PVT시스템·히트펌프 결합으로 전열 자립 달성
서울시는 2024년 기후변화 대응 혁신기술 실증지원의 일환으로 강북소방서 삼각산119안전센터에 태양광열(PVT) 복합모듈과 히트펌프를 결합한 에너지 자립형 전열 융합시스템을 설치했다. 태양광으로 전기와 열을 동시에 회수하고, 회수된 열을 히트펌프로 증폭·축열해 급탕과 난방에 활용하는 구조다. 상시 출동과 24시간 근무가 반복되는 소방서의 에너지 특성을 고려해, 기존 가스보일러를 대체하면서도 비상 시 복귀가 가능한 이중 안전 구조를 갖춘 현장을 찾았다. /편집자 주

◇ 태양을 받는 옥상, 열이 모이는 기계실
이날 안내를 맡은 소방대원을 따라 PVT 패널이 설치된 옥상으로 먼저 향했다. 옥상에 올라서자 PVT 모듈과 인버터, 히트펌프가 각각의 위치를 지키며 하나의 흐름으로 연결돼 있는 모습이 눈에 들어온다.
우선 유창형 PVT 모듈이 철구조물 위에 길게 놓여 있었다. 패널은 일정한 간격과 각도를 유지한 채 줄지어 설치돼 있고, 유리 표면에는 햇빛이 고르게 번진다. 이 모듈은 태양빛을 받아 전기를 생산하는 동시에, 패널에서 발생하는 열을 함께 회수하도록 설치됐다.

모듈 끝단에서는 배관이 곧바로 내려와 옥상 바닥을 따라 정리돼 있다. 이 배관은 패널 하부에서 회수된 열을 기계실로 전달하는 통로로, 보온재로 감싸진 채 구조물 안쪽으로 이어진다.

모듈 옆에는 인버터가 별도의 지지대 위에 놓여 있다. 회색 함체가 나란히 배열돼 있고, 전선은 케이블 덕트를 따라 묶여 있다. 태양광 모듈에서 생산된 전기를 계통에 연결하기 위한 설비로, 전기 설비와 배관 동선이 서로 겹치지 않도록 분리돼 배치됐다.

모듈과 조금 떨어진 곳에는 공기열 히트펌프가 설치돼 있다. 실외기는 벽면 가까이에 붙어 있으며, 태양으로 회수한 열에 외기열을 더해 급탕과 난방에 쓰일 온도로 끌어올리는 역할을 맡는다.

이어 옥상에서 내려온 배관의 흐름을 따라 계단을 내려가 기계실로 향했다. 기계실에 듀얼탱크가 보이는데 이는 옥상에서 내려온 열을 저장했다가 필요할 때 다시 사용하는 설비다.

탱크를 중심으로 적색과 녹색, 회색 배관이 벽과 바닥을 따라 이어진다. 배관 중간중간에는 밸브와 계측기가 설치돼 있어, 열이 이동하는 경로와 상태를 구분할 수 있게 했다.

◇ 효율은 높이고, 비용은 낮추고
기계실에 정리된 설비들은 이후 실증운전에서 어떤 성과로 이어졌는지 수치로 확인할 수 있다. 이번 PVT를 시공한 (주)이맥스시스템이 지난해 5월부터 10월까지의 실증 데이터를 정리한 결과, 햇빛을 받아 생산된 에너지는 전기에 그치지 않고 상당한 양의 열로 함께 회수됐다.
태양광으로 얻은 전기와 이 과정에서 회수된 열을 합치면, 유입된 태양에너지의 절반 가까이가 실제 사용 가능한 에너지로 전환된 셈이다.

전기 생산에만 머물렀다면 그대로 흘려보냈을 열이 온수와 난방에 쓰이면서 현장에서 느끼는 효율도 자연스럽게 높아진 것이다.

이렇게 회수된 열은 옥상에 설치된 공기열 히트펌프를 거치며 다시 한번 활용됐다. 태양으로 모은 열에 공기 중의 열이 더해지면서, 온수로 쓰기에 적당한 온도로 끌어올려지는 방식이다.

이 과정에 필요한 전력은 많지 않았다. 히트펌프가 사용한 전기는 PVT에서 생산된 전기의 일부에 그쳤고, 비교적 적은 전기로 온수와 난방에 필요한 열을 만들어냈다.

이맥스시스템에 따르면, 이같은 운용 결과는 에너지 변환효율에서도 분명한 차이로 나타난다. 일반적인 태양광 모듈만 설치할 경우 에너지 변환효율은 15% 안팎에 그치지만, 전기와 함께 열을 동시에 회수하는 PVT 시스템에서는 총에너지 변환효율이 50%에 가까운 수준까지 높아진다. 태양광 발전 과정에서 발생하는 열을 그대로 활용하면서, 태양에너지 이용률 자체를 끌어올린 구조다.

에너지 비용 절감 효과도 가시적이다. 실증 결과를 바탕으로 산정한 연간 예상 비용 절감액은 약 490만원으로, 이 가운데 가스 사용 절감 효과가 360만원, 전력 사용 절감 효과가 130만원 수준으로 나타났다.

한 소방대원은 “난방이나 온수 모두 이전보다 훨씬 안정됐다는 걸 체감한다”고 말했다.

출처 : 기계설비신문(http://www.kmecnews.co.kr)