ISO 15402	멀티 에어컨디셔너 및 히트펌프의 성능 시험 방법
KS B 6410	가정용 공기열원 열펌프 보일러

▲HP관련 KS표준제정현황