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태양열 히트펌프, E절감·CO₂저감 효과 ‘톡톡’

에너지패널, 춘천 국민생활관 수영장 담수히팅용 분석


태양열 집열기와 히트펌프의 장점을 극대화해 열을 생산하는 융합 신기술로 ‘태양열 히트펌프’가 수영장 담수 히팅용으로써 도시가스대비 무려 50% 이상 에너지를 절감하는 것으로 나타났다.

태양열 히트펌프 전문기업 에너지패널(대표 안창민)은 한국기후변화연구원 주관으로 ‘2017년 지역에너지신산업 활성화 지원사업’ 일환으로 지난 2017년 10월30일부터 2018년 2월28일까지 춘천 국민생활관 수영장 담수 히팅용으로 태양열 히트펌프시스템을 설치했다. 

태양열 히트펌프시스템은 열원으로 태양열과 공기열을 모두 사용할 수 있다. 히트펌프시스템으로 태양일사 부재 시에도 공기열원을 통해 가동할 수 있으며 Vapor Injection시스템 적용으로 한랭지조건인 –15℃까지 안정적이고 지속적으로 열생산이 가능하다.

태양열 히트펌프에 사용되는 전기는 직접 가열식이 아닌 태양열 및 공기열을 흡수(Evaporator)해 팽창된 냉매를 압축하며 발생된 열을 열교환기(Condenser)를 통해 공급하기 위한 냉매순환과 압축기에 사용된다. 

압축하면 유체 순환 및 압축기 가동을 위한 최소한의 전기를 사용하는 것으로 예를 들어 일반 전기보일러가 10kW를 소비해 최대 10kW의 열을 생산한다면 태양열 히트펌프는 10kW를 소비해 40kW 이상의 열을 생산을 할 수 있어 정격COP가 4 이상을 낼 수 있다.   
기존 태양열시스템은 최대한 태양에너지를 많이 받을 수 있도록 적당한 경사각도와 넓게 펼쳐야 하지만 태양열 히트펌프는 거의 수직으로 태양열 집열기를 설치해도 효율 변화가 없는 것이 특징이다. 

평균COP 4.19…750만원 절감

지하2층에 위치한 수영장(976.5m³)은 성인풀(25m×14m(7Lane)×1.3~1.5m  :490m³)과 유아풀(15m×8m(3Lane)×0.8m: 96m³)로 구성돼 있다. 기존 열원은 대류난방과 수영장담수 히팅, AHU FCU 난방 열원으로 증기보일러 2톤과 5톤짜리 2대로 운영되고 있었다. 



2018년 3월말 준공 이후 4월1일부터 6월30일까지 수영장의 담수히팅에 사용된 열량을 체크한 ‘춘천시 국민생활관 수영장 Heating시스템 모니터링 분석자료’에 따르면 초음파 유량기와 수영장에 공급되는 물의 온도 및 환수되는 온도를 센서를 통해 측정한 결과, 3개월간 총 409.5GJ의 열량이 사용됐다. 

모니터링 시스템은 한국기후변화연구원(KRIC)에서 개발한 소프트웨어로 한국기후변화연구원의 방법론을 기준으로 에너지패널의 유닛 및 순환펌프의 동력 등을 포함한 전체 시스템에서 사용된 누적 전력량은 2만7,161kWh가 측정됐다. 

측정된 수치를 통해 3개월간 절약된 에너지비용은 기존 도시가스를 사용했을 때보다 77% 약 750만원 가량 절감됐음을 확인할 수 있었다. 이는 사용된 열량과 소비된 전력량을 기준으로 평균 COP 4.19라는 높은 효율을 입증한 것이다. 


에너지패널의 관계자는 “측정된 4~6월의 COP는 에너지소비량이 많은 겨울철대비 낮은 수치라고 자체적으로 판단하고 있다”라며 “다가오는 가을과 겨울에는 더 많은 에너지사용으로 더 많은 에너지절감을 통해 더 높은 COP를 기대할 수 있을 것”이라고 강조했다. 

이 관계자는 “에너지절감은 결국 탄소배출 감축으로 이어진다”라며 “도시가스사용 시 탄소배출양은 31.73tCO₂였으며 태양열 히트펌프사용 시 탄소배출양은 12.49tCO₂로 도시가스대비 61%(19.24tCO₂)가 감축되는 효과를 보였다”고 밝혔다.