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축냉시스템 보급·확대 논의의 장 열려

설비기술協, ‘축열 냉방시스템 강연회’ 개최


한국설비기술협회(회장 김태철)은 6월5일 서초구 소재 건축센터에서 축냉시스템의 확대·보급과 관련기술 발전을 위한 ‘축열 냉방시스템 강연회’를 개최했다. 이번 강연회는 전력피크를 저감하고 사용자들의 운전비 부담을 덜 수 있는 축냉시스템의 발전방향을 고민하는 자리로 각계 전문가 100여명이 참석한 가운데 활발한 정보공유가 이뤄졌다.

설비기술협회 축열기술전문위원회 위원장인 서정식 한국냉동공조인증센터 박사는 인사말을 통해 “지난해부터 축냉시스템에 대해 초심으로 돌아가자는 고민을 통해 작업을 진행하고 있다”라며 “오늘 강연회는 기술적인 내용뿐만 아니라 한국에너지공단이 운영하고 있는 건물에너지제도, N&V 등 건축물에 사용되는 다양한 주제로 진행된다”고 말했다. 이어 “궁금한 점이 있으면 언제든 설비기술협회나 한국전력 전력수급처로 연락하길 바란다”고 밝혔다.

이번 세미나는 △축냉설비 보급 및 지원제도 현황(박현권 한전 전력수급처 차장) △건물부문 냉난방제도 현황 및 계획(안진한 한국에너지공단 부장) △아이스캡슐형 빙축열을 이용한 지역냉방 운용사례(이수양 한국생산기술연구원 박사) △축냉시스템의 M&V(김진상 블루이코노미전략연구원 박사) △국내 불화가스 냉매 사용현황 및 관리제도(임성용 범석엔지니어링 소장) △냉방전용에서 냉난방 겸용 축열시스템(김용현 에너지뱅크 팀장) △축열식 냉난방설비 설계사례(정경일 지맥설계 소장) △빙축열시스템 개보수 사례(이도현 서울냉열 본부장) 등 순서로 진행됐다.

첫 번째 순서로 박현권 한전 전력수급처 차장은 ‘축냉설비 보급 및 지원제도 현황’에 대해 발표했다. 

전력수요관리란 소비자의 전기사용 패턴을 변화시켜 최소비용으로 전기에너지 수요를 충족시키기 위한 활동이다. 최대수요와 최저수요 차이를 축소시켜 부하평준화 도모 및 공급설비 이용효율을 향상시키는 부하관리와 고효율기기보급으로 에너지를 절감하는 효율향상이 있다.

대표적인 부하관리사업인 축열식 냉난방설비 지원사업은 주간냉방피크를 심야시간대(23:00~09:00)로 이전하는 설비설치 고객을 대상으로 감소전력 kW당 35만원~48만원의 보조금을 지급한다. 계약종별로는 주택용, 일반용, 교육용, 산업용, 농사용(을) 등이며 호텔, 병원 등 24시간 냉방이 필요한 건물에서는 예외규정을 두고 심야전력을 공급하고 있다.

지급단가를 구체적으로 살펴보면 감소전력 △~200kW는 48만원/kW △~400kW는 42만원/kW △401kW~는 35만원/kW 등으로 구분해 5억원 상한으로 설치지원금으로 지급한다. 또한 설계장려금은 축냉설비를 설계에 반영한 설계사무소를 대상으로 설치지원금 지급단가의 5%를 지급하며 상한액은 3,000만원이다. 이외에도 중소·중견기업의 세제혜택과 장기저리 융자 등 금융지원도 있다.

하지만 정부의 지원예산은 2013년 120억원 최고점을 찍은 이후 점점 축소돼 2018년 42억7,200원, 2019년은 39억6,200만원이 배정됐다. 보급량도 2013년 45MW에서 2018년 19MW로 줄어들었다. 

박현권 차장은 “현재 지원금이 한계에 다달아 지금 신청하는 업체들은 지원금을 받을 수 없는 상황”이라며 “다만 더 이상 지원금이 줄어들지 않도록 정부와 협의해 나가는 중”이라고 설명했다.

안진환 에너지공단 팀장은 ‘건물부문 냉방제도 현황 및 계획’을 발표했다. 안진환 팀장은 냉방과 관련된 법적 근거 및 파생된 축냉지원제도에 대해 설명하고 이러한 냉방제도가 향후 개선돼야 할 방향 등을 언급했다.

냉난방 에너지와 관련된 법적 근거는 ‘건축물의 에너지절약설계기준’이 있으며 창호 및 벽체의 단열기준을 단계적으로 강화해왔다. 건축물의 냉방설비에 관해서도 축냉식 전기냉방설비를 정의하고 설치·설계기준을 관리하고 있다.

산업적으로는 최신기술의 국산화로 인한 제조업계의 글로벌 기술력확보 및 고용창출은 물론 관련산업 및 부품하도급 업체와의 동반성장도 기대된다. 사용자는 설치장려금 및 세제 감면혜택, 계약전력 감소 및 전력비용 절감 수전공사비용 절감 등 이득이 있다.

