에너지소비에 큰 비중을 차지하고 있는 냉난방공조분야의 정부R&D는 에너지효율을 올리기 위한 다양한 방안이 지속적으로 검토되고 있다. 최근 한국에너지기술평가원(원장 황진택)이 발표한 ‘2017년도 에너지기술개발사업 제2차 신규지원 대상과제’ 공고에서 이 같은 내용을 확인할 수 있었다.
이번에 신규 발표된 냉난방공조부문에는 △가스엔진 구동의 냉동-냉장-냉난방(고온수) 일원화 고효율 히트펌프 시스템 개발 △다중폐열원 구동 산업공정용 흡수식 히트펌프 개발 △냉매기화열을 이용한 공조설비 냉각장치 개발 및 실증 △에너지절감형 크린룸 공조 수가습 시스템 개발 등이 있다.
‘가스엔진 구동의 냉동-냉장-냉난방(고온수) 일원화 고효율 히트펌프 시스템 개발’은 편의점, 제과제빵 프랜차이즈, 중소형 할인점 등에서 사용되는 냉동·냉장·냉난방에 적용되는 기술개발이다. 이와 같은 장소에는 온도대의 차이는 있지만 냉열·온열이 동시에 필요한 부하특성을 보이는데 각 열원설비마다 단일 냉동(냉방)·난방 사이클 형태로 취약한 에너지효율관리에 상태다.
대상 건물은 연간 운전시간 및 에너지소비량이 크고 동시부하가 존재해 GHP기반의 All-in-One 제품개발 및 통합에너지 관리를 통한 고효율화 달성 가능이 높다. 냉동·냉장설비에는 저효율 냉동기 적용사례 많아 에너지소모 많은 실정이며 GHP는 상시 냉열·온열·고온열이 생산되므로 동절기의 냉동·냉장·난방, 하절기의 고온수·냉방 대응 운전 시 고효율 달성이 가능하여 연평균 에너지사용량을 20% 이상 감소시킬 수 있다.
기존 냉난방용 GHP에 냉동·냉장 기능을 부가하는 모듈화와 한 대의 기기로 각 설비에 필요한 다양한 온도조건을 제공하는 고효율 냉매사이클을 개발한다. 에너지사용 최소화를 위한 에너지 관리 및 원격 모니터링 시스템 다양한 매장의 에너지환경에 적용 가능한 설치·설계 프로그램 개발이 포함됐다.
‘다중폐열원 구동 산업공정용 흡수식 히트펌프’는 산업공정에서 배출되는 다양한 다중 폐열원로 구동되는 흡수식 히트펌프와 흡수식 냉동기의 역할을 한 기기로 동시에 수행할 수 있는 다목적 흡수식 히트펌프를 개발해 산업공정수 생산과 냉방에 모두 적용할 수 있는 시스템이다.
산업공정수(스팀)를 생산하는 제2종 흡수식 히트펌프를 기본으로 흡수식 냉동기와 제1종 흡수식 히트펌프를 선택적으로 조합해 개발 가능하고 산업공정용 다목적 흡수식 히트펌프의 핵심 부품, 시스템 및 실증화가 진행된다.
흡수기, 재생기, 증발기, 응축기, 플래쉬탱크 효율향상 기술과 효율·신뢰성 향상을 위한 시스템 최적 설계, 제어 알고리즘 및 시스템 제어기 개발, 산업공정에 적용가능한 테스트베드 구축, 시운전을 통한 실증화 및 경제성 분석 방안 제시가 함께 이뤄질 예정이다.
‘냉매기화열을 이용한 공조설비 냉각장치 개발 및 실증’은 공조설비에서 발생하는 열로 냉매를 기화시키면서 기화열에 의해 공조설비를 냉각시키고 냉매의 열을 외부로 버리고 냉매를 액화시켜 중력에 의해 순환하도록 하는 기술이다.
현재 공조설비에 많은 열이 발생하고 이를 냉각하기 위해 추가로 많은 에너지를 사용하고 있는 실정이다. 냉각유체를 강제순환하는 방식을 사용하는데 물의 강제순환에 사용되는 물순환펌프는 많은 에너지를 요구한다. 냉매를 강제순환하는 타입은 콤프레샤가 냉매순환에 많은 에너지를 사용한다.
특히 국내 및 해외 모두 공조설비 냉각장치에는 강제순환방식을 채택하고 있어 이번 기술을 개발할 경우 공조설비 시장의 선두적인 기술로 자리잡을 것이 기대된다. 또한 선박, 자동차 등 이동용장치의 엔진냉각에 적용시 시장규모 확대가 가능하다.
기술개발방향으로는 △공조설비로부터 열을 취득하여 냉매를 기화시키는 냉매기화설비 개발 △기화한 냉매의 열을 외부로 버리고 냉매를 액화시키는 냉매응축설비 개발 △냉매기화설비와 냉매응축설비 사이에 냉매순환시스템을 구성하는 냉매순환시스템 개발이 진행될 예정이다.
‘에너지절감형 크린룸 공조 수가습 시스템 개발’은 디스플레이, 전자부품, 제약, 정밀가공 제작공정의 청정공간인 클린룸에서 기존 스팀으로 습도를 조절하는 방식에서 물 분사로 조절하는 방식을 적용해 에너지를 절감하는 방법이다.
클린룸은 LG, 삼성 등 대기업과 중견기업에서 약 1,200여개가 설치·운용하고 있으며 연간 300만TOE의 에너지를 사용하고 있다, 이 중 습도조절을 위해 약 50만TOE를 사용한다. 이에 따라 에너지 다소비 공정인 클린룸의 습도조절 과정을 수가습 공조기로 개발 적용하면 25만TOE정도의 에너지절감 효과가 예상된다.
이번 기술은 클린룸 풍도에 유체 수가습 장치를 설치해 미세액적을 분사해 습도를 조절한다. 수가습 장치를 사업장에 설치하기 위한 세부기술(액적크기, 완전기화 등)을 개발하고 수가습 장치 시작품을 사업장에 설치해 표준화 작업을 구축한다. 이를 기반으로 타 사업장 확대 적용하기 위한 에너지절감 효과, ROI 도출 등이 이어질 예정이다.
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