한겨울 냉기, 여름 냉방에 사용하는 기술 개발

국내 연구진이 차가운 겨울철 냉기를 이용, 땅속에 저장했다가 한여름에 꺼내 하우스 등의 냉방에 이용하는 새로운 냉방 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원은 에너지네트워크연구실 윤영직 박사 연구진이 겨울철 차가운 냉기를 이용해 여름철 농촌의 하우스 냉방에 이용할 수 있는 기포자가진동현상을 적용한 열교환장치 개발에 성공했다고 30일 밝혔다.

기포자가진동(self-excited bubble oscillation)은 양쪽에 온도차가 존재할 때 기포를 포함한 슬러그류가 외부동력 없이 빠르게 진동하는 현상이고 열교환 장치(Heat exchanger)는 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 효율적으로 열을 이동시키는 장치다.

한여름 폭염에 달궈진 하우스 온도는 50~70℃에 육박해 농작물의 생육에 치명적이다. 현재는 온도를 내리기 위해 전기냉방기기에 의존하고 있으나 냉방에 한계가 있고 높은 에너지비용은 농가에 큰 부담이 돼 자연에너지 또는 자연 친화적인 자연냉각의 원리를 이용한 새로운 개념의 냉방기술 개발이 절실했다.

윤 박사팀이 개발한 고성능 열교환장치는 기포자가진동현상을 이용해 외부 동력이 필요없다.

이 열교환장치는 차가운 외기와 축냉조에 연결된 구불구불한 형태의 모세관 튜브, 튜브 내부의 냉매 등으로 구성돼 있다. 땅속 축냉조에는 냉기의 저장매체인 물이 보관돼있다.

연구팀에 따르면 겨울철에는 차가운 외부 공기와 상대적으로 덜 차가운 땅속 물 사이에 온도 차이가 발생한다. 이렇게 열교환 장치 양쪽 끝에서 발생하는 온도차로 내부 냉매가 빠르게 진동하고 흐름이 발생하며 많은 양의 열을 빠르게 전달한다.

땅속 물의 열이 더 차가운 외부로 방열되면서 물 온도는 점점 낮아져 매우 차갑게 되고 이를 여름까지 보관한 후 이용하는 방식이다.

특히 이 과정서 열교환장치 작동에는 외부 동력이 필요없기 때문에 운전비용이 전혀 들지 않는다.

연구책임자인 윤영직 박사는 "세계적인 급격한 기후위기에 따른 식량안보 강화를 위해서는 고효율, 저비용의 신재생에너지기반 시설하우스 냉방기술 확보가 중요하며, 겨울철 신재생 자연냉기를 이용한 냉방기술이 좋은 대안이 될 수 있을 것"이라고 말했다.