▲ [사진 = 드림원]

최근 이상기후로 인해 세계 각국에서 탄소를 배출하는 기존 화석 연료를 대체할 수 있는 신재생 에너지에 주목하고 있다. 현재까지 크게 주목을 받아온 신재생 에너지는 태양열, 풍력, 수력, 수소 등으로 이전부터도 주목을 받아온 재생 에너지다. 그러나 이것만으로 점차 증가하는 신재생 에너지 수요를 따라잡기에는 역부족이었다. 그래서 최근 들어 주목받고 있는 것이 바로 수열에너지다.

수열에너지는 물의 낙차를 통해 발생하는 에너지를 사용하는 수력에너지와 다르게 물이 지닌 열에너지를 이용하는 신재생 에너지다. 기존에 친환경 에너지로 손꼽히던 태양열, 풍력, 해양에너지와 같이 자연적으로 지속 보충이 가능하며 다른 자연 에너지와 달리 날씨의 영향이 덜하다는 장점이 있다. 이미 북미와 유럽에서는 수열에너지를 냉난방 용도로 활발하게 사용하고 있으며 국내에서도 잠실 롯데월드 타워가 한강물을 이용해 전체 냉난방에 드는 에너지 10%가량을 수열 에너지로 충당하는 중이다. 이와 더불어 강원도 소양감댐에서는 수열에너지 융복합 클러스터를 추진하는 등 앞으로 국내에서도 수열 에너지가 차지하는 비중이 높아질 것으로 전망되고 있다.

▲ [사진 = 드림원]

넓은 표면적으로 대량의 수열에너지 회수, 한국냉동공조인증센터 시험으로 효능 인증 받아

물은 에너지를 축적하는 능력이 공기의 약 4배 정도 된다. 이 덕에 여름철에는 대기보다 차갑고 겨울철에는 대기보다 뜨겁다. 러시아 등 북극에 가까운 지역에서는 오히려 겨울철에 물에 들어가 수영하기도 한다. 이 점은 수면 밑의 물을 인위적으로 가열하거나 냉각하지 않는 한 항시 4℃ 정도의 열을 내포하고 있기 때문이다. 자연적으로 냉각되어 얼음이 되거나 증발하여 수증기가 되는 것은 대기와 맞닿아있는 수면뿐이다. 수열에너지를 이용한 냉난방은 이점을 이용한다. 여름철에는 당연히 대기보다 물의 온도가 낮다. 이를 이용해 물이 대기의 온도를 빼앗게 해서 냉방을 한다. 역으로 겨울철에는 대기보다 물의 온도가 높으니 대기가 물의 온도를 빼앗게 해 난방을 할 수 있다. 다만 이렇게 물로부터 열에너지를 이용할 수 있는 것은 물의 표면으로부터다. 물이 수면에서만 얼어붙고 증발하듯이 물과 대기가 닿는 표면적이 넓어야만 열에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.

주식회사 드림원(대표 권용준)은 이 점을 이용해 대량의 수열에너지를 회수할 수 있는 수열에너지 회수 공조기를 개발한 업체다. 드림원의 수열에너지 회수 공조기는 공조기에 공급되는 물의 분사력과 회전력 차이를 유발시켜 인위적으로 수많은 물방울을 만들어 이를 통해 열에너지를 회수하는 공조기다. 굳이 분사와 회전을 이용해 물방울로 만드는 이유는 표면적을 최대화하기 위해서다. 기존 수열에너지를 회수하는 방식은 중력을 이용해 표면에 흘러내리게 하는 방식과 분사력과 중력을 동시에 이용해 물줄기가 낙하하며 공기와 접촉하는 방식을 사용했다. 하지만 이 경우 표면장력에 의해 물이 뭉치거나 물기둥 상태로만 대기에 닿기 때문에 표면적 자체는 그리 넓지 않다.

그런 반면 드림원의 공조기는 인위적으로 수많은 물방울을 만들어 물방울이 지닌 구의 넓은 표면적으로 다른 방식보다 수열에너지 회수효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 드림원 측은 “날로 커지는 데이터산업의 데이터센터 냉각에 소양강 심층 저온수를 이용하는 방안이 제기되고 있다. 물에서 공기로 열교환하는 프리쿨링 방식의 수열에너지 회수 공조기는 대량의 열 교환이 가능하며, 흡입되는 공기 속 미세먼지까지 물의 흡착력으로 흡착제거해 깨끗한 냉풍을 데이터센터에 공급할 수 있다.”라고 설명했다. 이와 더불어 냉난방에 별도의 냉매나 온실가스를 사용하지 않아 대기환경 오염 우려를 원천적으로 배제하였으며 분사를 이용한 추진력을 수압에 의존하기에 구조적 특성상 운전에 소모되는 에너지도 크게 절감되었다.

