난방: 적외선 난방과 열펌프의 조합

적외선 난방과 열펌프를 결합하는 것은 가능하며 경우에 따라 유리할 수 있습니다. 이에 대한 몇 가지 중요한 정보는 다음과 같습니다

적외선 난방 작동 원리

적외선 히터는 적외선을 방출하여 물체와 사람을 직접 가열하는 방식으로 작동합니다. 공기를 데우는 기존 히터와 달리, 적외선 히터는 실내 표면을 데운 후, 데워진 열을 주변 공기로 방출합니다.

히트펌프 작동 방식

히트펌프는 주변 환경(공기, 물, 땅 등)의 에너지를 이용하여 건물 난방에 필요한 열로 변환합니다. 열 교환 원리를 기반으로 작동하며 냉방에도 사용할 수 있습니다.

조합의 장점

적외선 히터와 히트펌프를 결합하면 여러 가지 이점을 얻을 수 있습니다. 적외선 히터는 직접적인 열을 방출하기 때문에 빠르게 쾌적한 온기를 제공합니다. 반면 히트펌프는 효율적으로 작동하며 재생 가능한 에너지원을 사용하여 열을 발생시킵니다. 이 두 가지를 함께 사용하면 에너지 효율적이고 쾌적한 난방 솔루션을 제공할 수 있습니다.

히트펌프를 주요 난방원으로 사용

대부분의 경우, 에너지 효율이 뛰어나기 때문에 히트펌프가 주요 난방 장치로 사용됩니다. 적외선 난방은 특히 사용 빈도가 낮은 공간에서 더 빠르고 정확하게 추가적인 열을 공급하는 보조 난방 장치로 활용될 수 있습니다.

통제 및 규제

두 시스템을 효과적으로 결합하려면 세심한 제어와 조절이 필수적입니다. 지능형 제어 시스템을 사용하면 히트 펌프와 적외선 난방 시스템을 모두 관리하여 최적의 실내 온도를 유지하고 에너지를 절약할 수 있습니다.

하지만 적외선 난방과 열펌프를 결합한 방식은 건물 단열 상태, 방 크기, 개인별 난방 요구량 등 다양한 요인에 따라 달라질 수 있다는 점을 유의해야 합니다. 최적의 솔루션을 찾기 위해서는 전문가의 상담을 받는 것이 좋습니다.

드레스덴 공과대학교의 연구 "최대 부하 대응을 위한 적외선 난방 시스템의 잠재력 평가"는 적외선 난방이 기존 주거용 건물의 화석 연료 소비를 단기적으로 줄이는 동시에 건물을 히트펌프 도입에 적합한 상태로 만드는 해결책임을 확인시켜 줍니다. 이 연구 결과는 "주거용 건축물의 적외선 난방" 컨퍼런스에서 발표될 예정입니다

공급 문제, 높은 투자 비용, 또는 설치 기사의 시간 부족 등의 이유로 기존 주택에 히트펌프를 신속하게 설치할 수 없는 주택 소유자는 초기에는 적외선 난방을 사용하여 화석 연료 사용량을 줄일 수 있습니다. 이후에는 기존의 온수 난방 시스템을 용량이 더 작은 히트펌프로 교체하고 적외선 난방 시스템과 함께 사용할 수 있습니다. 드레스덴 공과대학교의 연구에 따르면 이러한 접근 방식은 기술적으로 실현 가능합니다. 주택 소유자는 먼저 기존 가스 난방 시스템의 시스템 온도(유량 온도)를 낮춰 주택의 기본 난방 부하만 충족합니다. 더 높은 난방 수요, 즉 피크 부하는 빠른 반응 속도를 가진 적외선 히터로 충족할 수 있습니다. 이렇게 하면 새 라디에이터, 창문, 외벽 단열재 설치와 같은 비용이 많이 들고 복잡한 개조 공사 없이도 집안의 쾌적한 온도를 유지하면서 화석 연료 소비를 줄일 수 있습니다.

