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히트펌프 시장 동향 및 전망 | ||||||||||||||||||
히트펌프, 보일러 대체 친환경 녹색기기 | ||||||||||||||||||
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개발 필요성 21세기는 국제 기후변화대책 및 환경문제의 중요성이 증대되고 있으며 교토의정서 채택으로 국가간 온실가스 배출권거래 및 청정개발체제가 실시되고 있다. 이에 따라 환경과 관련해 에너지시장의 새로운 질서가 대두될 것이므로 국가적 대응전략 수립이 필요하다.
이러한 측면에서 에너지 소비와 온실가스 방출의 많은 부분을 차지하는 건물의 에너지 활용 양상이 친환경적으로 변화함에 따라 히트펌프의 시장 확대 및 고효율기기의 요구가 극대화되고 있다. 향후에는 산업화 및 도시화에 따른 신개념의 건물 냉난방을 구현함으로써 새로운 시장 개척이 가능한 시장 창출형 히트펌프(냉난방을 동시 구현하는 열회수(heat recovery)기술 등 적용) 시스템이 요구되고 있다. 해외시장 동향 히트펌프 제품군의 2008년 세계시장 규모는 615억달러로 대형조선시장의 규모(600억달러)와 거의 동등하며 연평균 8% 성장이 예상돼 2012년 1,700억달러 성장이 예상되고 있다. 난방기시장은 전체 310억달러로 이 중 약 97억달러 정도가 주거용 난방기 시장을 형성하고 있으며 최근들어 히트펌프를 이용한 주거용 난방시장은 연 53% 이상의 급격한 성장을 나타내고 있다. 히트펌프 급탕기는 2014년까지 연 11% 이상의 고성장률이 예측되고 있으며 이 중에서 공기-물 형태의 히트펌프는 약 15%, 지열을 이용한 물-물시스템은 연간 약 10% 성장이 예측되고 있다. 이와 같은 성장을 고려한다면 2014년에는 116만대 규모가 될 것으로 예측된다.(BSRIA Report, 2005) 세계 주요국의 전기/가스 요금비에 따른 히트펌프 급탕기의 경쟁력을 살펴보면 미국, 일본, 스웨덴, 라트비아 등은 주거용, 상업용, 산업용 모든 분야에서, 불가리아, 덴마크, 스페인, 프랑스 등은 주거용분야에서, 우리나라의 경우 상업 및 산업용분야에서 경쟁력이 있다. 유럽 유럽연합에서는 온실가스 저감을 위한 친환경 시스템, 프레온가스 사용 금지 및 에너지 비용 증가 문제 해소의 3가지 목적 달성을 위해 공기열원 히트펌프를 신재생에너지 시스템으로 분류해 히트펌프 시장 확장에 박차를 가하고 있다. 유럽의 시장규모는 2005년 기준 약 430만대로 그 비율은 낮지만 매년 꾸준히 증가하고 있으며 타 지역에 비해 성장률이 높고 냉방전용대비 히트펌프 비율도 85%로 매우 높다. BSRIA 보고서에 따르면 유럽에서는 덕트가 없는 분리형의 히트펌프 비율은 이탈리아 84%, 스페인 82%, 그리스 98%, 프랑스 77%, 영국이 78%, 독일 50% 순으로 나타났다. 특히 이탈리아와 스페인은 RAC와 PAC 유럽시장에서 중요한 시장점유율을 차지하고 있다. 유럽에서는 히트펌프 급탕기의 수요가 급격하게 신장하고 있다. 유럽히트펌프협회(EHPA)에 따르면 2006년에 난방용의 히트펌프시스템이 약 45만대가 판매됐으며 이는 2005년대비 52%의 성장을 보인 것이다. 2008년 Air-to-Water 히트펌프 시장은 약 21만4,000대로 프랑스(62%), 독일(11%), 스웨덴(8%) 주요 3개국이 전체 수요의 81%를 차지하고 있다. 