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특별기획

윤영직 에너지硏 책임연구원

동절기 자연냉열 저장기술
무동력·고효율·장기보관 축냉기술 개발

동절기 차가운 대기를 활용해 딸기 등 저온성 작물의 연중생산을 실현하는 ‘계절간 자연냉기 저장·이용 기반 차세대 신재생 스마트 온실냉방기술’ 과제가 실적용을 앞두고 있다. 

윤영직 한국에너지기술연구원 에너지네트워크연구실 책임연구원은 자연냉기를 효율적으로 저장할 수 있는 기술과 향후 추진계획에 대해 소개했다. 

자가기포현상 적용 열교환장치 실증 예정
하절기 높은 기온으로 인해 시설재배농가는 작물생육환경을 유지하기 위해 난방에너지대비 3배에 달하는 냉방에너지비용을 부담해야 한다. 이로 인해 하절기에 재배를 포기하는 경우가 빈번하게 발생하고 있다. 

이번 과제는 전력소모가 거의 필요하지 않으면서 겨울철 차가운 공기로부터 냉열을 효과적으로 확보해 초단열 축냉조에 저장, 여름철 온실냉방에 사용하는 기술을 위해 추진됐다. 이를 통해 기존 냉방방식대비 에너지절감 및 온실가스 배출저감효과를 거둘 것으로 기대된다. 

윤영직 책임연구원 연구팀은 최근 동절기 차가운 공기로부터 냉열을 효과적으로 확보할 수 있는 고성능·무동력 열교환장치 기술개발에 성공했으며 랩스케일 실증 및 파일럿 스케일 실증을 통해 우수한 성능을 입증했다. 


기존 열교환장치 대부분은 내부 열전달매체가 물-물, 공기-공기 등 단상(Single Phase)유동을 이용한 방식이다. 과제를 통해 개발된 열교환장치는 기포자가진동현상을 이용한 기술로 액체와 기체(기포)상태의 이상(Two Phase)유동을 이용하기 때문에 단상유동 열교환장치대비 열전달성능이 약 25배 높아 획기적인 효율로 열을 획득할 수 있다. 

특히 기포자가진동현상 기반 열교환장치는 외부동력이 없어도 유동이 형성되기 때문에 에너지절감을 실현할 수 있어 하절기 에너지비용 부담을 줄일 수 있다. 

개발된 기술로 약 82.4kWh의 냉열을 생산할 경우 약 41kWh의 전력이 필요하며 이는 기존 전기냉방장치대비 약 70% 이상의 에너지를 절감하는 수준이다. 에너지사용 절감에 따라 전력소모로 인한 온실가스 배출을 절감할 수 있으며 생산원가 이하로 공급되는 농업에너지 소비를 줄임으로써 에너지공급의 안정화를 실현할 수 있다. 

윤영직 박사는 “실환경 실증을 위해 11월까지 서울대 평창캠퍼스 첨단스마트팜 융복합단지에 330m² 유리온실에 기술을 적용할 방침”이라며 “보다 실질적인 성과를 입증하기 위해 유리온실의 절반인 165m²에는 기존 냉방기술을 적용하고 나머지 165m²에는 개발된 기술을 적용할 계획”이라고 밝혔다. 

이어 “개발된 기술은 연구대상인 스마트팜을 비롯해 축사, 도심빌딩, 데이터센터 등 냉방이 필요한 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 덧붙였다. 

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