1. 머리말

최근 공조 분야에서는 에너지절감 추진과 더불어 안전하고 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 기술이 요구되고 있다. 탄소중립에의 대처가 진행되는 가운데 특히 에너지절감 필요성이 날로 증가해 건물에서 소비되는 에너지의 약 절반을 차지하는 공조 시스템의 에너지 절감화가 절실하다.

또한 공조 시스템 전체의 에너지절감을 도모함에 있어 여름철 냉방운전 시에는 설정온도를 높이라고 하지만 실내온도가 상승하면 습도도 높아지고 쾌적성이 저해돼 지적 생산성에 영향을 끼칠 우려가 있다. 데시칸트 공조기는 흡습재로 공기를 직접 제습할 수 있기 때문에 외기와 실내에서 발생하는 잠열은 데시칸트 공조기로 처리하고 현열은 실내 부하에 따라 냉각코일로 처리하는 ‘잠열·현열 분리공조’에 적합해 실내 설정온도를 높이더라도 저습도의 공기를 효율적으로 제공할 수 있다. 

그러나 데시칸트 공조기는 흡습재를 재생하기 위한 고온의 재생 열원을 필요로 하는데 여름철에 고온의 배기열이라든가 온수·증기를 공조기에 공급할 수 있는 환경이 안 될 경우에는 채택하지 못하는 경우가 있었다.

한편 기술 발달로 재생온도가 낮더라도 제습성능을 발휘하는 흡습재가 개발되면서 저온의 배기열을 유효하게 이용할 수 있어 최근에는 채택 사례가 증가하는 추세다.

본고에서는 저온 재생 데시칸트 공조기를 응용한 에너지절감과 데시칸트 공조기 소형화를 위한 대처에 대해 기술한다.

2. 고분자 수착제의 특징과 원리

고분자 수착제는 무기계 제올라이트나 실리카겔이 고체 표면의 세공(細孔)에서 수증기 분자를 흡착해 제습하는 현상과는 달리, 고분자의 가교체가 변형되면서 그 주위에 수증기 분자가 비교적 약한 결합력으로 부착해 제습한다(이 같은 현상을 ‘수착’이라고 한다)<그림 1>.

또한 수증기 부착 결합력이 약하므로 수착제도 저온에서 재생할 수 있다.

<그림 2>는 각종 흡습재에 수증기가 효율적으로 탈부착하는 재생온도대를 나타내는데 고분자 수착제는 다른 흡습재에 비해 저온 영역에서 재생에 적합함을 알 수 있다.

<그림 3>에서는 각종 흡습재에 대한 수증기 흡습율(재료 질량에 대한 흡습 수증기 질량의 비율)과 상대습도의 등온흡착곡선을 나타낸다. 수착제는 고습 영역에서 A형 실리카겔의 2배 이상에 달하는 흡습능력을 갖고 있다.

고분자 수착제를 사용한 저온 재생 데시칸트는 50℃ 이하에서도 재생이 가능해<그림 4> 냉동기의 배기열 활용 및 실내 배기에 의한 상온 재생 등, 공조 시스템 전체의 에너지절감으로 이어지기 때문에 오피스 빌딩에서 데시칸트 공조기를 도입하는 사례가 증가하고 있다.

3. 시장 보급을 겨냥한 데시칸트 검토

3.1  데시칸트 로터

사용 용도에 따라 에너지를 최대한 절감하는 시스템을 구축할 수 있도록 온도대별로 3종류의 데시칸트 로터

<사진 1> 라인업으로써 요구하는 제습성능(제습 후의 노점온도)과 재생온도에 따라 구분해 사용하고 있다.

3.2  데시칸트 블록

로터 형상의 흡습재는, 공조기 내에 설치될 때 공간을 많이 차지하고 로터 자체가 고가인 점 등의 요인이 있어 충분히 보급되지 않은 상황이다. 이에 기기 설치공간을 줄이고 저가화를 기대할 수 있는 블록 형태<사진 2>의 데시칸트 시스템이 유효할 것이라고 생각했다.

데시칸트 블록은 수착제를 담지한 기재지를 콜게이트 가공해서 쌓아 블록 형태로 성형한 것으로, 로터 형상보다는 그 자체가 심플하고 높이, 폭, 길이 치수를 임의로 설정할 수 있어 기기 공간을 줄이는 데 도움이 된다.

또한 데시칸트 로터처럼 연속 구동시킬 필요가 없고 기밀유지 부재와 접촉하는 곳도 데시칸트 소자의 표면이 아니기 때문에 데시칸트 표면의 가공 정밀도를 완화해 로터 형상보다는 더욱 제조비용을 줄일 수 있다.

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본 원고는 일본공업출판주식회사 발행하는 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.

전체 기사는 2023년 6월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)

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