대통령이 강조한 히트펌프란? 에어컨·전기히터·가스보일러 차이와 난방비 총정리
안녕하세요. 홈케어 생활정보입니다.
최근 대통령이 히트펌프 보급 확대와 설치비 지원 필요성을 언급하면서 “히트펌프가 도대체 무엇인가요?”라고 궁금해하는 분들이 많아졌습니다.
히트펌프라는 이름만 들으면 새로운 난방기기처럼 느껴지지만, 원리 자체는 이미 우리 생활 가까이에 있습니다. 여름에 사용하는 에어컨과 음식을 차갑게 보관하는 냉장고도 넓은 의미에서는 히트펌프 원리를 이용하는 기기입니다.
다만 정부가 보급하려는 가정용 히트펌프는 일반 에어컨처럼 실내 공기만 따뜻하게 만드는 제품과는 조금 다릅니다. 실외 공기 등에서 얻은 열로 난방수를 데워 바닥난방과 온수를 공급하는 ‘공기열 히트펌프’가 중심입니다.
그렇다면 히트펌프는 전기보일러나 가스보일러와 무엇이 다를까요? 전기를 사용하면서도 에너지 효율이 높다고 평가받는 이유는 무엇일까요? 설치하면 모든 가정의 난방비가 줄어드는지도 함께 알아보겠습니다.
히트펌프란 무엇인가요?
히트펌프(Heat Pump)는 말 그대로 열을 이동시키는 장치입니다.
전기히터는 전기를 열로 직접 바꾸지만, 히트펌프는 실외 공기·땅·물 등에 존재하는 열을 흡수해 실내나 난방수로 옮깁니다. 물을 낮은 곳에서 높은 곳으로 올리는 펌프처럼, 온도가 낮은 곳에 있는 열을 모아 더 따뜻한 곳으로 이동시키기 때문에 ‘열펌프’라고 부릅니다.
“겨울철 찬 공기에서 어떻게 열을 얻을 수 있을까요?”라는 의문이 생길 수 있습니다.
사람이 차갑다고 느끼는 겨울 공기에도 열에너지는 남아 있습니다. 히트펌프는 냉매가 낮은 온도에서 증발하는 성질을 이용해 실외 공기의 열을 흡수한 다음, 압축기를 통해 냉매의 압력과 온도를 높여 그 열을 난방에 활용합니다.
즉, 히트펌프는 전기로 열을 처음부터 전부 만들어내는 장치라기보다, 전기를 사용해 외부에 있는 열을 실내로 옮기는 장치에 가깝습니다.
히트펌프는 어떻게 작동하나요?
히트펌프 내부에서는 냉매가 순환하면서 열을 흡수하고 방출합니다. 주요 작동 과정은 다음과 같습니다.
1. 외부의 열을 흡수합니다
차갑고 압력이 낮은 액체 냉매가 실외기에 있는 열교환기를 지나면서 외부 공기의 열을 흡수합니다. 열을 받은 냉매는 기체 상태로 변합니다.
2. 냉매를 압축합니다
기체가 된 냉매가 압축기로 들어갑니다. 압축기가 냉매를 강하게 압축하면 냉매의 압력과 온도가 함께 올라갑니다.
자전거 타이어에 공기를 빠르게 넣을 때 펌프가 따뜻해지는 것과 비슷한 원리입니다.
3. 실내에 열을 전달합니다
온도가 높아진 냉매가 실내 열교환기를 지나면서 가지고 있던 열을 실내 공기나 난방수에 전달합니다. 이 과정에서 냉매는 열을 잃고 다시 액체로 변합니다.
4. 냉매의 압력을 낮춥니다
액체 냉매는 팽창장치를 지나면서 압력과 온도가 낮아집니다. 이후 다시 실외의 열을 흡수하며 같은 과정을 반복합니다.
이 네 단계가 계속 순환하면서 적은 전력으로 외부의 열을 실내로 옮기게 됩니다.
에어컨도 히트펌프인가요?
네, 에어컨도 히트펌프 원리를 이용합니다.
여름철 에어컨은 실내의 열을 흡수해 실외로 내보냅니다. 실내에서 열이 빠져나가면서 방이 시원해지는 것입니다.
냉난방이 모두 가능한 에어컨은 냉매가 흐르는 방향을 바꿀 수 있습니다. 여름에는 실내 열을 밖으로 내보내고, 겨울에는 실외의 열을 실내로 가져옵니다.
따라서 냉난방 에어컨은 공기에서 열을 얻어 실내 공기를 데우는 ‘공기 대 공기 히트펌프’라고 할 수 있습니다.
