제습기의 냉각·제습에 필요한 재열을 전기히터 대신에 실외기에서 방열해 버려지는 응축열(Hot Gas)을 활용해 제습에 필요한 소비전력과 운전비용, 온실가스 발생량은 대폭 줄이고 제습효과는 향상시킨 고효율 냉각제습 기술을 개발, 다양한 HVAC 기기에 접목하며 상용화 중인 기업이 있어 눈길을 끈다.

특히 이 제품은 혁신성과 시장성을 인정받으며 올해 9월 29일 산업통상자원부로부터 신제품(NEP) 인증을 받아 더 주목을 받고 있다.

그 주인공은 1998년 4월 설립된 이후 항온항습기·제습기·가습기 분야에서 끊임없이 기술 혁신을 이어오고 있는 한국공조기술개발(대표 이건수)이다.

이 회사가 만드는 제품은 주요 산업현장의 전산·통신·설비실을 비롯해 박물관, 도서관 수장고, 실험실, 병원 수술실, 발전소의 전자기기·카드실 등에 납품하고 있다. 납품처는 전국 관공서, 공공기관를 비롯해 발전 6사와 주요 지자체, 각 시·군·구청, 군부대, 각 대학교 및 연구소 등이다. 특히 항온항습기는 통일부로부터 에너지절감 우수제품으로 추천받아 국내에선 유일하게 북한의 농업연구기관 감자 배양실에 대용량의 항온항습기를 납품, 설치했다.

한국공조기술개발은 그동안 지속적인 R&D 투자와 정부 연구과제를 통해 ‘2단 냉각구조를 갖는 절전형 냉각제습 냉동회로’를 비롯해 ‘냉방 및 제습기능을 가진 항온항습장치’ 및 ‘절전형 항온 제습 장치’, ‘정밀 습도제어와 온도조절이 동시에 가능한 항온항습장치’ 등 10건의 특허등록을 비롯해 실용신안 1건, 고효율에너지기자재 인증 등 다수의 지적재산권을 확보하고 있다.

또한 특허등록한 기술을 활용해 냉방 소비전력만으로 냉방, 난방, 제습, 가습이 가능한 응용제품 개발을 진행하고 있다.

에너지절전형 항온항습기 관련 10건 특허등록

한국공조기술개발이 NEP인증을 받은 제품명은 ‘2중 분할된 응축기의 폐열을 이용한 3RT급 제습기(이하 고효율 냉각제습기)’다. 물론 이 기술은 최대 100RT까지 확장 가능하다.

이건수 대표는 “냉각 제습운전에서 냉방운전과 재열(Re-heating) 사이클은 반드시 필요한 구성요소로 NEP인증 제품과 기존 제품과의 가장 큰 차이는 재열을 위한 에너지원의 제어방법”이라며 “특히 실내의 일정 온도를 유지하면서 실내습도를 50~60%의 뽀송뽀송하게 관리할 수 있는 기술이 핵심이다.”라고 강조했다.

기존 제습사이클은 재열에 전기히터를 사용해 제습 효과가 낮다. 그래서 전력소비 및 운전비용이 많이 들고 온실가스 발생량이 많아 지구온난화에 큰 영향을 끼친다.

또 재열에 전기히터를 사용함으로 화재 및 공소사고(空燒事故)가 발생해 재산이나 인명피해로 이어지기도 한다.

이건수 대표는 이런 문제점을 개선하기 위해 찾은 게 응축기에서 방열되는 버려지는 열을 활용하는 아이디어였다고 언급했다.

이 대표는 “기술개발에 앞서 관련 특허나 상용화 제품 등에 대한 시장조사를 해본 결과 관련 한 데이터 찾기가 힘들 정도로 거의 눈에 띄지 않았다.”며 “우리나라의 기후도 아열대화 되면서 환경이 변화하고 있는 만큼 기술이 개발되면 향후 발전 가능성이 높다는 판단 하에 개발을 하게 됐다”고 말했다.

한국공조기술개발의 고효율 냉각제습기에는 재열에 전기히터 대신 응축기에서 방열되어 버려지는 핫가스(Hot Gas) 열원을 활용해 상대습도를 50%까지 낮게 제습할 수 있고 소비전력도 50% 이상 절감 가능하다. 또 전기히터와 달리 먼지 등이 쌓여도 발화점 이상으로 가열되지 않으므로 화재와 공소사고로부터 안정성을 확보할 수 있고 고장이 적어 관리비용도 절감된다.

