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이수에어텍, 고효율 GHP 통합시스템 개발

냉동·냉장·냉난방·고온수 일원화 시스템 마련



가스엔진을 이용해 냉동·냉장·냉난방·고온수를 하나의 기기로 공급할 수 있는 고효율 히트펌프 시스템이 개발된다.

이수에어텍(대표 이수인)은 한국에너지기술평가원이 에너지기술개발사업 일환으로 진행하고 있는 ‘가스엔진 구동의 냉동·냉장·냉난방·고온수 일원화 고효율 히트펌프시스템 개발’ 과제의 주관기관으로 선정됐다.

과제는 이수에어텍이 주관하며 △한국가스공사 △대성마리프 △한국냉동공조인증센터 △고려대학교 △영남이공대학교 등이 참여한다. 지난 7월 26일 평창 알펜시아리조트에서 관계자들과 함께 제2차년도 킥오프 워크숍을 개최했다.

이번 과제는 그동안 개별적으로 운영되던 저효율 냉동·냉장공조기기를 하나로 통합해 GHP를 기반으로 하는 All-in-One 히트펌프시스템을 개발하는 것이다. 이를 통해 냉동·냉장·공조를 동시에 사용하는 사업장의 전체 시스템효율을 향상시켜 에너지이용 합리화 및 에너지원 다양화에 기여할 예정이다.

특히 중소형 마트, 중대형 식당, 편의점 등 다양한 사업장에서는 냉동·냉장·냉난방 부하가 동시에 발생하고 있다. 기존에는 각각의 기기를 별개로 사용함으로써 낮은 에너지효율, 넓은 설치공간, 높은 기기비용 등 문제가 발생해 해결방안이 요구되고 있다.

이에 따라 이수에어텍은 가스엔진구동 기반의 일체형 히트펌프 시스템으로 냉동·냉장·냉난방기기를 통합한 형태의 제품을 만들어 중소형 마트, 중대형 식당, 편의점 등의 에너지이용효율화를 가져오고 국가 에너지절감에도 앞장설 것이 기대된다.

시스템의 차별성은 가스엔진 히트펌프를 사용해 냉난방·냉장·냉동·온수공급 기능을 하나의 설비로 일체화시켰다는 점이다.

관련 시장에서는 2000년대 초반 일본 다이킨, 산요 등에서 전기구동 방식(EHP)의 냉난방·냉장·냉동 복합시스템을 개발했고 최근 국내 기업에서 냉난방·냉장 복합기능의 EHP 시스템 출시한 바 있지만 GHP 방식의 복합시스템은 아직 개발된 적이 없는 상황이다.

가스이용방식은 냉장·냉동시스템의 배열 및 가스엔진 냉각수 배열을 회수해 난방 및 온수공급에 이용, 에너지효율을 극대화할 수 있다. 하절기 냉방에 가스를 이용함으로써 전력피크 저감에 기여하고 겨울철 외기온도 저하에 따른 난방효율 저하없이 안정적인 난방공급이 가능해진다.

특히 냉장·냉동시스템에 비상 시(엔진 고장 등)를 대비한 백업 운전시스템 구축 및 고장예지, 에너지수요예측기술 적용으로 신뢰성 제고했으며 히트펌프 유니트 컨트롤, IoT 모듈을 적용한 무선 모니터링 시스템도 강점이다.

냉동·냉장·냉난방·고온수가 하나의 기기로
이수에어텍은 이번 과제를 통해 냉동·냉장·냉난방·고온수 등 시스템 최적화 구성 및 설계제작 기술을 확보하고 냉방COP 1.35 이상, 난방COP 1.65 이상 효율을 보유한 20RT급 일체형 가스엔진구동 고효율 히트펌프 시스템을 개발할 방침이다.

또한 에너지수급 밸런스 최적화 제어시스템 및 원격 모니터링 시스템, 가스엔진 연계운전 기술, IoT모듈 개발 및 원격 무선 스마트제어를 위한 앱 개발도 함께 진행된다.

이번 1차년도 과제를 통해 △냉난방·냉동·냉장·고온수 일원화 GHP 기본 설계 및 시제품 제작 △엔진 및 냉각수 계통 기본설계 △가스엔진 히트밸런스 시험 △고효율 냉동·냉장 쇼케이스의 기본설계 △성능평가 시스템 설계(가스히트펌프+냉동·냉장시스템) △고효율 히트펌프 사이클 구성안에 따른 성능비교 분석 △업종별 에너지사용량 패턴에 대한 국내·외 자료 분석을 진행했다. 

다음 2차년도 과제를 통해 이수에어텍은 △일원화 GHP 주요부품 설계 및 선정 △일원화 GHP 시제품 설계 및 제작을, 가스공사는 △배가스 열교환기 개발 △가스엔진 히트밸런스 시험 주관(열회수장치 장착 엔진), 대성마리프는 △냉동·냉장 부품 설계 및 선정 △냉동·냉장 쇼케이스 설계 및 제작을 진행한다. 한국냉동공조인증센터는 △성능평가 장치 구축 및 보완 △ 가스히트펌프 올인원 시스템 단품 성능평가시험을, 고려대학교는 △일원화 고효율 히트펌프 성능 특성 해석적 분석을, 영남이공대는 △에너지사용량 영향 정보 수집 모듈 설계 및 제작을 실시할 예정이다.

해외시장 경쟁력 확보·전력수급 기여
이번 과제는 일체형 고효율 히트펌프 관련제품의 기술확보 및 사용화 제품의 수출은 물론 국내 피크전력 회피를 통한 전력수급의 불안해소에도 기여할 것으로 판단된다.

가스구동 히트펌프를 적용한 다기능 히트펌프 시장확대는 전기에 편중돼있는 국내 에너지구조를 가스로 대체함으로써 국내 전력수급의 불안해소에 기여할 수 있다. 냉방시장에서 가스냉방이 차지하는 비중을 10% 높일 경우 매년 약 3,000억원의 에너지 수요관리 효과가 발생해 수요패턴 균등화로 LNG발전소 5기, LNG저장탱크 3.5기를 감소할 수 있는 것으로 보고되고 있다.

한국편의점협회 조사에 따르면 제빙, 수송, 창고 등 산업용은 약 1,200억원, 도·소매 매장 등 상업용은 약 1,300억원, 식당, 조리용 등 요식업은 4,000억원 수준으로 국내 냉동·냉장시장은 약 6,500억원 규모로 추정된다.

또한 편의점수는 △2010년 1만6,937개 △2013년 2만4,859개 △2016년 3만2,946개로 매년 증가하고 있어 이러한 추세를 고려하면 냉동·냉장시장 확대와 이에 따른 에너지절감 잠재량은 매우 클 것으로 보인다.