미국 다른 국가와 달리 공조기 중 히트펌프 비율이 낮으나 매년 그 비율이 꾸준히 높아지고 있다. 미국냉동공조협회(AHRI: Air-Conditioning, Heating and Refrigeration Institute)에 따르면 2005년 히트펌프 시장규모는 약 210만대로 2004년에 비해 13% 성장한 것으로 나타났다. 대부분의 히트펌프 시스템은 덕트가 적용된 Unitary 히트펌프 시스템으로 다른 나라들의 일반적인 덕트 없는 분리형과 구별이 되고 있다. 일본 세계 히트펌프 시장의 선두주자로 자국 에어컨시장의 95% 이상을 히트펌프가 차지하고 있으며 유럽 및 중국의 히트펌프시장도 각 나라 업체와의 기술 협력을 통해 그 시장을 주도하고 있다. 특히 히트펌프분야의 최선진국인 일본의 경우 세계 시장 장악을 위해 다양한 기능과 편의성을 가진 히트펌프시스템의 개발을 적극 추진하고 있다. 특히 ‘난방을 위해 불을 피울 필요가 없는’ 즉 홴 히터나 보일러를 히트펌프 시스템으로 교체하는 경향이 본격화되고 있다. 히트펌프시장은 2005년 780만대 이상으로 히트펌프 다수가 인버터모델이며 거의 분리형 RAC로 R-410A를 적용한 DC 인버터 압축기로 구성돼 환경보호와 에너지절약을 위한 제품을 시장에 적용하고 있다. 히트펌프는 가정용, 상업용 및 대형마켓용 등으로 넓게 사용되며 최근 가정에 온수를 공급하는 히트펌프가 개발돼 자연냉매를 적용한 히트펌프의 수요가 증가하고 있다. 일본냉동공조협회에 따르면 상품명이 ECO-CUTE인 가정용 히트펌프 급탕기는 2005년에 22만5,628대가 보급됐으며 이는 전년대비 72%가 상승한 것이다.
우리나라는 세계 공조시장의 4위 생산국가로 2008년 기준 판매 수량은 148만대이지만 히트펌프의 비율은 5% 미만으로 매우 낮은 형편이다. 대부분의 인구가 도심의 고층 아파트 및 콘도미니움에서 거주함에 따라 설치 공간을 고려한 냉방전용 RAC 설치를 선호하고 있다. 현재의 히트펌프 기술수준은 소비자가 요구하는 수준을 만족하지 못해 히트펌프사용을 심리적으로 거부하고 있는데 이는 일본, 중국과는 정반대의 현상을 보이고 있는 것이다. 한국 고유의 온돌문화에 의해 주거공간의 거의 100%가 화석연료기기인 보일러로부터 나온 온수를 바닥으로 순환시키는 바닥 난방을 채택하고 있다. 국내 난방기시장은 전통적으로 주거용으로는 가스 또는 경유 보일러가 시장의 50% 이상을 차지해 왔으나 최근들어 히트펌프 급탕기를 이용한 난방기 시장이 성장하고 있으며 2008년의 경우 약 650억원 정도의 시장을 차지하고 있다. 우리나라의 경우 전기요금은 과거 20여년간 25% 상승에 그쳤으나 LNG 및 등유의 값은 급격한 상승세를 이뤘다. 현재에도 전기/가스 요금비를 고려하면 누진제가 적용되지 않는 상업 및 산업부문에 있어서는 히트펌프난방기의 경쟁력이 충분하다. 향후 원자력에 의한 전기 의존도가 더 높아져 안정적인 전기 공급이 가능하다면 주거용 히트펌프 난방기도 경쟁력을 갖출 것으로 예측되고 있다. 국내 냉동공조시장은 지구온난화 영향에 따른 여름철 온도 상승, 가전기기(에어컨) 보급률 상승, 대형 냉동공조기기 수요의 증가 등에 따라 향후 성장 전망은 매우 낙관적이다. 