초록 ▼

최종목표
○ IEA/HPP Annex 35를 통한 국제협력활동 및 산업용 히트펌프 응용기술에 대한 기술수준 및 적용분야 조사
○ 국내의 산업분야의 사용가능 에너지량 조사
○ 폐열이용 하이브리드 히트펌프 설계, 시스템 모델링 및 성능계산
․ 하이브리드(Absorption-Compression Cycle)
․ NH3/H2O : 80℃ 이상
․ Heat Source 온도 : < 60℃
․ Heat Recovery of 50℃ ～ 60℃, Upgraded to 90℃ ～ 100℃
개발내용 및 결과

최종목표
○ IEA/HPP Annex 35를 통한 국제협력활동 및 산업용 히트펌프 응용기술에 대한 기술수준 및 적용분야 조사
○ 국내의 산업분야의 사용가능 에너지량 조사
○ 폐열이용 하이브리드 히트펌프 설계, 시스템 모델링 및 성능계산
․ 하이브리드(Absorption-Compression Cycle)
․ NH3/H2O : 80℃ 이상
․ Heat Source 온도 : < 60℃
․ Heat Recovery of 50℃ ～ 60℃, Upgraded to 90℃ ～ 100℃
개발내용 및 결과
- 국내 산업부문 에너지 이용현황 조사 : 국내 산업부문 에너지 및 폐열현황을 조사하고, 이를 바탕으로 산업용 히트펌프가 적용될 수 있는 산업부문을 검토함. 이에 제조업 부문별 온도영역을 제시하고, 제지, 식료품, 재료 부분에서 산업용 히트펌프의 적용이 수요가 있음을 예상할 수 있었음.
- 산업용 히트펌프 국제공동 연구 : 산업용 히트펌프의 개발 및 보급확산을 위한 노력으로 IEA/HPP Annex 35와 IEA/IETS Annex 13으로서 "Application of Industrial Heat Pump"의 Annex를 출범시켰하고 활발한 활동을 수행함. 현재 1년이 연장되어 2014년 4월에 Annex가 종료될 예정임.
- IEA/HPP Annex 분석 및 산업공정 적용법 조사 : 국내에서 참여하지 못한 기존의 산업용 히트펌프 국제공동연구 현황을 조사하기 위하여 기 수행된 IEA/HPP Annex 9와 Annex 21의 분석을 수행함. 이를 통하여 산업용 히트펌프의 적용처에 대해 조사하여 정리하였음.
- 국외 산업용 히트펌프 기술개발현황 및 실증적용사례 조사 : 히트펌프 분야에서 선도적인 기술을 보유하고 있는 일본의 기술을 위주로 기술개발현황 및 적용사례를 조사 보고하여 국내에 적용확대할 수 있는 방안을 모색함.
- 국내 산업용 히트펌프 이용 온실가스 감축사례 수집 : 국내의 온실가스 감축사업과 연관되어 산업용 히트펌프의 설치사례에 대해 조사하고 국내 보급 방안에 대해 모색하였으며, 향후 목표관리제 등과 연계될 경우 산업용 히트펌프의 보급확대가 예상됨.
- 고온제조 히트펌프 설계 : 본 연구는 최근의 에너지절약 노력과 맞물려 이러한 중저온급 열원을 이용하는 설계기술을 개발하고자 하였음. 본 과제와 함께 진행된 에너지자원중대형기술개발사업 “폐열이용 고온제조 하이브리드 히트펌프 기술개발”과 연계되어 기술적 업그레이드를 위한 설계기술 개선 작업을 수행하였음.
기술개발 배경
- 총 에너지 수요의 약 5~10%까지 산업분야에서는 폐열회수 가능함.
- 고온수를 이용한 난방 및 급탕에 대한 요구 증대와 함께 집단에너지 공급이 지속적으로 요구됨.
- 열펌프 분야의 후발 주자와의 기술 격차를 벌릴 수 있고, 친환경적이며, 지역 냉난방 등 국가적 정책에 부응함으로써 내수 시장을 확보할 수 있는 미래형 열펌프 기술 개발 추진.
적용 분야
- 오피스빌딩 등 대규모 단위건물의 냉·난방 등에 활용이 가능함.
- 공단지역에 적용할 경우, 산업폐열 회수 이후 고온의 공정수로 활용하거나 공장내의 냉난방을 위한 열부하 공급도 가능함.
