설비
축열시스템(2004년 2월 9일)
전정섭
2011. 6. 8. 16:54
축열시스템 전문연구위원 차성기
1. CO2 배출량을 대폭삭감하는 히트펌프 축열시스템 ○ 투입된 에너지 이상의 에너지를 만드는 히트펌프와 저장하는 기술에의해 수요공급의 불균형을 해소시켜서 설비와 고효율을 가능하게하는 축열시스템
□ 민생수요가 전체에너지 소비구성의 반을 차지(일본)
○ 1990년대의 10년간 에너지 소비증가율은 산업부문이 9.1%이나 민생부문은 26%, 운수부문은 22%에달하며CO2 배출량도 민생부문은 20%를 상회함 ○ CO2 배출량의 증가를 6% 삭감해야 하는 목표(도꾜 의정서)에 따라국가적인 노력을 경주 ○ 민생부문 에너지 가운데 가정부문의 58%가 냉난방,급탕수요이며,업무부문에서도 냉난방,급탕이 50%를 넘어서고 있어 이의 대부분을 화석연료에 의지함으로서 CO2 배출량 증가의 주요인이 되고 있음.
□ 히트 펌프에 의한 CO2 배출량 삭감 잠재량 ○ 민생업무 부문 - 냉난방을 포함하여 업무용 에너지 중 30%가 공조에너지이며,에너지종별로 보면 60%가 석유, 14%가 가스, 25가 전기임.이를 모두 전기에너지에 의한 히트펌프로 바꾼다면 (COP=6)현재 추정 CO2 배출량 4,400만 t-CO2 /년에 대해서 1,400만 t-CO2/년까지 삭감이 가능하다는 시산. 즉, 업무부문의 공조에서 약 2,900만 t-CO2 /년의 삭감잠재량을 가진 것으로 본다. - - 급탕은 업무용에너지 가운데 22%를 점유하며, 에너지 종별로는 54%가 석유, 33%가 가스이다.이를 모두 전기에너지지에 의한 히트펌프로 대치한다면 (COP=4)현재 추정 CO2 배출량 2,300만 t-CO2 /년에서 750 만 t-CO2 /년까지 삭감이 가능하다.즉, 업무부문의 급탕에서 약 1,500 만 t-CO2 /년의 삭감잠재량을 가진 것으로 된다. ○ 민생가정 부문 -가정소요에너지중 28%가 난방으로서 이의 67%가 석유, 17%가 가스, 8%가 전기에서 얻고있다. 이를 한랭지에서는 COP=3, 일반지역은 COP=6의 히트펌프난방기로 대치한다면 현재 추정 CO2 배출량 4,100만 t-CO2 /년에서 1,200만 t-CO2 /년 까지 삭감 가능시되므로, 가정난방분야에서 약 2,900만 t-CO2 /년 의 삭감잠재량이 있다. -가정용중 22%는 급탕으로 이가운데 26%가 석유, 62%가 가스이다.이를 COP=4의 히트펌프 급탕기로 대치한다면 현재 추정 CO2 배출량 3,700만 t-CO2 /년에서 1,200 만 t-CO2 /년까지 삭감가능하므로 약 2,500만 t-CO2 /년 의 삭감잠재량이 있다.즉,전체 민생부문에서 1억 t-CO2 /년의 CO2삭감이 가능할것으로 보고있다.
