■ 히트펌프는 더 조용해지고 있습니다.

공기-물 히트펌프는 이제 난방 기술 분야에서 높은 수준의 수용도를 보이고 있으며 지속 가능한 난방의 구현에 있어 보다 중요한 기술로 자리잡고 있습니다. 천연 냉매를 사용하며, 실제 운영 조건에 지능적으로 적응할 수 있는 출력을 제공하면서 효율은 물론, 무엇보다 중요한 정숙성까지 갖춘 옥내용, 옥외용 또는 하이브리드용(그림 1 참조) 시스템에 대한 수요가 존재하며, 최적의 효율과 낮은 소음 수준으로 작동할 뿐만 아니라 통신과 지능형 네트워킹 기능까지 제공하는 팬 기술은 이러한 수요에 적절히 대응합니다. 속도 조절형 압축기의 소음과 전력 소비량 또한 반드시 고려해야 할 요소이며, 이를 놓고 볼 때, 최적의 정류를 통해 운전 소음을 완화하고 동시에 히트펌프의 에너지 효율을 향상시키는 인버터 전자장치에 대한 요구 또한 분명히 존재한다는 것을 알 수 있습니다.

이러한 시장의 요구는 히트펌프에 설치되는 구성요소에 대한 높은 기대 수준을 반영하며, 그 중에서도 내구성, 낮은 소음 수준, 강건도 및 효율은 중요합니다. 압축기는 개별 구성요소가 대량의 에너지를 요구하지만, 효율을 도모하기 위해서는 팬 또한 면밀하게 조사해야 합니다. 통합형 디퓨저와 윙렛 등 다양한 공기역학적 조정 장치는 소음은 줄이면서도 효율을 추가로 향상시킬 수 있습니다. 높은 효율을 고려할 때, 팬 모터에 최신 EC 기술을 적용하는 것은 이미 당연한 선택이 되었으며, 개별 속도 조절이 가능하기 때문에 유연성까지 확보할 수 있습니다. 기술 개발은 꾸준히 지속적으로 이루어지고 있습니다. 옥내 및 옥외용 공기/물 히트펌프에 사용되는 centrifugal fan(원심팬) 및 axial fan(축류팬) 기술 모두를 제공하는 모터 및 팬 전문 기업 ebm-papst는 특히 소음에 민감한 옥외 공간에 적합한 두 가지 새로운 팬 기술을 개발했습니다. 

이 두 기술 모두는 천연 및 가연성 냉매와 함께 사용하기에 적합하며 특수 설계가 적용되어 특히 조용하므로, 히트펌프가 골칫거리가 되지 않도록 하며 주변 환경과 조화를 이루어 운영할 수 있게 해줍니다. AxiEco 플러그인은 증발기를 위해 대량의 압력을 보존해야 하는 히트펌프류에 적합하며, AxiTone은 히트펌프 설계가 요구할 때 낮은 배압에서 더 높은 공기유량을 전달하도록 제작됩니다.

■ 압력 저항성이 높은 axial fan

특히 차가운 주변 온도 조건에서 습기가 열교환기에 얼음처럼 침전될 경우 결빙은 증발기에 영향을 줍니다. 이 때 공기 경로와 저항은 감소하며, 따라서 배압 또한 감소하게 됩니다. 따라서 팬은 더 많은 압력을 보존할 수 있어야 합니다. 새로운 AxiEco 플러그인 솔루션은 이에 적합한 솔루션입니다(그림 2 참조). 연구에 따르면, AxiEco 플러그인의 유량 처리 기술은 얼음 형성을 억제하며 압력 상승 시의 공기 유량 감소량이 매우 적습니다. 이러한 특성은 운영에 따라 운영 지점이 다양하다는 점에서 추울 때는 가열을, 더울 때는 냉각을 처리해야 하는 히트펌프에도 도움이 됩니다.

