한국의 산업용 히트펌프, 시험 기준 범위 넘어서 성장

600 RT 기준안, 이미 1,000 RT 장비를 사용하는 시장과 마주하다

한국의 수열 히트펌프 국가표준안은 정격 난방·냉방 용량이 최대 2,110킬로와트, 약 600냉동톤(RT)인 장비를 대상으로 한다. 그러나 한국종합무역센터는 이미 1,000 RT급 시스템을 설치했으며, 이 설비는 국내 최초의 해당 용량 수열 히트펌프로 소개됐다. 제지업을 비롯한 산업에서도 1,000 RT 이상 장비가 도입되고 있다.

한국산업기술시험원(KATS)의 표준안은 기존 적용 범위인 약 150 RT를 네 배로 확대하는 내용이다. 그래도 현재 설치되는 장비의 용량에는 크게 못 미친다. 1,000 RT 장비는 제안된 600 RT 상한보다 약 67% 크다. 표준 적용 범위와 실제 구매 결정 사이에 상당한 격차가 남는 셈이다.

정부가 K-GX 녹색 전환 정책을 통해 산업용 청정 열원과 대형 건물의 히트펌프 도입을 장려하는 상황에서 이 불일치는 중요하다. 구매자는 장비와 전력 인프라, 공사에 투자하기 전에 효율과 전력 소비량을 비교할 수 있는 근거가 필요하다. 대형 장비에 공통 시험 체계가 없다면 구매 결정의 타당성을 확인하기가 더 어려워진다.

이 문제는 이전부터 지적돼 왔다. 2020년 10월 시작된 연구사업은 기술 표준과 인증 체계를 마련하는 한편 500 RT급 수열 히트펌프를 개발하는 것을 목표로 했다. 2022년 9월 해당 사업을 다룬 자료는 약 150 RT인 530킬로와트를 초과하는 장비에 성능시험 기준이 없다는 점을 인증받은 대형 장비의 활용을 가로막는 요인으로 꼽았다.

새 표준안은 그 경계를 크게 높이려 한다. 핵심은 이전 연구에서 목표로 한 규모를 이미 넘어선 시장에 600 RT 상한이 부응할 수 있느냐는 점이다.

용량 수치가 실제로 의미하는 것

냉동톤은 장비의 무게가 아니라 열용량을 나타낸다. 표준안에 제시된 2,110킬로와트와 약 600 RT는 기계가 공급할 수 있는 난방·냉방 용량을 뜻한다. 장비가 전기를 2,110킬로와트 소비한다는 의미는 아니다.

산업용 구매자에게 이 구분은 필수적이다. 히트펌프는 전기 저항으로 열을 직접 만들어내기보다 전기를 사용해 열을 이동시킨다. 전력 수요는 효율과 운전 조건에 따라 달라지며, 여기에는 열원수 온도와 건물 또는 산업 공정에서 요구하는 온도 등이 포함된다.

따라서 정격 열용량이 같은 두 장비라도 필요한 전력량은 다를 수 있다. 공정하게 비교하려면 시험 조건이 동등해야 하고, 측정에 어떤 장비가 포함되는지도 명확해야 한다. 용량 정격만으로는 현장에 필요한 전력 공급 규모를 판단할 수 없다.

이번 표준안은 수열원과 건물 또는 공정에 열을 공급하는 물 순환 회로 사이에서 열을 교환하는 시스템을 다룬다. 이 표준안만으로는 대형 공기열원 히트펌프에 대해 지적된 별도의 표준 공백이 해소되지 않는다. 공기에서 열을 끌어오는 이들 장비는 운전 조건에 맞는 시험이 필요하다.

인증 공백이 생긴 배경

2022년 당시 수열 히트펌프에는 별도의 인증 기준이 없었다. 대신 설치 기준은 지열과 열을 교환하는 지열 히트펌프 표준을 적용했다. 관련 표준은 KS B 8292, KS B 8293, KS B 8294였다.

