기후변화 위기와 2050 탄소중립정책에 따라 친환경 재생에너지로의 에너지원 전환이 절실한 상황이다. 대표 재생에너지 중 하나인 수열에너지는 친환경적이며 높은 잠재량을 가져 주목받고 있다.
물은 비열이 공기보다 훨씬 크기 때문에 여름에는 공기보다 차갑고 겨울에는 공기보다 따뜻한 특성이 있다. 수열에너지는 이러한 물의 특성을 이용하는 것으로 에너지사용량 절감과 온실가스 배출량을 감축할 수 있는 비고갈성 에너지다.
드림원은 최근 그동안 대부분 버려지던 지하수, 하천수 등에서 수열에너지를 대량 회수해 건축물이나 스마트팜의 공랭식 히트펌프에 인가(impression: 전기회로 단자 사이에 전원전압을 가하는 것)시켜 활용하는 ‘수열에너지 회수키트’를 개발해 친환경 재생에너지 보급에 앞장서고 있다.
권용준 드림원 대표를 만나 수열에너지 회수키트 특장점과 사업계획 등을 들었다.
▎드림원 수열에너지 회수기술은
열 전도율이 높은 물의 특성을 이용해 물 표면의 표면적을 극대화시키는 원리다. 특허받은 물회전분사장치에서 물의 분사력과 회전력 차이를 유발해 분사되는 물줄기를 수없이 단락시켜 수많은 물방울로 갈라지게 한다.
갈라진 물방울의 넓은 둥근구의 표면적을 유입된 공기와 접촉시켜 물에서 공기로 대량의 수열에너지를 회수할 수 있게 해 수열에너지 회수효율을 획기적으로 높인 프리쿨링기술이다. 기존 열전도방식의 열교환기는 물론 같은 프리쿨링방식인 냉각탑과 비교해도 열에너지 회수효율이 획기적으로 높다.
한국냉동공조인증센터 수열에너지 회수공조기 성능시험성적서에서 W로 환산했을 때 온풍은 1,260%, 냉풍은 4,060% 능력이 향상됐다.
▎수열에너지 회수키트는
수열에너지 회수공조기와 공랭식 히트펌프를 결합해 만든 제품으로 물에서 '신에너지 및 재생에너지 개발, 이용, 보급 촉진법'의 목적에 맞춰 해수표층수 및 하천수 등의 열원을 히트펌프로 재가공해 열에너지로 변환시켜 재생에너지로 인정받을 수 있게 했다.
기후변화 위기의 주범인 탄소저감을 위해 수변도시의 주거용 제로에너지건축물(ZEB) 보급확대나 스마트팜 등의 농업용 시설에 대량으로 회수한 수열에너지를 용이하게 공급할 수 있다.
▎수열에너지 회수키트 적용분야는
대표적으로 스마트팜이다. 농업용으로 공급되는 저수지 물속의 수열에너지를 1차로 회수해 스마트팜의 냉난방에너지로 사용하고 이후 배출되는 물을 다시 농업용수로 사용해 농업에너지를 효율적으로 관리하며 온실가스를 감축한다.
또한 습도조절이 가능하다. 스마트팜에서 공기열 히트펌프만 가동하면 실내가 건조해지는 단점이 있다. 주간에 태양열로 실내가 급격히 건조해지면 작물잎에 기공이 닫혀 광합성 효율이 떨어진다.
수열에너지 회수키트에서 배출되는 공기는 습도가 평균 90% 이상이다. 이를 활용해 수열에너지 회수키트 설치 후 스마트팜 내 습도변화에 따라 공기조절 가변식 댐퍼로 자동조절하거나 기존 공기열 히트펌프와 적절히 섞어서 설치하면 최적의 광합성 효율을 얻을 수 있는 습도를 유지할 수 있다.
이와 함께 제로에너지건축물에 활용할 수 있다. 서울시에서 배출하는 온실가스의 70.7%는 건축물에서 배출된다. 녹색에너지건축물 확대를 위한 수열에너지 회수키트는 물에서 공기로 직접 대량회수한 수열에너지를 기존 대부분의 건축물에 설치된 공랭식 히트펌프에 인가시켜 수열에너지를 이용한다.
