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특별기획

냉각탑 빅3, 시장 50% 이상 점유

경인기계·귀뚜라미·성지공조
백연 이슈 해결…등급제 등 시장 활성화방안 시급


냉각탑이란 물의 증발열을 이용해 순환수를 냉각시키는 장치로 냉동, 냉방과 발전소, 석유화학, 제철, 및 반도체 제조 등 광범위하게 사용되고 있다. 화력발전소나 화학공장에서는 다량의 냉각수를 필요로 하는데 양질의 공업용수를 대량으로 계속해서 공급하기에는 곤란한 점이 많다.


이에 따라 일반적으로 일단 사용해 온도가 올라간 물을 냉각해 다시 사용하고 있으며 이때 대규모의 냉각조작을 위해 냉각탑이 필요하다.


냉각탑은 공기의 흐름을 형성하는 송풍기와 물의 흐름을 가이드하는 충진재로 구성된다. 충진재로 목재·대나무·염화비닐·폴리에스터수지·금속박판·석면판 등이 사용되고 있다.


송풍기로는 프로펠러 팬 또는 원심식 송풍기가 사용된다. 충진재 상부에는 노즐이 설치돼 물을 공급하며 물은 충진재에서 얇은 수막 형태로 흘러내린다. 냉각탑은 공기와 물의 흐름 방향에 따라 직교류형과 대향류형으로 구분된다. 또한 통풍방식에 따라 자연통풍식과 강제통풍식으로 나눈다.


백연저감, 업계 최대 이슈
최근 들어 냉각탑의 백연 문제가 사회적으로 이슈가 되고 있다. 백연이란 냉각탑 출구에서 방출되는 습공기가 주위의 차가운 대기와 혼합되는 과정에서 수증기로 재응축돼 생성되는 과포화 상태의 안개와 같은 액적을 말한다.


백연은 인구밀집지역에서 공해문제로 대두되며 도로, 공항에서는 시각장애와 노면에 수분이 결빙돼 심각한 문제를 일으킨다.


업계의 관계자는 “냉각탑을 운용함에 있어 특정조건에서 발생하는 백연은 설치장소의 주변 거주자들에게 단순한 수증기가 아닌 공해로 인식되고 있다”라며 “백연내의 물방울에는 레지오넬라균이 존재할 가능성이 있고 이를 호흡하게 되면 호흡기 질환을 일으킬 수 있어 사회적으로도 문제가 되고 있다”고 밝혔다.


또한 최근 들어 연돌주변에 설치되는 냉각탑의 백연이 상대적으로 높은 고도에 위치한 연돌에서 나오는 유해물질과 무거운 수증기 즉 백연과 결합해 대기로 희석돼야 할 유해물질이 생활공간으로 다시 내려오는 문제까지 야기되고 있다.


또한 바람과 고기압의 영향으로 상승하지 못하고 지상으로 내려오는 백연은 정서적 공해, 교통사고 유발 및 유해공기 지상낙하 등 심각한 사회적 이슈로 대두되고 있다.


업계의 한 관계자는 “냉각탑은 주로 외부에 설치돼 인근 주민들로부터 소음, 백연현상 및 혐오시설 인식 등 항상 민원의 주범이었다”라며 “주상복합 시설이 들어서면서 주거지역 인근에 냉각탑이 설치되는 사례가 늘고 있고 이로 인해 민원해결은 더욱 중요한 문제로 대두되고 있어 가격만 따질 것이 아니라 이러한 문제에 대응할 수 있는 냉각탑을 선정하는 것이 중요하다”고 지적했다.


백연 저감 방법은
백연은 냉각탑 출구에서 나오는 수증기가 외부공기와 만나 응축돼 가시화되는 것이다.


정서적 공해, 교통사고 유발, 유해공기의 지상낙하 등의 문제를 야기시키는 냉각탑의 백연을 저감시키기 위해 도입이 간편하고 도입비용이 저렴하면서도 내구성까지 뛰어난 공기가열기를 추가해 냉각탑으로부터 토출되는 습공기와 섞어주는 방법으로 백연을 효과적으로 저감시키는 방법이 있다.


백연저감 방법 가장 보편적인 방법은 냉각탑 출구공기를 포화습공기가 아닌 덜 포화된 습공기의 상태로 토출시키는 것이다.


즉 대부분의 냉각탑 출구공기는 상대습도가 100% 가까운 상태인데 이를 80~85% 등 수증기가 더 포함될 수 있는 여백을 가지는 상태로 만들어 내보내는 것이다. 냉각탑에서 토출되는 포화습공기는 냉각되는 순간부터 수증기의 응축이 시작돼 가시화되는데 응축의 시작을 늦춰 제한하거나 응축된 물방울이 다시 증발해 수증기가 된다면 보이지 않게 된다.


이렇게 응축을 제한하거나 재증발 속도를 빠르게 하는 것은 공기 중에 포함될 수 있는 여력의 수증기량과 비례한다. 이에 따라 토출공기의 상대습도가 낮을수록, 온도가 높을수록 수증기 포함 가능량이 많아지므로 백연이 감소한다. 이렇게 토출되는 공기가 덜 포화된 상태라면 냉각되는 순간부터 즉시 응축되지는 않는다.