표준마다 적용 대상 장비가 달랐다. KS B 8292는 최대 530킬로와트 용량으로 물 순환 회로끼리 열을 주고받는 시스템을 다뤘다. KS B 8293은 물과 공기 사이에서 열을 교환하는 최대 175킬로와트 시스템을, KS B 8294는 동일하게 최대 175킬로와트인 여러 대의 물·공기 시스템을 다뤘다.

이 차이를 고려하면 150 RT를 모든 히트펌프 종류의 상한으로 단순 해석해서는 안 된다. 약 150 RT는 대형 수열 연구사업에서 논의된 물 순환 장비에 해당하는 경계였다. 다른 종류의 장비에는 더 낮은 상한이 적용됐다.

당시 보도된 해당 경계 초과 장비의 시험 기준 부재는 관련 체계에서 대형 장비가 사실상 인증받을 수 없게 만들었다. 그렇다고 더 큰 장비를 제조하거나 설치할 수 없다는 뜻은 아니었다. 이후 1,000 RT 장비가 설치된 사실은 기술적 도입과 공통 국내 인증 체계의 적용 범위 사이에 차이가 있음을 보여준다.

500 RT를 목표로 한 연구사업

앞선 개발 사업은 한국수자원공사가 주도하고 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원이 지원했다. 한국에너지기술연구원과 한국냉동공조시험센터를 포함해 11개 기관이 참여했다.

사업 기간은 39개월로, 2020년 10월부터 2023년 12월까지로 예정됐다. 하천수 열교환 기술, 환경 영향이 더 적은 냉매를 사용하는 대형 히트펌프, 축열과 냉난방을 결합한 시스템, 대형 장비의 기술 표준과 인증 등이 사업 목표에 포함됐다.

목표로 설정된 500 RT 장비는 수열 냉난방이 초기 확대 단계에 있던 당시의 수요 전망을 반영했다. 600 RT 표준안에 대한 최근 비판은 이 안이 4년 전 연구에 머물러 있는 반면, 현재 고객은 당시 개발 목표의 두 배에 달하는 장비를 설치하고 있다는 점이다.

정책과 장비 시장의 흐름은 다음과 같다.

• 2019년 10월: 「신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법 시행령」 개정으로 하천수가 재생에너지 범위에 포함됐다.
• 2020년 10월: 500 RT 히트펌프 개발과 인증 기준 마련을 포함한 39개월 연구사업이 시작됐다.
• 2022년 4월: 환경부와 한국수자원공사가 8개 기관과 9개 건물을 대상으로 시범사업 협약을 맺었다.
• 2022년 9월 19일: 연구사업이 진행 중인 것으로 소개됐으며, 약 150 RT를 초과하는 장비의 시험 기준 부재가 문제로 지적됐다.
• 2023년 12월: 연구사업의 예정 종료 시점.
• 최근 표준 논의: 이미 1,000 RT급 설비가 사용되고 있다는 점에서 약 600 RT 상한안에 이의가 제기되고 있다.

한국종합무역센터 설비는 최근 관련 보도가 나오기 전 해에 설치된 것으로 소개됐지만, 해당 보도의 발행일은 명시되지 않았다. 이 설명만으로는 설치 연도를 특정할 수 없다. 연구사업의 예정 종료 시점만으로 인증 목표가 언제 완성되거나 채택됐는지도 알 수 없다.

구매자가 더 적은 수의 대형 장비를 택하는 이유

대형 히트펌프의 장점은 정격 용량에만 있지 않다. 장비 대수를 줄이면 기계실 공간을 아끼고, 유지보수가 필요한 물 배관과 밸브, 개별 장비 수를 줄일 수 있다. 설비 공간을 다른 용도로도 활용해야 하는 대형 건물에서는 이런 점이 중요하다.

2022년 개발 사업은 많은 시범사업 현장에서 난방·냉방 용량이 530킬로와트를 넘을 것으로 예상했다. 이 수요를 다수의 소형 장비로 충족하면 설치 공간이 늘고 유지보수가 복잡해질 것으로 전망됐다.