2023년 여름 출시 예정인 이 팬 솔루션은 단독 또는 2가구 주택용 히트펌프의 전형인 450, 500 및 630 사이즈로 구성되며, 공기 유입구 그릴이 장착되어 제공됩니다. 이 FlowGrid는 공기 유량을 정류하는 역할을 제공하여 공기 흐름에서 소음을 발생시키는 방해 요인을 크게 줄여줍니다. 이에 따라 음압은 전체 주파수 대역에 걸쳐 감소하게 되며, 특히 골칫거리가 되는 블레이드 통과 소음(저주파 대역에서의 윙윙거리는 불쾌한 소음)을 줄입니다(그림 3 참조).

동시에 공기 유입구 그릴은 모터의 서스펜션과 같은 역할을 제공하며, 필요할 경우, 장비 제조사는 난방 테이프를 삽입할 수 있습니다. 신형 axial fan은 강철 월 링을 사용하는 HyBlade형 제품과 비교할 때 중량이 30% 더 적습니다. 다시 말하면, 설치 시의 취급이 더 용이하고, 더 적은 공간을 차지하여 최종 제품의 설계 최적화에도 유리합니다. AxiEco 플러그인 팬은 노즐판과 FlowGrid를 포함하여 바로 설치가 가능한 플러그-앤-플레이 방식으로 제작됩니다.

■  3개의 블레이드를 가진 조용한 팬 솔루션

높은 배압이 설계상 예외로 처리되는 경우가 많은 공기/물 히트펌프의 경우, 최초 450mm 사이즈로 시작하여 500mm 및 630mm(그림 4 참조)까지 제공하는 3날형 AxiTone이 최적의 솔루션입니다. 특성 곡선은 더 완만한 형태를 띠며, 더 많은 양의 공기를 공급하면서도 그 이름에서 짐작할 수 있듯이 작동 중 소음이 거의 없습니다(그림 5 참조). 공기역학적 기준에 최적화된 블레이드  설계는 이러한 두 가지 측면 모두에 결정적으로 기여합니다. 더 큰 면적과 더 가파른 기울기는  높은 공기 유량을 의미하며 낫 모양의 곡선은 낮은 수준의 난기류, 즉, 낮은 소음을 의미합니다. 다른 새로운 특징으로는 블레이드 전면 가장자리에 구성된 톱니 구조를 들 수 있습니다. 이러한 구조는 소음 성분의 음조를 최소화시켜 소음 특성에 긍정적인 효과를 제공합니다. 주거지역에서 사용되는 압축기의 경우, 소음 방출을 최소화하기 위해 각별한 노력이 필요하며, 따라서 이러한 조용한 axial fan을 사용할 경우 효과를 볼 수 있습니다. AxiTone은 양방향 기류(흡기/배기) 모두에 바로 설치할 수 있는 모터-임펠러 조립형으로 제공되며, 가드 그릴과 지지 고리를 선택사항으로 추가할 수 있습니다. 또한 가연성 냉매를 사용하는 애플리케이션에도 적합합니다.

■ 효율적이고 조용한 압축기 드라이브를 위한 인버터 전자장치

ebm-papst는 효율적이면서도 조용한 팬 제품을 제공하는 데에만 전념하지 않습니다. ebm-papst는 지난 수 년간 다양한 EC 모터, 전자식 정류장치, 히트펌프 애플리케이션을 다룬 경험을 토대로, 다른 무엇보다 속도 제어형 영구자석동기장치(PSM)에 적합한, 일반적으로 압축기에 사용되는 인버터 전자장치를 개발했습니다(그림 6 참조). 2023년 3분기에 샘플이 공개될 예정이며,  최대 3.5kW, 7.5kW, 12kW의 출력 사양으로 출시될 예정인 이 새로운 전자장치는 이와 같이 다양한 이점을 제공합니다.

