한국설비기술협회(KARSE, 회장 박종찬)는 흡착식 히트펌프시스템의 성능계수와 냉난방성능을 측정하기 위한 시험절차와 방법에 대해 규정한 '흡착식 히트펌프시스템 성능계수와 냉난방성능시험방법(KARSE B 0070:2024)' 단체표준을 최근 제정했다고 밝혔다.

설비기술협회의 관계자는 "이번 단체표준 제정으로 흡착식 히트펌프시스템의 효율과 성능을 평가할 수 있는 객관적인 데이터를 확보할 수 있을 것"이라며 "이번 표준을 활용해 일정 수준 이상 품질을 갖춘 제품이 시장에 유통되게 함으로써 소비자들의 만족도를 높이고 제조사들의 기술경쟁을 촉진시키기 위해 표준을 제정했다"고 제정배경을 밝혔다.

전 세계적으로 탄소중립이 이슈로 떠오르며 친환경 냉동공조기기 개발에 대한 필요성이 증대되면서 중저온 재생열원의 활용이 가능하고 친환경냉매(물, 암모니아 등) 사용이 가능한 비증기압축식 히트펌프시스템 기술이 개발돼 시장에 보급되고 있다.

비증기압축식 히트펌프에는 현재 흡수식과 흡착식이 적용되고 있다. 흡수식 히트펌프가 80℃ 이상 고온수를 구동열원으로 사용하는 반면 흡착식은 이보다 상대적으로 낮은 구동열원을 가지고 작동이 가능한 특징을 가지고 있다.

흡착식 히트펌프는 냉매 흡탈착에 실리카겔, 제올라이트, 활성탄 등 물리적 흡착방식을 주로 사용하는데 최근에는 고분자 물질과 다공성 물질 등을 이용한 고효율 흡탈착제를 도입해 시스템 소형화와 저온구동열원 운전이 가능한 수준으로 연구개발이 이뤄지고 있다.

설비기술협회의 관계자는 "이러한 기술개발에 발맞춰 흡착식 히트펌프시스템 효율과 성능을 평가하기 위한 표준화 작업에 대한 수요가 발생해 KARSE에서는 산,학,연 등의 관련 기술 전문가들로 흡착식 히트펌프시스템 표준개발위원회를 구성해 여러 차례 논의를 통해 단체표준(안)을 작성했으며 공청회를 개최해 관련 업계의 의견을 수렴했다"고 강조했다.

흡착식 표준, 물 대 물 열교환방식 대상 제정

흡착식 히트펌프시스템은 크게 흡탈착 반응기, 응축기, 증발기 및 팽창밸브로 구성된다. 흡탈착 반응기, 응축기 및 증발기에서는 흡착제, 냉매와 열매체(냉수, 온수, 냉각수)사이에 열교환이 이뤄지며 냉수와 온수를 통해 냉방과 난방용 에너지로 사용하게 된다.

흡착식 히트펌프시스템의 실내기·실외기에서 열교환기의 열교환방식은 물 대 물(water-to-water) 열교환방식을 다루며 이외 열교환방식은 이번 단체표준에서 다루지 않는다. 또한 흡착식 히트펌프시스템에 대한 현장시험은 적용하지 않는다.

시험 계측기의 불확도는 △온도계 ±0.1℃ △압력계 ±(측정값의 2.0%) △유량계 ±(측정값의 1.0%) 등으로 정밀도를 유지해야 한다.

시험을 위해 흡착식 히트펌프시스템은 제조자가 제시하는 지침에 따라 설치돼야 한다. 시험설비와 계측기를 흡착식 히트펌프시스템과 연결·설치하고 규정된 정격운전조건에서 운전되도록 준비한다. 기동 및 정지 등의 급격한 부하 변동시를 제외한 전원전압 변동은 정격전압의 ±2%이내이며 주파수변동은 정격주파수의 ±1%이내로 운전되도록 한다.

시스템을 운전시키고 구동온수, 냉각수, 냉수 및 온수의 입구온도는 지정한 값의 ±2.0 ℃를 초과하지 않아야 하며 구동온수, 냉각수, 냉수 및 온수의 유량은 지정한 값의 ±5.0 %를 초과하지 않아야 한다. 흡탈착기에서 교번운전으로 발생하는 과도구간은 앞의 두 조건을 적용하지 않으며 시험조건이 만족되면 안정화 상태(Stable-state)로 판단하고 시험데이터를 측정한다.

열에너지 계산은 냉수, 온수, 냉각수 및 구동 온수에서 제거되거나 흡수되는 열에너지 Q(kW)는 표준에서 특별히 언급하지 않는 내용은 ANSI/AHRI Standard 401, C5.3에 따라 계산한다. 흡탈착 반응기에서 발생하는 흡탈착 공정에서 냉매의 물성이 시간에 따라 지속적으로 변동하므로 흡착식 히트펌프시스템의 열에너지는 운전주기 동안 순시 열에너지의 적산합의 개념을 도입했다.

냉난방성능 계산 중 냉방능력과 난방능력은 각각 냉수와 온수에서 제거 또는 흡수되는 열에너지를 적용하며 냉수와 온수 개념은 흡착식 히트펌프시스템에서 발생하는 열에너지사용 용도에 따라 시스템 별도로 달리 적용할 수 있다.

성능계수는 구동온수의 공급 열에너지에 대한 냉난방능력의 비로 계산하며 전기적 성능계수는 구동온수 외에 추가로 공급되는 전기에너지(E)가 있을 경우 전기에너지에 대한 냉난방능력의 비로 계산한다.