일본의 지하수 공조 시스템 전문업체 아쿠아이스터는 최근 독자 개발한 다단식 열교환 유닛을 적용한 지하수 이용형 대풍량 냉난방 시스템 ‘2단식 다이렉트 에어컨 AE-DCD 900 시리즈’를 출시했다고 밝혔다.

연간 15℃ 전후의 안정된 지하수를 열원으로 사용함으로써 소비전력은 일반 공조의 1/10 이하로 압도적인 에너지 절약을 실현했다는 게 회사측 설명이다.

특히 기존 지하수식 공조시스템은 다량의 지하수를 필요로 하거나 습도가 올라가는 등의 문제가 있었지만, 이 시스템은 이를 복수 방식의 열교환 유닛을 다단 이용함으로써 해소한 게 특징이다.

신형 2단식 개발 경위와 시리즈의 특징

아쿠아이스터사는 지하수 에어컨 시리즈 4종류의 기기를 표준화하고 있다. 각각의 장점을 복합 형태로 한 것이 신형 2단식이므로, 각각의 장치의 특징을 우선 설명한다.

- 적하식 지하수 다이렉트 쿨러 싱글 패널

수지제 일체 성형 가반식, 스테인리스 외장 실내 부착식 또는 덕트 접속식(같은 능력의 장치이다).

이것은 일반적으로 유통되고 있는 기화형 장치와는 전혀 다른 특징을 가지고 있다.

기화형 냉풍기는 수조에 담긴 물(실온과 같은 온도가 되기 때문에 수온은 한여름에는 30~35℃ 정도가 된다)을 패널에 흐르게 하고 바람을 보내 기화열로 냉각시키는 원리다. 따라서 5℃ 정도의 냉각은 공기가 건조한 상태에서는 예상할 수 있지만 흐린 날이나 연속으로 사용하면 습도가 올라가기 때문에 3℃ 정도밖에 식지 않고 습도가 100% 가까이 되면 바람이 차가워지지 않아 축축해진다.

대규모 공장에도 많이 도입되고 있지만 여름철 35℃일 때 32℃ 정도의 바람밖에 얻지 못하고 습도는 점점 상승하기 때문에 사용하지 못하고 버려지는 경우도 많은 것 같다. 또 탱크에 고인 물은 점점 기화되기 때문에 농축 상태가 돼 스케일 문제나 균 발생 등이 있어 산업용으로 사용하는 것에는 문제가 많다. 가정에서 창문을 열고 사용하는 오픈 공간이라면 괜찮은 경우도 있지만 공장 등에서는 문제가 있는 경우가 많다.

아쿠아이스터사의 적하식 장치는 걸기 방식을 채택하고 있으며, 흘리는 물은 17℃ 정도의 지하수가 되기 때문에 통상 상태에서 23℃ 정도의 바람을 보낼 수 있다. 그래서 한여름에는 바깥 기온보다 10 정도 낮은 바람을 만들 수 있다.

또한 풍량도 분당 300㎥ 정도 나와 냉방 출력으로는 16마력 출력 정도를 가진 능력을 갖고 있다. 지하수의 수온이 높은 경우, 이 장치의 공급 수량은 분당 5L 정도이므로 750W 전기 용량의 소형 칠러로 5~7℃ 정도 수온을 낮출 수 있기 때문에 지하수 온도가 높거나 지하수가 없는 경우에도 에어컨에 대해 80% 정도 에너지 절약을 실현시킬 수 있다.

전술한 기화식 냉풍기는 습도가 점점 올라가는데 아쿠아이스터사의 장치는 17℃ 정도의 물을 흘리기 때문에 습도는 17℃일 때의 절대습도로만 나오므로 실내 습도는 그 물에 흡수되는 형태가 되어 습도 상승이 적은 것이다. 이것에 관해서는 대기업 유저에서 실증된 데이터를 보유하고 있다.

게다가 아쿠아이스터사는 세계 8개국 특허의 촉매 필터를 보유하고 있어 스케일의 억제나 균의 억제도 가능하다. 또 수질에 따라 불완전할 수도 있기 때문에 적절하고 안전한 살균제 제공도 전문업체와의 제휴로 하고 있다.

- 아쿠아 하이브리드 패널

이것은 환기 흡기부에 부착하거나 또는 컴프레서의 흡기 냉각을 행하는 에어컨 실외기의 흡기부에 부착하는 등 많은 실적을 가지고 있 다. 팬리스이기 때문에 기본적으로는 제로에너지로 사용 가능하다.

이 역시 지하수를 15℃로 흘려보내면 외기온에서 10℃ 정도 찬 바람을 보낼 수 있어 습도가 크게 오르지 않는다는 특징이 있다.

- 라디에이터식 지하수 다이렉트 쿨러

핀 코일 방식의 라디에이터형 쿨러이다. 아쿠아이스터사의 장치는 접액부 SUS304를 사용하고 있는 것이 특징으로 지하수온으로부터의 3℃차 정도의 바람을 취할 수 있는 고성능 설계이다. 수주 생산으로 납기 40일 정도로 다양한 열량을 특별 주문생산하고 있으며 1대부터 제작 가능하다.

동으로 하면 열효율은 좋으나 동이 재질적으로 부식에 약해 접액부에서 누수되는 등의 문제가 있어 접액부는 스테인리스를 적용하고 있다. 전술한 촉매 필터를 사용함으로써 스케일이나 부식 문제도 해결하고 있다.