□ 축열시스템 ○ 열의 생산은 열원동기의 최고효율점에서 운전하고, 발생열을 저장하여 필요시 공급하는 축열시스템에 의해 에너지 효율이 대폭개선 됨. ○ 현재는 축열시스템에서 공조가 중심이 되어왔으나, 급탕수요에 대해서 CO2 냉매히트펌프급탕기가 출현하여, 기존연소효울 90%를 넘는 잠열 회수형 보일러에 비해 2배의 에너지 절감효과가 있다. 2. 축열 시스템 보급 촉진 전략 (중부 전력)- 약 15만 kw분의 피크 shift 에 성공
□ 에코아이즈의 보급 촉진 O 공조 열원 경제성 검토 프로그램 개발 -열병합 시스템과 축열 시스템을 결합시켜서 최적의 에너지 시스템평가 프로그램을 개발하여 환경성, 에너지 절약, 경제성, 방재성 등에서 우월한 성능. O 축열 수탁 제도를 실시하여 고객 공조 설비 가운데 열원동기 축열조등 1차측 설비는 회사가 설치하고 운전 관리 및 보수를 행하는 것으로 수요자의 초기 투자 부담을 경감 시키고 공조비 등의 경감을 도모 하고 있다. -이러한 활동을 측면 지원하는 PR 활동을 강화하여 전시회, 강연회,기술 세미나를 통하여 축열 공조 시스템으로서 에코아이즈의 우위성을 소개. -이외 전기 요금 매뉴얼로서 축열 조정 계약서, 피크 시간 조정계약등, 축열시스템 에대한 전기요금할인계약 메뉴를 개발공급.
□ 새로운 기기 시스템의 개발 O 개별 유저 지향의 시스템 개발 -슈퍼마켓 등을 대상으로 한 축열식 냉장 쇼케이스나 냉동 사이클로고효율인 로렌쯔 사이클을 실용화 시킨 초고효율 스크류 칠라 (울트라 하이에브) 등을 개발 -공조와 동시에 대량의 급탕을 필요로 하는 고객에 최적인 자연냉매(CO2) 업무용 산업용 공조 급탕 히트 펌프를 개발하여 빙축열(제빙 능력 350 kw급)과 고온 급탕 (약 85℃)이 동시에 가능
□ 에너지 효율 이용의 제안 ○ 이러한 축열 시스템과 함께 고효율화가 현저한 전기식 공조전반또는 off peak나 심야 시간 대의 부하용 전기 주방기기 및 시스템,전기 바닥 난방 시스템, 프로세스 가열 냉열 시스템 등의 보급 촉진 ○ 다양한 기기시스템을 조합시켜서 최적의 에너지 효율적 이용을 제안 함으로서 다양한 수용가의 니즈에 대응 3. 대폭적인 성에너지를 실현한 신냉매 채용 (도시바)
□ 신냉매 에코 아이즈 미니 O 인버터 기술과 신냉매 R410A 채용 기술로서 성에너지와 쾌적성을동시에 추구 -실외기는 축열 이용 냉방 능력으로 5,6,7 마력 채용, 축열조는 냉방축열 용량 140 MJ 채용 실내 유니트로는 4방향 천장 카셋트형과 천장 현수형을 포함하여 7종류가 있고, 시스템은 싱글 타입, 트윈 타입, 트리 플 타입으로 되어 있다.
□ 성에너지 성능 등 특징 O 업계 제일의 성에너지 성능 -압축기에는 DC 트윈 로터리 컴프레서를 채용하고 압축기 구동 파형을 극히 미세하게 제어하여 고효율 운전이 가능한 벡터 제어 인버터를 채용 함으로서 최고의 축열 이용 냉방 운전 시 COP 6.01을 실현,종래기종에 비해 85% 향상되었고 년간 소비 전력량도 41% 절감 됨 O 설치가 자유로운 축열조와 실외기를 분할 -각각 분할 시켜서 크기 980mm 이하, 중량 140kg 이하로 하여 승강기 이용이 용이하도록 하였음 O 다양한 