안진환 팀장은 “정부는 지난 4일 제3차 에너지기본계획을 발표하고 2040년까지 국내 에너지정책에 대한 방향을 제시했다”라며 “이는 하나의 큰 틀을 만든 것이고 세부실행방안을 다듬어야 할 시기”라고 말했다. 이어 “이러한 장기적인 계획과 함께 현재 전력피크는 매년 새로운 기록을 경신하고 있다”라며 “냉난방 부하가 많은 동절기, 하절기에 이러한 현상이 나타나며 전력을 사용한 냉방이 늘어나고 있어 이에 대응하는 정책이 만들어지고 운영되도록 관심을 가져야 한다”고 강조했다.

이수양 한국생산기술연구원 박사는 ‘아이스캡슐형 빙축열을 이용한 지역냉방 운용사례’를 발표했다. 이번 연구는 아이스캡슐형 빙축열시스템의 축냉용량 감소원인 분석을 통해 소규모 파일롯 아이스캡슐형 빙축열조 시험장치를 구축하고 축열·발열 과정에서 아이스캡슐 내 축열매채 동결·해빙 특성을 규명했다.

아이스캡슐형 빙축열시스템의 성증저하는 냉동기·냉각탑 성능과 축열조 축냉용량, 아이스캡슐 파손, 축열매체의 과냉각 등이 주요원인으로 지목되고 있다.

연구에서는 축열특성을 비교하기 위해 한국지역난방공사 고양지사에 설치된 기존 아이스캡슐을 신규 아이스캡슐로 교체해 특성시험을 수행했다. 아이스캡슐 내 동결된 축열매체가 완전 해빙될 수 있도록 방열열량을 충분히 공급해 축열조 내부 평균온도가 15℃ 이상에서 방열운전을 종료했다.

이수양 박사는 “이번 실험에서 10년 이상 사용한 아이스캡슐의 경우 축열과정에서 과냉각 특성을 확인할 수 있었으며 신규 아이스캡슐의 경우 과냉각 특성 없이 동결되는 것을 캡슐 내 축열매체의 온도변화를 통해 확인했다”라며 “이는 빙축열시스템의 축냉용량 감소 원인 중 하나로 파악됐으며 시스템의 정상화를 위해 아이스캡슐 교체 등의 방안 및 교체비용, 내용연구, 축열밀도 등을 고려해야 한다”고 밝혔다.

김진상 블루이코노미전략연구원 박사는 ‘축냉시스템의 M&V’ 발표를 진행했다. M&V란 △측정값을 통해 △신뢰할 수 있도록 △개별시설 내에서 △에너지관리 프로그램을 통해 진행되는 에너지절감량 결정 프로세스로 보이지 않고 직접적으로 측정할 수 없는 특성을 가진다.

M&V는 산업·건물부문 에너지절감량 및 상환금을 결정하는 에너지 성과계약을 진행할 수 있으며 비에너지부문 성과계약을 통해 에너지개보수 절감량을 평가할 수 있다. 또한 사업장의 에너지절감량 평가 및 에너지절감 목표달성을 통한 에너지사용량 변동을 평가할 수 있다.

김진상 박사는 “축냉시스템 M&V 검토 시에는 전력 최대 수요절감, 비용절감 및 기타 시스템성능 등 목적을 명확히 해야 하며 성과지표로 연계해 지속적으로 관리할 수 있어야 한다”라며 “또한 계획수립 이 가장 중요한 과정이며 이해당사자간의 합의가 필수적”이라고 강조했다.

임성용 범석엔지니어링 소장은 ‘국내 불화가스 냉매 사용현황 및 관리제도’ 발표를 통해 글로벌 냉매사용 흐름 및 대체물질, 국내 냉매사용현황과 냉매관리제도 개선사항 등에 설명했다.

2015년 파리기후협약을 통해 국제사회는 2040년까지 산업화 이전대비 지구 평균기온 상승을 2℃보다 상당히 낮은 수준으로 유지하고 온도상승을 1.5℃ 이하로 제한하기 위한 노력을 공동의 목표로 설정했다.

현재 국내에서 사용되는 가정용 냉장고 및 에어컨, 상업용 냉동기는 가연성 냉매 사용과 관련된 국내 규정을 검토한 결과 유럽연합과 같은 기준을 적용하고 있다. ‘A3’ 그룹에 해당되는 이소부탄(R600a), 프로판(R290), R441a의 사용을 허가하고 있으며 충전량 한계치를 명시하고 있다. 하지만 유럽연합과는 달리 A2L(미가연성) 그룹 냉매의 사용은 아직 적용하지 않고 있다. 