덜 포화된 상태가 대기와 같은 조건으로 완전히 혼합냉각될 때까지도 응축이 되지 않는 충분한 조건이라면 백연은 전혀 발생하지 않는다. 이러한 충분조건은 습공기선도상에서 대기조건과 토출공기 조건을 잇는 냉각선과 포화습공기선도와의 이격여부로 확인할 수 있다.



시장 활성화 방안은
시스템에어컨의 집약적인 기술발전으로 인해 중앙공조시장이 점차 잠식됨에 따라 냉각탑시장도 위축되고 있다. 냉각탑은 현재 중소기업적합업종으로 선정돼 있어 대기업 참여가 제한돼 있는 품목이다. 현재 귀뚜라미범양냉방, 경인기계, 성지공조기술 등이 냉각탑시장 빅3로 불리우고 있다.


관련업계는 전체 시장 규모를 약 1,500억원대로 추정하고 있다. 이중 빅3가 시장전체 규모의 약 50%를 점유하고 있는 것으로 보고 있다.


올해 말 중소기업적합업종 일몰제 적용을 앞두고 있지만 실제로 냉각탑업계는 조용한 편이다. 사실상 대기업에서 참여할 정도의 시장 규모가 아니라는 것이 관련업계의 시각이 존재하고 있다. 품질면에서도 상당한 진보를 이뤄냈다는 평가를 받고 있다.


업계의 한 관계자는 “국내 냉각탑시장의 품질은 전반적으로 상향됐으나 차별화된 제품의 대우에는 인색한 편”이라며 “성능의 차이가 크고 내구성이 좋은 제품에 따른 등급제가 필요한 시점으로 에너지소모와 백연저감 및 소음부분 등에서 등급을 세분화해 고객의 선택폭을 넓혀줄 필요가 있다”고 활성화 방안을 제시했다.


또 다른 관계자는 “시스템에어컨 확대로 중앙공조시장이 점차 잠식돼 가고 있다”라며 “이는 비단 냉각탑대비 시스템에어컨의 시공, 제어의 편리성뿐만 아니라 공간 활용 우수성 및 고효율에너지 적용 등으로 인한 것”이라고 지적했다.


이 관계자는 “제조사에서는 냉동제품군과 함께 지속적인 투자를 통해 고효율 및 컴팩트형 냉각탑 개발을 개발해 시너지 효과를 창출하면 냉각탑시장이 현재보다 활성화될 것”이라고 밝혔다.


특히 현재 공조장비의 요구 냉각부하를 해소하기 위한 냉각탑 선정은 단순히 설계표준조건(입구/출구/습구온도/유량) 기준으로 선정하고 있다. 이는 냉각탑 정상운전 조건일 경우 설계방식으로 실제 설치 현장에서의 운전 결과와는 많이 다른 것을 경험할 수 있다.


결국 설계 표준조건 기준 냉각탑 선정결과를 바탕으로 실제 현장의 공조장비, 냉각수배관, 냉각수 순환펌프 등 전체적인 시스템설비와 운전방식을 충분히 검토해 최적의 설계방식으로 냉각탑을 선정할 수 있도록 최적 설계방식을 제공하는 것이 시장 활성화에 가장 효과적인 방법으로 보인다.


업계의 관계자는 “선정 냉각탑 자체적으로 가지고 있는 특화옵션(백연저감, 소음기등) 기능은 이론적 설계 검토를 통해 적합하게 적용이 가능하더라도 실제 현장 운전조건(장애물, 주변기류, 주변 환경 등)에서 기능을 발휘하기란 쉽지 않다”라며 “이에 따라 최대한의 현장 운전조건 검토 결과를 바탕으로 사전 시뮬레이션 해석 및 결과를 예측해 냉각탑 선정, 배치, 요구 옵션 등을 효과적으로 설계 반영하는 것이 최종 고객니즈 만족은 물론 냉각탑시장을 활성화할 수 있는 방안”이라고 밝혔다.


또한 건축물에너지 사용량 절감은 건축주의 이익으로 직결되는 문제다. 현재는 에너지절감을 권장하는 단계지만 앞으로는 모든 건축물에 에너지절감이 필수항목으로 구성될 것으로 전망되고 있다. 결국 CTI, KARSE와 같이 공인기관에서 열효율 95% 이상의 성능검증을 거친 냉각탑이 설치되면 그만큼 에너지절감효과를 기대할 수 있다.



가격이 저렴하다는 이유로 재생충진재를 사용하는 문제도 해결해야 할 과제다. 업계의 한 관계자는 “충진재는 냉각수의 표면적을 넓혀 냉각효과를 극대화하기 때문에 냉각탑 성능과 직결되는 만큼 건축주 입장에선 곰곰이 따져볼 필요가 있다”라며 “재생충진재는 쉽게 부스러지기 때문에 냉각탑의 열성능을 저하시킨다”고 강조했다.


이는 곧 냉동기와 냉각탑의 운전비가 증가하고 개보수비용 증가로 이어져 추가비용이 발생할 수 있다. 또한 난연성이 낮기 때문에 화재위험도 큰 것으로 알려지고 있다. 결국 냉각탑에 어떤 충진재가 들어가는지 관심을 가져야 한다.


이에 따라 충진재는 NIST 인증공인기관에서 CTI-136 기준 시험테스트를 통과하고 특수 자외선차단용 UV 코팅재질로 제작된 제품을 사용할 것을 관련업계는 권장하고 있다.