운전 관리가 가능 -리모컨이나 ON-OFF 콘트롤러 등 집중 관리용 옵션을 준비하여 학교 공조 등에 용이 -축열 리모컨은 축열조의 수온을 표시하여 얼음 이용 상황을 간단히 감시 가능 O 내구성이 좋은 축열조 -축열조 재질은 SUS를 채용하고 용접 부분을 최소화하여 내구성향상 O 배관 사이즈는 소구경화 하여 공사비 절감 -신냉매 R410A를 채용하여, 가스 배관을 직경 19mm에서 15mm로 바꾸어 배관 재료비가 10% 절감되는 효과
전문가 제언 □ 히프 펌프 기술을 채용한 공조 시스템 공급 평가 방법 개선 필요 - 현재는 건축물이나 기타 수용가에서 기 설계된 시스템의 기종별 가격 및 배관 설비 가격에 의해 입찰 또는 발주가 이루어지고 있는 현실임.이에 따라 대부분 저가 낙찰이 성행하고 에너지 절약 측면에서 어떻게 하는 것이 유리한가는 거의 도외시 되고 있음. - 따라서 기기별 가격 또는 전체 입찰가와 함께 시스템의 효율도 함께평가하는 이중 평가제 또는 PQ평가제에 의해 실시하여 성에너지 측면에서 유리한 업체에 발주 시킴으로서 성에너지 효율 제고와 향후 리모델링 등의 A/S에 대비 할 수 있음. - 특히, 기종별 공급기기 업체가 정해진 후, 최초 설비 설계자의 지속적인 확인 없이 준공되고 있어 단순한 운전관리로서 본래 설계 의도와는 많은 차이가 있게 됨. □ 요소 기술 개발 및 기기 국산화 시급 - 상당 부분은 국산화 되었으나, 지속적인 요소 기술 개발이 미흡하고 주요기기의 국산화도 촉진해야 할 것임. 특히, GHP 열병합 (가스 엔진 구동) 시스템이 최근 많이 도입되고 있으나, 주기기인 가스 엔진은 대부분 수입산으로 전체 시스템 가격 구성비가 35 ～50% 까지 이르고 있어 투자비 회수 단축에 큰 걸림돌이 되고 있음. □ 히트 펌프 개념을 포함한 에너지 절약 정신의 제도적 제고 필요 - 에너지 단위가 세계에서 가장 높은 우리나라로서는 폐열 이용이 가장시급한 과제이나, 근년 에너지 절약에 대한 국민적 관심이 매우 저하된상태임. 일본 경우 히트 펌프를 이용하여 하천의 열까지 이용하고 있는 추세이나, 우리나라의 경우 각 산업이나 가정이나 에너지소모가 심각하여, 에너지 자급률이 3%이하인 상황에서 에너지 절약 나아가 폐열재이용은국가적인 관심으로 제고시켜야 할 것임.
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1. CO2 배출량을 대폭삭감하는 히트펌프 축열시스템 ○ 투입된 에너지 이상의 에너지를 만드는 히트펌프와 저장하는 기술에의해 수요공급의 불균형을 해소시켜서 설비와 고효율을 가능하게하는 축열시스템
□ 민생수요가 전체에너지 소비구성의 반을 차지(일본)
○ 1990년대의 10년간 에너지 소비증가율은 산업부문이 9.1%이나 민생부문은 26%, 운수부문은 22%에달하며CO2 배출량도 민생부문은 20%를 상회함 ○ CO2 배출량의 증가를 6% 삭감해야 하는 목표(도꾜 의정서)에 따라국가적인 노력을 경주 ○ 민생부문 에너지 가운데 가정부문의 58%가 냉난방,급탕수요이며,업무부문에서도 냉난방,급탕이 50%를 넘어서고 있어 이의 대부분을 화석연료에 의지함으로서 CO2 배출량 증가의 주요인이 되고 있음.
