스위스 도심에 위치한 많은 건물들이 난방 및 온수를 공급받기 위해 가장 일반적으로 사용하는 방법은 지역난방이다. 지역난방의 대부분 열은 산림이나 가정 폐기물을 통해 얻어지는 부산물이나 산업에서 발생하는 폐열(Waste Heat)을 이용하고 있다. 그렇지만 하루 중 지역난방에 대한 수요는 시간대에 따라 크게 달라진다. 예를 들어, 많은 사람들이 샤워하기 위해 온수를 사용하는 아침 시간대에는 수요가 크게 증가한다. 이러한 수요 증가를 충족시키기 위해서 많은 지역난방 공급자들은 화석연료를 기반으로 하는 보조 보일러를 일시적으로 운영한다. 이 보일러는 첨두부하보일러(Peak load boilers)라고 불리며, 스위스 고텐부르그(Gothenburg)와 같은 지역에서는 천연가스를 이용하여 가동되고 있다.

건축설비공학 박사과정을 수행 중인 John Kensby는 경제적인 방법으로 이러한 수요 급증을 피할 수 있음을 보여주었다. 그의 접근방식은 간단히 지역난방 네트워크에 연결된 건물에 열을 저장하는 것이다. John Kensby는 "건물은 높은 열용량을 갖고 있다. 계단, 벽, 천장 및 방열기의 물에 열을 저장할 수 있다"고 말한다. Kensby는 파일럿 연구를 통해 방열기에 좀 더 많은 열을 제공했을 때 내부 온도가 어떻게 영향을 받을 수 있는지를 조사하였다. 조사 결과, 실내 온도가 0.5℃ 이상 차이가 나지 않으면서 건물 평방미터당 0.1kW의 열을 저장할 수 있음을 확인할 수 있었다. Johan Kensby는 "건물 거주자는 이를 알아차리지 못한다. 이러한 온도 변화는 이미 존재하고 있다. 예를 들어, 요리를 할 때 온도차가 발생한다"고 설명하였다. 이러한 방식으로 난방 시스템의 과부하를 안정화할 수 있다.

이 시스템은 오전 출근 시간대와 같이 난방 시스템에 대한 수요가 최고에 도달하기 몇 시간 전에 건물 방열기를 가열한다. 5분간의 온수를 이용할 때 약 2 kWh의 전기가 사용되며, 이는 80평방미터의 아파트가 4번의 샤워 기회를 제공할 수 있는 양의 열 에너지를 저장할 수 있다는 의미이기도 하다. 많은 거주자들이 샤워를 하게 되면 방열기로 내보내진 열은 샤워용 온수를 만들기 위해 활용된다. 그 동안 건물은 저장된 추가 열을 이용하여 쾌적한 내부 온도를 유지할 수 있다. 샤워 수요가 줄어들면 열은 다시 방열기로 들어간다. 이를 통해 열에 대한 최대 부하 수준을 낮출 수 있어 지역난방 공급자들은 첨두부하보일러 사용을 피할 수 있다.

Johan Kensby는 자신의 열저장 방법을 고텐부르그 지역난방 네트워크에 적용되었을 때 발생하는 효과를 추가적으로 묘사하였다. 결과에 따르면 네트워크 상의 20,000개 건물 중 500여 개가 열저장을 위해 활용된다면 매일 발생하는 편차는 절반 수준으로 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 그는 "지역 난방과 관련한 탄소 발자국이 크게 감소할 것이다. 또한 생산 비용을 줄여 지역 난방의 수익성을 개선하는데 기여할 것이다. 첨두부하보일러를 끄고 켜는 일에는 손실과 마모가 수반되기 때문에 이러한 일도 방지할 수 있다"고 말했다.

Johan Kensby는 이번 주 한 세미나를 통해 연구 결과를 발표할 예정이다. 그는 건물내 에너지 저장을 어떻게 실용화할 것인지에 대해 지속적으로 연구를 수행할 예정이다. 네트워크 내 모든 건물들은 인터넷 활용이 가능한 간단한 컴퓨터를 제공해야 할 것이다. Johan Kensby는 "난방 시스템에 관하여 두 개의 트랙이 존재한다. 하나는 에너지 회사가 난방 전체를 조절하는 것이다. 또 다른 하나는 사용자들에게 시간당 요금을 알려준 후 이들이 열을 구매할 것인가를 결정하도록 하는 것"이라고 말했다.

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 5월 8일]