이동식 냉난방 기술의 에너지 효율성

이동식 냉난방 기술의 에너지 효율성

여름밤, 창문형 에어컨을 설치할 수 없는 원룸에서 이동식 에어컨을 켜 놓고 자던 사람이 다음 달 전기요금 고지서를 보고 놀라는 일이 드물지 않다. 실외기가 따로 없는 이 기기는 설치가 간편하다는 장점 때문에 임대주택이나 오피스텔에서 빠르게 보급되었지만, 정작 에너지 효율 면에서는 벽걸이형 스플릿 에어컨에 크게 못 미친다는 사실이 소비자에게 잘 알려지지 않았다.

이동식 에어컨(portable air conditioner)은 압축기와 응축기, 증발기를 하나의 본체에 모두 담고, 실내 공기를 빨아들여 냉매로 열을 흡수한 뒤 더워진 공기를 배기 호스를 통해 창문 밖으로 배출하는 구조다. 문제는 이 배기 과정에서 발생한다. 실내 공기를 배출하면 그만큼의 외부 더운 공기가 문틈, 창틀, 벽체의 미세한 틈으로 다시 유입되는데, 이를 '음압 침기(negative pressure infiltration)'라 부른다. 미국 에너지부 산하 오크리지 국립연구소(ORNL)의 2020년 실측 연구에 따르면, 단일 호스형 이동식 에어컨은 이 침기 현상으로 인해 정격 냉방능력의 최대 25~30%가 실질적으로 손실된다. 즉 표시상 9,000BTU 제품이라도 실제 체감 냉방력은 6,500BTU 안팎에 그칠 수 있다는 뜻이다.

에너지 효율을 나타내는 지표로는 EER(Energy Efficiency Ratio)와 CEER(Combined Energy Efficiency Ratio)가 쓰인다. 미국 에너지스타(ENERGY STAR) 기준으로 벽걸이형 스플릿 에어컨의 평균 EER이 11~13 수준인 반면, 이동식 에어컨은 8~10 수준에 머무는 경우가 많다. 한국에서도 산업통상자원부의 에너지소비효율등급 표시 대상에 이동식 에어컨이 포함되어 있으나, 다습식(제습 겸용) 제품의 경우 등급 산정 방식 자체가 소비자에게 혼란을 준다는 지적이 한국소비자원의 2022년 비교시험 보고서에서 제기된 바 있다. 당시 시험 대상 8개 제품 중 정격 소비전력 대비 냉방능력 비율이 스플릿형의 60~70% 수준에 그친 제품이 다수였다.

그렇다고 이동식 냉난방기가 전면적으로 비효율적인 것은 아니다. 이중 호스(dual-hose) 방식은 실내 공기 대신 별도의 흡기 호스로 외부 공기를 끌어들여 응축기를 냉각한 뒤 배출하기 때문에 음압 침기 문제를 상당 부분 줄인다. 미국 에너지부 산하 로렌스버클리 국립연구소의 시뮬레이션에서는 이중 호스형이 단일 호스형 대비 최대 15%가량 실효 효율이 개선된 것으로 나타났다. 다만 제조 단가와 부피 문제로 국내 판매 제품 중 이중 호스형 비중은 여전히 낮다.

이동식 히트펌프(portable heat pump) 방식은 여름엔 냉방, 겨울엔 난방을 겸하는 제품으로 최근 주목받고 있다. 압축기 냉동 사이클을 역으로 구동해 외부의 열을 실내로 끌어오는 원리인데, 저항열을 이용하는 전기히터 대비 이론상 300% 이상의 성능계수(COP)를 낼 수 있다. 그러나 이는 실외기가 별도로 설치된 정통 히트펌프에 해당하는 수치이고, 실외기 없이 창문 배기 호스만으로 구동되는 '이동식' 히트펌프는 저온에서 성능계수가 급격히 떨어져 영하권 기후에서는 사실상 전기히터와 큰 차이가 없다는 것이 다수 소비자 단체의 공통된 평가다.

결국 이동식 냉난방기의 에너지 효율 문제는 기술 자체의 결함이라기보다 '설치의 편의성'이라는 태생적 조건과 물리적으로 얽혀 있다. 창문을 막지 않고는 배기할 방법이 없고, 배기하는 한 침기는 피할 수 없다. 이 구조적 한계를 이해하지 못한 채 표시 용량만 보고 구매하면 체감 냉방력 부족과 예상외의 전기요금 증가라는 이중의 실망을 겪기 쉽다.

구성 요소와 배기 방식

이동식 에어컨은 실내 공기를 냉각하는 데 쓰이는 일체형 공조 기기이다. 압축기, 응축기, 증발기를 하나의 본체에 내장하여 실내 열을 외부로 배출하는 기능을 수행한다. 실외기 설치가 제한되는 임대주택이나 오피스텔 등에서 주로 냉방용으로 쓰인다.

단일 호스형 이동식 에어컨은 본체와 단일 배기 호스로 연결된다. 실내 공기가 이동식 에어컨 본체 내부로 흡입된다. 냉매가 증발기에서 실내 공기의 열을 흡수한다. 가열된 공기는 배기 호스를 통과하여 창문 밖으로 배출된다.