□ 히트 펌프에 의한 CO2 배출량 삭감 잠재량 ○ 민생업무 부문 - 냉난방을 포함하여 업무용 에너지 중 30%가 공조에너지이며,에너지종별로 보면 60%가 석유, 14%가 가스, 25가 전기임.이를 모두 전기에너지에 의한 히트펌프로 바꾼다면 (COP=6)현재 추정 CO2 배출량 4,400만 t-CO2 /년에 대해서 1,400만 t-CO2/년까지 삭감이 가능하다는 시산. 즉, 업무부문의 공조에서 약 2,900만 t-CO2 /년의 삭감잠재량을 가진 것으로 본다. - - 급탕은 업무용에너지 가운데 22%를 점유하며, 에너지 종별로는 54%가 석유, 33%가 가스이다.이를 모두 전기에너지지에 의한 히트펌프로 대치한다면 (COP=4)현재 추정 CO2 배출량 2,300만 t-CO2 /년에서 750 만 t-CO2 /년까지 삭감이 가능하다.즉, 업무부문의 급탕에서 약 1,500 만 t-CO2 /년의 삭감잠재량을 가진 것으로 된다. ○ 민생가정 부문 -가정소요에너지중 28%가 난방으로서 이의 67%가 석유, 17%가 가스, 8%가 전기에서 얻고있다. 이를 한랭지에서는 COP=3, 일반지역은 COP=6의 히트펌프난방기로 대치한다면 현재 추정 CO2 배출량 4,100만 t-CO2 /년에서 1,200만 t-CO2 /년 까지 삭감 가능시되므로, 가정난방분야에서 약 2,900만 t-CO2 /년 의 삭감잠재량이 있다. -가정용중 22%는 급탕으로 이가운데 26%가 석유, 62%가 가스이다.이를 COP=4의 히트펌프 급탕기로 대치한다면 현재 추정 CO2 배출량 3,700만 t-CO2 /년에서 1,200 만 t-CO2 /년까지 삭감가능하므로 약 2,500만 t-CO2 /년 의 삭감잠재량이 있다.즉,전체 민생부문에서 1억 t-CO2 /년의 CO2삭감이 가능할것으로 보고있다.
□ 축열시스템 ○ 열의 생산은 열원동기의 최고효율점에서 운전하고, 발생열을 저장하여 필요시 공급하는 축열시스템에 의해 에너지 효율이 대폭개선 됨. ○ 현재는 축열시스템에서 공조가 중심이 되어왔으나, 급탕수요에 대해서 CO2 냉매히트펌프급탕기가 출현하여, 기존연소효울 90%를 넘는 잠열 회수형 보일러에 비해 2배의 에너지 절감효과가 있다. 2. 축열 시스템 보급 촉진 전략 (중부 전력)- 약 15만 kw분의 피크 shift 에 성공
□ 에코아이즈의 보급 촉진 O 공조 열원 경제성 검토 프로그램 개발 -열병합 시스템과 축열 시스템을 결합시켜서 최적의 에너지 시스템평가 프로그램을 개발하여 환경성, 에너지 절약, 경제성, 방재성 등에서 우월한 성능. O 축열 수탁 제도를 실시하여 고객 공조 설비 가운데 열원동기 축열조등 1차측 설비는 회사가 설치하고 운전 관리 및 보수를 행하는 것으로 수요자의 초기 투자 부담을 경감 시키고 공조비 등의 경감을 도모 하고 있다. -이러한 활동을 측면 지원하는 PR 활동을 강화하여 전시회, 강연회,기술 세미나를 통하여 축열 공조 시스템으로서 에코아이즈의 우위성을 소개. -이외 전기 요금 매뉴얼로서 축열 조정 계약서, 피크 시간 조정계약등, 축열시스템 에대한 전기요금할인계약 메뉴를 개발공급.
□ 새로운 기기 시스템의 개발 O 개별 유저 지향의 시스템 개발 -슈퍼마켓 등을 대상으로 한 축열식 냉장 쇼케이스나 냉동 사이클로고효율인 로렌쯔 사이클을 실용화 시킨 초고효율 스크류 칠라 (울트라 하이에브) 등을 개발 -공조와 동시에 대량의 급탕을 필요로 하는 고객에 최적인 자연냉매(CO2) 업무용 산업용 공조 급탕 히트 펌프를 개발하여 빙축열(제빙 능력 350 kw급)과 고온 급탕 (약 85℃)이 동시에 가능
□ 에너지 효율 이용의 제안 ○ 이러한 축열 시스템과 함께 고효율화가 현저한 전기식 공조전반또는 off peak나 심야 시간 대의 부하용 전기 주방기기 및 시스템,전기 바닥 난방 시스템, 프로세스 가열 냉열 시스템 등의 보급 촉진 ○ 다양한 기기시스템을 조합시켜서 최적의 에너지 효율적 이용을 제안 함으로서 다양한 수용가의 니즈에 대응 3. 대폭적인 성에너지를 실현한 신냉매 채용 (도시바)
□ 신냉매 에코 아이즈 미니 O 인버터 기술과 신냉매 R410A 채용 기술로서 성에너지와 쾌적성을동시에 추구 -실외기는 축열 이용 냉방 능력으로 5,6,7 마력 채용, 축열조는 냉방축열 용량 140 MJ 채용 실내 유니트로는 4방향 천장 카셋트형과 천장 현수형을 포함하여 7종류가 있고, 시스템은 싱글 타입, 트윈 타입, 트리 플 타입으로 되어 있다.
