건축물 에어컨 실외기 열기 여름철 ‘도시열섬 현상’ 주범
고층건물 경우 층 공간별 설치 과열 의한 화재도 잇따라
전력소비량 30% 저감은 물론 여름철 도시 열섬 현상까지 완화할 수 있는 에어컨 실외기 기술이 개발돼 이목이 집중되고 있다.
이 기술은 실외기 주변에 미스트를 분사, 미스트의 기화로 인해 주변공기의 온도를 낮추는 기술로 이를 통해 에어컨 실외기 효율이 약 10~30% 개선되는 동시에 실외기에서 발생하는 배열 온도를 5K 이상 낮출 수 있다.
특히, 여름철 도시열섬 현상의 주범 중 하나인 건물에 설치돼 있는 실외기에서 발생하는 배열 온도를 낮춰줌으로써 건축 부문에서의 도시 열섬 현상을 획기적으로 완화시킬 것으로 기대를 모으고 있다.
국내 전력 산업의 중추적인 역할을 담당하고 있는 (주)비츠로테크에서 이 기술에 대한 시범사업과 상품개발에 박차를 가하고 있다.
특히, 비츠로테크에서는 이 기술의 국내 정착은 물론 더 나아가 연중 냉방이 요구되는 동남아 등지로의 수출까지 계획을 세우고 있다.
비츠로테크 조영화 부장은 “현재 시범사업과 테스트를 통해 제품화 단계까지 이르렀으며, 대량생산을 위한 제품 표준화 방안까지 도출했다”고 밝히며, “향후 다양한 시범사업에 참여하면서 기술적으로 한 단계 업그레이드 시킬 예정”이라고 말했다.
여름철 수많은 자동차에서 배출되는 열기와 함께 건축물의 에어컨 실외기에서 뿜어져 나오는 열기는 도시열섬 현상의 가장 큰 원인으로 작용하고 있다.
특히, 인구 밀집도가 높은 도시의 경우 에어컨 실외기를 통한 열섬 현상은 더욱 심각한 실정이다.
에어컨 실외기로 인해 발생되는 또 다른 문제는 실외기 과열로 인한 화재 발생이다.
시스템에어컨이 설치된 고층건물의 경우 층별, 공간별로 에어컨이 설치되고 있어 과열에 의한 화재의 원인을 제공할 수 있으며, 특히, 고층건물에서는 이에 의한 큰 화재로 확대될 수 있어 위험성이 높다는 지적이 일고 있다.
이 같은 위험성을 낮추기 위해서는 실외기의 효율을 높여 발열을 낮추고 작동시간을 줄이는 방법이 일차적이다.
이는 건물 에너지 소비량 저감과 함께 도시 열섬 현상을 완화시킬 수 있는 가장 직접적인 방법이기도 하다.
이에 한국건설기술연구원 이건호 박사팀은 연구원의 2014년 주요사업 ‘전력소비 예측기술 개발 및 그린리모델링 실증 시범사업’을 수행, ‘미스트 분사형 에어컨 실외기 커버 기술’을 개발했다.
위탁연구기관인 친환경‧저에너지 건축물 솔루션 전문회사인 센솔루션과 공동으로 개발된 이 기술은 에너지소비량과 온실가스 저감, 도시열섬현상 완화, 실외기 과열로 인한 화재예방 등의 효과를 톡톡히 거둘 것으로 기대를 모으고 있다.
노즐 통해 물 분사 → 미스트 증발 → 주변공기 열 뺏어
외기 28℃ 이상 습도 60% 미만에서만 미스터 분사 특징
기술내용
미스트 분사형 에어컨 실외기 커버는 실외기의 주변에 25㎛ 이하 크기의 미스트 상태로 노즐을 통해 물을 분사, 미스트가 증발하면서 과열된 주변공기의 열을 뺏어가도록 구성해 주변의 온도를 낮출 수 있도록 설계된 실외기 커버 기술이다.
즉, 이 기술은 물이 수증기로 기화 시 많은 에너지를 필요로 하게 되는 자연의 가장 기본적인 물리적 현상을 이용, 실외기 주변에 노즐분사를 통한 공기온도를 5K 이상 낮춰줌으로써 에어컨 실외기의 효율은 10~30% 가량 개선된다.
에어컨은 외부의 온도가 낮을수록 냉방효율이 개선되기 때문에 주변온도 5도 이상 저감은 에어컨 냉방효율 개선에 기여할 수 있다.