다만 냉방 전용 에어컨은 냉매의 흐름을 반대로 바꾸는 기능이 없기 때문에 난방용으로 사용할 수 없습니다. 모든 에어컨이 냉난방 히트펌프인 것은 아닙니다.
냉장고와 의류건조기도 히트펌프인가요?
냉장고도 내부의 열을 흡수해 뒷면이나 아래쪽을 통해 외부로 방출합니다. 냉장고 뒤쪽이 따뜻하게 느껴지는 이유가 바로 내부에서 빼낸 열과 압축기에서 발생한 열이 밖으로 방출되기 때문입니다.
일부 의류건조기도 히트펌프 방식을 사용합니다.
히터식 건조기는 전기로 뜨거운 열을 직접 만들지만, 히트펌프식 건조기는 공기 중 열을 회수해 반복해서 사용합니다. 비교적 낮은 온도로 옷을 말릴 수 있어 전력 소비와 옷감 손상을 줄이는 데 유리합니다.
히트펌프는 갑자기 등장한 생소한 기술이 아니라 에어컨, 냉장고, 건조기 등에 이미 널리 사용되는 기술입니다. 최근에는 이 원리를 가정의 난방과 온수 공급까지 확대하려는 움직임이 커지고 있습니다.
가정용 히트펌프에는 어떤 종류가 있나요?
히트펌프는 어디에서 열을 얻고, 그 열을 무엇에 전달하는지에 따라 종류가 나뉩니다.
공기 대 공기 히트펌프
실외 공기에서 열을 얻어 실내 공기를 따뜻하게 만드는 방식입니다. 냉난방 에어컨이 대표적입니다.
설치가 비교적 간단하고 냉방과 난방을 한 기기로 해결할 수 있지만, 공기를 직접 데우기 때문에 우리나라에서 익숙한 온돌식 바닥난방과는 난방감이 다를 수 있습니다.
공기 대 물 히트펌프
실외 공기에서 얻은 열로 물을 데우는 방식입니다. 데워진 물을 바닥난방 배관에 순환시키거나 생활 온수로 사용할 수 있습니다.
정부가 단독주택 등을 대상으로 보급하려는 가정용 설비도 주로 이 방식입니다. 기존 보일러와 비슷하게 바닥난방을 이용할 수 있다는 장점이 있지만, 기존 배관 상태와 필요한 난방수 온도, 온수탱크 설치 공간 등을 확인해야 합니다.
지열 히트펌프
땅속의 비교적 일정한 온도를 이용합니다. 겨울에는 땅에서 열을 얻고 여름에는 건물의 열을 땅으로 방출합니다.
외부 기온의 영향을 상대적으로 적게 받아 효율이 안정적이지만, 땅을 굴착하고 배관을 설치해야 하므로 초기 설치비가 많이 들고 설치 장소에도 제한이 있습니다.
수열 히트펌프
하천수, 호수, 해수, 상수도 원수 등 물이 가진 열을 이용하는 방식입니다. 주로 대형 건물이나 지역 단위의 냉난방에 활용되며, 일반 가정에서 개별적으로 설치하기에는 제약이 많습니다.
히트펌프는 전기히터와 무엇이 다른가요?
전기히터, 전기장판, 전기보일러 등은 전기저항을 이용해 열을 직접 만듭니다.
예를 들어 전기에너지 1을 사용하면 손실을 제외하고 약 1에 가까운 열에너지를 얻습니다. 구조가 단순하고 빠르게 따뜻해지지만, 넓은 공간이나 집 전체를 장시간 난방하면 전력 사용량이 커질 수 있습니다.
반면 히트펌프는 전기 1을 사용해 압축기와 팬 등을 작동시키고, 외부에서 추가적인 열을 가져옵니다. 운전 조건에 따라 전기 1로 3~4 정도의 난방열을 공급하는 제품도 있습니다.
이때 사용하는 지표가 성적계수인 COP(Coefficient of Performance)입니다.
- COP 1: 전기 1을 사용해 난방열 1을 공급
- COP 3: 전기 1을 사용해 난방열 3을 공급
- COP 4: 전기 1을 사용해 난방열 4를 공급
COP가 3이라고 해서 에너지를 새로 만들어낸다는 뜻은 아닙니다. 전기 1에 외부에서 가져온 열 약 2가 더해져 총 3의 난방열을 공급한다는 의미입니다.
다만 제품 설명서에 표시된 COP는 특정 시험 조건에서 측정한 값입니다. 실제 효율은 실외 온도, 설정 온도, 난방수 온도, 제상운전, 건물 단열과 사용 습관에 따라 달라질 수 있습니다. 따라서 표시된 COP만 보고 실제 난방비가 정확히 몇 분의 1로 줄어든다고 단정해서는 안 됩니다.
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