LG전자 강태진 책임은 ‘히트펌프얼라이언스 정기세미나’ ‘수열에너지를 이용한 대형 히트펌프 개발 동향 및 적용 사례’ 발표에서 “올 10월 1일부터 하천수를 수열에너지에 포함하는 신에너지 및 재생에너지 개발 이용보급 촉진법이 시행되는 등 수열은 경제성 및 환경친화성이 가장 큰 장점으로 점진적인 확대가 예상된다”며 “수열에너지 보급 확대를 위해서 하천수뿐만 아니라 호수, 하수처리수, 공정수 등도 수열에너지에 포함시키는 논의가 필요하다”고 밝혔다.

기존 자연에 버려졌던 폐열을 생태학적으로 영향을 주지 않는 온도차를 이용하는 대형 히트펌프 적용으로 기존에 이용하지 않았던 폐열회수 및 활용이 가능하다. 하천수, 하수처리수, 열병합발전소 폐열 등 도시기반시설로부터 폐열 및 산업단지 폐열을 터보 히트펌프로 회수 및 이용해 최대 80℃ 공급이 가능하다.

히트펌프 활용시 수열에너지 매우 중요한 열원

강태진 책임은 “LG전자 산업용냉동공조 제품은 기본적으로 칠러가 메인”이라며 “칠러는 냉수를 만들어서 냉방을 하는 시스템으로 이것을 히트펌프로 활용했을 때 수열에너지가 매우 중요한 열원”이 된다고 강조했다.

LG전자에서 현재 생산하는 칠러는 터보, 흡수식, 스크류, 스크롤까지 다양하며 수열원을 사용해서 히트펌프로 활용될 수 있다.

강태진 책임은 “각각 제품의 차이점이 가장 큰 게 용량대”라며 “터보 히트펌프(1.7~14.0MW)와 흡수식 히트펌프(0.3~14.0MW)는 대용량까지 커버하고 스크류 히트펌프(0.4~2.5MW)와 스크롤 히트펌프(0.1~0.3MW)는 소용량대를 커버하는 등 다양한 열원 및 현장 조건에 맞는 차별화된 솔루션을 제공하고 있다”고 수열원 활용 히트펌프 라인업을 소개했다.

강태진 책임은 히트펌프 사이클의 전 단계라고 할 수 있는 ‘터보 히트 Recovery 시스템’에 대해서도 언급했다.

터보 히트 Recovery 시스템은 상시 냉방 위주의 운전이 필요한 곳에 부가적으로 난방 부하가 동시에 발생 될 때, 응축기의 배열을 회수해( Heat Recovery ) 난방 및 급탕에 이용할 수 있는 냉동기로 냉수 출구온도가 기준이므로, 상시 냉방부하 처리는 가능하지만 일정한 난방(급탕)온도는 얻기 힘들어 전체적으로 난방부하를 감소시킬 수 있는 친환경적인 이점이 있다.

이어 강태진 책임은 발표 주제인 수열원을 이용한 터보히트펌프의 원리와 설계기술에 대해서 소개했다.

업계 최초 칠러에 스테인리스 스틸 전열관 적용

터보 히트펌프 시스템은 적은 양의 에너지로 열역학적 사이클을 구동해 낮은 온도의 열에너지를 높은 온도의 열에너지로 펌핑하는 장치로 고효율 COP를 구현, 최대 80℃의 온수생산이 가능하다. 특히 화석연료 대비 최대 30%의 비용으로 열 생산이 가능하며 온실가스 배출도 최대 80%까지 감소시킬 수 있다.

강태진 책임은 “히트펌프의 일반적인 운전은 70~80%의 열원과 20~30%의 전기에너지를 이용해 100% 온열을 공급하는데 이 열원의 대부분을 하수열 등 미활용 에너지원로부터 흡수하므로 효율이 매우 높고 에너지 절감 및 CO2 배출 감축 효과가 매우 뛰어나다”며 “하수열을 이용한 히트펌프는 에너지 측면에서 상당히 큰 장점이 있다”고 강조했다.

터보 히트펌프는 지역난방의 열병합발전소에 주로 적용된다. 지역난방에서 원하는 온도는 80℃다. 터보 히트펌프의 열원인 하천수 등의 온도는 대개 11℃ 정도로 이 하천수를 열교환 후 6℃로 방류를 하게 되는데 6℃하고 80℃의 온도차가 일반 칠러시스템에 비해서 상당히 크다. LG전자 터보냉동기에는 이것을 가능하게 하는 고양정·고압 설계기술이 적용됐다.

LG전자 터보냉동기에는 고양정 설계를 위해서 △싱글 스테이지와 싱글 스테이지 △싱글 스테이지와 더블 스테이지 △더블 스테이지와 더블 스테이지 등 압축기 두 개를 연달아 연결해서 사용한다.

또 터보냉동기에는 R134a 냉매가 적용됐으며 오랜기간 축적된 열교환기 및 전열관 설계기술을 바탕으로 관련 업체 최초로 칠러에 스테인리스 스틸 전열관을 적용해 내구성을 향상시켰다.

강태진 책임은 수열원 터보히트펌프는 열병합발전소에 적용하는 게 장점이 가장 크다며 적용사례를 소개했다.

일반적으로 열병합발전소는 가스터빈을 사용해서 전력을 만들고 동시에 보일러를 사용해서지역난방수를 만들어 전기와 지역난방수를 동시에 공급한다.

강태진 책임은 “모 열병합발전소는 기존에 가스터빈 베어링 냉각수열을 회수해 냉각탑에서 식힌 후 냉수를 공급했으며 또 겨울에는 보일러에서 0℃ 물을 120℃까지 승온시켜서 지역냉난방수를 공급했었다”며 “LG전자 터보 히트펌프를 설치한 후 가스터빈 베어링 냉각수열(35℃)도 회수해 식힌 후 냉수(30℃)를 공급하고 겨울철 온수도 지역난방수(50℃)를 회수해 70℃로 보일러에 공급하기 때문에 에너지 절감효과가 상당히 크다”고 밝혔다.

LG전자는 현재 열병합발전소(가스터빈, 연료전지)의 기기 냉각수 회수 히트펌프를 비롯해 디스플레이 패널 생산 공정의 공조폐열 회수 히트펌프, 하수 처리수 에너지 활용 지역난방의 지역난방수 공급용 히트펌프, 제지공장의 공정수 승온용 히트펌프로 적용, 운용되고 있다.