특히, 실외기의 배기되는 부분에도 노즐을 설치, 미스트를 분사시켜 실외기에서 배출되는 배기온도를 10K 이상 낮추게 된다.
이는 실외기에서 압축기 가동 시 발생하는 열을 미스트를 통해 식히며, 그 배기열도 미스트의 기화에 의해 증발돼 배기온도의 획기적인 하강현상을 유발하게 된다. 이는 실외기를 통한 도시 열섬현상의 완화에 적극적으로 대처할 수 있는 대안이다.
이 같은 미스트 분사는 실외기의 과열도 예방할 수 있어 실외기 과열에 의한 화재를 원천적으로 예방할 수 있다.
이처럼 다양한 효과를 거둘 수 있는 이 기술의 구성 요소를 살펴보면, 배관의 경우 통상적인 건물설계 시 요구되는 수도의 압력인 0.5~3.0㎏/㎠을 견딜 수 있는 배관을 활용하고 있으며, 노즐은 수돗물을 입자크기 25㎛ 이하로 시간당 3ℓ를 분사하는 기능을 갖추고 있다.
솔 밸브는 에어컨 가동시만 미스트분사가 될 수 있도록 on/off 제어할 수 있고 서머스탯은 외기 28℃ 이상 습도 60% 미만에서만 미스터가 분사될 수 있도록 제어한다.
단, 여름철 외기 온도가 낮으면 상대습도가 높아지기 때문에 미스트의 기화효과가 낮아져 에어컨 가동 시에도 미스트 분사는 이뤄지지 않는다.
한편, 시간당 소비되는 수돗물은 노즐의 유량은 시간당 3ℓ가 소비되며, 기기 당 4개의 노즐이 설치돼 시간당 12ℓ의 수돗물이 소비된다.
이를 비용으로 환산할 경우 시간당 약 10원이 소요되는 반면, 전기료는 약 150원이 절약되기 때문에 경제적 측면에서 사업성이 매우 높은 것으로 평가받고 있다.
특히, 기기당 이산화탄소 배출량도 연간 소나무 1,100그루 분량의 0.3t/CO2를 절감할 수 있어 온실가스 감축에도 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
기대효과
기존의 기계적 개선을 통한 효율 개선에는 한계에 이르렀다는 것이 중론이다. 하지만, 이 기술의 경우 물의 기화라는 물리적 현상을 이용, 에어컨의 기기효율을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 전망된다.
향후 수돗물뿐만 아니라 실내 냉방에서 발생하는 응축수를 재활용하는 방식의 개발을 통해 보다 친환경적인 접근이 가능해 질 것으로 예상된다.
또한, 이 기술은 대부분의 국내 건물과 가정에 설치된 기존 에어컨에도 설치가 가능해 이를 통한 냉방효율 개선을 통한 냉방기 에너지 절약은 최근 냉방기 피크전력 수요가 급증해 발생하는 블랙아웃 공포와 산업전력 수요 부족 현상을 부분적으로 해결하는 것에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
특히, 건물 또는 기업의 입장에서도 실외기 커버 설치를 통한 피크전력 관리를 통해 전기료 기본요금 절약은 물론 전기 사용량 절약을 통해 전기료를 획기적으로 줄일 수 있고 온실가스저감에도 크게 기여할 것으로 보인다.
(주)비츠로테크는...
지난 1955년 광명전기 제작소로 출발한 비츠로테크는 60여 년 동안 차단기와 개폐기류 등의 핵심 전력 부품을 제조하는 기업으로 국내는 물론 해외에서도 최고의 기술력을 인정받고 있다.
현재 이 회사는 ‘고객과 함께하는 사람들 비츠로테크’라는 비전 아래 이를 실현하기 위해 연관 사업 분야로의 사업영역 확장은 물론 적극적인 해외시장 개척, 수주대상 다변화 등을 도모하며, 한 단계 더 도약하기 위한 노력을 기울이고 있다.
특히, 이 회사는 기존의 전력 사업 분야에서의 차별화된 기술력을 선보이고 있는 동시에 우주항공과 플라즈마, 가속기, 냉각/냉동시스템 등 기술 집약형 사업에 발을 디딘 이래 독보적인 성과를 거두고 있어 눈길을 끌고 있다.
얼마 전 성공적으로 수행한 나로호(KSL-1) 발사를 시작으로 오는 2022년 순수 국내기술로 발사 예정인 KSLV-Ⅱ 한국형 발사체 개발에도 참여하며, 뛰어난 기술력을 대내외에 과시하고 있다.