드레스덴 공과대학교에서 진행된 "피크 부하 대응을 위한 적외선 난방 시스템의 잠재력 평가" 연구에서는 대표적인 단독주택을 사례로 사용하여 이러한 접근 방식과 그에 따른 에너지 수요를 조사했습니다. 연구 결과는 드레스덴 공과대학교 에너지 기술 연구소 건축 에너지 기술 부서장인 요아힘 자이페르트 교수가 2023년 5월 11일 뷔르츠부르크에서 열린 "주거용 건축물의 적외선 난방" 학회에서 처음 발표했습니다. 자이페르트 교수는 "열펌프 시스템과 전기 적외선 히터를 결합한 시스템은 기존 건물에 적용 가능한 기술적 선택지입니다. 이러한 시스템 조합은 난방 수요와 쾌적한 실내 환경을 모두 충족할 수 있습니다."라고 결론지었습니다.

적외선 난방과 열펌프의 조합

산업협회 IG Infrarot의 의뢰로 진행된 이번 연구에서 드레스덴 공과대학교(TU Dresden)의 과학자들은 기존의 고온수 가열 시스템을 적외선 히터와 결합하여 저온 열펌프와 함께 작동할 수 있도록 만들 수 있는지 여부를 조사했습니다.

독일의 건축물 재고를 대표적으로 나타내기 위해, 연구팀은 난방 가능 면적 160제곱미터, 단열 기준 95호에 부합하는 단독주택을 선정했습니다.

표준 난방 부하는 9.2킬로와트이고, 비난방 부하는 제곱미터당 57.20와트입니다. 시뮬레이션은 건물 및 플랜트 통합 시뮬레이션 소프트웨어인 TRNSYS-TUD를 사용하여 수행되었습니다.

시뮬레이션에서 기존 건물에는 저온 가스 보일러가 설치되어 있으며, 열은 라디에이터를 통해 전달됩니다. 연구진은 이를 바탕으로 유량 온도를 낮춰 기존 가스 보일러나 라디에이터를 사용하여 적외선 난방으로 기준 온도를 유지할 수 있는 가능성을 입증했습니다.

조절되지 않는 기본 난방과 조절되는 적외선 난방의 조합

본 분석은 주택 소유자의 실제적인 절차를 반영하여 순차적으로 진행되었습니다. 먼저, 가스 난방 시스템을 이용하여 건물을 기본 온도로 올렸습니다. 유량 온도 70°C, 환수 온도 55°C(ϑV/ϑR = 70°C/55°C)로 작동하는 난방 시스템에서 시작하여, 난방 곡선의 최고 온도를 유량 온도(ϑV) 40°C로 낮추고, ϑV/ϑR = 40/30의 난방 곡선을 설정했습니다. 그 후, 10개 방 중 7개 방에서는 기존의 라디에이터에 적외선 히터를 추가했습니다.

다음 단계에서는 저온 보일러를 공기-물 열펌프로 교체했습니다. 연구진은 열 전달 시스템, 즉 라디에이터의 크기나 단열 기준은 변경하지 않았습니다. 이를 바탕으로 두 가지 옵션을 비교하고 최종적으로 필요한 에너지 수요를 산출했습니다. 모든 과정에서 가동 시간 동안 열적 ​​쾌적성 기준을 충족하는 것이 필수 조건이었습니다. 선택된 매개변수를 적용했을 때, 적외선 난방 시스템은 필요한 에너지의 26~38%를 충당할 수 있었습니다.

성능 부족은 적외선 가열로 보완할 수 있습니다

"연구 결과는 적외선 난방을 통해 성능 저하를 보완할 수 있음을 보여줍니다."라고 드레스덴 공과대학교 과학자들은 연구 결론에서 밝히며, "전반적으로, 이 연구는 고온용으로 설계된 기존 난방 시스템에 적외선 난방을 추가함으로써 난방 표면을 교체하지 않고도 낮은 시스템 온도에서 사용할 수 있으며, 따라서 열펌프와의 조합에 매우 적합하다는 것을 보여줍니다. 분석 결과, 이러한 조합을 통해 기본 방식 대비 최종 에너지 소비량을 최대 62%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다."라고 덧붙였습니다. 낮은 기준 온도에서의 최대 부하는 다양한 시스템으로 처리할 수 있지만, "적외선 난방은 응답 시간이 짧기 때문에 이러한 목적에 특히 적합합니다."

