기후환경위기에서 미래후손에게 안정적인 거주환경마련을 위해 노력하고 있는 한국토지주택공사(LH)는 대한민국 건물부분 탄소중립을 위해 공동주택에 적용가능한 다양한 신재생에너지원을 발굴하고 적용하고 있다.

LH에서 기계설계분야 기준수립 및 관리, 제로에너지 엑티브, 신재생에너지 기술요소 발굴·기준 수립 업무를 맡고 있는 이상준 LH 주택기술처 주택기준팀 차장을 만나 공동주택의 공기열원 히트펌프 적용 가능성 및 적용효과에 대해 들어봤다. 

■ 우리나라 가정용 난방 및 급탕분야 인프라환경은. 특히 공동주택분야에서
2020년 통계청 자료에 따르면 단독주택의 91%가 화석연료난방으로 기름보일러나 가스보일러를 사용하고 있다. 2022년 기준 국내 공동주택의 난방방식 중 지역난방은 전체 세대 중 23.5%를 차지하며 76.5%가 화석연료를 사용 중이다. 이중 중앙난방방식이 15.4%, 개별난방방식이 58.7%를 차지하고 있다. 

공동주택 건축 시 지역난방 공급이 가능한 지역(지역난방사업자의 열공급 가능지역)은 지역난방으로 건축하게 되며 이외 지구는 대부분 세대별로 가스보일러를 설치하는 개별난방으로 선택하게 된다. 1990년 초반까지는 대규모 단지에서 중앙기계실에 중온수보일러를 설치해 각 세대에 공급하는 중앙난방을 적용하기도 했으나 이후에는 지역난방과 개별난방이 이원화돼 적용되고 있다. 중앙난방적용단지는 당초 벙커C유를 사용하다가 도시가스가 보급되면서 LNG로 전환하거나 개별난방 또는 지역난방으로 전환하기도 했다.

■ 유럽 가정용 히트펌프와 한국에서의 히트펌프가 다른 점은 
우리나라는 전통적인 온돌방식에서 발전한 바닥난방을 절대적으로 선호함에 따라 바닥난방을 위한 온수와 급탕을 같이 생산할 수 있는 공기 대 물 유형의 히트펌프를 적용할 수 있다. 하지만 주택 전기요금 누진제와 한랭지에서의 효율저하, 공동주택 공간특성으로 적용이 활발하지 않다. 

유럽은 단독주택 중심으로 실내공기 온도를 높여서 대류시키는 방식의 공기 대 공기 유형과 바닥난방 및 급탕을 위한 공기 대 물 유형의 히트펌프 보급이 급격히 증가하고 있다. 히프펌프 판매량이 2021년 13%, 2022년 11% 증가했다. 특히 유럽에서 공기 대 물 히트펌프가 2021년 41%, 2022년 49% 성장했다. 

탄소중립 실현을 위해 신재생에너지 중 태양광, 풍력 등 전기에너지 생산분야 보급이 가장 활발하다. 이에 따라 전기를 사용하는 분야가 확대되고 있다. 건물에서는 69%를 차지하는 난방 및 급탕에너지의 대부분을 화석연료에서 생산하고 있는 만큼 이를 전기를 사용하는 방식으로 전전화전환이 필요하다. 이를 실현하기 위한 장비가 히트펌프이며 시설투자, 공사기간, 공간 등의 장점이 가장 우수한 것이 공기열원 히트펌프다. 

히트펌프가 난방 및 급탕의 유일한 해결책이기보다는 연료전지·태양열·지열·수열 등 다양한 열원설비 중 해당 건축환경에 적합한 선택지가 될 수 있다.