이러한 기술력을 바탕으로 현재 이 회사는 전력부문과 특수부문의 사업을 성공적으로 수행하며, 고객들에게 안정적인 전력 공급은 물론 선도적인 미래 기술들을 선보이고 있다.
전력 부문
이 회사에서 전력 분야에서 선보이고 있는 기술은 고압기기, 저압기기, 개폐장치, 보호기기, 계전·제어기기 등이다.
고압기기 부문에서는 지난 1982년 국내 최초로 7.2kV VCB(진공차단기) 국산화 개발시험을 시작으로 1988년 일본 메이덴샤와 VI 기술제휴를 통해 1992년부터 진공 인터럽터를 독자적으로 개발하는 성공했으며, 현재 자체 기술력을 바탕으로 핵심 부품인 VI(Vacuum Interrupter)를 비롯해 고성능 차단기, 특화·특수 차단기 개발, 기중부하 개폐기 등을 생산하고 있다.
저압기기 부문에서는 기중 차단기, 배선용 차단기, 누전 차단기, 자동절체개폐기, 전자접촉기 등을 생산하고 있다. 특히, 지난 1995년 자동절체개폐기(ATS)의 자체 생산을 시작으로 기술력을 인정받아 미국 시장에 진출하는데 성공하였으며, 각종 안정인증과 규격 취득을 통해 저압기기 분야의 신뢰성을 인정받고 있다.
이와 함께 이 회사에서 생산되고 있는 개폐장치는 안전성과 효율성이 뛰어나다는 평가를 받고 있다. 지난 2005년 한전용 C-GIS, 고·저압배전반, MCC반 개발 등을 시작으로 민수용 GIS, 친환경 GIS, 스마트 배전반 등 높은 신뢰성과 안정성, 경제성을 갖춘 제품 생산을 하고 있다.
보호기기 부문에서는 각종 절연재질을 사용한 절연물을 개발하고 이 회사의 특허인 Polysil을 이용한 bushing, barrier 등을 자체 생산하고 있으며, 계전·제어기기 부문에서는 전력 설비의 감시, 보호와 모니터링에 적용되는 디지털 전력보호 감시 장치 시리즈와 디지털 계측제어장치 시리즈를 공급하고 있다.
제품의 신뢰도, 사용자 품질.서비스 만족도 등에 입각한 엄격한 자체 평가를 거쳐 한국전력공사의 우수중소협력사로 선정되었으며, 현재 KEPCO Trusted partner로서 국내 및 해외시장 확대에 박차를 가하고 있다.
특수 부문
또한 이 회사는 특수사업 부문에 많은 노력을 기울이고 있다.
1990년대 말 우주항공에 뛰어든 이래 국내 최초로 액체로켓 연소기 개발과 제작에 성공했으며, 이를 바탕으로 십여 년 간 국내 액체로켓 개발과 제작 분야에서 독보적인 기술력을 자랑하고 있다.
특히, 현재는 항공우주연구원에서 추진 중인 한국형발사체 개발사업에서 연소기를 비롯해 가스발생기, 극저온 배관 등 엔진 주요 구성품을 제작 납품하고 있다.
플라즈마 부문에서는 플라즈마 기술 연구를 통해 국내 최고의 기술력과 노하우를 확보하고 있으며, 이를 통해 플라즈마 시스템과 응용사업에 적용해 오고 있다.
현재 고온 유동 해석 및 시스템 설계기술을 바탕으로 고온 플라즈마 설비를 구축, 운영하고 있으며, 이 기술을 기반으로 특수소재 생산 장비와 파일럿 생산설비를 구축하기 위한 연구개발을 진행 중에 있다.
환경 부문에서는 차별화된 플라즈마 기술을 이용, 산업 전반에서 발생되는 독성 유기 폐액을 열분해 산화처리를 하는 사업과 중·저준위 원자력 폐기물과 폐액 처리, 산업 폐기물 처리하고 발생되는 부산물을 환경친화적으로 최종 배출하는 일련의 공정 설비를 운영하고 있다.
이외에도 이 회사는 가속기부문에서 국내 유일의 가속기전문메이커로서 명성을 쌓아가고 있다.
인 / 터 / 뷰 #1
도시 열섬 현상 등
전력소비량 크게 줄여
한국건설기술연구원 이건호 연구위원은 “에어컨 가동 시 실외기를 통해 방출되는 50도 이상의 열기는 도시 열섬 현상의 주 원인으로 지적받고 있다”고 말하며, “또한, 실외기 과열로 인한 화재의 위험성이 높아지고 있어 이에 대한 근본적인 해결책 마련이 매우 필요하다”고 강조했다.
