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제로E하우스 앞당기는 ‘태양열 하이브리드 제습냉방’ 주목

높은 집열효율‧빠른 냉방운전 강점


기존 태양열 냉방보다 부품가격을 낮추고 빠른 냉방운전이 가능한 ‘태양열원 하이브리드 제습냉방시스템’이 개발돼 주목받고 있다. 경희대학교는 9월2일 용인에 위치한 국제캠퍼스에서 ‘패시브하우스의 제로에너지화를 위한 태양열제습냉방 세미나’를 개최했다.

배성호 국토교통부 서기관, 홍희기 경희대 교수, 송두삼 성균관대 교수, 구준모 경희대 교수, 김영균 경동나비엔 상무, 조성구 이맥스시스템 부사장 등이 참석해 태양열을 이용한 하이브리드 제습냉방시스템의 특징을 알아보고 토론의 시간을 가졌다.

세미나에 이어 경희대 공과대학 옥상에 설치된 태양열 제습냉방 및 태양열 흡수식냉방시스템 작동현장을 견학하고 태양열 제습냉방의 기술적 관점의 이해와 보급관점의 진흥책을 논의했다.

히트펌프, 현열로터 대체…가격↓ 
태양열에너지는 화석연료를 바탕으로 하는 기존 열에너지생산을 대체할 수 있고 신재생에너지분야에서 경쟁력을 갖춘 에너지원으로 평가된다. 하지만 동절기 부하에 맞춰 설계된 태양열시스템은 하절기 공급과 수요의 불균형 문제를 초래해 잉여열원은 집열기 과열을 유발하고 시스템 전체 수명을 단축시키는 문제가 있다. 

이에 따라 하절기 잉여열원인 태양열에너지를 활용한 냉방시스템 개발이 요구되는 실정이다. 대표적인 태양열원 냉방시스템은 흡수식냉방, 흡착식냉방 및 제습냉방이 존재한다. 

이 중 제습냉방은 1~5RT 소용량으로 10RT 이상인 흡수식냉방에 비해 일반 주택 및 중소형 건물에 쉽게 적용이 가능하다. 또한 70℃의 비교적 낮은 열원으로 구동이 가능하고 내구성과 가격경쟁력이 높은 평판형 집열기를 사용할 수 있다는 특징이 있다.

하지만 제습냉방의 구성요소 중 하나인 현열로터는 부피가 크고 가격이 비싸 단위 세대용으로 상용화가 어렵다는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 현열로터를 히트펌프로 대체하는 하이브리드 제습냉방기가 개발됐다. 단위가격을 낮추고 소용량 설치가 가능한 하이브리드 제습냉방은 현재 건물분야 수요관리의 뜨거운 화두로 떠오르고 있는 제로에너지하우스의 공동주택 적용에 일익을 담당할 것으로 보인다.

홍희기 교수는 “제습냉방의 필수 온도인 70℃ 이상에서 집열효율이 25% 이하의 값을 보이는 기존 평판형 집열기를 대체, 70℃ 이상에서도 45%의 효율을 갖는 이중투과제 평판형 집열기를 사용했다”라며 “또한 상‧하부 가열형 축열조를 개발해 빠른 냉방운전이 가능하고 온도성층화로 발생하는 역전현상을 유로변경제어를 통해 해결했다”고 설명했다.

이를 통해 경희대는 이중투과체 집열기와 상‧하부 가열형 축열조를 적용시킨 태양열시스템에 5kW급 하이브리드 제습냉방기를 연계한 실증실험을 실시, 태양열에너지와 하이브리드 제습냉방기의 연계성 및 성능을 확인했다.

실증실험을 위해 경희대학교 공과대학 6층 태양열 실험실에 집열기 및 축열조, 하이브리드 제습냉방기를 설치했다. 이중투과체 평판형 집열기는 (주)이맥스시스템에서, 상‧하부가열형 축열조는 경희대학교에서 자체개발했다. 또한 하이브리드 제습냉방기는 (주)경동나비엔과 한국과학기술연구원(KIST)이 개발한 제품이다.

실증실험 결과 주간 냉방부하에 빠르게 대응이 가능하고 70℃ 이상에서도 지속적인 온수공급능력을 확인했다. 70℃ 이상의 온수를 공급하는 것이 이상적이지만 60℃ 이상의 온수로도 전기에어컨대비 약 300W의 소비전력을 절약할 수 있었으나 60℃ 이하에서는 낮은 성적계수를 보였다.