Z30HAUS – 주택용 히트펌프 온수 시스템 (DHW)

joonnoh의 아바타Posted by

Z30HAUS는 집에서 사용하는 모든 에너지원이 전기로 통합하였습니다. 그래서 도시가스도 연결이 안되어 있고, 가스보일러도 없습니다.
물을 데워 온수를 만드는 장비를 Boiler라고 부릅니다. 보일러로 난방수를 순환시켜 실내 낭방을 할 수도 있고, 온수를 그대로 목욕,설거지 등에 사용하기도 하죠.
이렇게 가정에서 사용하는 온수를 DHW(Domestic Hot Water)라고 부릅니다.

주방에 설치된 열펌프 기반 온수기, 중앙에 푸른 물탱크와 금속 배관이 연결되어 있는 모습.


히트펌프를 이용한 보일러만이 COP 3 이상의 고효율을 냅니다. (가스/석유/석탄 보일러는 모두 COP 1미만)
그리고 집에서 사용하는 난방과 냉방, 그리고 온수까지 모두 동일 히트펌프시스템으로 통합할 때 가장 좋은 에너지효율이 나옵니다. 냉방을 하면 동시에 폐열이 발생하는데, 이 폐열로 온수를 데우거나 다른 곳을 난방할 수 있기 때문이죠. 온수를 만들면서 동시에 폐냉을 사용하여 냉방하는 것도 가능하고요.
이런 통합 시스템은 냉난방 동시형 히트펌프 실외기와 HR유닛이 결합된 시스템으로 국내에 공급되고 있습니다만, 시스템 규모가 Z30Haus에 적용하기에는 너무 커서 도입을 포기하였습니다.

MULTI V SUPER 5 시스템에 대한 설명과 고효율 냉난방 시스템의 작용 원리를 설명하는 인포그래픽.
LG전자의 냉난방 동시형 히트펌프 시스템 에어컨. LG전자의 수출형 시스템은 4~6마력급의 소형 시스템도 있으나 국내에선 아직 유통되고 있지 않습니다.

한편, 국내에서도 26년부터 히트펌프 보일러가 본격적으로 보급되기 시작하는데요, LG전자의 Therma V 히트펌프 보일러가 수배관형 히트펌프로 온수(DHW)와 난방, 그리고 FCU(FanCoilUnit)를 이용한 냉방까지 한 시스템으로 통합할 수 있어 적극적으로 고려하였으나, 1. 여름철 냉방과 온수공급을 동시에 할 수 없음(20분 운전 축열/20분 냉방운전식의 교대운전은 가능) 2. 냉매가스가 아닌 수배관 FCU를 통한 냉방시스템으로 제습능력이 약하다는 점. 그리고 무엇보다 3. 전체 시스템 구축비용이 높고 시공점들이 시공을 꺼리는 이유로 최종적으로는 적용을 포기하였습니다.

LG Therma V 히트펌프 보일러와 욕실 이미지. 세면대와 욕조가 있는 현대적인 욕실 환경을 배경으로 한 보일러 제품.
LG전자 히트펌프보일러. 26년형으로 출시되었는데, 냉매도 안바뀌고 스팩이 완전히 동일한 것으로 볼 때 기존 제품의 실외기 색상만 블랙컬러로 바뀌어 출시된 것으로 보입니다.
삼성 가정용 EHS 히트펌프 보일러 제품 소개 이미지로, 좌측에는 제품과 설치된 모습, 우측에는 제품 특징과 사용 정보가 나와 있습니다.
삼성전자의 히트펌프보일러. LG전자에 비해 R32냉매 사용으로 온수효율이 더 좋습니다만, 냉방이 안됩니다.

이러한 문제로 냉난방과 DHW 통합 시스템은 포기하고, DHW전용 히트펌프 보일러로 방향을 틀었는데, 마침 운이 좋게도 AOSmith사의 300리터급 히트펌프보일러를 매우! 저렴하게 구입할 수 있었습니다.

A.O. Smith의 Blue Diamond 히트펌프 온수기의 이미지로, 현대적인 욕실 배경에서 보여짐.
미국시장 판매용 히트펌프 보일러 입니다.

미국 주택에서 보편적으로 사용되는 사양의 히트펌프 보일러인데, 국내 수입판매를 하였으나 판매가 안되어 단종되었습니다. 국내 판매가 안된 이유는, 300리터 탱크로 부피가 크고, 실외기가 없는 히트펌프 일체형이어서 히트펌프 작동시 소음이 크고, 무엇보다도 가열시 보일러에서 냉기가 배출되어 보일러실이 적어도 3평 이상의 실내 체적의 공간에 설치되어야만 하는 제약이 있고, 국내 대부분의 주택환경에서 보일러실이 좁고 냉난방이 안되기에 사용이 어려운것이 현실입니다.

ProLine XE Voltex® 80갤런 하이브리드 전기 열 펌프 온수기 제품 이미지, 에너지 효율성 강조.
미국 AO Smith사의 ProLine XE Voltex 300리터 보일러와 사양이 동일하네요. 히트펌프 보일러 중에서는 보급형 모델에 속합니다. 동시에 5명이 샤워를 할 수도 있는, 1식구가 어떤 경우에도 온수가 모자란 경우가 없을 충분한 성능입니다.