이어 그는 “특히, 에어컨 가동 시 전력 소비량이 매우 높은데 에어컨 한 대 구동을 위해 소비되는 전력량은 10W급의 LED 조명 100개를 동시에 사용하는 양과 동일하다”고 말했다.
이러한 문제점들을 해결하기 위해 개발된 미스트 분사형 에어컨 실외기 커버 기술에 대해 이 연구위원은 “이 기술은 에어컨 실외기를 통해 배출되는 뜨거운 공기를 식혀 주기 위해 실외기에 배관을 설치하고 미스트를 분사시키는 기술”이라고 소개하며, “도시 열섬 현상 저감은 물론 실외기 주변 온도 하강은 에어컨의 효율성을 높여줘 건축물의 에너지 소비량을 획기적으로 절감시킬 수 있을 것”이라고 강조했다.
이어 전력량이 최고치로 상승하는 한 여름에는 30%까지 효율성이 높아질 것으로 전망하는 이 연구위원은 “전력 소비량을 1~2% 줄이는 것도 쉽지 않은 일이지만, 이 기술의 경우 냉방 전력량이 30% 차지는 건물에 적용 시 최소 10% 이상의 전력 소비량을 절감시킬 수 있을 것”이라고 자신하며, “건축주도 피크 부하를 낮출 수 있어 전력 사용비를 절약할 수 있다”고 말했다.
이어 그는 “이와 함께 또 다른 장점은 실외기 과열로 인해 발생하는 화재를 미연에 방지할 수 있다는 점”이라고 밝혔다.
끝으로 이 연구위원은 “현재 이 기술은 비츠로테크에 기술이전을 완료한 상태로 1차 시범 적용을 끝내고 센솔루션과 공동으로 다양한 제품 개발을 진행하고 있다”고 소개하며, “향후 지자체와 공기업을 대상으로 시범사업을 추가적으로 적용하고 성과를 확대해 나갈 예정이며, 관련 기업들과 공동으로 동남아 등지로 사업 범위를 확대해 나갈 계획”이라고 덧붙였다.
인 / 터 / 뷰 #2
‘대량 생산’ 구상 완료
시장 곧 출시 기대된다
(주)비츠로테크 이병호 대표는 “비츠로테크는 차단기와 개폐기류 등의 전기에너지를 안전하게 공급하는 전력 부품 제조뿐만 아니라 우주항공, 가속기, 플라즈마, 냉각/시스템 등 첨단산업에 가장 중심을 두고 있다”고 밝히며, “특히, 비츠로테크는 국내 전력산업의 태동기에 설립된 이래 기술적 불모지였던 국내 시장에 선진 기술을 도입, 보급함으로써 산업 전반의 양적, 질적 성장을 이끌어 왔다”고 자부했다.
이어 그는 “최근 산업이 스마트 그리드, 친환경, 해외시장 진출 등으로 급격한 변화를 겪고 있는 만큼 오랜 시간에 걸쳐 응집된 기술적 노하우와 시장에서의 신뢰를 기반으로 신규기술을 접목한 제품들을 선보이고 있다”고 말하며, “그 중 하나가 건설연에서 개발한 미스트 분사형 에어컨 실외기의 제품화”라며 기술이전의 목적을 설명했다.
이 기술은 실외기로 유입, 유출되는 외기 온도를 조절할 수 있어 에너지 효율과 도시 열섬현상 완화라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 기술로 평가받고 있다.
이 대표는 “현재 시범사업과 대량생산을 위한 제품 표준화, 상품화를 위한 구상 등을 마치고 향후 다양한 시범사업을 거쳐 시장에 선보일 예정”이라고 밝히며, “이 기술의 경우 미스트 분사를 통해 응축효율을 높여 전력소비량을 저감할 수 있는 만큼 국가 에너지 절감 기조에 부응할 수 있으며, 환경적으로도 도시열섬 현상 완화라는 효과도 거둘 수 있다”고 강조했다.
한편, 우주항공과 플라즈마, 가속기 등 미래 선도 기술 분야에서 눈에 띠는 성과들을 도출하고 있는 것과 관련, 이 대표는 “이는 신의와 창의를 강조하는 회사 경영 방침과 다른 곳에서 시도하기 어려운 분야에 대한 꾸준한 연구개발과 투자에 대한 결실”이라고 말하며, “앞으로도 국가와 국민들의 행복 지수를 높이기 위한 기술개발과 노력을 기울여 나갈 것”이라고 덧붙였다.
