히트펌프와 연계한 액체식 제습시스템을 저온창고 적용으로 무제상운전에 따른 에너지절감 및 정밀온·습도 관리가 가능한 것으로 나타났다. 특히 전외공조시스템을 적용한 식품공장과 화학공장에서의 실증 성과와 히트펌프 연계 제습시스템을 통해 높은 에너지효율을 달성함에 따라 향후 다양한 현장에서 액체식 제습시스템이 적용될 것으로 기대된다.
액체식 제습시스템 전문기업 엔트(대표 김영남)는 6월21일부터 23일까지 용평리조트에서 열린 설비공학회 하계학술대회에서 ‘액체식 제습시스템 적용사례 및 히트펌프 연계 시스템 제습효율 성능평가’를 발표해 주목받았다.
우리나라는 2050 탄소중립 목표 달성을 위해 다양한 시도가 이뤄지고 있으며 이중에서도 공조시스템은 산업, 상업, 가정 등 환경에서 가장 많은 에너지를 소비하는 장비로 고효율화가 추진되고 있다. 액체식 제습시스템은 습도조절 성능이 있는 용액을 사용해 공기 중 습도를 제어하는 기술로 열을 냉방에 사용해 높은 에너지절감이 가능한 시스템으로 평가받고 있다.
또한 염기성 용액이 공기와 접촉하면서 공기 중 세균, 바이러스 등을 저감하며 영구적인 성능을 유지할 수 있다. 유럽의 경우 이러한 장점을 토대로 식품, 육가공 생산라인에 적용하고 있으며 전 세계적으로는 제약설비 및 대량 제습이 필요한 현장에 적용되고 있다.
국내 적용사례로는 -18~20℃에서 습도를 40% 이하로 유지하는 종자저장고에 적용됐으며 최근 산업현장으로의 적용사례가 증가하고 있다. 특히 히트펌프를 결합한 액체식 제습시스템(HPLD)은 히트펌프로 제습부의 제습열을 냉각하고 흡수한 열을 재생부에서 용액 재생에 사용할 수 있는 점에서 에너지절감 및 시스템 소형화가 가능하다.
논문발표에 나선 김보선 엔트 이사는 “이번 논문에서는 액체식 제습시스템을 활용한 저온습도 제어시스템, 전외공조시스템을 소개하고 히트펌프 폐열을 활용한 액체식 제습시스템의 효율 증대를 소개하고자 한다”라며 “이를 통해 액체식 제습기술의 시장확대와 에너지절감효과를 기대하고 있다”고 밝혔다.
냉동창고·식품·화학공장 적용, 성능 확인
액체식 제습시스템에 사용되는 염화리튬 용액은 농도에 따라 최대 –60℃까지 얼지 않는 부동액의 성질을 보유해 영하의 조건에서 공조를 진행함에 따른 적상이 발생하지 않아 정밀한 온도와 습도를 제어 할 수 있다. 시스템 구성은 액체식 제습을 활용해 저온창고의 냉각과 제습을 동시에 공급하는 방식으로 티타늄 열교환기를 통해 제습부의 용액을 냉매와 열교환해 냉각한 후 제습용액을 활용해 공기를 설정한 조건으로 토출하는 방식을 적용했다.
액체식 제습시스템을 적용해 공급한 종자저장고의 온, 습도의 정밀도는 적상이 발생하지 않아 온도 정밀도가 높으며 정밀한 제습용액의 농도 유지에 따라 저온에서 습도 역시 정밀하게 유지되고 있다. 2012년도 산림청 산림품종관리센터에 공급한 종자저장고의 76시간 온습도 데이터를 토대로 온도 정밀도 ±0.1℃, 습도 정밀도 ±2%를 유지하고 있다.
전외공조시스템을 적용한 식품공장과 화학공장의 요구조건은 여름철 외기를 25℃, 40%RH 이하로 냉각제습하는 방식으로 히트펌프 연계형 액체식 제습시스템이 공급됐다. 3 in 1 형태로 3대의 제습부와 1대의 재생부로 구성된 멀티시스템으로 제습부 풍량은 6,000cmh이며 최대 제습량은 94kg/h다. 재생부의 재생용량은 282kg/h(94kg/h X 3개)로 산정해 시스템을 설계해 공급했다.
처리부하 이외의 제습 및 냉각처리를 위해 30RT급 냉각코일을 설계해 시스템의 안정성을 높였다. 용액재생은 히트펌프 방열량을 회수해 재생하는 방식이 적용됐으며 부분부하 시 용액재생을 담당하기 위해 스팀보일러를 보조열원으로 설치했다.
설치된 장비는 2022년 3월 1차분 설치가 완료됐으며 2022년 12월 2, 3차분 설치가 완료됐다. 성능평가는 1차분의 여름철 외기 냉각제습 데이터를 적용했으며 2, 3차분의 장비는 1차분 장비와 규격 및 적용 제품이 동일해 전체 시스템의 성능을 예측할 수 있다. 장비가 가동한 2022년 7월26일 데이터를 분석한 결과 외기평균 29.66℃, 69.33%의 공기를 22.27℃, 38.59% 냉각제습해 토출했으며 재생을 위한 제습용액의 온도는 평균 51.4℃를 유지했다.
실증을 통해 산업용시스템의 히트펌프 연계 액체식 제습시스템이 성능을 확인했으며 12℃ 이상 높은 증발온도의 냉동사이클 구성으로 시스템 최적화가 가능하다.
히트펌프 연계 제습시스템 성능평가
히트펌프를 적용해 제습용액의 온도를 일정하게 유지하며 제습용액은 기액접촉부에 분사돼 공기 중 수분을 흡수해 토출한다. 재생부에서는 히트펌프 방열을 활용해 제습용액을 가열해 재생부에 분사해 공기를 통해 제습부에서 흡수한 수분을 배출하는 방식으로 용액의 농도를 유지한다. 제습부와 재생부는 제습한 수분만큼 서로 교환하며 에너지절감을 위해 용액간 열교환기가 설치됐다.
해당 성능시험은 제습기 성능평가 기준인 KSC 9317을 인용해 냉동공조인증센터에서 진행했으며 액체식 제습시스템은 공기를 통해 수분을 배출함으로 RA, SA, OA, EA의 공기 상태점을 5분의 평균을 7회 측정해 35분 동안 제습량을 산정했다. 시험결과, 제습능력 5.14kg./h와 소비전력 1.439kW로 제습효율 3.57kg/kW로 높은 에너지효율을 달성했다.
김보선 이사는 “액체식 제습시스템의 저온창고 적용을 통한 무제상운전에 따른 에너지절감 및 정밀 온습도 관리가 가능하며 10년 이상 시스템 가동에 따른 성능유지 및 안전성을 확인했다”라며 “또한 전외공조시스템에 적용해 처리공기당 11.81g/kg의 대량제습이 가능하다”고 밝혔다.
이어 “히트펌프 연계 액체식 제습시스템의 높은 제습효율과 성능을 기반으로 본격적인 사업화를 진행해 다양한 현장에 적용, 에너지절감에 기여할 것으로 예상된다”고 강조했다.
히트펌프와 연계한 액체식 제습시스템을 저온창고 적용으로 무제상운전에 따른 에너지절감 및 정밀온·습도 관리가 가능한 것으로 나타났다. 특히 전외공조시스템을 적용한 식품공장과 화학공장에서의 실증 성과와 히트펌프 연계 제습시스템을 통해 높은 에너지효율을 달성함에 따라 향후 다양한 현장에서 액체식 제습시스템이 적용될 것으로 기대된다. 
목록