신형 2단식, 더블 패널의 우수한 특징

신형 2단식은 1단에 적하 패널을 배치하고 2단에 스테인리스 라디에이터 패널을 배치했다.

1단 패널인 적하 패널은 전술한 바와 같이 온도차 10℃차 정도의 냉방능력을 가지고 있다. 때문에 이것만으로 냉방은 문제가 없지만 역시 습도가 걱정된다거나 난방에도 사용하고 싶다는 목소리가 있어 개발한 것이 2단식이다.

1단에서 17℃의 물을 흘리는 경우 23℃의 바람이 된다. 냉방으로 말하면 전체 부하는 80~90% 정도는 여기서 취하고 있는 것이 되므로, 2단째의 패널은 750W 정도의 소형 칠러로 순환해 사용하는 방법도 취할 수 있다. 순환하고 있는 수온은 10~15℃ 정도이므로 제습이 가능하고 온도도 더욱 낮아져 에어컨에 가까운 사용이 가능해진다.

난방에서 사용하는 케이스는 전단 패널에 온 수를 흘려보내는 것만으로는 너무 기화돼 난방 에 적합하지 않기 때문에 후단 라디에이터에 온수를 흘려보내고 거기에서 전단 패널로 가져 가는 형태로 하면 가습이 되고 온도도 상승한다. 난방 능력은 흘려보내는 물의 수온을 올리 면 능력을 높일 수 있다.

사용하는 칠러를 히트펌프로 해 냉난방 가능하게 하는 것도 가능하다. 이 구조에 의해, 후단의 라디에이터부를 아주 작게 하는 것에 성공했기 때문에 대폭적인 비용 절감에 성공 했다.

통상의 라디에이터형은 싱글 패널에 비해 코스트 4배 정도가 되지만(당사비), 이 2단형의 구조에 의해 능력은 향상되고 난방도 가능해져 코스트는 50% 다운을 실현시켰다.

난방 역시 자연에너지를 사용해야 한다 아쿠아이스터사에서는 진공관식 태양열 온수기를 권장하고 있다.

진공관식 태양열 온수기는 일반 태양열 온수기에 비해 주위 온도의 영향을 받지 않기 때문에 겨울철에도 60℃의 온수를 만드는 것이 가능하다. 그 때문에 아쿠아이스터사의 난방 열원으로서는 에너지 코스트 제로에 최적이다. 진공관식 태양열 온수기 설계 시공도 가능하다.

지하수 이용에 있어 문제점 해소

지하수는 많은 공장에서 대량으로 사용되고 있다.

그 때문에 그 열만을 사용하는 시스템은 확 대된다고 생각되지만, 지하수 이용을 줄이려는 움직임도 있다.

그래서 친환경형으로서 클로즈드 루프라고 하는 100m 정도의 구멍을 파고 간접적으로 지중열을 사용하는 방식이 제안되고 있지만 공 사비가 비싸 채산성이 맞지 않는다.

아쿠아이스터사의 방식은 오픈 루프라고 하 는 것으로 지하수의 열을 그대로 이용할 수 있 기 때문에 효율은 좋으나 지하수의 사용 용 도가 어느 양만큼 사용 혹은 지하수를 흘려 보낼 수 있는 환경에서의 사용이라는 조건이 있었다.

최근 친환경적인 측면에서 지하수를 흘려보 내지 않고 지하수를 환원한다면 좋다고 해 당 사는 시간당 100t 정도의 지하수 환원을 포 함한 공장 전체의 지하수 공조 실적도 가지고 있다.

일반적으로 지하수의 환원은 매우 어렵다. 거기서 당사는 얕은 우물 활용의 클로즈드형 지하수 이용의 실증도 실시하고 있다.

그 방식이라면 100m 정도의 구멍을 파는 지중열 이용에 비해 코스트는 5분의 1 정도로 실현되기 때문에, 채산성이 맞는 형태가 된다.

난방 에너지 절약 시도

개발 시스템의 경우, 냉방은 에어컨에 비해 에너지 비용 삭감 90%를 실현하고 있지만, 난방에 대해서는 지하수 온도가 15℃ 정도이기 때문에 얻을 수 있는 바람은 10℃ 정도로 난방 능력은 부족하다.

그래서 태양열 이용을 권장하고 있지만, 이쪽도 비용이 많이 든다는 문제가 있다. 아쿠아이스터사는 휀 현상을 활용한 시스템으로 해결하고 있다. 특허로 전용 실시권을 가지고 있다.

일본 정부의 개발 예산도 포함돼 국립대에서 1차 실증 테스트도 실시되고 있다.

이 기술은 습도 100% 40℃의 물이 휀 현상이 일어남에 따라 응축열로 80℃까지 온도 상승한다는 기본 이론이 있는데 그것을 장치화하려는 것이다.

이미 아쿠아이스터사는 촉매필터와 적하형 패널 등으로 습도 100% 40℃의 물은 효과적으로 만드는데 성공했다.

실증적으로는 에어컨 실외기의 겨울 난방 효율 향상에는 대학 신설 공사에서 50대 정도의 에어컨을 장착해 성공한 모델도 있지만 간편한 장치화가 요망되고 있다. 이것에 대해서는 공동 개발처를 찾고 있다.

이 기술에 있는 시스템이 냉난방으로 실현돼 범용화되면 에너지 삭감은 크게 진행될 것으로 전망된다.