‘폐열’ 이용에너지, 제습 냉방기술 개발

‘폐열’ 이용에너지, 제습 냉방기술 개발

정부는 지역개발 사업 시 지역냉방보급에 정부가 적극 나서겠다고 밝힌 바 있다. 지역냉방은 열병합발전소에서 발생하는 난방열을 이용하는 방식으로 흡수식 냉동기를 가동하는 것인데 이보다 투자대비효과가 훨씬 뛰어난 흡습식 제습냉방 기술 이 개발돼 주목되고 있다.

전기를 이용한 냉방과 달리 제습기를 통해 공기 중의 습기를 제거한 뒤 건조한 공기 속에서 물 증발이 활발히 일어나는 원리를 이용, 공기 온도를 낮춰 냉방하는 기술이 국내에서는 처음으로 KIST(한국과학기술연구원) 이대영 박사 연구팀에 의해 개발됐다.

이는 그동안 열원온도가 낮아 성능향상에 제한이 있으며, 80도 이하의 온도에서는 사용 할 수 없어 환수온도가 높고, 공급 및 환수 사이의 온도차가 작아 문제로 지적돼온 흡수식 냉동기의 단점을 대폭 보완했다는데 혁신적인 냉방기술로 평가되고 있다.

흡수식 냉동기에 비해 제습냉방기술은 80도 미만의 저온열원을 이용해 효과적으로 냉방을 공급할 수 있으며, 소용량 기기에도 적합해 지역난방 공급의 최말단인 단위세대에 냉방기를 설치할 수 있다.

제습냉방기술에는 습기제거제가 이용되는데 이는 공기 중의 습기를 제거해 물의 증발이 활발히 일어나게 되어 주위 습도에 관계없이 냉각효과를 얻게 되는 것이다. 습기제거제는 습기를 흡수할 수 있는 용량에 제한이 있으며 어느 기준에 이르면 흡수된 습기를 말려서 다시 사용할 수 있다. 습기제거제를 건조시키는 과정에는 가스 등 열에너지가 사용된다.

이러한 제습냉방기술은 실내에 공급되는 공기가 제습제 및 증발식 냉각기가 직접 접촉해 열과 물질전달이 발생하기 때문에 전달효율 측면에서 효과적이다. 이 때문에 재생열원의 온도가 낮아도 냉각효과를 얻을 수 있게 된다. 제습냉방시스템은 또 개방형 기기로 모든 부분이 대기압 상태이기에 누설에 의한 문제가 없다. 이 뿐만 아니라 냉매가 물이기 때문에 냉매 회수를 위한 응축기가 필요 없어 구조가 간단하다는 장점이 있어 소용량에도 적합한 것으로 평가 받고 있다.

이 같은 점에 착안, 단위 세대용으로 냉방기를 개발하면 지역 열공급의 최말단인 단뒤 세대에 냉방기 설치가 가능하며 이를 위해 기존 열공급 설비를 변경하거나 추가 시설할 필요가 전혀 없게 된다. 또한 직접 접촉식 열 및 물질전달의 특징으로 60℃정도의 저온 열원으로도 작동 할 수 있기 때문에 열공급 효율을 제고할 수 있다.

KIST 이대영 박사는 제습냉방 기술은 실내 공급 공기가 제습기와 직접 접촉 방식에 의해 열 및 물질 전달이 일어나므로 전달효율이 상당히 높은 장점이 있어, 60도 정도의 저온 열원으로도 냉방을 공급할 수 있는 가능성이 있다 면서 흡수식과는 달리 대기압 상태에서 운전되며 시스템 구성이 간단해 생산비용을 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다 고 말했다.

중온수 흡수식 냉동기를 통해 중앙냉방을 공급하는 기술의 경우, 열원온도가 낮아 성능 향상에 제한이 있으며 80℃이하의 온도는 사용할 수 없는 단점이 있고, 지역난방의 대부분을 차지하는 공동 주택 등에 이같은 흡수식 냉동기를 이용해 중앙냉방을 공급하기 위해서는 온수급탕 배관과 별도로 냉수 배관을 부가적으로 시설해야 하는 문제가 있어왔다. 하지만 제습냉방시스템은 앞서 언급한 기존 방식의 문제점을 보완한 것 외에도 하절기에 폐열을 유용하게 사용할 수 있다는 것이 큰 장점으로 꼽힌다.

이 박사는 여름에 열수요가 감소하더라도 열병합 발전설비가 운전을 지속하는 한 이에 따른 열이 발생하기 때문에 이를 버리지 않고 이용할 수 있다. 며 폐열로 냉방하는 이같은 기술은 공동주택에 냉방을 공급해 지역 냉방보급에 큰 기여를 할 수 있는 방안 이라고 강조했다.

이는 구동에너지로 전기에너지 대신 열에너지를 사용하기 때문에 하절기 시 냉방기 가동에 의한 전력수급의 불균형 해소가 가능한 것이다. 이와 동시에, 냉매를 사용하지 않기 때문에 오존층 파괴나 온실효과 등 환경파괴를 염려할 필요가 없는 환경 친화적인 면도 높이 평가된다.

제습냉방기술은 그러나 높은 수준의 기술단계에 이르렀지만 아직 해결해야 할 과제들이 남아 있다. 국내 산업용이나 저습도가 요구되는 특수 용도의 냉방 이외에는 적용되지 않고 있기 때문이다. 그 이유는 흡습식 제습기가 고가이고 부피가 큰 탓에 설비가격이 다소 높기 때문이다. 따라서 이를 실용화하기 위해서는 제습기의 성능을 향상과 동시에 소형화함으로써 생산가격을 낮출 수 있도록 지속적인 연구가 요구되는 상황이다