에이올코리아(대표 백제현)가 지난 25일 대한설비공학회 2021년도 하계학술발표대회에 참여해 기존 에어컨시스템에 제습로터를 적용함으로써 에너지효율적 실내쾌적성을 확보한 연구결과를 발표했다.
홍성호 에이올 기술이사는 ‘금속유기골격체 MIL-100(Fe)를 적용한 제습로터의 제습성능 특성에 관한 실험적 연구’ 논문발표에서 “2014년 미세먼지 경보제 시행과 지속적인 감염병 발생에 따라 실내공기질(IAQ) 개선에 대한 관심이 집중되고 있다”라며 “이에 따라 상업용 및 주거용건물의 열쾌적성 제어에 대한 에너지사용량이 증가하고 있으며 이를 해결하기 위해서는 적은 에너지로 IAQ를 효과적으로 개선하는 시스템이 필요하다”고 밝혔다.
이를 위해 핵심적으로 고려해야 할 요소는 습도다. 습도가 높으면 쉽게 불쾌함을 느끼게 되며 잠열부하가 높아져 쾌적향상에 많은 에너지가 소요된다. 특히 실내 높은 습도는 박테리아, 인플루엔자, 곰팡이 그리고 진드기 등 감염병의 원인인 미생물 증식의 문제를 발생시킨다.
그러나 기존 에어컨시스템은 증발기에서 공기가 이슬점 온도 이하로 냉각될 때 결로 현상을 이용해 제습을 수행하기 때문에 실내 제습을 위해 냉방상태가 지속돼야 한다는 한계가 있다. 지속냉방 시 과잉 냉방을 유발하고 열쾌적성 제어를 방해할 수 있다.
에이올은 기존 대부분 연구가 상업용건물에 사용되는 하이브리드 에어컨시스템의 성능 향상에 중점을 둔 것에 비해 기존 에어컨시스템에 제습로터를 적용, 제습능력을 극대화 시키면서 실내 적정온도를 유지해 열쾌적성을 개선한 연구결과를 발표했다.
연구에는 제습로터의 흡착제로는 거대 표면적 및 다공성을 가지는 금속유기골격체 MIL-100(Fe) 흡착 신소재를 사용했다. 냉방표준조건에서 과도냉방 없이 에어컨의 냉방모드와 비교해 제습능력과 제습효율이 조사됐으며 재생온도와 재생풍량에 따른 제습능력 및 제습효율의 변화를 분석했다.
실험장치는 실내·외 챔버를 갖는 건습구식열량측정기에서 수행됐다. 실외 챔버에는 상용 에어컨의 실외기(Outdoor unit)와 실내기(Indoor unit)의 재생부(Regeneration section)가 위치하고 실내 챔버에는 실내기의 제습부(Dehumidification section)가 위치한다.
제습모드에서 실내습공기는 실내기의 제습부로 유입되고 증발기(Evaporator) 표면에서 이슬점 온도 이하로 내려가 응결, 제습되며 제습로터에서 2차 제습돼 실내에 공급된다. 실내기에 장착된 제습로터는 MIL-100가 흡착제로 사용됐으며 직경과 두께는 각각 19인치와 2인치로 설계됐다.
제습로터는 회전하면서 공기 중 수분을 흡착하며 흡착된 부분은 재생측에서 재생열을 통해 수분을 탈착시킨다. 일반 냉방모드는 제습로터 정지 및 증발기 작동으로 구현할 수 있다.
재생부의 전기히터는 실외기 응축폐열을 모사하기 위해 장착됐다. 실내·외 챔버의 온도 및 습도 조건은 KS C 9306;2017을 기준으로 설정됐으며 실내기 입구풍량은 1,000CMH로 설정했다. 실외기 응축폐열은 사전테스트를 통해 59℃로 설정됐다.
이를 통해 실내기에서 증발기와 제습 로터를 지날 때의 제습량(MER)을 산출했다. 전체 소비전력은 압축기, 송풍기, 재생히터의 소비전력을 합한 값이며 전체 소비전력을 수분흡착률로 나눠 제습효율(SMER)을 구했다.
실험결과 재생온도가 증가하면 공기중 흡착된 수분의 탈착량이 향상되기 때문에 제습량이 증가했다. 제습효율은 재생온도가 증가할수록 향상하지만 응축기 폐열온도보다 높아지면 보조 히터를 통한 추가 에너지 소비가 발생하기 때문에 감소하게 된다. 또한 재생풍량이 증가할수록 수분 탈착량이 증가하기 때문에 제습량과 제습효율은 향상한다.
제습모드에서 제습로터의 수분흡착 때문에 일반 냉방모드와 비교해 제습성능이 크게 향상된 것으로 나타났다. 재생온도가 응축폐열온도보다 증가하면 제습로터 제습부 온도가 상승해 현열부하를 증가시키고 추가 히터의 사용으로 소비전력이 증가하기 때문에 냉방능력과 COP가 감소했다.
홍성호 에이올 기술이사는 “이번 연구에서는 MIL-100으로 명명되는 MOF를 적용한 제습로터를 기존 에어컨시스템에 적용해 재생온도와 재생풍량의 변화에 따른 제습 성능의 특성을 확인했다”라며 “일반냉방모드와 제습성능을 비교한 결과 재생온도가 증가할수록 제습량은 향상했지만 재생온도가 응축폐열보다 높아지면 제습 효율은 감소했다”고 밝혔다.
이어 “재생풍량이 증가하면 제습량과 제습효율은 함께 증가했다”라며 “일반냉방모드와 비교해 재생온도와 재생풍량이 각각 59℃와 400CMH일 때 각각 139.6%, 139.7%만큼 증가했다”고 밝혔다.
홍성호 에이올 기술이사는 ‘금속유기골격체 MIL-100(Fe)를 적용한 제습로터의 제습성능 특성에 관한 실험적 연구’ 논문발표에서 “2014년 미세먼지 경보제 시행과 지속적인 감염병 발생에 따라 실내공기질(IAQ) 개선에 대한 관심이 집중되고 있다”라며 “이에 따라 상업용 및 주거용건물의 열쾌적성 제어에 대한 에너지사용량이 증가하고 있으며 이를 해결하기 위해서는 적은 에너지로 IAQ를 효과적으로 개선하는 시스템이 필요하다”고 밝혔다.
실험결과 재생온도가 증가하면 공기중 흡착된 수분의 탈착량이 향상되기 때문에 제습량이 증가했다. 제습효율은 재생온도가 증가할수록 향상하지만 응축기 폐열온도보다 높아지면 보조 히터를 통한 추가 에너지 소비가 발생하기 때문에 감소하게 된다. 또한 재생풍량이 증가할수록 수분 탈착량이 증가하기 때문에 제습량과 제습효율은 향상한다.
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