서울시를 통과하는 팔당댐의 광역상수도 원수를 수열에너지 회수키트로 이용하거나 한강변에 수열에너지 회수공조기를 설치해 물에서 공기로 대량 회수한 수열에너지를 에어공급관으로 공랭식 히트펌프에 인가시켜 이용하는 방법이 있다.
또한 건축물 지하에 설치가능해 건물의 경관을 해치지 않으며 도심의 열섬현상도 방지할 수 있다.
▎기존기술과 차별점은
기존 열교환기와 수냉식 히트펌프를 결합한 수열에너지 건물로는 대표적으로 롯데월드타워가 있다. 근처를 지나는 광역상수도의 상수원수를 지하실로 끌어와 열교환기로 열교환 후 수냉식 히트펌프와 연계해 냉난방에 이용하고 있으나 열교환기의 열교환효율이 낮아 대형으로 제작된 열교환기를 여러 대 설치해야 한다. 이로 인해 설치공간 효율성이 떨어지며 고가의 수냉식 히트펌프를 사용해 경제성이 낮다. 물을 이용한 수냉식이므로 겨울철 동파와 유지관리비용의 문제도 있다. 또한 현재 상수도 원수를 활용하고 있어 상수도관 유입과 유출관로 설치문제 등으로 보급확산이 어렵다.
반면 공조기와 공랭식 히트펌프를 결합한 드림원의 수열에너지 회수키트은 물에서 공기로 대량 회수한 연중 거의 일정한 온도의 수열에너지를 인접한 공랭식 히트펌프에 인가시키는 방법으로 수열에너지 회수효율이 높다. 좁은 지하공간에도 설치가 가능하며 기존 건축물에 설치된 공랭식 히트펌프를 활용해 경제적이다. 또한 물공급관보다 설치가 쉬운 Air공급관으로 회수한 수열에너지를 공급해 더 쉽게 보급할 수 있다.
이외 국내에서는 대형 열교환기가 생산되지 않아 전량 스웨덴에서 수입하고 있는데 수열에너지 회수키트는 국내생산이 가능하다.
▎수열에너지 관련 정부정책에서 보완해야 할 점이 있다면
정부는 2050 탄소중립 달성을 위해 2019년 10월 온실가스 감축정책의 일환으로 신재생에너지에 하천수를 포함했으나 후속조치가 이뤄지지 않고 있다. 현재 하천수 물속의 수열에너지만 회수하고 물은 그대로 돌려보내는데도 환경부의 하천법 제50조 제1항에 수열에너지를 회수하는 용수 전체를 공업용수로 분류해 물 전체에 대해 물사용료를 부과하고 있다.
이와 함께 농림축산식품부 산하 저수지를 관리하는 농어촌공사에서는 농업용수를 목적 외 사용시 사용허가에 따른 절차와 필요사항을 규정하고 있는데 농업생산기반시설이나 농업용수의 사용허가지침에 스마트팜 등의 농업시설 냉난방에 저수지 물속의 수열에너지를 회수해 이용하고 물은 다시 저수지로 배출하거나 농업용을 위한 농수로에 그대로 돌려준다해도 법·규정, 수온변화, 공급기간 등의 이유로 이용을 할 수 없도록 하고 있다.
환경부의 하천법과 농식품부의 저수지 물 사용지침을 개정해 하천수와 농업용수를 수열에너지로 원활하게 바꿀 수 있도록 해야한다.
▎향후 사업계획은
아직까지 국내는 물론 해외 선진국에서도 수열에너지를 이용할 때 열교환기가 관행처럼 사용되고 있다. 드림원은 수열에너지 회수공조기와 공랭식 히트펌프를 결합시킨 수열에너지 회수키트를 세계에서 가장 효율이 높은 수열에너지 회수방식으로 정립하고자 한다. 이를 통해 지구의 에너지 절감과 온실가스 감축에 일조하고 싶다.