이건수 대표는 “냉방과 제습을 동시에 제어할 수 있기 때문에 온실가스 발생량이 기존 제품과 비교해 50% 이상 저감돼 환경오염과 피해를 줄일 수 있는 친환경 사이클이다.”라고 강조했다.

핵심요소기술, 실내외로 응축기 2중화 시스템 구현

고효율 냉각제습기에 적용된 핵심 요소기술은 응축기를 실내기와 실외기에 각각 설치하고 응축기를 2중화하는 시스템을 구현해 실내 제습부하에 대응, 재열부하를 제어할 수 있는 기술이다.

압축기에서 토출되는 고온고압의 기체(Hot Gas) 상태의 냉매가스를 실내기에 설치된 응축기와 실외기에 설치된 응축기의 제습 부하에 따라 분배할 수 있는 Control Valve를 적용해 제습계수(효과)를 높일 수 있도록 사이클 구성 및 제어 프로그램을 개발하고 적용했다.

또 고온고압의 실외 응축기에서 공급된 냉매가 상대적으로 저온저압의 실내 응축기 관로 방향으로 역류되지 않고 합류돼 응축기에서 팽창밸브로 전달되는 기술도 구현했다.

여기에 실내외 응축기에서 응축액화한 액냉매가 합류하는 과정에서 와류 비등으로 인한 냉방효과 저하를 방지하기 위한 합류부(Reꠓceiver Tank)를 개발해 적용했다.

이건수 대표는 “이런 개발 기술을 적용해 전용 제습계수 향상으로 후레쉬가스 발생량을 줄여 냉방효과가 높은 한편 재열에 전기히터를 사용하지 않고도 상대습도를 낮게 유지할 수 있기 때문에 소비전력이 낮아지는 효과가 있다.”고 강조했다.

고효율 냉각제습기의 대표적인 적용처로는 문서고, 지적과, 기록보존소, 전산실, 박물관 수장과와 전시실, 군의 탄약고, 무기고, 격납고, 제약회사, 병원, 보물창고 등 다습한 환경으로 인해 부식, 산화가 일어나고 물질의 변화와 변질로 피해를 보는 장소와 산업현장의 시설 및 환경에서 경제적이고 효과적으로 활용이 가능하다.

특히 고효율 냉각제습기는 여름철 전력피크 시에도 냉방기 운전을 중단할 수 없거나 제습기가 반드시 필요하지만 전기히터 사용을 극도로 꺼리는 원자력 발전소나 데이터센터, 방송국 제어실 등과 같은 곳에도 적합하다. 나아가 가정용으로 응용해 냉방 소비전력만으로 냉방과 제습을 할 수 있어 그 수요와 파생효과가 클 것으로 예상되고 있다.

또 그동안 온도 및 습도를 제어하기 위해 많은 경우 제습기, 히터, 에어컨을 별도로 구비해 관리했지만 NEP인증 제품을 적용하면 하나로 대응 가능해 기존 냉방 제품보다 고장률이 적어 보수비용이 적고 수명이 길다.

나아가 기존 항온항습기, HVAC, 에어컨 등에 호환이 가능하다. 한 예로 기존 항온항습기의 제습사이클에 적용해 운전을 하게 되면 전력 소비가 가장 많은 제습 사이클에서 에너지 절감효과를 크게 나타낼 수 있는 에너지 절전형 항온항습기로서 파생효과를 낼 수 있다.

2009년 에너지절전형 항온항습기 개발

한국공조기술개발은 이미 2009년 실외기에서 버려지는 폐열과 기화식 가습방식을 적용해 기존 제품 대비 30~50% 이상의 절전이 가능한 에너지 절감형 항온항습기를 개발해 성능인증, 녹색기술인증, 우수조달제품 지정, 고효율기자재 인증 등을 받아 많은 수요를 일으키고 있다.

에너지 절감형 항온항습기는 냉방, 난방, 가습, 제습의 4가지 기능에서 각 기능별로 프로세스를 개선해 전력 소모량을 현격히 줄인 게 특징이다.

