지구온난화 및 엘니뇨현상으로 지구가 몸살을 앓고 있다. 빙하가 빠른 속도로 녹고 있어 물 밑으로 언제 사라질지 모르는 일이다. 애써 멀리서 찾지 않아도 우리나라는 어느 순간부터 봄과 가을을 잃어가고 있다. 이는 석탄, 석유, 가스 등 화석연료에 의한 것이라는 주장이 지배적이다. 화석연료는 인류를 근대에 이르게도 했지만, 또 한편으로는 우리를 파괴시키기는 장본인이 될 것이다. 이에 인류는 우리를 지켜 줄 새로운 에너지를 찾고, 에너지 소비를 최소화 하는 기술을 개발하는 데에 총력을 기울이고 있다.

대체에너지 개발과 에너지 소비를 줄이는 기술을 개발하는 것은 이제 온 인류의 과제다. 이에 전주대학교 에너지기술개발사업단(조성환 기계자동차공학과 교수/이하 사업단)은 쾌적한 환경을 유지하면서도 에너지사용을 줄여줄 수 있는 에너지절약기술 및 효율화 기술들에 대해 연구하고 있다. 사업단은 앞으로도 국내외적으로 최고 수준인 IT기술을 에너지절약기술과 융합시켜 에너지기술을 첨단화시키는 연구를 지속적으로 추구해나간다는 목표를 세우고 있다.

IT기술과 건물 에너지 절약기술의 융합

최근 유가급등으로 인해 어느 때보다도 에너지에 대한 새로운 기술개발이 요구되고 있으며, 특히 건물에너지는 소비량이 국가 총 에너지 소비량의 1/4을 차지하고 있기 때문에 건물에너지 절약을 위한 연구개발이 그 어느 때보다도 필요한 시점이다. 또한 최근 건축되고 있는 대부분의 건물들이 첨단화와 스마트화를 추구하고 있기 때문에 건물의 편리성은 증가하지만 에너지 소비량이 급증, 실용적이면서도 효율적으로 활용하고 절약할 수 있는 통합 유지관리 기술이 필요하다.

지금까지의 기술은 연구를 위한 연구기술, 즉 연구수준의 순수 기술개발에 그치는 경우가 많았다. 때문에 이렇게 개발된 기술들은 대부분 실용화되지 못하고 사장되었다. 이에 사업단은 IT기술과 건물 에너지 절약기술의 융합을 통해 세계 최고 수준의 지능형 관리기술을 개발한 후 실용화까지 수행, 국가 에너지 절약에 기여하는 것을 목적으로 연구를 수행하고 있다.

현재 국내의 집단에너지에 의한 에너지 사용량은 국가 전체 건물에너지 사용량의 약 14% 정도다. 집단에너지에 의한 에너지 손실은 주로 공급과 수요의 불일치 및 수송라인을 통한 열손실에 의해 발생되고 있다. 따라서 집단에너지 열사용 모니터링과 열수요 예측에 의한 최적 열 공급 시스템이 개발되면 현재 사용량의 약 15∼20% 정도는 절약할 수 있다. 국내에서 이 기술이 개발되어 적용되기 시작하면 많은 비용을 투자하지 않더라도 국내 건물 에너지 사용량의 1% 정도를 줄일 수 있게 된다.

이에 사업단에서는 ‘에너지·자원기술개발사업 분야’의 첨단 건물 SI 모듈개발에 의해 빌딩용 지능형 BEMS 모듈 개발, 첨단주택용 에너지 컨트롤 모듈 개발, 공동주택 사용자 측 가변 조절형 최적 열 공급 및 관리 시스템 모듈 개발 등을 수행하고 있으며, ‘에너지 수요관리 분야’에 대한 연구로는 에너지 공급자 수요관리 평가기술, ESCO사업 발전방안, 통합검침 시스템을 위한 제도개선 사항을, ‘지역전략기술 개발사업 분야’로는 복합열원 하이브리드 흡수식 냉온수기 최적화 제어기 개발 사업을 추진 중이다.

난방에너지를 효율적이고 합리적으로 공급

연구를 수행하며 사업단은 많은 성과들을 하나씩 이루어가고 있다. 그 중 대표적인 것이 ‘2010 산학연협력 엑스포’에서 올해의 발명으로 선정된 것이다.

사업단은 ‘지역난방의 난방에너지 공급시스템 및 통합관리방법’으로 올해의 발명에 선정되었다. 이 발명은 난방에너지를 효율적이고 합리적으로 공급할 수 있도록 하는 난방에너지 공급시스템 및 통합관리방법에 관한 것으로, 단위세대 열 제어 시스템과 공동주택 열 공급 시스템 및 1차측 열 공급 시스템으로 구성된 것이 특징이다. 이 구성에 의해 2차측에 공급된 에너지를 효율적으로 사용하게 하고, 2차측의 사용열량을 실시간으로 모니터링 해 이 사용열량에 맞추어 1차측 난방에너지를 조절해 공급할 수 있으며, 난방에너지 공급시스템을 통합적으로 관리할 수 있어 에너지 이용의 합리화를 도모할 수 있다. 특히 어느 한 동에서 에너지 사용량이 지나치게 높거나 그 전의 사용량에 비해 갑자기 증감되는 경우, 이를 쉽게 검출할 수 있고, 이로 인한 대규모 단지라 하더라도 그 검색대상이 일부로 한정되므로 에너지 낭비요인을 빠른 시간 내에 찾아 제거할 수 있다.

이와 관련해 사업단은 지역난방 열에너지 공급 제어 분야 및 통합 관리 분야, 에너지 절약을 위한 시스템 개발 분야 연구를 수행, ▲지역난방시스템의 열에너지 공급 제어방법(제10-2009-0089981호) ▲대표세대 모니터링에 의한 열에너지 공급방법(제10-2009-0089987호) ▲외기온도 예측에 따른 지역난방시스템의 난방에너지 공급방법(제10-2010-0079866호)에 대해 특허를 출원했다.

이처럼 괄목할 만한 성과를 내고 있는 사업단이지만 조성환 단장은 지역난방시스템이 워낙 큰 규모이기 때문에 이론적으로 연구된 것이 현장에서 실제 적용될 수 있는지를 규명하는 것이 가장 어려웠다고 토로한다. 하지만 조성환 단장은 이내 “참여기업인 지역난방 공사 기술연구소, 나라컨트롤, 한국에너지지술연구원 연구진들과 공동으로 연구하면서 지난 20년 간 현장에서 수행하던 제어 및 관리 기술보다 앞서는 국내 고유의 기술을 개발해 보람이 있었다”고 말한다. 비록 연구는 고되지만 대한민국을, 더 나아가 인류를 위해 일한다는 뿌듯함을 그에게서 엿볼 수 있는 대목이다.

“공학은 공부하고 연구한 것이 실용적으로 이루어져야 한다”고 말하는 조성환 단장. “이론적으로 수행한 것을 어떻게 응용해 실용성 있게 작용할 수 있을지를 다시 한 번 생각하라”고 학생 및 연구원들에게 항상 강조하는 그의 목소리가 그 어느 때보다 진지하고 힘차다.

조성환 교수
*아주대학교 기계공학 학사
*한양대학교 기계공학 석사
*한양대학교 기계공학 박사
*한국에너지기술연구원 센터장
*現 설비공학회 호남지회 지부장
*現 전주대학교 기계자동차공학과 교수