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국립금오공과대학교(총장 김상호)는 김준영 기계공학부(기계공학전공) 교수 연구팀이 건물의 탄소 배출 감소를 위한 다기능 히트펌프 및 에너지 저장 장치를 개발했다고 17일 밝혔다.
건물은 냉·난방, 온수, 냉동 등의 에너지 사용으로 인해 일반적인 에너지 소비의 40% 이상을 차지하고 있다. 그 가운데 냉난방 시스템에 사용되는 수소불화탄소(HFC) 냉매는 탄소 배출량의 주요 원인이 되고 있어, 정부 및 연구 기관에서는 고효율의 친환경 냉난방 기계인 '히트펌프(냉난방 기계)' 개발 연구에 주목하고 있다.



김준영 바다이야기비밀코드 금오공대 교수


다기능 히트펌프와 같은 차세대 건물 장비는 전기에너지를 열에너지로 변환하는 개념인 '열용량 사이클'을 통해 보다 효율적으로 제작될 수 있다. 열용량 사이클은 전기에너지 저장 장치인 '전기 이중층 커패시터(EDLC)'를 기반으로 하며, 전기에너지와 다공성 전극을 사용해 열을 흡수하고 카카오야마토 방출한다. 이 현상은 칼로릭 히트펌프와 유사하게 셀을 연속적으로 가열하며, 순환하는 유체로 열을 전달함으로써 보다 효율적인 히트펌프를 개발하는 데 활용될 수 있다.
연구팀은 활성탄 전극과 수용성 1 M LiCl(1L 용액에 염화리튬이 1mol 녹아 있음)을 사용한 열용량 전지를 충·방전할 때 온도 변화가 2.7℃까지 향상시킬 수 있음을 확 손오공릴게임예시 인했다. 이는 셀에서 향상된 엔트로피 변화와 가역적인 열 발생 때문인데, 제작된 LiCl 수용액 전지를 계단식으로 배열하면, 히트펌프 시스템의 예상 온도변화는 12℃로 상승하고, 체적 난방용량은 15kW/m3 가 된다.



건물 탄소 배출 감소를 위한 다기능, 열용량 히트펌프 손오공게임 및 에너지 저장 장치


개발된 열용량 히트펌프는 다른 유망한 대체 (칼로릭)장치와 비교할 때보다 평균 15% 높은 열효율을 달성할 잠재력을 가지고 있다. 또 활성탄과 수용성 전해질과 같은 비교적 풍부한 재료를 사용하면서 낮은 전류 밀도에서 높은 효율과 온도 범위를 모두 달성할 수 있는 차세대 냉난방 릴게임꽁머니 기술 중 하나가 될 수 있다. 마지막으로, 에너지 저장 기능을 냉난방 장치에 통합하는 것은 건물 열관리 측면에서 유리할 수 있는데, 에너지 저장은 에너지 시스템 통합에 있어 점점 더 중요해지고 있기 때문이다. 이번 연구결과는 최근 열·에너지 분야의 국제 저명 학술지인 '에너지 컨버전 앤 매니지먼트'에 게재됐다.
김준영 교수는 “현재 히트펌프는 10대 혁신기술로 선정되는 등 탄소중립 시대와 에너지 이슈에 게임 체인저로 재해석이 되고 있다. 또한, 냉난방에 대한 수요는 향후 10년 동안 최대 10배까지 증가할 것으로 예측하고 있어 차세대 히트펌프 장비를 개발한 이번 연구는 큰 의미를 지닌다”고 했다.
지난해 9월, 국립금오공대에 부임한 김준영 교수는 세계 최고수준의 연구기관들(미국 국립재생에너지연구소, 퍼듀대, 미시건대, 한국과학기술원)에서 다양한 산·학·연 과제를 수행한 바 있다. 이를 바탕으로 국립금오공대에서 첨단 열시스템 관련 연구를 중점적으로 진행하고 있으며, 최근 전기화학장치와 열시스템 통합을 통해 효율을 높이는 저비용-친환경 에너지시스템 연구를 활발히 진행 중이다.
한편, 이번 연구는 국립금오공대 연구팀과 미국국립연구소(NLR) 연구진과의 국제 공동 연구 성과다.
구미=정재훈 기자 jhoon@etnews.com