1. 머리말

세계적으로 탈탄소에의 대처가 가속화되고 있는 가운데, 일본은 CO₂배출량을 2030년에는 2013년 대비 46% 삭감, 2050년에는 탄소중립이라는 정부 목표를 제시했다. 일본이 최종에너지 소비량 전체의 14%를 차지하는 가정 부문<그림 1>의 CO₂배출량을 근본적으로 삭감하려면 한랭지에서 70% 이상을 차지하고 있는 급탕 난방의 에너지 삭감, 특히 난방 에너지 절감이 매우 중요하다<그림 2>. 

한랭지 특히 홋카이도는 여전히 등유 의존도가 강해 향후 CO₂배출량 삭감에 있어서는 지속 가능하고 에너지 절감성이 높은 제품, 자연재해에 대한 주거환경의 레질리언스(resilience) 강화에 대응한 제품을 보급 촉진하는 것이 급선무다<그림 3>. 

최근에는 한랭지에서도 온난화로 인해 냉방수요가 증가해 냉방기능이 요구되고 있다. 본고에서는 한랭지에서의 에너지절감 기기 보급 확대를 목표로 집안의 급탕, 난방, 냉방을 1대의 시스템으로 조달하는 업계 최초의 한랭지용 하이브리드 냉난방·급탕 시스템을 소개한다<그림 4>. 

2. 제품의 개요

고효율 기기로는 가스 잠열 회수식 급탕 난방기나 히트펌프식 냉온수기가 널리 알려져 있다. 히트펌프 식은 외기 온도가 낮을 경우 출력과 효율이 저하되기 때문에 쾌적성, 에너지절감성, 환경성, 경제성에 있어서 충분하지 않다. 반면에 가스 잠열 회수식은 외기 온도가 낮아도 능력, 효율을 저하시키지 않지만 원리상 효율 100%를 넘지 않아 에너지 절감성에는 한계가 있다. 또한 경제성 면에서도 특히 LPG 시장에서는 운전비가 높아진다는 문제가 있다.

본 시스템은 가정에서 에너지 소비의 절반 이상을 차지하는 급탕 난방에 대해 급탕은 고효율 가스 잠열회수식으로 하고 난방은 가스 난방과 히트펌프 난방 양쪽의 장점을 살린 하이브리드 난방을 채택한 시스템이다. 또한 최근에는 한랭지에서도 냉방 수요가 증가함에 따라 냉수 냉방을 부가해 냉방 에너지 소비도 줄이는 하이브리드 냉난방·급탕시스템이다.

본 시스템은 쾌적하고 에너지 절감성이 우수할 뿐만 아니라 환경성(CO₂배출량), 경제성, 자원 절감성(Tank-less에 의한 중량 대폭 감소) 면에서도 탁월하다<표 1>.

3. 본 시스템의 특징

한랭지의 냉난방 부하에 적합한 냉온수식 히트펌프를 채택했다<그림 5>. 외기온도 -5℃ 이상인 동절기와 중간기에는 히트펌프만으로 난방할 수 있고 -5℃ 이하의 엄동기에는 히트펌프 난방능력의 부족분을 가스난방으로 보조함으로써 쾌적한 난방을 제공한다. 종전기와 같이 버퍼 탱크를 갖지 않고 히트펌프와 가스 열원기를 직렬 접속하는 회로구성으로 했다<그림 6>. 히트펌프에서 가열된 온수가 직접 단말기(난방기구)로 공급되기 때문에 종전기와 비교해 히트펌프의 비등온도를 낮출 수 있어 히트펌프의 효율이 향상된다. 게다가 기동 시나 히트펌프의 제상운전 시에는 가스 백업 운전도 효율적으로 실현한다. 

난방효율을 올리기 위해 히트펌프와 가스 열원기를 직렬로 접속한다. 이는 냉방운전 시 히트펌프에서 나오는 냉수를 가스 열원기에 흘려보내면 결로가 생겨 연소기의 고장원인이 되기 때문에 가스 측을 간접 가열방식으로 했다(액체-액체 열 교환을 통한 회로의 완전분리). 

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전체 기사는 2023년 2월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)

본 원고는 일본공업출판주식회사 발행하는 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.

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