한국설비기술협회(회장 김철영) 축열기술전문위원회는 5월14일 ‘2021 대한민국 기계설비전시회’ 부대행사의 일환으로 ‘축열식 냉난방시스템기술 강연회’를 개최했다.
이번 강연회는 축열시스템의 역할과 필요성을 검토하고 정부의 제도적 지원방안 및 다양한 현장사례를 공유하는 방식으로 진행됐다.
에너지연, 축열 효용성 강조
이동원 한국에너지기술연구원 박사는 ‘축열시스템의 역할과 확대방안’을 발표했다. 에너지저장시스템(ESS: Energy Storage System)은 생산되는 에너지가 수요보다 많을 때 잉여에너지를 저장했다가 필요한 시간에 필요한 양의 에너지를 공급하는 설비이며 시간, 공간적 부하격차를 해소할 수 있다.
열에너지는 현열, 잠열, 화학반응열 등의 형태로 저장되는데 주간시간대 냉난방공조에 필요한 전력부하 이전을 위해 심야시간대 냉온열을 생산·저장했다가 수요에 대응할 수 있다. 특히 열에너지는 최종 에너지 중 55.1%를 차지하며 업무용 건물에서는 냉난방, 급탕 등의 용도로 50.9%를 차지하고 있다.
매년 최대 전력부하가 증가하고 있는 상황인 만큼 국가적 부담인 발전설비의 증대가 요구되지만 축열시스템을 사용한다면 이러한 전력부하를 분산시키는 데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
이동원 박사는 “에너지저장은 에너지 수요관리 및 신재생에너지 이용에 긴요하게 사용되며 신재생에너지 기반 분산자원시스템의 확산추세에 따라 에너지저장의 중요성을 더욱 강조되고 있다”라며 “경제성, 안전성 등의 문제로 전력저장 확대는 한계가 있는 만큼 최종에너지에서 큰 비중을 차지하는 열에너지의 축열시스템 역할이 중요하다”고 말했다. 이어 “재생에너지 발전시스템의 출력제한에 대해서도 축열시스템이 기여할 수 있다”고 말했다.
아이스솔루션, “축열 지원금 상향 필요”
임효묵 아이스솔루션 대표는 ‘산업분야의 축열시스템’을 발표하며 산업용 축열의 특징 및 국내·외 적용사례를 설명했다.
산업분야의 축열설비는 축열온도와 사용온도의 차이가 거의 없거나 부하의 간헐성이 큰 경우, 냉·온열의 수요가 동일현장에 있어 히트펌프 적용으로 큰 에너지절약이 가능할 때 효율적인 경우가 많으며 수송동력이 커 대온도차 수송 등으로 에너지절약을 할 수 있다.
임효묵 대표는 “산업분야에서 축열시스템은 에너지절약설비이자 공정안정화, 경제적 설비로 자리잡고 있다”라며 “공정안정화를 위해 프로세스설비는 버퍼기능을 추가해 축열로 대체할 수 있으며 저온수의 경우 축열을 통해 얻는 방식이 가장 경제적”이라고 말했다. 이어 “단기간 큰 부하가 필요할 경우 축열은 필수적이라 할 만큼 중요도가 높고 직접냉각방식 대비 투자비에서 경제적”이라며 “연중 가동시간이 많아 투자비회수기간이 짧다”고 말했다.
임 대표는 “산업용 축열시스템은 구축 시부터 축열설비를 적용하는 경우 산업용 심야전기 ‘을Ⅰ’만을 허용함으로써 공정안전이 우선적이어야 하는 시장에 제한이 있다는 인식을 주고 있다”라며 “대기업 위주의 지원이 이뤄질 것이라는 우려는 지원금의 상한설정 등으로 피할 수 있다”고 말했다. 이어 “현재의 냉방부하 위주의 사고에서 벗어날 필요가 있으며 실질적인 수요관리 설비가 될 수 있는 방향으로 제도개선이 필요하다”고 강조했다.
신성엔지니어링, 수축열 최적설계
강한영 신성엔지니어링 수석은 ‘축열조 내부 유동분석을 통한 수축열시스템 최적설계 사례’를 발표했다. 수축열시스템이란 값싼 심야전력을 이용해 냉수를 수축열조에 저장했다가 낮시간에 냉방에 이용하는 축냉시스템의 일종이다.
축열조는 열매체를 이용해 열을 저장했다가 필요 시 방열을 통해 수용가에 공급하거나 수축 팽창량에 따른 시스템 배관 내 압력변화를 완화시켜주는 장치로 시스템 성능은 운전과정 동안 열성층을 얼마나 잘 유지시키느냐에 달려있다.
