Energy Savings in Indoor Heating and Cooling with ‘Heat Exchangers’

혁신적인 기술은 한 기업의 경쟁력을 좌우할 뿐 아니라 세계 산업 구도 전체를 바꾸기도 한다. 정부의 R&D 성과가 연구실을 벗어나 시장에서 빛을 볼 수 있도록 기술과 시장을 연결하는 일이 중요한 이유다. 아직 사업화되지 못 했지만 뛰어난 잠재력을 갖고 있는 유망기술을 미래창조과학부, 연구성과실용화진흥원과 함께 선정해 소개한다.

실내 공기가 답답하면 창문을 열어 환기를 하게 된다. 하지만 환기를 자주 하면 실내 냉·난방 에너지 소비가 30% 이상 늘어난다.

KIST 도시에너지연구단(단장 이대영 책임연구원)은 이런 문제를 해결하기 위해 에너지 소비를 줄이면서 효율적으로 환기를 할 수 있는 ‘환기 에너지 회수기술’을 개발하고 있다.

환기에너지 회수기술의 핵심인 ‘전열교환기’는 실내 배기와 신선한 외부 공기 사이의 온도와 습도 차이를 줄여주기 위해 열과 습기를 회수해 다시 전달하는 장치다. 전열교환기에 쓰이는 소재는 일시적으로 열과 습기를 흡수했다가 방출하는 능력이 필요하다. 현재는 금속소재에 습기 흡수능력이 있는 ‘실리카겔’ 등 제습제를 코팅한 소재가 사용되고 있는데, 대부분 고가의 수입품에 의존하고 있다.

연구팀은 기존 금속이나 세라믹 소재에 비해 전열교환 성능이 우수하면서 가벼운 고분자 신소재를 개발해 건물 등에서 쓰이는 회전형 전열교환기에 도입할 예정이다. 연구팀에 따르면 이 신소재는 기존 회전형 전열교환기에 비해 무게는 절반임에도 불구하고 잠열교환 성능이 20% 이상 우수하다. 4000시간의 내구성 시험을 실시한 결과, 성능변화가 5% 이내에 불과했다.

또 고분자 재료의 특성상 기본적으로 복잡한 모양의 성형과 대량생산이 매우 쉽다. 고분자 신소재와 유사한 ‘초흡수성고분자'(SAP)는 유아용 기저귀 등에 널리 사용되고 있는 소재로, 세계적으로 연간 150만 톤 정도 생산돼 대량생산에 적합하고 원가 경쟁력도 충분하다.

이대영 책임연구원은 “고분자 신소재를 이용한 전열교환기 제조 공정은 이미 각각의 산업분야에서 대량생산 공정이 잘 정립돼 있는 고분자 신소재를 이용한다는 점에서 대량생산이 쉬운 게 강점”이라며 “전열교환 성능뿐만 아니라 가격 경쟁력도 확보할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구팀은 연구성과실용화진흥원의 연구성과사업화지원사업을 통해 미세유로 최적화 기술과, 고분자 전열교환 소재 코팅공정 원가절감 기술 등을 추가로 개발, 기업이전을 통한 사업화 및 상용화를 추진할 계획이다.