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온수 온도 낮춰 난방배관 파열 막는다

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온수 온도 낮춰 난방배관 파열 막는다

2019.01.29 16:36
지난해 12월 한국지역난방공사 하청업체 관계자들이 경기 일산서구의 한 도로에서 파열된 열수송관 보수공사를 하고 있다. - 연합뉴스
지난해 12월 한국지역난방공사 하청업체 관계자들이 경기 일산서구의 한 도로에서 파열된 열수송관 보수공사를 하고 있다. - 연합뉴스

겨울철마다 난방 열수송관 파열 사고가 반복되는 가운데 안전하게 열을 수송할 수 있는 차세대 난방 기술을 국내 연구진이 개발했다. 안정적인 난방 공급은 물론이고 별도의 에너지 공급 없이 냉·난방을 할 수 있는 ‘제로 에너지 빌딩’ 실현에도 도움이 될 것으로 기대를 모은다.

 

신유환 한국과학기술연구원(KIST) 국가기반기술연구본부 선임연구원 연구팀은 ‘상변화 물질(PCM) 캡슐을 이용한 열 수송 시스템’을 개발했다고 29일 밝혔다. 이 시스템은 열을 흡수한 PCM을 작은 구슬 모양의 캡슐로 만들고 이를 배관으로 수송하는 방식으로 열을 전달한다.

 

양초 재료인 파라핀 오일로 대표되는 PCM은 고체에서 액체로 상변화 시 열을 흡수해 내부에 저장하고 반대로 다시 고체로 변화할 때 저장된 열을 방출하는 특성을 가진 물질이다. 따라서 같은 부피의 일반 물보다 70배 이상 많은 열을 저장할 수 있다. 기존의 난방 시스템은 110도에 달하는 고온의 온수를 수송해야 했지만, 액체상 PCM을 활용하면 같은 양의 열을 온도가 기존의 절반 이하인 50도 수준의 온수로 수송할 수 있다. 

 

신 연구원은 “수송하는 온수의 온도가 낮은 만큼 열 손실이 획기적으로 줄고 열수송관의 안전성도 높일 수 있다”며 “또 PCM은 반영구적으로 사용이 가능하기 때문에 친환경적일 뿐만 아니라 경제적”이라고 설명했다.
  

‘상변화 물질(PCM) 캡슐을 이용한 열 수송 시스템’의 저온 난방 열 수송 원리. - 자료: 한국과학기술연구원
‘상변화 물질(PCM) 캡슐을 이용한 열 수송 시스템’의 저온 난방 열 수송 원리. - 자료: 한국과학기술연구원

연구진은 2017년부터 PCM 열 수송 기술을 개발해왔다. 이번에는 기존 기술보다 열 전달 성능을 5.5배, 열 저장에 필요한 시간을 절반으로 줄이는 데 성공했다. 딱딱한 구슬 모양이었던 열 저장 용기를 마이크로 사이즈의 유연한 캡슐 형태로 바꾼 결과다. 또 이런 PCM 캡슐을 활용한 열 수송 원리를 시각화 기술을 통해 검증하는 데도 성공했다. 
 
신 연구원은 “현재는 PCM 캡슐을 이용한 열 수송 시스템을 건축물의 온도 제어에 활용하는 실용화 연구를 진행하고 있다”고 밝혔다. 여름철 건물 외벽의 뜨거운 열을 벽면 내부 PCM 캡슐에 저장한 뒤 이를 건물 지하 20m 땅속에 단열해 보관하고 겨울철에 다시 꺼내 건물의 온도를 올리는 데 쓰는 방식이다. 반대로 겨울철에는 냉기를 저장했다가 여름철에 냉방용으로 사용할 수 있다.

 

향후 연구진은 주유소처럼 ‘열 스테이션’을 분기점별로 조성해 온수를 안정적으로 공급하는 방식으로 시스템을 고도화해나갈 계획이다. KIST는 “3년간 본 기술을 중점적으로 연구해 2025년까지 민간에 보급할 수 있는 수준으로 기술을 완성하는 것을 목표로 하고 있다”고 밝혔다.

 

연구 결과는 국제학술지 ‘에너지 컨버젼 앤 매니지먼트’ 8일자 온라인판에 게재됐다.

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