단일 호스형 이동식 에어컨이 실내 공기를 배출하면 실내 기압이 감소한다. 기압 차이로 인해 문틈, 창틀, 벽체의 틈새를 통해 외부 공기가 유입되는 음압 침기 현상이 발생한다. 미국 에너지부 산하 오크리지 국립연구소(ORNL)의 2020년 실측 연구에 따르면 단일 호스형 제품은 음압 침기로 인하여 정격 냉방능력의 최대 25~30%가 실질적으로 손실된다. 이에 따라 표시 냉방능력이 9,000BTU인 기기라도 실제 체감 냉방력은 6,500BTU 안팎에 머무를 수 있다.

이중 호스 방식은 배기 호스 외에 별도의 흡기 호스를 본체에 연결한 구조이다. 외부 공기가 흡기 호스를 통해 본체 내부로 흡입된다. 흡입된 외부 공기는 응축기를 냉각한다. 열을 흡수한 외부 공기는 배기 호스를 거쳐 창문 밖으로 배출된다.

이중 호스 방식은 외부 공기를 흡입하여 응축기를 냉각하므로 음압 침기 문제를 줄이는 효과를 낸다. 미국 에너지부 산하 로렌스버클리 국립연구소의 시뮬레이션에서는 이중 호스형이 단일 호스형과 비교하여 실효 효율이 최대 15%가량 개선되는 것으로 나타났다. 다만 이중 호스형 방식은 제조 단가 상승과 기기 부피 증가라는 조건이 수반된다. 이러한 이유로 국내 판매 제품 가운데 이중 호스형 제품의 비중은 여전히 낮은 상태로 유지되고 있는 것으로 보인다.

이동식 히트펌프의 작동 원리와 한계

이동식 히트펌프는 여름철 냉방과 겨울철 난방을 모두 수행하는 공조 기기이다. 압축기 냉동 사이클을 역으로 구동하여 열을 실내로 전달하는 기능을 수행한다. 사계절 온도 조절이 필요한 주거 환경에서 쓰인다.

압축기가 냉동 사이클을 역방향으로 가동한다. 외부의 열이 냉매 순환 과정을 거쳐 실내로 이동한다. 실내 공간으로 열이 방출되어 난방 효과가 나타난다.

이동식 히트펌프는 저항열을 이용하는 전기히터와 비교하여 이론상 300% 이상의 성능계수(COP)를 낼 수 있다. 다만 300% 이상의 성능계수는 실외기가 분리 설치된 정통 히트펌프에서 성립하는 수치이다.

실외기 없이 창문 배기 호스로 구동되는 이동식 히트펌프는 저온 환경에서 성능계수가 급격하게 저하된다. 영하권 기후에서는 이동식 히트펌프의 난방 효율이 전기히터와 실질적인 차이를 보이지 않는다는 평가가 다수 소비자 단체에서 공통적으로 나온다.

에너지 효율 지표 및 성능 비교

에너지 효율 지표는 냉난방 기기의 에너지 소비 효율성을 수치로 나타낸 척도이다. 대표적인 평가 지표로 EER(Energy Efficiency Ratio)과 CEER(Combined Energy Efficiency Ratio)가 쓰인다. 공조 기기의 객관적인 에너지 소비 성능을 비교하고 평가하는 데 활용된다.

미국 에너지스타(ENERGY STAR) 기준에서 벽걸이형 스플릿 에어컨의 평균 EER은 11~13 수준이다. 반면 이동식 에어컨의 평균 EER은 8~10 수준에 머무르는 경우가 많다.

대한민국 산업통상자원부는 이동식 에어컨을 에너지소비효율등급 표시 대상에 포함하여 관리한다. 한국소비자원의 2022년 비교시험 보고서에서는 다습식(제습 겸용) 제품의 등급 산정 방식이 소비자에게 혼란을 준다는 지적이 제기되었다. 당시 시험 대상 8개 제품 중 다수는 정격 소비전력 대비 냉방능력 비율이 벽걸이형 스플릿 에어컨의 60~70% 수준에 그친 것으로 확인되었다.

구조적 특성과 실사용 시 유의점

이동식 냉난방 기기는 실외기를 분리하지 않고 본체 내부에 모든 부품을 통합한 공조 기기이다. 실내 열을 창문 배기 호스를 통해 배출하는 구조적 특징을 지닌다. 간편한 설치가 요구되는 원룸이나 임대주택 등의 환경에서 사용된다.

이동식 냉난방 기기는 실외기가 없으므로 창문 배기 호스를 필수적으로 사용해야 한다. 배기 과정에서 실내 공기가 빠져나가면서 틈새를 통한 외부 공기 유입이 필연적으로 동반된다. 따라서 이동식 냉난방 기기의 낮은 효율은 기술적 결함이라기보다 설치 편의성을 확보하기 위한 일체형 구조와 결부된 한계로 분석된다.

제품의 표시 용량만을 기준으로 이동식 에어컨을 선택하면 체감 냉방 성능이 부족할 수 있다. 음압 침기 현상으로 인해 실제 소비되는 전기요금이 예상보다 증가할 수 있다는 분석이 나온다.