한국과학기술연구원(KIST) 최재우 박사 연구팀은 에너지·환경소재분야 국가 연구개발을 수행하고 있다. 이번 ‘열·전기시스템기반 건물군 열에너지수요관리 기술개발 및 실증’에서 주요 역할은 △PCM 후보군 검토·성능평가 △패키징·캡슐화기술 연구 △축열조 구조·열전달성능검토 등이다.

연구진들은 PCM 소재연구와 축열조시스템 설계를 연결하기 위해 소재의 잠열성능을 확인하는 데서 나아가 이를 실제 축열장치에서 안정적으로 운영할 수 있는 형태로 발전시키기 위한 노력을 지속하고 있다. KIST가 담당하는 PCM기반 잠열축열기술은 기존 현열축열방식의 저장밀도 한계를 보완할 수 있는 기술이다. PCM은 상변화과정에서 열을 저장·방출해 제한된 공간 안에서 높은 열저장성능을 확보할 수 있다. 이는 기계실과 설비실 등 설치공간이 제한적인 건물군 에너지시스템에서 중요한 장점으로 작용할 것으로 기대된다.

또한 PCM 잠열성능과 반복 상변화안정성을 평가하며 이를 축열조 설계와 운전조건과 연계함으로써 실제 현장에 적용가능한 고밀도 축열기술기반을 확보하기 위해 노력하고 있다.

이를 통해 △축열조 설계 △운전 데이터 연계 △실증적용성 검토로 이어지는 기술기반을 마련해 △건물군 열에너지 수요관리 △전력피크 저감 △분산에너지활용 확대에 기여할 수 있는 실증형 축열기술을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

P2H·축열시스템 확대 기술기반 마련

KIST는 1차연도 연구를 통해 실증시스템에 적용하기 위한 기초기술을 정리하며 PCM기반 잠열축열기술 설계방향을 수립했다. 축열물질 패키징기술을 검토해 축열물질의 안정성, 반복 상변화 내구성, 잠열성능 유지여부 등을 확인하기 위한 기반을 다졌으며 고밀도 축열물질을 적용하는 축열조 설계가능성을 CFD해석을 통해 검토했다.

2차연도에는 1차연도에 확보한 설계방향을 기반으로 실제 제작과 성능시험단계로 진입했다. △축열물질 캡슐 제작·성능시험 △고밀도 축열물질 패키지 적층법 설계·제작·실험 △고밀도 축열물질 저장용기 설계·제작·실험 등을 추진했다. 이를 통해 PCM 물성평가를 넘어 실제 장치적용을 고려한 구조와 운전조건을 확인했다.

또한 운영관리시스템과 연계하기 위한 데이터 프로토콜 설계를 병행해 축열조 온도·유량과 축·방열량 등 운전데이터를 수집·분석할 수 있는 기반을 마련했다.3차연도에는 연구를 통해 확보한 결과를 바탕으로 실증적용에 가까운 조건에서 축열기술의 안정성과 성능을 검증할 방침이다. 특히 반복운전조건에서 PCM 잠열성능 유지여부와 저장용기 구조 적합성 및 실제 운영데이터와의 연계성을 확인하는 것이 중점목표다.

3차연도 연구에 따라 PCM소재의 반복안정성과 저장용기 설계, 축열조 운전조건 등을 함께 검토하며 이후 실증시스템 적용과 성능검증으로 이뤄질 수 있는 기반을 확보할 방침이다.

KIST의 관계자는 "열에너지저장기술은 건물에너지효율 향상과 전력피크 저감을 달성할 수 있는 중요한 수단"이라며 "△히트펌프 △재생에너지 △열네트워크와 연계 시 축열시스템은 단순 보조설비를 넘어 에너지수요관리자원으로 활용될 수 있다"고 말했다.

이어 “향후에는 축열시스템 성능평가기준과 실증데이터 확보, 수요관리자원으로서 활용방안이 함께 논의돼야 한다”고 말했다.