신대욱 국립군산대학교 건축공학부 교수는 지난해 태양에너지학회에서 발표한 ‘여름철 태양에너지를 적용한 동시냉난방 시스템의 효용성 분석’ 논문의 우수한 성과를 인정받아 지난 7월10일 개최된 ‘제35회 과학기술우수논문상 시상식’에서 공학분야 과학기술우수논문상을 수상했다.

태양열활용 동시냉난방모델 구축

기존 동시냉난방시스템 여름철 활용 시 축열조에 온수가 적체돼 히트펌프 가동이 중단되며 냉방이 중지되는 문제점이 있었다.

이에 따라 연구진들은 태양열에너지를 활용해 적체된 온수의 승온을 통한 흡수식 냉방이 가능한 시스템을 구상했다. 또한 신재생에너지원으로 태양광을 활용해 시스템기기를 작동시켰다.

시스템 구축을 위해 기존 동시냉난방시스템 구성을 분석하며 태양에너지 적용 시 고려사항을 감안해 모델을 개발했다.

기존 냉난방시스템은 여름철 건물에서 냉방부하만을 요구하게될 때 온수축열조의 온수를 사용하지 못하는 문제가 있었다.

연구진들은 온수축열조에 보조히터 등 전기에너지를 사용해 물의 온도를 높이는 방식보다 태양열에너지를 활용하는 것이 시스템에너지 절감 측면에서 이점이 있을 것으로 판단했다.

흡수식냉동기 작동에 필요한 온수온도를 최대한 충족하기 위해 태양열집열기를 적용했으며 태양광패널을 추가해 전체 전력 사용량 감소를 도모했다.

시뮬레이션을 위한 제어프로그램 설정을 통해 태양열집열기의 경우 표면일사량이 지역평균일사량보다 높게 측정될 때 태양열집열기를 작동하고 지역평균일사량보다 낮게 측정될 때 작동을 중지하도록 했다.

실증지는 군산시에 위치한 2층규모 사무소건물로 국내 여름철 7월1일부터 8월1일까지 시뮬레이션을 실시했다.

냉방은 천장패널을 통해 이뤄졌으며 보조냉방기기로는 직팽식을 적용했다. 냉수가 냉방부하를 완전히 감당하지 못해 냉방실 온도가 상승할 경우 보조냉방기기가 자동 작동하도록 구성했다.

시뮬레이션 결과 온수축열조 내부에 미사용된 온수를 흡수식냉동기 재생에 효과적으로 활용할 수 있음이 확인됐다. 또한 태양광패널을 통해 일부 전력생산이 가능해 시스템 전체전력 사용량을 일부 대체하는 효과도 나타났다.

태양열과 태양광에너지를 적극 활용해 기존 동시냉난방시스템이 여름철 사용에서 겪는 한계점을 극복했으며 별도 전력소모 없이 온수의 승온과 에너지생산이 가능함을 보여줬다.

신대욱 군산대 교수는 “히트펌프 자체의 기계적인 효율을 높이는 것도 중요하지만 기후와 건축물의 특성을 고려하는 것도 중요하다”라며 “다양한 조합으로 효용성 높은 히트펌프 시스템을 개발하는 것이 건축물 에너지절감을 위한 방안”이라고 강조했다.

한편 과학기술우수논문상은 창의적인 연구활동으로 국내 학술지에 우수논문을 발표한 과학기술인에게 수여되는 국내 과학기술계 최고 권위 학술대회다.