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~2016년 교육부 이야기/신기한 과학세계

전기난방의 현재를 진단한다!

비회원 2011. 11. 17. 10:00


지난 1월 10일, 갑자기 밀어닥친 한파로 전력 수요가 사상 최고치(7,184만kW)를 기록했다. 겨울철 난방 수요 급증에 따른 것으로 최근 몇 년간 기름과 가스를 이용하는 보일러 난방 대신 전기 난방이 자리잡으면서 나타난 현상이다. 특히 전력 소모가 많은 대형 빌딩에 전기 난방이 도입됨에 따라 올 겨울도 전력 공급 문제가 우려된다. 편리한 전기 난방, 그 원리는 무엇이고 문제점과 대안은 무엇일까?
 

바깥에서 열을 퍼나르는 열펌프(Heat pump)

 
전기 난방에는 전기난로, 전기장판 외에 최근 급부상하고 있는 열펌프(Heat pump)가 있다. 우리가 흔히 이야기하는 냉난방 겸용 시스템 에어컨이 열펌프에 해당한다. 열펌프는 바깥 공기의 열을 집 안으로 보내주는 기계장치다.

그림 1. 천장형 냉난방 겸용 시스템 에어컨. ⓒgoogle


열펌프는 건물 안에 설치하는 ‘실내기’와 건물 밖에 설치하는 ‘실외기’로 이루어져 있다. 실내기와 실외기를 냉매(Refrigerant)가 순환한다. 냉매는 실외기로 가는 동안 바깥 공기보다 더 차갑게 만들어져 바깥 공기로부터 열을 빼앗는다. 이렇게 열을 받아 뜨거워진 냉매는 실내기로 돌아와 실내 공기에 열을 전달한다. 실내기는 이렇게 만들어진 ‘따뜻한 공기’를 우리에게 내보낸다. 

만약 이 시스템을 거꾸로 돌리면 냉방 모드(에어컨)가 된다. 난방을 할 때와는 반대로 냉매가 실내기로 오는 동안 차가워져 실내로부터 열을 빼앗고, 이렇게 열을 받아 뜨거워진 냉매는 실외기로 가 외부 공기에 열을 버린다.  

그림 2. 냉난방 겸용 시스템 에어컨은 냉매의 흐름 방향(검정색 화살표)에 따라 냉방모드와 난방모드가 바뀐다. 냉방모드에서는 실내의 열을 흡수해 외부로 버리고, 난방모드에서는 외부의 열을 흡수해 실내로 보낸다. (빨간색 화살표는 열의 흐름을 나타냄)


열펌프의 가장 큰 장점은 에너지 절약형이라는 것이다. 일반적으로 연료를 100만큼 태웠을 때 보일러는 70의 열을 낸다. 만약 같은 양의 연료를 발전소에서 태우면 35의 전기를 얻을 수 있다. 이렇게 만들어진 전기를 이용한 전기난로는 35의 열을 낼 뿐이다. 하지만 열펌프는 35의 전기를 이용해 바깥 공기에서 70의 열을 더 끌어오기 때문에 결과적으로 105의 열을 낼 수 있다.

그림 3. 가스 보일러, 전열기구, 그리고 열펌프의 에너지 사용 개략도


  

열펌프, 무엇이 문제일까?

 
에너지 절약형 열펌프, 문제는 없을까? 열펌프는 18평형(59제곱미터)을 20도로 유지하는데 시간당 약 2200W를 소비한다. 전기난로의 시간당 소비전력은 1200W 정도다. 열펌프가 전기난로보다 두 배의 전력을 먹는다.
 
하지만 ‘진짜’ 문제는 전기난로는 ‘보조 난방용’이고 열펌프는 ‘주 난방용’이라는 것. 시간당 소비전력보다 그것을 사용하는 시간이 중요하기 때문이다. 기본적으로 가스 보일러를 가동하면서 보조 난방으로 하루 3시간씩 전기난로를 사용할 경우 가스난로의 월 전력 소비량은 100kW정도다. 하지만 가스 보일러를 사용하지 않고 오로지 열펌프를 하루 8시간씩 가동할 경우 열펌프의 월 전력 소비량은 500kW가 넘는다. 다섯 배가 넘는 수치다. 겨울에 한파가 닥쳐 현재까지 보급된 약 140만대의 열펌프가 동시에 가동된다면 원자력 발전소 네 개가 필요하다.
 
 

전기는 고급 에너지!

 
지난 2일 조선호텔에서 열린 제 25회 에너지 포럼에서 서울대학교 전기공학부 박종근 교수는 “비싼 돈을 들여 만든 전기로 다시 열을 만드는 전기 난방에 대해 재고해야 한다”며 “대형 빌딩의 전기 난방을 규제하고 산업 단지에는 건물마다 계량기를 설치해 건물 용도별로 다른 전기요금을 도입하는 등의 적절한 조치가 필요하다.”고 조언했다.
 
무엇보다도 우리 소비자의 의식 변화가 요구된다. 전기는 고급 에너지라는 인식을 가지고 절약하려는 의지가 필요하다. 또한 정부는 소비자가 생활 속에서 에너지를 절약할 수 있도록 고효율 건물 설계부터 신재생 에너지 투자까지 보다 폭 넓고 장기적인 에너지 정책을 수립해야 할 것이다.


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