대형 장비는 구조도 다르다. 소형 히트펌프에는 왕복동 압축기나 스크롤 압축기가 흔히 쓰인다. 용량이 커지면 제조사가 스크루 압축기나 원심 압축기를 적용할 수 있다. 원심 압축기는 빠르게 회전하는 임펠러로 냉매를 압축한다.

연구 자료에 소개된 대형 수열 시스템은 온수와 냉수를 생산하는 열교환기를 각각 둔다. 난방과 냉방을 전환하기 위해 냉매 흐름을 바꾸는 대신 밸브로 적절한 물 순환 회로를 선택한다. 이에 따라 각 열교환기를 고유한 용도에 맞게 설계할 수 있다.

적용 분야에는 건물 냉난방, 데이터센터 냉각, 냉장 보관, 온실 난방, 온수와 증기 생산 등이 포함된다. 이는 대형 히트펌프의 활용 사례이지, 한국의 모든 분야에 이미 1,000 RT 설비가 설치됐다는 뜻은 아니다. 요구 온도가 분야별로 다르기 때문에 대형 장비는 고객의 필요에 맞춰 설계·제작되는 경우가 많다.

신뢰할 수 있는 성능 데이터가 전력 계획을 좌우한다

표준 공백이 가장 직접적으로 초래하는 문제는 조달 과정의 불확실성이다. 구매자는 서로 다른 장비가 같은 양의 유효 난방·냉방을 제공하면서 비슷한 전력을 소비하는지 알아야 한다. 일관된 시험 조건이 없으면 제품 사양의 차이는 실제 성능뿐 아니라 측정 방식의 차이를 반영할 수도 있다.

불확실성은 현장의 전기 인프라에도 영향을 미친다. 대규모 설비에는 추가 전력 설비가 필요할 수 있고, 전력망에서 전력을 공급받는 인프라를 점검해야 할 수도 있다. 전력 수요 추정치는 설비 증설 규모와 설치 예산에 영향을 준다.

열용량만으로 이런 검토를 대신할 수는 없다. 1,000 RT 장비를 선정하는 공장은 공정에 필요한 온도와 부하에서의 전력 소비량을 알아야 한다. 광범위한 배관망을 통해 물을 공급해야 하는 경우에는 히트펌프의 효율도 전체 계산의 일부일 뿐이다.

업계 관계자들은 공공조달과 실증 사업, 대규모 민간 설치를 뒷받침하기 위해 표준을 신속히 개정해야 한다고 촉구하고 있다. 장비 수요에 맞춰 공통 검증 체계도 마련하면 구매자가 고비용 현장 공사에 착수하기 전에 제품을 비교할 수 있다는 주장이다.

표준 공백이 기존 대형 장비의 성능이 나쁘다는 점을 입증하는 것은 아니다. 공통 기준에 따른 비교 근거가 없다는 뜻이다. 국내 도입이나 녹색산업 수출이 늦어질 수 있다는 경고는 우려를 나타내는 것이며, 지연이나 판매 손실이 정량적으로 확인됐다는 증거는 아니다.

시범사업이 보여준 가능성과 한계

2022년 4월 시범사업 협약에는 삼성서울병원, WTC 서울, 미래에셋자산운용, 상주시, 엔씨소프트, 한국전력거래소, 충청북도, 경상남도교육청 등 8개 기관이 참여했다. 사업 대상은 건물 9곳이었다.

참여 기관에는 열원수 배관과 열교환기, 내부 배관, 히트펌프를 포함한 수열 설비 비용의 50%를 지원하는 내용이 제시됐다. 이 지원 범위가 중요한 이유는 장비 자체가 실제로 작동하는 설비의 유일한 구성 요소가 아니기 때문이다. 적합한 수원을 확보하고 건물까지 물을 끌어오는 비용이 사업 전체에 영향을 줄 수 있다.

9개 건물의 연간 냉난방 전력 소비량은 101.9기가와트시에서 65.4기가와트시로 감소할 것으로 예상됐다. 차이는 36.5기가와트시로, 기존 사용량의 약 35.8%에 해당한다. 연간 온실가스 감축량은 1만9,000톤으로 전망됐다.