저축한 돈을 태양광 발전 시스템 설치에 사용하세요

"적외선 히터는 가격이 저렴하고 쉽게 구할 수 있으며 몇 시간 만에 설치할 수 있기 때문에, 주택 소유주들이 단기간에 적은 투자 비용으로 이러한 방식을 도입할 수 있습니다."라고 IG 적외선 독일 지사의 회장인 라르스-헨릭 보스는 말합니다.

이 연구는 건물 외피의 전면적인 개보수와 수열 전달 시스템의 변경을 피할 수 있음을 보여줍니다. 이는 투자 비용을 크게 절감하여 주택 소유주의 재정적 부담을 줄여줄 뿐만 아니라, 보조금이 필요하지 않으므로 국가 경제에도 도움이 됩니다. IG Infrared의 회장인 디르크 본호르스트는 "이렇게 절약된 비용은 더 큰 규모의 태양광 발전 시스템에 투자하여 난방뿐 아니라 전기, 온수, 전기차 등 친환경적인 태양 에너지를 더욱 많이 생산하는 데 활용할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

출처: 보도자료 '적외선 난방, 히트펌프로의 전환 가속화'

일반적으로 조절 기능이 없는 기본 난방 시스템과 조절 기능이 있는 적외선 난방 시스템을 조합하여 사용할 수 있습니다. 이에 대한 자세한 정보는 다음과 같습니다

규제되지 않은 기본 난방

조절 기능이 없는 기본 난방 시스템은 일반적으로 라디에이터나 바닥 난방을 통해 열을 전달하는 전통적인 중앙 난방 시스템을 의미합니다. 이러한 유형의 난방은 대개 실내 온도를 측정하고 그에 따라 난방을 켜거나 끄는 온도 조절 장치로 제어됩니다.

제어형 적외선 난방

일반적인 난방 방식과는 달리 적외선 난방은 보통 개별적으로 정밀하게 제어할 수 있습니다. 최신 적외선 히터에는 내장형 온도 조절 장치와 프로그래밍 가능한 제어 장치가 있어 실내 온도와 난방 시간을 정확하게 설정할 수 있습니다.

난방 시스템의 조합

조절 기능이 없는 주 난방 시스템과 조절 기능이 있는 적외선 히터를 결합하는 것은 특정 상황에서 유리할 수 있습니다. 예를 들어, 주 난방 시스템을 주요 열원으로 사용하여 실내 온도를 특정 최저 온도까지 올릴 수 있습니다. 그런 다음 적외선 히터를 보조 열원으로 사용하여 실내 특정 영역에 추가적인 쾌적함과 따뜻함을 제공할 수 있습니다.

조합의 장점

일반 난방 시스템과 적외선 난방을 결합하면 두 가지 장점을 모두 누릴 수 있습니다. 일반 난방 시스템은 실내 전체에 고르고 균일한 온기를 제공하는 반면, 적외선 난방은 빠른 반응 속도와 특정 부위에 대한 집중적인 온기를 제공합니다. 이는 특히 가끔씩만 사용하는 방이나 개인의 난방 선호도가 있는 경우에 매우 유용합니다.

통제 및 규제

두 난방 시스템을 효과적으로 결합하려면 적절한 제어 장치가 필수적입니다. 이상적으로는 적외선 히터에 주 난방 시스템과 별도로 설정 가능한 제어 장치가 있어야 합니다. 이를 통해 사용자의 필요에 맞게 적외선 히터의 열 출력을 조절하고 에너지를 절약할 수 있습니다.

건물 및 난방 시스템의 특정 요구 사항에 대해서는 전문가의 조언을 구하는 것이 좋습니다. 전문가들은 귀하의 상황에 맞는 최적의 조합과 제어 방식을 찾는 데 도움을 줄 수 있습니다.