특히 국내시장을 주도했던 중소형 냉동냉장기기 및 에어컨시장이 중대형으로 바뀌고 있으며 이는 국내 제조업체들이 저가의 중국제품에 맞서 시장 경쟁력과 지배력이 높고 수익성이 큰 프리미엄급 제품 등을 집중 개발하고 있는데 따른 것으로 분석되고 있다. 또한 최근 히트펌프 개발기술 발달, 친환경 문제 대두, 연료비 상승, 신재생에너지 등 에너지원 및 적용범위가 다원화됨에 따라 향후 전체 공조기기시장에서 히트펌프의 시장점유율이 급격히 증가할 것으로 예상된다. 국내 히트펌프시장은 초고층 빌딩과 상업용 건물(식당 등)분야에서 지속적으로 증가할 것이 예상되며 가정용분야에서도 보일러대체 기기로 시장형성이 가능할 것으로 예측되고 있다. 산업체 히트펌프 적용가능분야를 살펴보면 저온공정을 보유하고 있는 식품, 섬유, 목재, 제지, 화공 및 전자업종 등에 건조기, 온수생산 공급, 공조기 등 공급대상에 따른 수요처도 다양하다. 히트펌프의 고효율화와 친환경 확보를 위한 기술개발이 주로 진행됐으며 압축기 기술, 제품구조 및 열교환기 개선, 마이크로프로세서 제어 방식 및 솔루션 기술분야에 관한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 히트펌프 냉온수기의 고급 기술에 대한 투자 및 개발에 관한 기대는 세계 최고 기술을 보유한 일본, 미국 등과의 기술 격차를 줄여나갈 수 있는 방안이며 히트펌프 냉온수기에 대한 기술적 우위를 차지하기 위한 산·학·연의 체계적인 생산 및 R&D 기술 인프라를 확대해 나가는 것이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
지열·공기열원 활용 日, 인버터기술 바탕 유럽·미국·중국 등 진출 지구온난화 문제로 화석 연료 사용이 제한되면서 지열이나 공기열원을 활용한 히트펌프 기술이 1990년대부터 활발하게 진행되고 있다. 일본은 2000년대 초기부터 CO₂의 초임계 사이클 기술을 활용한 CO₂ 급탕기 제품을 상용화해 보급하고 있다. 현재는 Air-to-Air(ATA) 히트펌프, Air-to-Water(ATW) 히트펌프의 기술을 통해 가스나 오일 보일러를 완전히 대체하는 All 전화 사업을 진행 중이다. 세계적으로 우수한 인버터 기술력을 보유한 일본기업들은 인버터 기술을 바탕으로 한 ATW Heat pump 제품으로 유럽 및 미주, 중국시장에 진입하고 있다. 유럽의 경우 ATW Heat pump가 신재생에너지로 분류되면서 에너지 사용 절감과 CO₂방출량 감소의 주요 기술로 각광받고 있다. 지열히트펌프의 경우 효율이 높고 실외 온도 변화에 대한 능력 감소가 적고 소음이 적어 히트펌프의 단점을 보완해주나 초기 투자비용이 너무 높고 설치 공간 등의 문제가 시장 확대의 걸림돌이 되고 있다. 2000년대 초반에는 R407C, R404A, R410A 등의 친환경 냉매를 활용한 히트펌프 기술을 활용해 지열 및 공기열원(air source) 히트펌프로 냉방 및 바닥 난방으로만 사용해 왔으나 중반부터는 보일러의 대체 사용을 위해 고온 출수 제품이 필요한 실정이다. 그러나 아직까지 히트펌프의 기술적인 한계인 보일러대비 낮은 출수온도, 실외 온도 저감시 능력 감소, 제상시 능력 감소, 소음 등으로 인해 히트펌프 단독 운전보다는 보일러와 연동되는 시스템 혹은 전기 히터, 태양열 연동 등으로 부가적인 Heat source가 필요한 상태다. 