이 수치는 시스템 도입과 관련해 제시된 예상치이지, 운영을 마친 뒤 검증된 실적은 아니다. 시범사업 추진의 배경이 된 기대 효과를 보여주지만, 모든 산업 현장의 절감량이나 현재 1,000 RT 장비의 성능을 입증하지는 않는다.

입지도 경제성에 영향을 미친다. 조항문 선임연구원의 2020년 수열에너지 서울시 확대 연구는 수원과 열 수요처의 거리가 가까운 것이 핵심 조건이라고 밝혔다. 거리가 멀수록 물을 이송하고 배관을 설치하는 비용이 늘어, 다른 조건이 유망한 사업의 경제성이 약해질 수 있다.

표준만으로 해결할 수 없는 문제

수열 히트펌프는 비교적 안정적인 물의 온도를 활용해 냉난방을 한다. 겨울에는 열원에서 열을 끌어오고, 여름에는 건물의 열을 열원으로 옮길 수 있다. 다만 연구사업에서는 겨울철 하천수 저온, 이물질 유입, 배관 내 압력 충격, 방류수의 환경 영향 등 해결해야 할 기술 과제도 확인됐다.

압축기 설계와 냉매 선택도 성능에 영향을 준다. 연구사업은 정밀한 시험 장비, 고속 회전 압축기의 신뢰성 있는 베어링, 압축기 운전을 불안정하게 만들 수 있는 서지 현상을 방지하는 제어 장치가 필요하다고 밝혔다. 따라서 표준의 용량 범위를 확대하려면 수치상 상한을 바꾸는 것뿐 아니라 적절한 시험 역량도 갖춰야 한다.

설치 경제성과 관련해서는 별도의 정책 결정이 필요하다. 2022년 당시 수열에너지는 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치 적용 대상에서 제외된 것으로 설명됐다. 초기 설치 비용 지원과 금융 지원, 에너지 요금 개편도 과제로 제기됐다. 이는 당시 우려 사항을 보여주는 설명이지, 현재 해결 여부를 뜻하지 않는다.

기존 난방 설비가 요구하는 온도가 히트펌프가 공급할 수 있는 온도와 맞지 않을 수 있다. 현장별로 수온과 유량, 환경 조건도 평가해야 한다. 인증을 통해 장비 성능을 더 쉽게 비교할 수는 있지만, 특정 건물이나 공장이 적합하다고 보장할 수는 없다.

당장 풀어야 할 문제는 한국이 제안된 600 RT 상한을 넘는 장비, 특히 1,000 RT 이상 장비를 어떻게 시험하고 인증할 것인가다. 적용 범위를 확대할 확정 일정은 제시되지 않았으며, 다음 의견 수렴 일정이나 표준 채택 시점도 명시되지 않았다. 정부의 보급 목표를 고객이 이미 구매하는 장비까지 아우르는 검증 체계와 연결하는 것이 현실적 과제다.

핵심 내용

• 제안된 수열 히트펌프 표준은 정격 난방·냉방 용량 최대 2,110킬로와트, 약 600 RT까지 적용된다.
• 한국종합무역센터에는 1,000 RT급 시스템이 설치됐으며, 제지업에도 이 정도 용량의 장비가 도입되고 있다.
• 제안된 용량 상한은 기존 약 150 RT 경계의 네 배지만, 현재 대형 설비에는 미치지 못한다.
• 2020년 10월부터 2023년 12월까지 진행할 예정이었던 연구사업은 500 RT 장비와 인증 체계를 목표로 했다.
• 공통 기준이 없으면 효율 비교와 조달, 전력 인프라 계획이 복잡해진다.
• 시범사업 대상 건물 9곳은 연간 36.5기가와트시의 전력을 절감할 것으로 전망됐다. 이는 검증된 운영 실적이 아니다.
• 제안된 600 RT 한도를 넘는 장비에 적용할 국내 표준의 확정 일정은 제시되지 않았다.