슈퍼마켓을 위한 PV 기반 난방 및 냉방 시스템: 지속 가능한 에너지 솔루션의 혁신

중국 연구진이 태양 에너지와 배터리 저장 장치를 활용한 혁신적인 냉난방 시스템을 성공적으로 개발했습니다. 이 최첨단 기술은 상업용 건물의 지속 가능한 에너지 솔루션에 있어 중요한 진전을 의미합니다.

이 프로젝트를 진행한 과학자들은 "이 연구에서는 상업용 슈퍼마켓을 위한 친환경 통합 냉난방 시스템을 제안합니다. 이 시스템은 태양광 발전 기술과 에너지 저장 기능을 결합합니다. 또한, 이 시스템은 압축기에서 발생하는 폐열을 회수하여 목욕, 난방 등 다양한 용도로 활용할 수 있는 온수를 생산합니다."라고 설명했습니다. 연구진은 시스템의 잠재력을 종합적으로 평가하기 위해 중국 여러 지역에서 열역학적 성능과 탄소 배출량을 분석하는 시뮬레이션을 수행했습니다.

이 시스템의 독보적인 특징은 수냉식 가스 쿨러(WC)와 공냉식 가스 쿨러(AC)를 지능적으로 통합했다는 점입니다. 또한, 스로틀 밸브(TV), 증발기, 워터 펌프, PV 패널, 배터리, 태양광 인버터, 태양광 컨트롤러와 같은 필수 구성 요소를 통합했습니다. 이 시스템은 1,866제곱미터 규모의 슈퍼마켓에서 압축기 과열도를 5°C로 설정한 안정적인 작동 상태를 가정하여 모델링되었습니다.

제안된 시스템 설계에서 작동 유체는 먼저 증발기에서 증발한 후 압축기로 들어가 압축됩니다. 압축으로 생성된 고온의 작동 유체는 수냉식 응축기로 유입되어 수돗물에 열을 전달하여 고온으로 가열합니다. 이렇게 가열된 물은 이후 온수 저장 탱크로 펌핑되어 생활용 온수로 사용됩니다.

연구원들은 시스템 작동에 대해 더욱 자세히 설명했습니다. "수냉식 가스 쿨러에서 예비 냉각을 거친 작동 유체는 공냉식 응축기로 이동하여 대기 중으로 열을 방출합니다. 이후 유체는 더욱 냉각되어 스로틀 밸브로 보내집니다. 마지막으로 저온 저압 작동 유체는 증발기로 다시 유입되어 냉동 사이클을 완료합니다."

연구진은 시스템의 효과를 평가하기 위해 하얼빈, 베이징, 상하이, 쿤밍, 광저우 등 중국 5대 주요 도시에서 수치 시뮬레이션을 수행했습니다. 또한 PV 구성 요소와 AC가 없고 난방 목적으로만 변기에 의존하는 기준 시스템과 결과를 비교했습니다.

연구 결과에 따르면, "시스템의 성능 계수(COP)는 처음에는 상승하다가 토출 압력이 증가함에 따라 감소하여 최적 토출 압력에서 최대값에 도달합니다. 토출 압력이 8.13 MPa에 도달하면 최대 총 COP는 7.34에 도달합니다." 또한, 이 연구는 도시의 위도가 높아질수록 전체 전력 소비량이 감소한다는 것을 밝혀냈습니다. 기존 시스템과 비교했을 때, 새로운 시스템은 에너지 사용량을 61.8%~76.2%까지 크게 절감할 수 있습니다.

분석 결과, 도시의 위도와 시스템 배출량 사이에 명확한 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다. 전반적으로 이 새로운 시스템을 도입하면 탄소 배출량이 51.3%에서 63.3%까지 크게 감소합니다. 연구진은 "새로운 시스템은 배출 압력 감소 측면에서 기존 시스템보다 성능이 뛰어납니다. 특히 주변 온도가 높을수록 배출 압력 감소 효과가 더욱 큽니다. 주변 온도가 40°C일 때 배출 압력은 최대 12.28%까지 감소할 수 있습니다."라고 결론지었습니다. 이 혁신적인 PV 구동 냉난방 시스템은 상업용 슈퍼마켓의 에너지 소비 패턴을 혁신하여 기존 시스템에 비해 지속 가능하고 효율적인 대안을 제시할 수 있는 큰 가능성을 제시합니다.