□ 성에너지 성능 등 특징 O 업계 제일의 성에너지 성능 -압축기에는 DC 트윈 로터리 컴프레서를 채용하고 압축기 구동 파형을 극히 미세하게 제어하여 고효율 운전이 가능한 벡터 제어 인버터를 채용 함으로서 최고의 축열 이용 냉방 운전 시 COP 6.01을 실현,종래기종에 비해 85% 향상되었고 년간 소비 전력량도 41% 절감 됨 O 설치가 자유로운 축열조와 실외기를 분할 -각각 분할 시켜서 크기 980mm 이하, 중량 140kg 이하로 하여 승강기 이용이 용이하도록 하였음 O 다양한 운전 관리가 가능 -리모컨이나 ON-OFF 콘트롤러 등 집중 관리용 옵션을 준비하여 학교 공조 등에 용이 -축열 리모컨은 축열조의 수온을 표시하여 얼음 이용 상황을 간단히 감시 가능 O 내구성이 좋은 축열조 -축열조 재질은 SUS를 채용하고 용접 부분을 최소화하여 내구성향상 O 배관 사이즈는 소구경화 하여 공사비 절감 -신냉매 R410A를 채용하여, 가스 배관을 직경 19mm에서 15mm로 바꾸어 배관 재료비가 10% 절감되는 효과
전문가 제언 □ 히프 펌프 기술을 채용한 공조 시스템 공급 평가 방법 개선 필요 - 현재는 건축물이나 기타 수용가에서 기 설계된 시스템의 기종별 가격 및 배관 설비 가격에 의해 입찰 또는 발주가 이루어지고 있는 현실임.이에 따라 대부분 저가 낙찰이 성행하고 에너지 절약 측면에서 어떻게 하는 것이 유리한가는 거의 도외시 되고 있음. - 따라서 기기별 가격 또는 전체 입찰가와 함께 시스템의 효율도 함께평가하는 이중 평가제 또는 PQ평가제에 의해 실시하여 성에너지 측면에서 유리한 업체에 발주 시킴으로서 성에너지 효율 제고와 향후 리모델링 등의 A/S에 대비 할 수 있음. - 특히, 기종별 공급기기 업체가 정해진 후, 최초 설비 설계자의 지속적인 확인 없이 준공되고 있어 단순한 운전관리로서 본래 설계 의도와는 많은 차이가 있게 됨. □ 요소 기술 개발 및 기기 국산화 시급 - 상당 부분은 국산화 되었으나, 지속적인 요소 기술 개발이 미흡하고 주요기기의 국산화도 촉진해야 할 것임. 특히, GHP 열병합 (가스 엔진 구동) 시스템이 최근 많이 도입되고 있으나, 주기기인 가스 엔진은 대부분 수입산으로 전체 시스템 가격 구성비가 35 ～50% 까지 이르고 있어 투자비 회수 단축에 큰 걸림돌이 되고 있음. □ 히트 펌프 개념을 포함한 에너지 절약 정신의 제도적 제고 필요 - 에너지 단위가 세계에서 가장 높은 우리나라로서는 폐열 이용이 가장시급한 과제이나, 근년 에너지 절약에 대한 국민적 관심이 매우 저하된상태임. 일본 경우 히트 펌프를 이용하여 하천의 열까지 이용하고 있는 추세이나, 우리나라의 경우 각 산업이나 가정이나 에너지소모가 심각하여, 에너지 자급률이 3%이하인 상황에서 에너지 절약 나아가 폐열재이용은국가적인 관심으로 제고시켜야 할 것임.
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