상변화 캡슐 이용한 안전하고 효율적인 온수공급 핵심기술 개발
사계절 내내 적정온도 유지하는 '열에너지 플러스 빌딩' 기대
【서울=뉴시스】KIST (좌)신동호 박사와 (우)신유환 박사가 상 변화(PCM) 캡슐을 이용한 온수공급 시스템을 점검하고 있다. (사진/KIST 제공) [email protected]
【서울=뉴시스】이국현 기자 = 국내 연구진이 고온의 난방온수를 직접 운송하는 대신 열 저장 캡슐을 이용해 열을 수송할 수 있는 차세대 기술 개발에 성공했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 국가기반기술연구본부 신유환 박사팀이 '상변화 물질(PCM, Phase Change Material)' 캡슐을 이용한 열 수송 기술을 제시했다고 29일 밝혔다.
PCM은 고체에서 액체로 바뀔 때 열을 흡수해 내부에 저장하고, 반대로 다시 고체로 바뀔 때는 저장된 열을 방출하는 특성이 있다. 대표 물질로는 양초의 재료인 파라핀 오일이 있다. 연구팀이 선보인 기술은 열을 흡수한 PCM을 작은 타원형의 구슬모양으로 캡슐화해 배관을 통해 이송시키는 것이 핵심이다.
현재 가정에서 사용하는 난방용수는 50도 정도다. 하지만 지역난방공사는 운송 과정에서 발생하는 열 손실을 감안해 110도가 넘는 용수를 고압 배관을 통해 전달하고 있다. 지난해 12월 경기도 고양시 백석역 인근에서 발생한 지역난방 공사 온수관 파열 사고의 재발을 막기 위해선 노후 배관 교체 대신 새로운 난방 기술이 필요하다는 지적이 제기돼 왔다.
PCM 신물질은 고체에서 액체로 상변화 시 50도로 온도를 유지한다. 이때 같은 온도의 일반 물보다 70배 이상 많은 열을 내부에 저장할 수 있다. PCM 캡슐을 활용하면 110도로 수송해야 했던 온수를 50도로 수송할 수 있다. 수송하는 온수의 온도가 낮기 때문에 열 손실이 줄고, 배관의 안전성 문제도 해결된다. 반영구적으로 사용할 수도 있다.
신유환 박사팀은 2017년부터 PCM 열 수송 기술을 개발해 연구를 진행하고 있다. 이번 연구에서는 열 수송의 핵심 기술인 기존의 딱딱한 구슬모양의 열 저장 용기를 작은 마이크로 사이즈의 유연한 타원형 PCM 캡슐 형태로 바꾸면서 성능을 개선한 것이 특징이다. 이로써 열 전달 성능은 5.5배, 열 저장 시 소요되는 시간은 50% 감소시키는데 성공했다.
특히 연구진은 이 기술을 이용해 주유소와 같이 '열 스테이션(heat station)'을 분기점 별로 조성해 온수를 안정적으로 공급하는 아이디어도 제시했다.
현재 연구팀은 건축물의 온도 제어에 활용하는 일명 '열에너지 플러스 빌딩' 응용 연구를 진행하고 있다. 여름철 건물 외벽의 뜨거운 열을 벽면 내부 PCM 캡슐에 저장한 뒤 이를 건물 지하 20m 땅속에 단열해 보관하고, 겨울철에 다시 꺼내 건물의 온도를 올리는데 쓸 수 있다.
겨울철에는 냉기를 저장했다가 여름철에 냉방용으로 사용할 수 있다. KIST 국가기반기술연구본부는 향후 3년간 이 기술을 중점 연구해 2025년까지 민간에 보급할 수 있는 수준으로 개발할 계획이다.
[email protected]
한국과학기술연구원(KIST)은 국가기반기술연구본부 신유환 박사팀이 '상변화 물질(PCM, Phase Change Material)' 캡슐을 이용한 열 수송 기술을 제시했다고 29일 밝혔다.
PCM은 고체에서 액체로 바뀔 때 열을 흡수해 내부에 저장하고, 반대로 다시 고체로 바뀔 때는 저장된 열을 방출하는 특성이 있다. 대표 물질로는 양초의 재료인 파라핀 오일이 있다. 연구팀이 선보인 기술은 열을 흡수한 PCM을 작은 타원형의 구슬모양으로 캡슐화해 배관을 통해 이송시키는 것이 핵심이다.
현재 가정에서 사용하는 난방용수는 50도 정도다. 하지만 지역난방공사는 운송 과정에서 발생하는 열 손실을 감안해 110도가 넘는 용수를 고압 배관을 통해 전달하고 있다. 지난해 12월 경기도 고양시 백석역 인근에서 발생한 지역난방 공사 온수관 파열 사고의 재발을 막기 위해선 노후 배관 교체 대신 새로운 난방 기술이 필요하다는 지적이 제기돼 왔다.
PCM 신물질은 고체에서 액체로 상변화 시 50도로 온도를 유지한다. 이때 같은 온도의 일반 물보다 70배 이상 많은 열을 내부에 저장할 수 있다. PCM 캡슐을 활용하면 110도로 수송해야 했던 온수를 50도로 수송할 수 있다. 수송하는 온수의 온도가 낮기 때문에 열 손실이 줄고, 배관의 안전성 문제도 해결된다. 반영구적으로 사용할 수도 있다.
신유환 박사팀은 2017년부터 PCM 열 수송 기술을 개발해 연구를 진행하고 있다. 이번 연구에서는 열 수송의 핵심 기술인 기존의 딱딱한 구슬모양의 열 저장 용기를 작은 마이크로 사이즈의 유연한 타원형 PCM 캡슐 형태로 바꾸면서 성능을 개선한 것이 특징이다. 이로써 열 전달 성능은 5.5배, 열 저장 시 소요되는 시간은 50% 감소시키는데 성공했다.
특히 연구진은 이 기술을 이용해 주유소와 같이 '열 스테이션(heat station)'을 분기점 별로 조성해 온수를 안정적으로 공급하는 아이디어도 제시했다.
현재 연구팀은 건축물의 온도 제어에 활용하는 일명 '열에너지 플러스 빌딩' 응용 연구를 진행하고 있다. 여름철 건물 외벽의 뜨거운 열을 벽면 내부 PCM 캡슐에 저장한 뒤 이를 건물 지하 20m 땅속에 단열해 보관하고, 겨울철에 다시 꺼내 건물의 온도를 올리는데 쓸 수 있다.
겨울철에는 냉기를 저장했다가 여름철에 냉방용으로 사용할 수 있다. KIST 국가기반기술연구본부는 향후 3년간 이 기술을 중점 연구해 2025년까지 민간에 보급할 수 있는 수준으로 개발할 계획이다.
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