한국에너지기술연구원(원장 김종남) 열변환시스템연구실 강은철 박사 연구진은 최근 새롭게 건설하는 도로·철도의 방음벽과 기존 설치된 노후 방음벽에 대체 적용가능한 다기능 PVT 방음벽기술을 개발했다고 밝혔다.
자동차나 고속철 등과 같은 교통수단들이 고속화되고 차량보유대수가 늘어나면서 교통소음도 함께 증가하고 있다. 또한 정온한 주거환경을 해치는 주요인자로 대두되고 있다. 이에 따라 교통소음을 효과적으로 차단하는 다양한 방음벽 기술개발이 시도되고 있다.
이와 함께 국가온실가스감축목표 및 재생에너지 2030정책 등의 실현을 위한 국가정책에 맞물려 태양광시장은 매년 10%의 성장세를 보이고 있다. 그러나 최근 설치공간 부족으로 건물지붕, 건물 외벽뿐만 아니라 산과 논·밭에 설치되는 등 좁은 국토의 한계점에 부딪혔다. 이러한 가운데 강은철 박사 연구진이 개발한 다기능 PVT 방음벽기술은 주거환경 보존, 태양광 설치면적 확보 등 일석이조 이상의 효과를 거둘 수 있을 것으로 보인다.
융합통한 효율·성능 시너지효과 구현
다기능 PVT 방음벽은 방음벽 대체기술로 태양광패널과 태양열집열기, 흡음재 등을 활용해 차음과 흡음에 따른 방음성능 향상은 물론 태양광패널의 온도를 낮춰 발전량을 증가시키며 온열을 생산하는 기술이다.
다기능성 PVT 방음모듈은 단순한 요소기술의 조합이 아닌 여러 요소기술의 융합이다. 태양광패널의 온도상승에 따른 발전량 저하를 방지하기 위해 PVT 내부에 공기유동을 발생시켜 패널의 온도를 낮춤과 동시에 열을 회수하도록 설계됐으며 PVT의 외부 열손실을 최소화하기 위해 흡음재를 단열재로 활용한다.
또한 PVT 방음벽기술의 완성도를 높이기 위해 최적의 방음기능을 위한 PVT 방음벽 구조체의 형상과 온열을 효율적으로 생산할 수 있는 최적의 전열구조를 적용했다. 시스템이 안정적으로 운전될 수 있도록 자동운전제어기술을 개발했다. 이를 통해 태양광패널은 전력생산과 차음을, 흡음재는 단열과 흡음을, 태양열집열기 전열구조는 열회수와 구조강도를 잡는 역할을 한다. 이러한 요소기술들을 하나의 콤팩트형 모듈로 탄생한 것이 다기능성 PVT 방음모듈이다.
또한 기존 노후 방음벽을 다기능성 PVT 방음벽시스템으로 용이하게 교체할 수 있도록 현장시공기법도 개발했다. 강은철 박사 연구진은 시스템 설계 및 현장설치가 용이한 직렬연계방식의 시공기법을 바탕으로 지난해 12월 충남도 계룡시에 3kW급 다기능성 PVT 방음벽시스템을 실증적용해 운영하고 있다.
실증결과에 따르면 다기능 PVT 방음벽시스템은 도로 방음시설 음향성능 기준 차음성능은 1,000Hz에서 37.1dB(기준 30dB 이상), 흡음성능은 0.83(기준 0.7 이상)으로 나타나 기준대비 높은 성능을 확인했다.
PVT 방음모듈의 발전효율은 동일한 외기환경 조건에서 기존 태양광패널대비 6% 이상 높았다. 이는 일반적으로 태양광패널은 온도가 높아질수록 발전량이 감소하는데 반해 PVT 방음모듈은 공기유동으로 인해 기존 태양광패널 온도대비 약 15℃ 이상 낮아 발전량이 향상되기 때문이다.
또한 PVT 방음모듈에서 생산되는 온열은 m²당 400Wt 이상 확보할 수 있으며 생산된 온열은 대합실, 공중화장실, 휴게실, 흡연실 등 공공장소의 난방 및 환기, 온수예열로 활용할 수 있다.
강은철 박사는 “국내 방음벽의 총 설치 길이는 약 3,200km로 신도시 발전 및 교통소음으로 인한 민원증가로 방음벽의 수요는 증가할 전망”이라며 “다기능성 PVT 방음벽시스템시장은 약 1,000km 이상으로 성장할 것으로 보인다”고 밝혔다.
이어 “국가 에너지정책 실현을 위해 기존 설비를 활용한 다양한 재생에너지 융합기술이 개발돼야 하며 다기능성 PVT 방음벽기술은 바람직한 대안이 될 수 있을 것으로 기대한다”고 덧붙였다.
한편 이번 연구는 국토교통과학기술진흥원 국토교통기술촉진연구사업의 일환으로 화랑월드와 공동으로 수행됐다. 기술개발과 관련해 3건의 특허출원과 1건의 특허등록 성과를 보유하고 있으며 사업화가 진행되고 있다.
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