우리나라는 고온·다습한 여름을 보유하고 있어 전외기공조의 경우 공조에너지의 약 85.5%가 제습에 사용되고 있다. 학교 또는 지하상가 등의 다중이용시설도 실내에서 발생하는 잠열량과 환기를 통해 공급되는 외기로 인한 잠열 처리부하가 매우 높다.
이에 따라 제습의 고효율화는 공조에너지 절감에 있어 가장 중요한 요소다. 과냉각 또는 건식 로터를 이용해 습도제어를 하는 기존방식에서 발생하는 여러 문제점을 폐열 및 응축열을 활용해 에너지소비가 적은 액체식(습식) 제습 공조기술로 해결할 수 있다.
엔트가 개발한 ‘폐열을 활용한 액체식 공조기술’이 기존 기술대비 연간 CO₂ 발생량을 20% 이상 저감할 수 있어 최근 녹색기술인증을 획득했다.
기존 방식 문제점은
기존 냉각제습기술은 공기를 과냉각한 후 공기온도를 높여 필요 공간으로 토출해주는 방식이다. 이에 따라 여름철 외기 혹은 고습 공기를 25℃, 30%RH의 절대수분량(5.89g/kg)으로 제습하기 위해서는 공기를 6.26℃까지 과냉각시킨 이후 재가열이 필요하다. 이 과정에서 전체의 약 70%의 에너지가 과냉각 및 재가열에 사용돼 에너지가 낭비된다. 또한 공기를 제습하면서 시스템내부의 응축수로 인한 세균, 곰팡이 등 오염원이 발생해 공기질이 악화하는 문제가 있다.
기존 건식제습 로터기술은 수분을 흡착하는 로터를 사용해 공기를 제습하고 고온(60~120℃)의 열에너지를 사용해 로터를 재생한다. 해당 재생과정에서 재생에 사용된 열이 토출 공기로 전달되면서 제습은 되지만 온도가 상승해 추가적인 냉각에너지가 필요해 역시 에너지가 낭비된다. 로터 오염에 따른 주기적인 교체와 유지보수가 매우 어려운 단점이 있다.
기존 액체식 제습기술은 제습부에서 염기성 용액을 냉각열원과 열교환해 저온으로 냉각 후 공기의 열과 수분을 흡수하고 수분을 흡수한 용액을 재생부에서 고온열원으로 재생시키는 과정으로 각 열원의 에너지와 장비가 필요하다.
엔트의 관계자는 “기존 액체식 공조시스템의 경우 제습용액 재생을 위한 열에너지가 필요하나 폐열활용 액체식 제습기술은 외부로 배출되는 폐열(응축열)을 재활용해 제습용액 재생에 사용해 에너지를 절감시키므로 탄소 저감에 기여한다”라며 “또한 잠열부하 처리 및 실내 습도를 제어함으로써 실내 기준온도를 상승시킬 수 있어 냉방설비를 사용하지 않거나 사용량을 줄일 수 있어 에너지절감에 효과적”이라고 밝혔다.
이 관계자는 특히 “실내 습도를 낮추는 것은 건물 내부에서 불필요한 습기를 제거함으로써 건강과 생산성에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있다”고 강조했다.
에너지절감·탄소 배출 저감 확인 특허를 획득한 엔트의 ‘폐열을 활용한 액체식 공조기술’은 제습부에서 처리공기(실내공기)가 유입되면 조습용액을 분사해 공기 중 수분을 흡수한 뒤 제습한 수분을 재생부에서 공기를 통해 배출하고 제습부로 다시 보내면서 제습성능을 유지한다.
제습부에서 제습열로 인한 용액의 온도 상승은 제습부 수조 혹은 외부에 배치된 용액 열교환기를 제습용액이 통과하면서 냉매와 열교환하며 냉각된 후 처리 공기에 다시 분사한다. 재생부에서 제습용액을 재생하기 위해 폐열(압축기 응축열)을 활용해 재생부 용액의 온도를 가열한 후 재생부에 분사해 제습한 수분은 공기를 통해 배출한 후 설정된 용액농도를 유지하는 기술이다.