최근 IEC(International Electronical Commission)에서 A3 냉매 사용에 관한 상업용 냉동기 충전량 한계치를 150g에서 500g으로 확대하기 위한 논의 및 투표가 진행됐으며 25.7%가 반대해 부결처리된 바 있다. 하지만 말레이시아의 반대투표에 대한 ‘반대의 기술적 근거’를 미제시함에 따라 투표수에서 제외, 반대율이 23.5%로 변경돼 25%보다 낮아졌기 때문에 최종 승인처리 됐다.

임성용 소장은 “한국정밀화산산업진흥회에 따르면 HCFC의 국내 소비량은 기준소비량(2009~2010년 평균소비량) 2만6,219톤대비 18.6% 낮은 2만1,327톤이며 HFCs 무역통계에 따르면 2018년 HFCs 단일물질과 혼합물질의 사용량 합계는 2만3,224ton/y인 것으로 나타나 HCFC보다 HFC 소비량이 더욱 큰 것을 알 수 있다”라며 “2016년부터 HFC+HFC혼합물(R407C,R410A) 수입량이 대폭 증가하고 있어 기존 R22를 R410A가 대체하고 있다”고 설명했다.

김용현 에너지뱅크 팀장은 ‘냉방전용에서 냉난방 겸용 축열시스템’ 발표를 통해 심야전력과 혼압축열 냉난방시스템의 개념, 적용사례 등을 설명했다.

혼합축열 냉난방시스템은 EHP시스템의 편의성과 빙축열 및 수축열의 장점을 혼합한 차세대 축냉설비로 얼음·냉수·온수를 동시에 사용한다. 일반용 전력대비 1/4, 주택용 전력대비 1/10 요금인 심야전력 을(Ⅱ)을 적용하고 대형냉동기 및 냉온수기대비 설치면적을 감소시킬 수 있다. 또한 공랭식 제품적용으로 냉각탑이 필요없으며 축냉설비 공사비 전액을 에너지합리화자금으로 사용하고 최대 6%의 법인세 감면혜택도 있다.

혼합축열 냉난방의 대표적 적용현장으로는 서울시 용산구에 위치한 웰페리온 종합스포츠센터로 연면적 약 1만m²(2,900평)에 냉난방면적은 약 4,600m²(1,400평)다. 기존설비인 흡수식냉온수기와 보일러를 히트펌프와 혼합축열조로 교체했다.

김용현 팀장은 “호텔, 업무시설, 병원, 교회, 학교 등 공공기관 또는 축열의무 건물은 물론 유류대비 전기를 사용해 냉난방 운전비를 절감하고자 하는 곳에 혼합축열시스템을 설치할 수 있다”고 설명했다.

정경일 지맥설계 소장은 ‘축열식 냉방설비 설계사례’를 통해 예술의전당 빙축열시스템 설계사례를 소개했다.

하절기 터보칠러 가동을 통해 냉수를 생산하고 있던 기존 시스템은 4월부터 10월까지 운전하며 7,8월 전력사용이 가장 높은 시기다. 기존 칠러는 1988년 운전개시 후 30년이 경과한 사태로 노후화가 진행돼 COP가 저하, 운전비용이 지속적으로 증가하고 있었다. 이에 따라 운전비용이 저렴한 빙축열시스템으로 교체가 결정됐다.

교체된 빙축열시스템은 Ice-On-Coil(관외착빙형)으로 주간 냉방 최대부하가 1,200RT로 평균부하율은 80%다. 시스템 운전모드는 △심야축열(제빙) 운전 △축열조 단독 냉방운전 △칠러 단독냉방 △축열조+칠러 냉방운전 △난방운전 등으로 운영된다.


이도현 서울냉열 본부장은 ‘빙축열시스템 개보수 사례’를 발표했다. 서울냉열은 냉동설비 제조·판매·HVAC 솔루션 제공 전문기업으로 축냉식 심야전력기기에 대한 노하우를 다수 보유하고 있다.

서울냉열 빙축열시스템의 특징으로는 빙축열 브라인 유로전환시스템이다. 제빙(축열)과 해빙(빙냉) 시 축열조 내부의 유로를 전환해 열전달유체의 흐름을 유도함으로써 축열조 효율이 증가되는 효과가 있다. 또한 모든 ICE SCREW CAPSULE이 브라인 액상에 잠겨있어 열전달 성능이 우수하며 축열조 설치면적을 최소화해 축열조 층고를 최대로 이용할 수 있다는 특징이 있다.

이도현 본부장은 “대표적인 사례로 한전남서울본부 빙축열 시스템 교체공사를 진행했다”라며 “빙축냉동기 1대와 캡슐형 빙축열조, 냉각탑 및 지역난방시스템 배관을 교체했으며 자동제어시스템을 설치했다”고 말했다.

이외에도 △S-Oil 사옥 △롯데몰 수원역사 △명동 3구역 기업은행 △삼성동 하나은행 △의정부 을지대 병원 △순화동 업무시설 △파르나스 타워 △부산 현대카드 사옥 △강남 N타워 △송파 KT건물 등에도 서울냉열의 빙축열시스템이 적용됐다.