노아코리아의 저온저장고 등 냉장설비의 폐열을 이용해 난방 및 온수 동시에 사용할 수 있는 기술이 농림식품 신기술(NET) 인증을 획득했다.

노아코리아(대표 심현미)는 지난해 12월 31일 ‘농업시설 냉난방을 위한 능동사이클 절환가변 열교환 기술’이 농식품부로부터 농림식품신기술(NET) 인증을 획득했다고 밝혔다.

농림식품 신기술인증제도는 농림축산식품부가 농산물업체, 연구기관, 대학 등에서 국내 최초로 개발하거나 기존 기술을 혁신적으로 개선 및 개량한 우수한 농림식품과학기술을 인증하는 제도다.

이번에 신기술로 인증받은 ‘농업시설 냉난방을 위한 능동사이클 절환 가변 열교환기술’은 하우스나 농가, 음식점 등에서 이용하는 저온저장고의 운전 시에 발생하는 폐열을 축열해 난방이나 온수를 동시에 사용할 수 있는 기술로 능동절환 가변 열교환 기술이 들어간 히트펌프 시스템이다.

신기술에 적용된 가변열교환 기술은 응축능력이 부족할 때는 응축 역할을 보조하고 증발능력이 부족할 때는 증발 역할을 보조할 수 있도록 고안된 열교환 기술이다. 또 능동절환 기술은 가변열교환기의 원활한 냉매흐름과 밸브제어를 통해 최적의 밸런스를 유지하고 냉장온도 -5℃ 이하, 난방수 출수온도 60℃ 이상의 극한 온도에서도 동시 운전이 가능하게 한다.

한국산업기술원에서 받은 시험성적서에 따르면 능동절환 가변열교환기술로 통합효율(난방효율+냉장효율)을 높여 동시 운전 시 냉장(2.95kW)과 난방(2.7kW)을 합산한 결과보다 45% 소비전력(3.1kW)이 절감되는 것으로 나타났다. 냉장/난방 동시 운전모드 시 냉방 표준온도 27℃에서 COP 4.86, 난방 운전모드 시 난방표준온도 7℃에서 COP 2.89, 냉장 운전모드 시 냉방표준온도 35℃에서 COP 1.98의 성능을 확인했다.

심현미 대표는 “자체 실험결과, 가변열교환 기술의 유무에 따라 통합효율(Total COP=냉장 COP + 난방 COP)이 3.81에서 4.86로 22% 증가했다.”면서 “하절기에는 가변열교환 기술을 응축기로 추가하면 과냉각기 역할을 담당해 부족한 냉방능력을 보충할 수 있다.”고 밝혔다.

이 신기술이 적용된 에버그린(EverGreen) 제품은 냉장과 난방을 동시에 운전하는 시스템으로 난방과 냉장이 필요한 화훼농가, 특수작물, 축산농가 등 농업시설뿐 아니라 음식점 등 상업용 시설에 활용 가능하다.

기존 저온저장고 대비 운전효율 2배 높아

저온저장고의 폐열을 이용해 난방과 온수를 동시에 생산하는 히트펌프 냉동기 ‘에버그린(EverGreen)’은 냉방(공기)과 난방(물) 동시 운전시 한쪽은 폐열을 이용해 운전된다. 기존 저온저장고 운전효율 대비 약 2배 정도 효율이 높다.

노아코리아는 2019년 11월 개발을 완료하고 2020년 3월과 11월 두 차례에 걸쳐 KTL에서 시험성적서를 받았다. 또 지난해 12월 31일 농림식품 신기술 인증을 획득했고 현재 특허출헌 중이다.

심현미 대표는 “히트펌프의 원리는 한쪽에는 냉열을, 다른 한쪽에는 온열을 발생시키지만, 현재까지는 냉방 및 난방 둘 중에 한 가지만 사용하고 반대쪽 열은 버리는 게 일반적이었다”면서 “공기열 히트펌프를 연구하면서 버려지는 폐열을 활용할 방법을 찾던 중 저온저장고를 이용하는 농가 또는 상업시설에 공통적으로 필요한 냉장과 난방(온수)에 대한 니즈를 확인하고 에버그린을 개발하게 됐다”고 밝혔다.

