한국에너지기술연구원(원장 김종남) 에너지네트워크연구실 윤영직 박사 연구진은 겨울철의 차가운 냉기를 이용해 여름철 농촌 하우스 냉방에 활용할 수 있는 기포 자가진동 현상을 적용한 열교환장치 개발에 성공, 외부동력 없이 기포 자가진동 현상으로 고성능으로 열교환을 할 수 있는 새로운 패러다임의 냉방기술 시대를 열었다.

연구진이 개발한 열교환장치는 차가운 외기와 축냉조에 연결된 구불구불한 형태의 모세관튜브와 튜브 내부의 냉매로 구성돼 있으며, 땅 속에는 냉기의 자장매체로 물이 축냉조에 보관돼 있다.

겨울철에는 차가운 외부공기와 상대적으로 덜 차가운 땅 속 물이 온도 차이가 발생한다.

이렇게 열교환장치 양쪽 끝에서 발생하는 온도차로 내부 냉매가 빠르게 진동하고 흐름이 발생하면서 많은 양의 열을 빠르게 전달한다.

즉, 땅 속 물의 열이 더 차가운 외부로 방열되면서 몰 온도는 점점 더 낮아져 매우 차갑게 되고, 이를 여름까지 보관해 이용하는 것이다.

이때 열교환장치 작동에는 외부동력이 필요 없기 때문에 운전비용 부담이 전혀 없다.

또 물질의 상변화를 통한 잠열을 이용하면 많은 양의 열을 전달할 수 있기 때문에 기존의 열교환 기술에 비해 에너지소비량은 50% 이상, 크기는 30% 이상 줄일 수 있다.

이를 통해 냉열 생산효율이 극대화되고, 장치제작에 드는 단가절감도 가능하게 돼 경제적이다.

연구진은 열교환장치의 용량과 성능을 높여 올 10월 완공되는 서울대 평창캠퍼스 스마트팜 첨단농업단지 내 100평 규모의 유리온실을 대상으로 국내 최초로 냉방공급 실증을 진행할 예정이며, 나아가 식물공장형 인도어 팜, 도심건물 등 다양한 수요처의 냉방 및 공조기술로 확장할 계획이다.

연구책임자인 윤영직 박사는 “세계적인 기후위기에 따른 식량안보 강화를 위해서는 고효율, 저비용의 신재생에너지 기반 시설하우스 냉방기술 확보가 중요하며, 겨울철 신재생 자연냉기를 이용한 냉방기술이 훌륭한 대안이 될 수 있을 것”이라고 설명했다.