ebm-papst의 정류 기법은 지난 수 십년 동안 최적화를 거쳐 진화했으며, 소음 발생은 상당 부분 줄이면서도 효율은 향상시킵니다. 예를 들어, 7.5kW 출력의 압축기 드라이브를 구성할 경우 히트펌프의 COP(성능계수)는 3.5% 증가할 수 있습니다. 이는 kW/h당 35센트의 전기료를 가정할 때, 사용자 관점에서 연간 70유로를 절감하는 효과를 제공합니다. 다양한 변형에 따라 이러한 컨트롤은 현재 작동 중인 위상(1상 또는 3상)을 “탐지”할 수 있으며, 히트펌프에서 사용 가능한 전압 유형에 따라 자동으로 상을 전환할 수도 있습니다. 이 전자장치는 냉각 성능 또한 유연합니다. 모듈형 설계를 채택하여, 냉각 방식(수냉 또는 공냉)을 선택하거나 냉각용 냉각 판을 사용할 수 있습니다.

인버터 전자장치(역률 보정 필터)에 통합되는 능동 3상 PFC 수준은 양호한 EMC 특성을 보장합니다. 전류 고조파 관련 표준의 준수를 위해 필요한 추가 조치는 없습니다. 히트펌프의 크기에 따라 기존 확장 밸브 조립체의 중량은 쉽게 20kg가 되며, 따라서 능동 PFC에서 요구되는 경량화 및 배선 처리를 위해 상당한 노력이 필요하게 됩니다. 히트펌프의 중량을 낮추면, 생산에서 운송 및 최종 사용자의 설치에 이르는 취급 과정을 단순화할 수 있습니다. ebm-papst는 다양한 히트펌프 제조사의 유능한 파트너로 활동해왔으며, 이제 독자적인 시스템 제공업체로서 도약하기 위해 준비하고 있습니다. 향후 인버터 전자장치에는 팬 드라이브 정류 장치 및 가열 로드 컨트롤 등과 같은 추가 구성요소가 통합될 예정입니다.

[ 회사소개 ]

(주)이비엠팝스트코리아는 혁신적이고 뛰어난 효율의 GreenIntelligence EC 기술로 생산된 팬· 모터의 전 세계시장을 리드하고 있는 독일 ebm-papst사의 한국지사 외투법인입니다. 

독일을 기반으로 각국에 29개 공장, 48개의 지사와 sales office를 운용함으로써 전 세계 시장을 담당할 유기적인 Global Channel을 구축하여, 보다 진보적인 기술 혁신뿐만 아니라, 급변하는   시장의 요구를 미리 준비해 가는 Global, Leading, High Tech, Customize 된 회사입니다. 

특히 팬·모터 분야의 글로벌 선두업체로써, 약 20,000개의 다양한 제품의 생산으로 사실상 모든 공조기술과 드라이브 엔지니어링 업무를 위한 이상적인 솔루션을 제공하고 있습니다. ebm-papst는 매우 효율적인 EC 기술을 개발하는 선구자일 뿐만이 아니라, 디지털화의 가능성을 빠르게 인식하여, 최근에는 IoT와 디지털 네트워킹의 장점, 그리고 최대 에너지 효율성을 결합한 솔루션을 제공할 수 있게 되었습니다. 

한국지사인 ㈜이비엠팝스트코리아는 1997년 설립이래 꾸준한 성장을 해오고 있으며, 작년 매출 450억, 향후 3년 내 매출 600억을 목표로 하고 있습니다. 국내 산업분야는 IT/텔레콤, 냉장 냉동공조, 데이터센터, 보일러, 자동차, 일반 산업기계 등 다양한 분야에 ebm-papst의 팬을 공급하여 높은 market share를 하고 있는 회사입니다. 

또한 ㈜이비엠팝스트코리아는 단순히 제품을 판매하는 것이 아니라 완벽한 기술 지원을 통하여 국내 수요자의 요구사항을 적극 반영하고 있습니다.