Z30Haus는 이런 일체형 히트펌프 보일러의 적용을 주택 설계단계부터 고려하여 설비실 공간과 환경을 확보해 놓았기에 100만원대의 저렴한 가격에 고효율의 히트펌프 보일러를 설치할 수 있었습니다.

냉난방기 설치 작업 중인 두 남성. 왼쪽에는 냉난방기가 있으며, 오른쪽에서 한 남성이 파이프를 조정하고 있는 모습.
온수탱크의 위쪽 검은색 케이싱 안에 히트펌프가 얹어 있어 총 높이가 2m 정도로 설치에 약간 애를 먹었습니다.
작업실에 있는 물 히터와 파이프, 그 주변에 놓인 다양한 공구와 자재

온수기의 히트펌프. 가열시 약 300w의 전력을 소모합니다. 대략 1kw 정도로 가열시킨다고 볼 수 있습니다.
가열열량이 부족할 경우 7kw의 내장된 전기저항식 가열봉이 작동합니다만 우리집에서는 히트펌프만으로 충분히 DHW요구량을 커버하네요. 실내온도 17도 이상에서만 히트펌프가 작동하며, 그 이하 온도에서는 일반 전기온수기와 같이 전기가열봉으로 온수를 만듭니다.

전기 장치의 디스플레이로, 현재 온도는 851도이며 대기 모드임을 나타냅니다.

평소엔 온수온도 51도로 세팅하여 사용합니다. 한달에 한번 정도 온수온도를 65도까지 높여 레지오넬라균을 살균시켜 줍니다. iot연동은 안되어 있어 이런 조작은 원격으로 불가능하고 온수기 조작패널로 수동 조작해 주어야 합니다.

금속 파이프와 밸브가 있는 배관 시스템의 클로즈업 사진

온수탱크에 연결되는 배관은 금속배관을 사용하며, 온수기 출력에 자동온도조절 믹싱밸브를 달아 출수되는 온수 온도를 항상 일정하게 조절해 줍니다. 이후 20A PERT 온수배관으로 연결됩니다.

파란색 수압 탱크가 배관 시스템 옆에 위치해 있는 모습입니다.
온수기왜 배관을 보호하기 위한 질소탱크. 저장식 온수기에 반드시 설치해 주어야 하자와 안전사고를 예방할 수 있습니다.
파란색 액체가 담긴 두 개의 투명한 용기가 있는 배관 시스템의 모습.
급수배관의 가장 높은곳(다락)에 설치한 배관내 공기 자동제거밸브.

온수를 틀면 바로 뜨거운 물이 나오는 시스템 – IHWOD(Instant Hot Water On Demand)
샤워나 설거지 등을 할때 온수가 바로 안나오고 찬물이 한참 나오다가 온수가 나오는거 평상시 은근히 스트레스 받고, 항상 물낭비를 하게 되기도 하죠.

온수기와 연결된 급수 및 배수 시스템 다이어그램, 온수 및 찬물 라인이 표시됨
온수배관이 다시 온수통으로 순환시키는 펌프를 설치하여 온수배관내에 뜨거운물이 차있도록 하여 주는 시스템입니다.
수도관에 연결된 물 펌프의 특성.
알리익스프레스에서 구입하여 설치한 온수 순환펌프
회색 벽면에 부착된 흰색 버튼, 주변은 현대적인 인테리어 스타일로 보임

샤워실 입구에 있는 iot 버튼스위치를 누르면 온수순환펌프를 약 1분 30초간 가동시켜 전체 순환배관내 찬물을 온수로 밀어내 배관을 뜨거운물로 채워줍니다. 그래서, 샤워기를 틀면 바로 온수가 나오게 됩니다.

현대적인 욕실의 샤워 헤드와 조절 패널, 나무 벽면에 정돈된 욕실 용품이 보이는 모습

우리집 쾌적한 샤워를 책임지는 GROHE 자동온도조절 샤워수전.
항상 일정온도를 자동으로 유지해 주는 자동온도조절밸브와 레인샤워/핸드샤워를 원터치로 On/Off/유량조절할 수 있는 대단히 편리하고 신뢰성 높은 샤워수전입니다.
샤워압력이 없이 자연낙하하는 풍부한 수량의 샤워물줄기를 제공하는 해바라기 샤워헤드와, 노즐끝이 고무재질로 되어 있어 미네랄 물때에 의해 노즐이 막히지 않습니다.
벽 매립형 수전을 사용하지 않은 이유는, 10~20년 후 샤워수전의 교체가 용이하게 하기 위함이며, 냉온수 배관사이간격을 150mm로 딱 맞게 시공하여 향후 수전교체를 용이하게 시공하였습니다. (대부분의 매립형 샤워수전은 냉/온수 배관간격 150mm 기준으로 제작됩니다)

이렇게 하여 Z30Haus의 온수 시스템은,
. 전기료(태양광발전)나 가스요금 걱정없이 온수를 거의 무한정 공짜로 사용하며,
. 수전에서 온수를 열면 바로 뜨거운물이 나오며,
. 동시에 욕실 2곳에서 샤워를 해도 온수나 수량이 줄지 않고,
. 샤워시 항상 설정한 온도의 온수가 일정하게 나오는
쾌적하고 경제적인 온수사용 환경을 구축하였습니다.

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