■ 난방 및 급탕분야 탄소중립 솔루션으로 히트펌프가 적합한 이유는

탄소중립 실현을 위해 신재생에너지 중 태양광, 풍력 등 전기에너지 생산분야 보급이 가장 활발하다. 이에 따라 전기를 사용하는 분야가 확대되고 있다. 건물에서는 69%를 차지하는 난방 및 급탕에너지의 대부분을 화석연료에서 생산하고 있는 만큼 이를 전기를 사용하는 방식으로 전전화전환이 필요하다. 이를 실현하기 위한 장비가 히트펌프이며 시설투자, 공사기간, 공간 등의 장점이 가장 우수한 것이 공기열원 히트펌프다. 
히트펌프가 난방 및 급탕의 유일한 해결책이기보다는 연료전지·태양열·지열·수열 등 다양한 열원설비 중 해당 건축환경에 적합한 선택지가 될 수 있다.

■ 기존 시스템대비 히트펌프만의 차별성은 
히트펌프는 화석연료의 연소과정이 없어 탄소를 발생시키지 않으며 화석연료의 연소로 인한 효율(콘덴싱보일러 92%)보다 히트펌프의 효율(COP 3~4)이 월등히 높다. 기존 개별난방방식대비 탄소배출량이 약 23.1% 절감된다. 기존 개별난방방식대비 약 35%의 연간운전비가 절감돼 지역난방방식대비 약 32%의 연간 운전비가 절된다.

초기투자비는 개별난방대비 1.55배, 지역난방대비 1.35배이며 초기투자비, 운영비용을 고려한 LCC분석 시 개별난방대비 19년, 지역난방대비 22년 경과 시 경제성을 추월하며 이를 에너지비용의 물가상승율 고려 시(나라지표의 최근 10년간 1.62% 적용) 15년, 17년으로 단축된다.

지열과 수열의 재생열에너지와 비교할 때 공사기간, 공사비, 유지보수비, 설치공간의 조건이 우수하다. 초기투자비는 지열대비 10.1%, 수열대비 9.4% 낮으며 운전비용은 수열대비 1.18배, 지열대비 1.25배 높다. 지열원은 24년, 수열원은 30년 이후 경제성이 낮아진다.

■ LH에서 현재 공동주택에 히트펌프 보급을 위해 준비 중인 사항은
현재 정부·공공·민간 공동으로 실증 추진에 대한 협의를 진행 중이며 실증을 통해 공동주택에서의 탄소저감량, 운전효율, 안정적인 열공급 등 적용효과를 검증 후 점진적 확대를 검토할 예정이다.

■ 우리나라에서 히트펌프 보급이 더딘 이유는 
세계 각국은 온실가스배출량을 줄이기 위해 신재생에너지를 적극 적용하고 있으며 태양광·수력·풍력 등 전기생산과 함께 지열·수열·공기열 등으로 열을 생산하는 히트펌프시스템을 사용하고 있다.

각국은 히트펌프 활성화를 위해 화석연료보일러 사용금지, 난방용 전기요금 인하, 전기요금 감면 및 히트펌프 교체 지원금제도 등을 운영하고 있다. 이와 다르게 우리나라는 신재생에너지원으로의 미지정, 지원제도 부재 등 이유로 보급이 활성화되지 않고 있다. 

■ 공동주택에서 히트펌프 보급 걸림돌은
국내에서는 공기열히트펌프시스템이 탄소중립과 맞물려 이제 논의가 시작되는 시점이며 공동주택에 적용가능한 히트펌프시스템 모델과 사례가 부족하다. 특히 시스템의 안정성 검증이 필요하다.

■ 공동주택 히트펌프 보급 활성화를 위한 방안은 
먼저 공기열의 재생에너지원 인정이 필요하며 지역별 계절COP 성능기준을 수립하고 운영해 지역의 기후에 따라 탄소절감량, 에너지소비량이 달라지는 점을 고려해야 한다.

또한 석탄발전 감소, LNG발전·원전발전 증가 등 전력생산구조 변화 및 화력발전소 효율향상에 따른 전기 1차에너지 환산계수를 재조정해야 한다.  

특히 신축, 기 건물의 공기열히트펌프로의 단계적 연료전환제도 신설로 건축물의 탄소절감을 실현해야하며 실제 주거환경에서의 탄소절감량, 운전효율, 극조건의 열공급 안정성 검증을 위해 공동주택 실증이 필요하다.