강한영 수석은 “콘크리트 축열조를 사용하는 수축열시스템 내 관내 및 축열조 내 유동분포를 검토했으며 축열조 내 온도성층화를 시뮬레이션하며 설계적합성 여부를 검증했다”라며 “주배관 및 분지관을 통한 유량을 균일하게 재설계하고 디퓨저의 수량 및 통과유속을 조절해 축열조의 성능향상 및 VE설계를 진행했다”고 말했다.
축열도 내 성층화 유지를 위한 주배관 및 분지관의 검토가 중요한 요인으로 성능향상을 위해 디퓨저의 Aspect Ratio~10 범위로 형상설계를 확정했다. 분지관을 포함한 배관을 사용할 경우 유량분배가 중요한 요인이므로 최적 디퓨저 수량 및 통과 유속관리를 위해 FR~0.5범위로 무차원 수에 대한 설계를 확정했다. 축열 및 방냉모드에서 축열조의 평균온도가 목표값을 만족하는 도달시간이 10h 이내로 설계검증이 수행됐다.
장한기술, 그린리모델링 축열 적용
노상우 장한기술 팀장은 ‘그린리모델링 축열기술’ 발표를 통해 도심재생지역에서의 노후건축물 그린리모델링을 위한 축열기술을 소개했다.
노상우 팀장은 “우리나라 건축물 720만동 중 75%인 540만동은 준공 후 15년이 지난 노후건물이며 2050 건물부문 탄소중립을 위해서는 제로에너지빌딩 확산과 기존건물의 그린리모델링 활성화가 필수적”이라며 “사람들이 사용하는 공간에서 열쾌적성과 에너지 이용효율을 높여 공간의 가치를 높이고 탄소중립화를 취한 축열기술을 소개한다”고 밝혔다.
축열시스템을 적용해 냉동기용량을 기존 2,400RT에서 960RT로 감소, 냉방운영을 개선했으며 또다른 사례에서는 비효율적으로 운영되는 축열시스템을 개선해 축열률을 70% 증가시켰다. 또한 노후화된 Ice-on-coil 방식 축열조 코일을 저렴한 비용으로 세관해 제품 사용수명과 축열시스템 효율을 개선하는 사례도 소개했다.
이젠엔지니어링, 상암 지역냉방 개선사례
임상영 이젠엔지니어링 팀장은 ‘지역난방공사 빙축열 개보수 사례’를 통해 상암지역 지역난방공사 개보수사례를 소개했다.
상암지역의 지역냉방 수요자는 MBC, KBC 등 방송국과 삼성SDS 등 전산센터 및 IT센터 등 37개 상업용 건물에 분포돼있다. 특히 상암지역은 핵심시설 및 국가기간산업 시설이 밀집돼있어 안정적 냉방공급이 매우 중요한 곳이다.
이번 현장은 축열조 효율저하로 인한 축열량이 감소하고 이를 통한 냉동기 서징문제와 빙축열 담당부하량 감소로 인한 운전비 상승 등이다. 개보수를 통해 축열조 효율을 설계치의 80% 이상으로 복원시켰으며 시운전 및 시험방법에 대해서는 추후 발주처와 협의 후 결정한다는 방침이다.
임상영 팀장은 “신축공정대비 관계자와의 협의과정을 통해 성능조건을 만족시켜 안정성을 확보하고 구조검토를 통한 축열조 효율을 상승시킴으로써 운전비 절감효과를 가져왔다”라며 “축열조 효율저하로 인한 냉동기 효율상승 효과, 축열조의 개선만으로도 기존설계조건을 만족하며 부하관리와 설비이용 효율을 향상시킴으로써 에너지를 절감할 수 있었다”고 설명했다.
이동원 한국에너지기술연구원 박사는 ‘축열시스템의 역할과 확대방안’을 발표했다. 에너지저장시스템(ESS: Energy Storage System)은 생산되는 에너지가 수요보다 많을 때 잉여에너지를 저장했다가 필요한 시간에 필요한 양의 에너지를 공급하는 설비이며 시간, 공간적 부하격차를 해소할 수 있다.
임효묵 아이스솔루션 대표는 ‘산업분야의 축열시스템’을 발표하며 산업용 축열의 특징 및 국내·외 적용사례를 설명했다.
강한영 신성엔지니어링 수석은 ‘축열조 내부 유동분석을 통한 수축열시스템 최적설계 사례’를 발표했다. 수축열시스템이란 값싼 심야전력을 이용해 냉수를 수축열조에 저장했다가 낮시간에 냉방에 이용하는 축냉시스템의 일종이다.
노상우 장한기술 팀장은 ‘그린리모델링 축열기술’ 발표를 통해 도심재생지역에서의 노후건축물 그린리모델링을 위한 축열기술을 소개했다.
임상영 이젠엔지니어링 팀장은 ‘지역난방공사 빙축열 개보수 사례’를 통해 상암지역 지역난방공사 개보수사례를 소개했다.
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