또한 흡습성능이 있는 용액을 통해 공기온도와 습도를 제어하는 방식으로 과냉각 및 제상운전이 필요하지 않아 에너지를 절감시킬 수 있다. 조습용액은 소금물과 성분이 유사해 공기와 접촉하면서 공기 중 세균과 박테리아를 제거할 수 있다.
특히 조습용액을 재생시키기 위해 기존 전기히터 또는 보일러와 같은 열원에너지설비를 설치해 공급했으나 폐열(압축기의 응축열)을 이용해 에너지를 절감시킬 수 있다. 조습용액의 어는점이 –50℃로 영하의 온도에서 습도를 제어할 수 있어 제상운전으로 인한 에너지소비없이 무제상운전이 가능하다.
엔트의 관계자는 “프로토 타입을 제작해 목표 성능 구현을 당사가 보유한 챔버에서 성능확인을 진행하며 장비의 성능 확인을 진행했다”라며 “실증을 진행해 장비 제어모드 및 시스템의 안정성을 다양한 조건에서 테스트하며 이때 시스템의 밸런스 확인 제어 연구를 진행했다”고 밝혔다.
이어 “시스템성능과 제어가 정상적으로 작동한 것을 토대로 냉동사이클 최적화 작업을 진행해 시스템의 제습효율을 높이기 위한 연구를 진행했다”라며 “이후 장비의 에너지절감 성능을 확인한 이후 시스템 금형투자를 진행해 완성품에 준하는 장비를 제작했다”고 밝혔다.
엔트의 ‘폐열을 활용한 액체식 공조기술’은 기존 액체식 공조기술대비 70% 이상의 에너지소비와 탄소 배출량을 저감할 수 있다. 조습용액은 반영구적인 성능을 보유하고 있으며 용액의 오염 시에도 간편한 재생작업을 통해 재사용이 가능해 시스템의 폐기물 배출 최소화한다.
폐열을 활용해 기존 액체식 제습시스템보다 전기소비량을 감소시켜 이산화탄소 배출량을 70% 이상 저감할 수 있으며 기존 건식 제습시스템보다 높은 에너지효율을 토대로 건식 데시칸트 시스템대비 75%의 이산화탄소 배출량을 저감할 수 있다.
또한 설치비 및 시공 비용 감소, 설치 면적 최소화, 외부 배관공사 최소화, 유지관리보수도 용이하다.
특히 한국산업기술시험원에서 뷰유세균 저감시험과 뷰유바이러스 저감시험을 거처 94% 이상 걸러지는 것으로 확인됐으며 건설생활환경시험연구원에서 대장균, 황색보도당구균, 폐렴균, MRSA, 흑곰팡이, 칸디다균, 녹농균 등 부유미생물 저감시험을 통해 99.9% 이상 제거하는 것으로 결과를 얻었다.
엔트의 관계자는 “기존 냉각 제습시스템에서 발생한 결로 및 곰팡이(세균&바이러스) 문제를 해결해 관련 산업분야에 새로운 성장동력을 제공할 수 있을 것”이라고 강조했다.
실내수영장·식품공장 등 확대 적용
엔트는 제습공조가 필요한 실내수영장, 식품공장, 맥주공장, 산업공장 등과 같은 현장에 적용해 에너지절감 효과를 확인하고 시장을 확대할 계획이다.
또한 저온·제습공조가 필요한 저온저장고, 제약공장, 아이스링크, 반도체공장 등과 같은 현장에 제상운전없이 저습공기를 공급할 수 있다. 재생열원으로 산업현장에서 나오는 폐열(공장 폐열, 지역난방) 또는 신재생에너지(태양열), 응축열을 이용하고 냉각열원으로 하천수, 냉각탑 등을 적용해 다양한 에너지도 활용할 수 있다.
