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태양열 온수 시스템에 상변화 물질의 활용 및 연구현황

전문가 제언: ○ 태양열 온수시스템(SWH, Solar Water Heating system)에 상변화 물질(PCM, Phase Change Material)의 잠열을 통해 열을 저장하면 기후나 밤낮 등의 변화로 운전이 단속적이 됨으로써 발생하는 열 공급과 수요 사이의 불균형 문제를 해결할 수 있다. PCM 열저장의 SWH에서는 어떤 조건에서도 즉시 온수를 사용할 수 있는 장점이 있다.

○ 또한 열량 변화가 큰 잠열을 이용하기 때문에 기존의 온수 열저장에 비해 작은 온도 변화, 적은 부피를 사용하여도 큰 열량을 저장할 수 있어 열손실을 줄이고 조밀한 시스템을 설계 및 제조할 수 있다. 그러나 PCM 열저장은 추운 날씨에서 효율이 떨어지고 시스템 비용이 증가하는 등의 단점이 있으며 또한 기술적으로도 과냉각 현상, 장기 사용에 따른 불안정성 등의 문제들이 남아 있다.

○ 현재 PCM은 고체-고체, 고체-액체, 고체-가스, 액체-가스의 4가지 상변화물질이 연구되고 있지만 실제 이용되고 있는 것은 고체-고체 및 고체-액체 PCM들이며 고체-가스나 액체-가스 PCM들은 특수한 용도로만 연구되고 있다. 일반적으로 고체-고체 PCM은 고밀도 폴리에틸렌, 층상화 칼슘 또는 티타늄, 다 원자 알코올 등이 개발되어 있고 고체-액체 PCM은 유기물질로는 지방산과 파라핀, 무기물질로는 금속과 수성염이 개발되어 있으며 다양한 화합물 등도 연구되고 있다.

○ 이 자료는 SWH용 PCM의 기술적 개요와 특성, 연구개발 현황 및 앞으로의 기술개발방향을 잘 요약하고 있어 태양열 온수시스템 관련 분야에서 크게 참고할 수 있는 자료이다.

○ 우리나라의 경우도 1990년대부터 태양열 이용을 장려하는 정책을 펼침에 따라 태양열 온수시스템 시장이 1990년대 말에 연간 7만 여대에 이르는 등 시장이 크게 활성화되기도 하였으나 지금은 정부 지원이 거의 없어졌기 때문에 시장이 크게 침체되어 있다. SWH의 PCM 이용방식으로는 열 저장장치 통합방식, 집열판 통합방식, PCM 전용 회로방식 등이 연구되고 있으나 이의 보급 확대를 위해서는 시스템의 성능 개선과 함께 정부지원 등 비용 경쟁력을 높일 수 있는 대책이 절실하다.

저자: Zhangyuan Wang, Feng Qiu, Wansheng Yang, Xudong Zhao
자료유형: 니즈학술정보