냉방기는 액냉매 열교환 방법과 응축 압력 조절로 압축기의 소비동력을 줄여 효율을 10% 이상 높였고, 난방기는 응축기의 핫가스(Hot Gas) 열원을 사용해 제상에 있어 기존 방식과 달리 제상과 동시에 난방이 가능하다.

가습기는 기존 전자전극봉식(전열식) 가습기 대신에 함수율이 높은 다공 기질의 세라믹 소재를 허니컴 구조로 만든 기화식 가습기를 발전사와 공동으로 개발해 적용했다. 이는 별도의 전력 없이 송풍기만으로 가습이 가능해 기존 전자전극봉식과 대비해 소비전력은 90% 이상 절감, 가습계수는 200% 이상 높고, 냉각효과가 4℃ 이상으로 에너지 절감 효과가 크다.

제습기는 전기히터 대신 NEP인증 기술인 응축기의 폐열을 활용해 재열(Re-heating)원으로 사용하므로 전기료가 전혀 들지 않고, 냉방 소비전력만으로 냉방과 제습운전을 동시에 할 수 있으며 제습효율도 기존 제품 대비 40% 향상된다.

다습한 동남아 및 유럽 등 해외시장 진출도 타진 중

이건수 대표는 “고효율 냉각제습 기술은 항온항습기 제습사이클뿐만 아니라 HVAC 시스템과 가정용 에어컨 등에 적용 시에도 에너지 절감은 물론 탄소배출 감소 효과를 기대할 수 있다.”고 언급했다.

그동안 대형 HVAC 시스템은 습도관리, 제습과정에서 재열로 전기히터 또는 스팀의 열원을 이용해 실내 상대습도를 관리하면서 소비전력이 높아 운전비용이 많은 문제점을 안고 있었다. 이 시스템에도 응축기 폐열을 전기히터와 스팀 대용으로 재활용하면 제습 효과를 나타낼 수 있으므로 소비전력과 운전비용을 줄이고 화재로부터 안전성 확보하고 온실가스 발생량을 기존 제품의 50% 이상 줄여 환경의 오염과 피해를 줄일 수 있는 녹색기술인증을 받은 에너지절약형 제습시스템이다.

현재 시중에 공급되고 있는 가정용 에어컨이나 냉방기는 낮은 온도를 유지할 수는 있지만 재열 기능이 없어 사람이 뽀송뽀송하고 쾌적하게 느낄 수 있는 상대습도 50%까지 낮은 실내습도를 유지할 수 없는 냉방사이클로 구성돼 있다.

이 가정용 냉방사이클에 냉방효과와 제습효과를 동시에 공유할 수 있는 이 기술을 적용하면 냉방 소비전력만으로 냉방과 제습효과를 거둘 수 있다.

이건수 대표는 “재열로 전기히터, 스팀을 사용하지 않고 냉방 소비전력만으로 냉방과 제습운전을 동시에 만족할 수 있는 특허기술로 성능인증과 녹색기술인증, 녹색제품확인서를 받았으며 국제발명특허대전에서 금상을 수상하고 우수발명품 우선구매 선정과 기술개발제품 시범구매에 선정됐다.”며, “이번 NEP 인증을 계기로 국내뿐 아니라 다습한 동남아 및 유럽 등에서 에너지절약형 냉각제습기로 많은 수요 창출이 기대되고 있어 해외시장 진출도 타진 중이다.”라고 밝혔다.

현재 한국공조기술개발은 기존 에너지절약형 항온항습기와 기화식 가습기를 비롯해 이번에 신기술 인증을 받은 고효율 냉각제습기의 보급확대와 서비스 대응을 위해 전국 주요 도시에 대리점이나 지정점을 구축해 본격적인 마케팅에 나설 계획이다.

이건수 대표는 “HVAC 관련 제품 제작기술이 어느 정도 보편화된 만큼 향후 우리 기술이나 제품이 조금 더 대중적으로 보급돼 에너지절감과 지구온난화 방지에 작은 도움이 될 수 있도록 가정용에어컨 및 제습기 제작 기업들과 기술협력 및 신제품 인증 기술의 라이센스 판매도 고려 중이다.”라고 밝혔다