유럽히트펌프협회(EHPA)가 유럽 주요국의 산업체 및 지역난방 등에 적용된 대형 히트펌프 프로젝트를 조사, 발표했다. 그중 성공적인 16가지 사례를 통해 유럽 내 대형 히트펌프 시장 동향 및 경제적, 기술적 성장 가능성을 전망해본다. 이번 호에서는 오스트리아 비엔나, 핀란드 맨챌래, 스위스 로잔, 헝가리 부다페스트, 독일 바이에른 등의 도시에서 사용된  대형 히트펌프의 현황을 담았다.

                                                                    헝가리 부다페스트

오스트리아 비엔나의 지역난방

비엔나는 약 180만 명의 인구가 거주하고 있는 오스트리아의 수도이자 최대 도시이다. 비엔나시의 전체 거주지 중 3분의 1은 지역난방을 통해 난방 및 온수가 공급되고 있다. 비엔나시는 오스트리아의 히트펌프 업체 오크스 너(Ochsner)가 공급하는 255kW 고온 히트펌프를 사용해 보일러의 발전소 용량을 확대하지 않고도 비엔나 지역난방 시스템의 용량과 효율을 향상시키는 결과를 얻었다.

따라서 이 사례에서 지역난방 시스템의 반환 라인은 약 45°C의 온도 수준이 히트펌프의 열원으로 사용된다. 히트펌프의 가열 능력은 보조 시스템의 공급 라인으로 사용되며 온도는 70~85°C이지만, 동일한 장치는 최대 98°C의 유동 온도를 공급할 수도 있다. 또한 비엔나 지역난방에 사용된 히트펌프는 연간 COP 5, 3을 달성하고 비인화성 및 비독성 냉매인 ÖKO1을 사용해 뛰어난 효율과 친환경성을 자랑한다.

핀란드 남부 우시마 지역에 위치한 맨챌래(Mäntsälä) 는 2만 명 이상의 인구가 거주하고 있는 면적 596.10km2 의 도시이다. 이곳에서는 도시에 열을 공급하기 위 해 지역 데이터 센터의 폐열을 활용한 우수 사례를 보여주고 있다. 현재 도시의 약 1,500가구에 지역난방을 사용해 열을 공급하고 있지만, 앞으로 4,000가구가 이 네트워크에 연결될 예정이다.

첫 번째 단계에서는 열 교환기를 사용해 데이터 센터의 열을 수집해 따뜻한 공기를 액체로 변환한다. 이어 두 번째 단계에서 지역난방 플랜트의 4MW 히트펌프는 물의 온도를 40℃에서 85℃로 상승시킨다. 히트펌프는 4 이상의 고온 및 고COP를 달성하도록 최적화되어 있다. 첫 번째 단계에서 제공되는 열은 여름에 기저 부하를 제공하기에 충분하므로 도시에 공급되는 열의 약 75%는 청정에너지원에서 비롯된 것으로 추정된다. 따라서 화석 연료에 대한 필요성이 크게 줄어들며, 프로젝트 완료 시 CO2 배출량은 22,000 톤/년 감소할 것으로 예상된다.

스위스 로잔의 히트펌프 플랜트

2대의 4,5MW 히트펌프는 레만 호수의 물을 열원으로 사용하고 있다. 히트펌프는 6~7°C의 일정한 온도로 약 260 l/s의 유량의 물을 추출하여 2개의 지역난방 네트워크와 저장 탱크에서 열을 공급할 수 있다. 히트펌프는 지역난방 시스템의 수요가 적은 경우에도 저장 탱크를 채우며 전체 용량으로 작동한다. 저장 옵션은 히트펌프의 시동을 제한해 기계적 마모를 제한하는 역할을 한다.

히트펌프는 평균 온도 네트워크에서 28~65°C, 저온 네트워크에서 26~50°C를 공급하여 온도가 16°C 미만인 경우에만 작동한다. 그러나 피크 부하의 경우 외부 온도가 매우 낮으면 히트펌프는 2개의 가스 터빈에 의해 지원된다.  실험실 및 환기를 위한 냉각 용량은 동일한 히트펌프로 보장되며, 사용된 냉매는 NH3이고 달성된 COP 는 4, 8이다.

헝가리 부다페스트의 군 병원

하수는 1년 내내 10~20℃의 안정적인 온도를 제공하는 열원이다. 헝가리 업체인 더모와트(Thermowatt)는 이 유리한 조건을 활용해 대체 열원을 사용할 수 있는 히트펌프 시스템을 개발했다. 지난 2014년 7월부터 이와 같은 폐수를 활용한 히트펌프 시스템은 부다페스트에 있는 대형 NATO 군 병원의 일부인 4만m2의 건물 단지에 난방 및 냉 방을 제공하고 있다.

이 시스템은 2대의 거의 동일한 크기의 캐리어 수열 히트펌프를 사용하여 3,8MW의 난방 및 3,3MW 의 냉각을 제공한다. 그 중 하나는 인버터로, 더 효과적인 시스템 작업과 높은 효율을 제공하고 있다. 여과 장치를 포함한 전체 시스템은 주차장 아래에 있는 콘크리트 지하 구조물에 설치되어 있으며 약 210m2를 차지할 정도의 규모다. 가열과 냉각은 대형 열교환기를 포함하고 단지 32°C에서 작동하는 공기 취급 장치를 통해 이루어지므로 높은 시스템 COP 6, 5-7, 1에 기여한다. 시스템은 중력을 사용해 수집기에서 공급되며, 그 크기는 이용 가능한 폐수의 양(11,000m3/일)에 의해 결정된다.

중략...