고온출수 및 실외온도 저감시의 능력 감소 문제를 해결하기 위해 새로운 냉매 적용, 2단 압축 cycle, de-superheater cycle, cascade cycle 등의 기술이 연구되고 있어 보일러를 대체할 수 있는 새로운 제품들이 조만간 출시될 것으로 보인다. 제상시의 능력 감소 방지를 위해 착상 지연을 위한 기술인 저착상 fin 개발 기술, Cycle balance 기술 등과 기존의 역사이클 제상 방식의 고효율화 및 Hot gas를 이용한 제상 기술 등을 통해 제상 성능을 향상시키고 있다. 일본의 기업인 미쓰비시(Mitsubishi Elec.)는 기존 VRF system과 연계해 실내기 개념의 cascade cycle을 구성한 City multi 제품으로 70℃의 고온 출수를 가능케 한 제품을 출시했다. 또한 이단 압축 사이클을 적용한 제품인 Jubadan의 경우 -15℃에서도 정격능력의 100%의 성능을 달성해 히트펌프 기술 확대를 하고 있다. 일본기업인 Daikin의 경우 이종 냉매를 활용한 이단 압축 cycle인 Cascade cycle을 통해 80℃의 출수 온도를 달성했으며 외기온도가 -15℃에도 80℃의 고온 출수로 정격능력 100%를 내는 등 기존 보일러 대체를 가능하게 하고 있다. 독일 업체인 Stiebel Eltron는 R407C 압축기 2개를 사용한 이단 압축 기술을 활용해 70℃의 고온 출수 및 한랭지 성능을 보완했다. 히트펌프의 성능 이외의 가장 큰 문제인 소음 문제를 해결하기 위해 ATW 히트펌프의 경우는 실내에 설치, Duct를 활용해 외기와의 열교환을 하는 방식이 체택되고 있으며 근본적인 문제 해결을 위해 Fan 소음 저감 기술 및 압축기 소음 방지를 위한 Housing 등의 기구적 부분의 기술도 도입되고 있다. 2000년대 중반부터 우수한 인버터 기술을 가지고 있는 일본기업들이 고효율 및 부분부하 대응, VRF 기술 등을 강조하며 시장을 선도하고 있다. 에너지 성능 규격도 계절(Seasonal) 개념이 도입돼 연간 전체 성능을 중요시하게 여기고 있어 인버터 기술이 각광을 받고 있다. 또한 바닥난방이나 라디에이터 등을 통한 공간난방 이외에 히트펌프를 활용한 급탕기도 연구되고 있다. 히트펌프 cycle을 활용해 물탱크의 물을 데워 급탕으로 활용하는 제품으로 기존 가스나 오일, 전기에 비해 고효율 제품으로 에너지 사용량 및 CO₂방출량을 감소시킬 수 있는 장점이 있으나 실내에 설치되므로 소용량의 제품이 주종을 이루고 있다. 히트펌프 사용시 외부로 방출되는 열을 활용(배열이용)해 환기에 사용되는 기술연구도 진행 중으로 집 단열이 강화돼 Net-Zero House가 될수록 환기가 필수적인데 Heat pump 기술에 환기를 적용하는 기술 연구도 진행 중이다. 미국의 경우는 고효율 기기 세제 혜택 제도가 2009년부터 시작되면서 기존 가스, 오일 혹은 전기로 급탕을 하던 제품을 ATW 히트펌프로 대체하는 제품이 출시되고 있으나 히트펌프 기술 적용시 받을 수 있는 세제 혜택은 Energy Factor가 2.0 이상이 돼야 가능하다. 물탱크 단열 기술, 냉매/물 열교환 기술, 냉매 분배 기술, cycle 제어 기술 등이 필수적으로 필요하다. |