에버그린에 적용된 핵심기술은 가변 열교환기술과 능동 사이클 절환 기술이다.

일반적인 히트펌프 시스템은 증발기와 응축기에서 열교환이 일어나고 그 열을 냉방 또는 난방에 활용한다. 하지만 에버그린은 여기에 가변 열교환기를 추가하고 사방변 2개를 사용해 냉매 흐름을 원활하게 했다. 이를 통해 증발열량과 응축열량이 차이가 나거나 지속적으로 변하는 환경에서 밸런스를 유지하게 함으로써 높은 효율의 에너지 절감을 가능하게 했다.

에버그린은 또 하나 다양한 사용 환경 및 사용자 요구에 따라 냉방 및 난방기능을 최적의 효율로 작동시키는 능동 사이클 절환 기술도 적용했다.

보통 가변 열교환기를 추가하더라도 사이클의 불안정성은 존재하고 또한 영하 15℃ 이하 한랭지 조건에서 출수온도 60℃ 이상의 온수 생산은 불가능하다. 에버그린은 On/Off제어와 PED제어, 퍼지제어 등을 포함하는 가변 열교환기의 능력제어 알고리즘과 바이패스 알고리즘을 융합해 이를 해결했다.

저온저장고 2~5평에 맞춰 3HP 모델 양산 계획

에버그린에는 △A mode = 동시운전(축열 강화, 봄, 가을, 겨울) △B mode = 축열모드(냉장온도 충족 시) △C mode = 동시운전(냉장 강화, 한여름) △D mode = 냉장모드(축열온도 충족 시) △E mode = 제상모드(외기온도 10℃ 이하 & 습도 60℃ 이상 시) 등 총 5가지 모드로 가동할 수 있다.

각각의 운전모드는 외기온도와 설치된 환경에 따라 스스로 변환 운전하며, 룸콘의 ‘엔지니어 모드’를 통해 현재 상황을 스캔할 수 있도록 설계해 소비자와 A/S 엔지니어의 편리성을 도모했다.

에버그린의 핵심부품은 안전성과 내구성을 위해 코플렌드 스크롤 컴프레서, 댄포스 판형열교환기/압력스위치 등 이미 검증된 부품은 물론 콘덴싱유닛은 주문제작을 통해, 수려한 외관과 내구성을 실현했다.

심현미 대표는 “에버그린의 신기술을 통해 안정된 냉장 및 난방 동시 운전을 폐열을 이용해 운전함으로써 농축어민, 화훼농가, 저온저장고를 이용하는 상업시설에서는 실질적인 설비비와 냉/난방비의 절감효과, 복지차원으로 저렴한 농사용 전기를 제공하는 정부 및 한전에는 전기사용 절감효과, 또한 화석연료 및 난방유 절감으로 인한 환경개선 효과가 기대된다”면서 “저온저장고 신규 시장은 물론 교체 수요시장에 집중하면서 일반 상업시설으로도 보급을 확대해나갈 예정이다”라고 밝혔다.

노아코리아는 가장 많이 보급되는 저온저장고 사이즈인 2~5평에 맞춰 1차로 3HP 모델을 양산할 계획이며 신기술 인증을 기념해 냉장 및 난방(온수)을 함께 활용할 수 있는 농업시설 또는 음식점 등 3곳을 대상으로 무료 설치 신청을 받고 있다.

한편 노아코리아는 2014년 11월 반도체 검사장비 및 신재생 에너지장비 개발을 목적으로 설립되어 4년간 관련 제품 개발을 진행해왔다. 설립 초기 조달청을 통해 연구과제 장비를 개발, 납품했으며 2017년부터 히트펌프 개발 및 유통으로 사업을 전환하고 2018년부터 심야전력용 히트펌프보일러 유통을 해왔다.