홈 인스펙터들의 주택이나 상용검사 점검사항 중 냉난방 시설 또한 중요한 항목 중의 하나다. 어떠한 형태의 냉난방시설인지를 구분하는 것 또한 중요한 임무중의 하나다. 구분하기 위한 전제조건은 시설에 대한 정보파악과 기능의 이해를 들 수 있다.
요즘 새로이 건축된 주택이나 건물을 보면 신개념 혹은 신소재의 건축재료나 시설 등를 사용하는 경우를 종종 보게 된다. 따라서 인스펙터 또한 건축재료상이나 관련 웹사이트를 자주 방문하게 되고 새로운 재료나 시설 등이 등장하면 연구하고 변화에 민감하게 반응할 필요가 생기게 된다.신재생에너지를 이용한 새로운 개념의 냉난방기로 히트펌프(Heat Pump)가 시장에서 활발하게 소개되고 있다. 일반 주택이나 상용건물에 심심찮게 설치하고 있는 것을 왕왕 보게 된다. 실상 오래전에 개발되었으나 근자에 많이 소개되고 있는 히트펌프의 기본원리를 간략하게 소개하면 어느 한 곳에 존재하고 있는 저온의 열을 흡수한 다음 흡수한 열을 고온의 열로 전환시켜 다른 한 곳으로 방열하는 원리를 이용하여 만들어진 장치다. 기계적 전환장치를 이용하여 난방기능과 냉방기능을 동시에 수행하는 장치를 말한다.
히트펌프의 열공급은 일반적으로 대기 중에 존재하는 대기열 혹은 지하에 존재하는 지열을 통해 이루어진다. 영하의 추위가 많은 지역에서는 부족한 열원을 보충하기 위해 기름보일러나 개스 보일러, 혹은 전열기를 통한 보조 가열원을 사용하기도 하나 여기에서는 히트펌프 기초원리의 이해를 도모하고자 한다.
대체로 많이 사용되고 있는 대기열을 이용한 히트펌프의 원리를 살펴보자. 난방시에는 대기 중에 존재하는 열을 흡수해서 실내로 공급하고 냉방시에는 실내의 열을 흡수하여 대기로 방출시켜 실내를 시원하게 하는 글자 그대로 신개념의 첨단 기계적 장치다. 이 원리의 기본적 아이디어는 한 예로 100%의 필요한 에너지를 공급하기 위해 25%의 전기에너지와 나머지 75%는 공기 중에 존재하는 대기열을 사용하기 때문에 실상 에너지 요금 절약이 이루어질 수 있다는 것
이다.
히트펌프의 구조를 살펴보면 압축기(Compressor), 응축기(Condenser), 팽창밸프(Expansion Valve), 증발기(Evaporator)로 구성돼 있다. 압축기는 증발기로부터 저온, 저압의 기체상태의 차가운 증기를 흡입한 후 이를 압축해 고온, 고압상태로 전환시킨다. 그 다음 응축기에서는 증기를 냉각시키면서 고온의 열을 방출시켜 기체를 액체상태로 응축시키는 기능을 수행한다. 이때 방출되는 열을 난방열로 사용하게 된다. 팽창밸브에서는 응축기를 통해 만들어진 고온, 고압의 액체상태의 냉매를 팽창시켜 저온, 저압의 기체와 액체가 혼합된 상태의 냉매를 만드는 역할을 한다. 증발기는 저온의 흡수열을 이용하여 저온, 저압의 습한 증기 상태의 냉매를 증발시켜 저온, 저압의 냉매 증기를 만들게 되는데 이 과정에서 냉방의 기능을 하게 되는 것이다.
이러한 냉방과정은 물이 증발하면 그 증발열이 주변의 열을 흡수함으로 시원해진다는 원리를 활용한 것이다. 이는 더운 여름에 바닷가나 호숫가가 시원하다거나 피부에 있는 땀 등의 수분이 증발할 때 몸으로부터 증발열을 빼앗아가기 때문에 몸이 시원해지는 것과 마찬가지 이치이다.공기 중의 대기열 대신 땅속에 지열파이프를 설치(보통 50-150m깊이)해 얻은 지열을 이용한 히트펌프도 종종 이용되고 있다. 지열을 이용한 히프펌프는 외부온도에 의해 많은 영향을 받는 대기열 대신 외부의 온도변화에 영향을 받지 않는 지열을 이용한다는 점에 그 차이가 있다. 에너지 효율성이 뛰어난 반면 설치비용이 많이 드는 편이다.이러한 히트펌프 시스템은 냉난방 외에도 필요한 온수조달에도 사용되는데 최대의 장점은 냉난방에 필요한 에너지원을 대기나 지하에서 조달하기 때문에 무한한 재생자원을 사용할 수 있다는 점이다. 그러나 여기에도 효율성과 비용효과에 대한 신중한 사전지식이 필요하다는 점에서 설치전문가와의 상담이 절대적으로 요구된다.
한 예로 겨울에 대기열을 사용하는 히트펌프의 경우 외부온도 조건의 변화에 따른 대처 능력은 아주 중요하다. 즉, 외부온도의 변화에 따른 대기열 공급능력의 변화와 필요한 난방용량은 서로 상반된 경향을 보여준다. 추운 날에는 대기가 함유하고 있는 열의 절대값이 낮기 때문에 같은 양의 공기를 흡입하더라도 더 오랫동안 작동을 해야 상응한 열량을 충당할 수 있기 때문이다.
예를 든다면 추위의 변화가 심하지 않은 영상의 추운 기후에서는 그 효율성이 뛰어난 반면 영하의 날씨의 경우 외부 대기열의 원활한 공급을 위해 큰 용량의 히트펌프가 필요하고 히트펌프의 주역할을 담당하는 압축기와 팬(Fan)의 지속적 작동으로 인한 전기에너지의 소비증가와 기기손상 또한 만만치 않기 때문이다. 물론 이러한 단점을 보완하기 위한 방법으로 보조열원을 아울러 설치하기도 한다.
김형민 뉴욕주 공인 홈인스펙터