- 주로 대도시 위주로 여러 지역에 분포되어 있는 열병합 설비 등과 연계하여 활용할 때 성능이 극대화되며, 각 지역에너지 개발 및 이용 시범사업과 연계하여 보급가능.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• <기술개발사업 주요 연구성과> ... 7
• 목차 ... 10
• 제 1 장 서 론 ... 13
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 13
• 1. 개발 대상 기술의 개요 ... 13
• 2. 개발 대상 기술의 중요성 ... 14
• 제 2 절 국내.외 관련 기술의 현황 ... 16
• 1. 국내 기술 동향 및 수준 ... 16
• 2. 산업용 히트펌프 해외 공동연구 동향 및 시사점 ... 17
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적.경제적 파급 효과 ... 20
• 1. 기술적 측면 ... 20
• 2. 경제적.산업적 측면 ... 20
• 3. 사회적 측면 ... 21
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 22
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 22
• 1. 최종 목표 ... 22
• 2. 개발기술의 평가방법 및 평가항목 ... 23
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 24
• 1. 1차년도 ... 24
• 가. 개발목표 ... 24
• 나. 개발내용 및 개발범위 ... 24
• 2. 2차년도 ... 24
• 가. 개발목표 ... 24
• 나. 개발내용 및 개발범위 ... 24
• 3. 3차년도 ... 24
• 가. 개발목표 ... 24
• 나. 개발내용 및 개발범위 ... 25
• 제 3 장 연구개발 내용 및 결과 ... 26
• 제 1 절 국내 산업부문 에너지 이용현황 조사 ... 26
• 제 2 절 산업용 히트펌프 국제공동 연구 ... 34
• 1. IEA/HPP14) Annex 35 Industrial Heat Pump ... 34
• 2. IEA/HPP Annex 35 국제협력활동 ... 41
• 가. Kick-off meeting : 2010. 10. 11. - 15. 독일 Nuremberg ... 41
• 나. 2011 First meeting : 2011. 6. 15. - 16. 프랑스 Paris ... 43
• 다. 2011 Second meeting : 2011. 9. 27. - 29. 독일 Nuremberg ... 53
• 라. 2012 IEA/HPP 심포지움 : 2012. 10. 8. 독일 Nuremberg ... 56
• 마. 2012 IEA/HPP National Team Meeting : 2012. 10. 9. 독일 Nuremberg ... 62
• 바. 2012 First Meeting 참석 : 2012. 10. 10. 독일 Nuremberg ... 69
• 마. 2013 First meeting : 2013. 3. 18. 스웨덴 Gothenburg ... 77
• 제 3 절 IEA/HPP Annex 산업용 히트펌프 분석 ... 81
• 1. 산업용 히트펌프 Annex 9/21 분석 ... 81
• 2. 산업용 히트펌프 기술 분류 ... 83
• 3. 산업용 히트펌프 적용 방법 조사 ... 84
• 제 4 절 해외 산업용 히트펌프 기술개발 ... 90
• 1. 서 론 ... 90
• 가. 산업용 히트펌프의 일반적 유형 ... 90
• 나. 고온 히트펌프의 열역학적 사이클 ... 92
• 다. 산업용 히트펌프의 요구기술 ... 93
• 2. 고온 히트펌프 ... 95
• 가. DUAL-CYCLE 히트펌프 온수기 (공기 대 물 방식) ... 95
• 나. CO2 히트펌프 공기 히터 (물 대 공기 방식) ... 98
• 다. 히트펌프 증기 공급기 (물 대 물) ... 104
• 라. 고온 순환수 히트펌프 (공기 대 물) ... 107
• 마. 폐열회수 히트펌프 온수기 ... 111
• 3. 고온 히트펌프를 위한 저 GWP 냉매와 열역학적 사이클의 성능분석 ... 116
• 가. 소개 ... 116
• 나. 고온 히트펌프에 적합한 냉매의 기본 특성 ... 116
• 다. 사이클 성능의 열역학적 분석 ... 117
• 라. 맺음말 ... 121
• 4. 열저장 기술의 산업응용 ... 122
• 가. 트레할로스(Trehalose) 용액으로 만든 아이스 슬러리 ... 122
• 나. 테트라 부틸 암모늄 브로마이드(TBAB, Tetra-n-butyl ammonium bromide) 수화물 슬러리 ... 123
• 다. 파라핀 슬러리 ... 124
• 라. 아세트산나트륨 삼수화물 : CH3COONa·3H2O ... 125
• 마. 에리스리톨(HOCH2 [CH(OH)2]2CH2OH)과 만니톨(HOCH2(CHOH)4 CH2OH) ... 126
• 바. 기타 열기술 ... 126
• 제 5 절 국내외 산업용 히트펌프 적용사례 ... 127
• 1. 서 론 ... 127
• 2. 산업용 히트펌프 사용 증대를 위한 과제와 요구사항 ... 130
• 가. 사용량 증대를 위한 과제 ... 130
• 나. 현재 일본정부의 지원 정책 ... 130
• 3. 최근 산업용 히트펌프 설치 동향 ... 133
• 4. 적용사례 ... 139
• 가. 면공장 냉온수 생산 히트펌프 ... 139
• 나. 알코올 증류용 증기재압축(Vapor Recompression) 조합 시스템 ... 142
• 다. 건조용 CO2 히트펌프 공기 히터 ... 146
• 라. 자동차 공장 도장 공정 히트펌프 적용 사례 ... 149
• 마. 세척공정용 히트펌프 ... 155
• 바. 농업 생산에 히트펌프 기술 적용 ... 159
• 5. 국내 산업용 히트펌프 이용 온실가스 감축사례 수집 ... 167
• 제 6 절 고온제조 히트펌프 설계 ... 169
• 1. 하이브리드 히트펌프 설계 기본 ... 169
• 2. 60kW급 고온제조 하이브리드 히트펌프 설계 ... 172
• 3. 정류기 설계 ... 176
• 제 4 장 결과 및 사업화 계획 ... 180
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 180
• 1. 연구개발 추진실적 ... 180
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 184
• 1. 기술개발 추진방법.전략 ... 184
• 2. 기술개발 추진체계 ... 184
• <부록 A> IEA/HPP Annex 35 Legal Text ... 185
• <부록 B> IEA/HPP Annex 35 Task 1 Report ... 197
• <부록 C> IEA/HPP Annex 9/Annex 21 산업용 히트펌프 기술 비교분석 ... 272
• <부록 D> 산업용 히트펌프 적용가능 온실가스 배출 저감량 산출 방법론 ... 293
• 끝페이지 ... 304