온실가스 규제 강화와 에너지 가격 상승으로 미국 내 히트펌프(Heat Pump) 보급이 한창이다. 히트펌프는 친환경 냉난방이 가능하고 가스보일러에 비해 난방 효율이 약 3배 좋은 것으로 분석된다. 또 가스보일러와 달리 온실가스를 배출하지 않아 기후변화 대응을 위한 장치로도 주목받는다. 미국 정부는 히트펌프가 기후 문제 완화를 위한 핵심 기술임을 인식하고 기존 온수기를 히트펌프로 전환하기 위한 정책을 추진하고 있다.

미국, 새로운 에너지 효율 기준 강화를 위해 히트펌프 및 콘덴싱 기술 적용 의무화 추진

미국 에너지부는 에너지 절약을 실천하기 위해 에어컨, 세탁기, 냉장고 등 가정용 기기 18개 제품에 대한 에너지 효율 기준을 강화해 왔다. 그 일환으로 2023년 7월 소비자들이 연간 114억 달러의 전기세와 수도세 절약을 위해 새로운 온수기 규정을 발표했다. 온수기 규정이 개정된 것은 지난 2010년 미국 의회가 주거용 온수 표준을 도입한 이후 13년 만이다. 이 규정은 앞으로 공개 의견 수렴을 거쳐 최종 확정하는 절차를 남겨두고 있으며, 확정될 경우 2029년부터 시행될 예정이다.

동 개정안의 적용대상은 가정용 온수기(Consumer Boilers)로 열에너지 보급원에 따라 구분된다. 포함한다. 온수기는 보통 160psig 물 압력 및 250°F 물 온도에서 작동되며, 물을 끓이기 위해 전기를 사용하는지 또는 가스 등을 사용해 15psig 증기 압력 이하의 상태를 만드는지에 따라 전기온수기, 저압 증기 온수기 등으로 구분된다.

공개된 규정 초안에 따르면 2029년부터 판매되는 일반 전기온수기는 히트펌프 기술을, 가스 순간온수기(gas-fired instantenous water heater)는 콘덴싱 기술*을 의무 도입해야 하며 이를 통해 두 온수기 모두 효율성이 향상될 것으로 기대한다. 또한 가정용 보일러 시험 기준에 대해서는 최소 연간 연료 이용 효율과 대기 모드 전력 소비 및 꺼짐 모드 전력 소비에 대한 기준을 변경했다.

  주*: 콘덴싱 기술은 온수기 작동 시 발생하는 배기가스에 숨어 있는 열을 방출하지 않고 재사용하는 기술

미국 에너지부에 따르면 미국 내 온수난방은 연간 주거용 에너지 사용량의 13%를 차지한다고 한다. 그렇기에 미국 에너지부는 2029년 도입될 히트펌프와 콘덴싱 의무화 규정을 통해 향후 30년 동안 5억 미터톤 이상의 탄소 배출을 저감하고 연간 약 114억 달러(약 14조 원)의 에너지 및 수도 요금을 절약할 것으로 분석했다. 또한 세계경제포럼은 히트펌프의 설치 비용이 설비 한 개당 3000~6000달러 정도로 높으나, 수명이 15년 이상이므로 다른 난방장치에 비해 경제적일 수 있다고 분석했다.

히트펌프 종류

히트펌프가 기후 문제 완화를 위한 핵심 기술로 부각되면서 이미 미국은 히트펌프로 급속히 전환하기 위한 에너지 효율 기준을 강화하는 조치를 취하고 있다. 히트펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하는 난방장치이다. 즉, 특정 장소의 열에너지를 흡수해서 다른 곳으로 이동시키는 장치로 에어컨디셔너와 냉장고와 같은 가전제품에 사용되고 있다. 히트펌프의 종류는 열에너지를 어디에서 가져오느냐에 따라 공기열, 지열, 수열 등으로 구분되며 공기열 히트펌프는 덕트 사용 여부에 따라 구분된다.

<히트펌프 종류> 

[자료: 미국 에너지부]

① 덕트 연결형 공기열 히트펌프(Ducted Air-Source Heat Pumps)

가장 흔한 히트펌프 유형은 공기열 펌프로, 집과 외부 공기 간에 열을 전달한다. 덕트를 통해 연결되는 히트펌프는 에어컨 실외기처럼 생겼으며, 집 밖의 공기, 물 또는 지하에서 열을 수집하고 실내에서 사용하기 위해 농축시킨다. 히트펌프는 전기 저항 난방(난로 및 베이스보드 히터와 같은)과 비교해 난방에 사용되는 전기 사용량을 약 50% 감소시킬 수 있다. 고효율 히트펌프는 표준 중앙 에어컨보다 습도를 효과적으로 제어해 여름에 더 적은 에너지 사용과 냉각을 제공한다. 공기열 펌프는 미국의 거의 모든 지역에서 많은 해 동안 사용돼 왔으며 해당 기술은 계속 발전하고 있다.

② 덕트 미사용 공기열 히트펌프(Ductless Air-Source Heat Pumps)

냉각을 제공하는 덕트를 사용하지 않는 미니 분할 히트펌프도 있는데, 이를 덕트 미사용 공기열 히트펌프라고 한다. 또한 '역 주기 칠러(reverse cycle chiller)'라고 불리는 특별한 유형의 공기열 펌프도 있으며, 이는 공기 대신 물을 생산하므로 난방 모드에서 라디언트 플로어 난방 시스템과 함께 사용할 수 있다.

③ 지열 히트펌프(Geothermal Heat Pumps)

지열(또는 지하 열원) 히트펌프는 집과 땅 또는 인근 수원지 간에 열을 전달해 더 높은 효율을 달성한다. 설치 비용은 높지만 상대적으로 일정하게 유지되는 지하 또는 수중 온도를 활용하기 때문에 운영 비용이 낮다. 지열 히트펌프는 몇 가지 큰 장점이 있다. 에너지 사용량을 30~60% 감소시킬 수 있으며 습도를 제어하고 튼튼하며 신뢰성이 있으며 다양한 유형의 주택에 적합하다. 특히 공기 출처 히트펌프보다 더 극한 기후에서 사용할 수 있으며 시스템에 대한 고객 만족도가 매우 높다.

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