드림원의 공조기는 공인성능시험인증을 받았으며 이를 2022 한국국제냉난방공조전에서 공개해 큰 호응을 받기도 했다. 공인인증시험은 한국냉동공조인증센터를 통해 진행되었으며 온풍시험 시에는 평균 6.2℃ 온도 상승효과를, 냉풍 시험 시엔 평균 15.37℃ 온도하강을 보여 큰 주목을 받았다. 실제 제작이 완료된 시제품은 강원도 수열에너지 융복합 클러스터를 통해 국내 일부 데이터센터에서 시험 가동하여 실효성을 입증하기도 했다.

▲ [사진 = 드림원]

넓은 표면적으로 효율적으로 냉각

충진재 교체, 산업폐기물 걱정 없는 냉각탑

인위적으로 만든 수많은 물방울에서 확보한 구의 표면적을 통해 많은 열에너지를 회수하는 기술은 수열에너지 회수 공조기 외에도 다양한 분야에서 사용할 수 있다. 그중 하나가 드림원의 냉각수 회전분사식 냉각탑이다. 드림원의 냉각탑은 세계 최초로 냉각탑 내부 충진재를 걷어내고 냉각탑에 공급되는 냉각수를 회전 분사시켜 생겨난 물방울을 통해 냉각하는 방식을 사용하는 냉각탑이다. 충진재란 냉각탑 내부로 유입되는 공기와 순환수를 직접 접촉되도록 하는 전열매체다. 이 충진재는 지속적으로 교체를 해야 하기 때문에 이와 관련된 비용과 함께 산업폐기물이 발생하는데 드림원의 냉각탑은 충진재를 쓰지 않아 이 문제를 해결할 수 있다.

또한 드림원의 냉각탑은 단순히 물방울로 갈라지는 것 뿐만 아니라 수평으로 분사되기에 물방울의 공기 중 체공시간이 길다. 넓은 표면적과 긴 체공시간 덕에 열에너지 교환이 더욱 효율적으로 일어나게 된다. 드림원 측은 “동시에 부가적으로 송풍에너지도 절약하는 새로운 방식의 친환경 에너지 절약형 차세대 냉각탑으로 향후 냉각탑의 역사를 다시 쓸 제품이다.”라고 자신감을 드러냈다.

▲ [사진 = 드림원]

필터 없이 공기청정 효과 유발, 물회전분사식 공기세정기

넓은 표면적과 긴 체공시간으로 잡을 수 있는 것은 열 효율성만이 아니다. 드림원은 지난 2019년 제 15회 한국국제냉난방공조전에서 냉각탑과 함께 공기세정기도 선을 보여 큰 주목을 이끌었다.

비가 온 후에 공기는 맑다. 이는 대기 중에 존재하는 미세먼지나 분진 등이 빗줄기에 흡착되어 물과 함께 땅에 떨어지기 때문이다. 그 결과 대기에 포함된 미세먼지양이 극도로 줄어들어 공기가 맑아지는 것이다. 드림원의 물 회전분사식 공기세정기 또한 이와 같은 원리다. 회전하면서 분사되는 물방울에 실내공기 중 미세먼지가 흡착하게 되고 이를 통해 공기 내부 질을 높일 수 있다. 표면적이 넓은 물방울을 사용하는 만큼 보다 많은 먼지를 흡착시킬 수 있다.

또 물에 먼지를 흡착시키는 방식을 사용하기에 여타 공기청정기와 같이 필터가 필요 없는 점도 강점이다. 드림원의 기술들은 이외에도 데이터센터 냉각기, 녹조 예방 물 대류순환 산소공급기, 적 조예방 물 대류순환 산소공급기에도 적용할 수 있다. 드림원 측은 “우리 제품은 온실가스를 저감시키는 동시에 미세먼지도 흡착 및 제거하여 지구환경을 보호합니다.”라고 전했다.