일본 사이타마현의 도시가스 회사인 토사이가스가 지역 공헌 사업의 일환으로써 계획한 특별 양호 노인 홈 ‘사이꼬우노모리’는 부지면적 4,380㎡, 건축 바닥면적 6,042㎡, 수용인원 120명의 지상 4층 건물 RC구조로 2010년 3월말에 준공했다(사진 1). 해당 건물에서 소비하는 열·전력 에너지는 태양열·태양광의 재생가능 에너지를 조합한 하이브리드 에너지 시스템에서 공급해 대폭적인 에너지 절약과 이산화탄소 배출 삭감을 도모하고 있다. 또한 태양열·가스코제너레이션 설비에 대해서는 일반 사단법인 신재생에너지 도입촉진협의회에서 2009년도 지역 신재생에너지 등 도입 촉진 사업으로써 채택되어 50%의 보조금을 받는다.

설비 개요

사이꼬우노모리의 건물 지상층은 주차장 및 녹지 공간으로 조성되어 있다. 뿐만 아니라 건물 내부에 기계실을 확보하는 것이 어렵기 때문에 모든 열원 기계 장치는 옥상층(그림 1)에서 정리해 설치했다. 이 열원 기계 장치의 주된 설비 기기로써는 태양열 컬렉터 패널, 탱크류, 태양광발전 패널, 가스보일러, 가스코제너레이션, 가스엔진 히트펌프 냉난방기, 수변전 장치, 그 외 관련 기기로 구성되어 있다. 이 시설은 냉난방·급탕·전력 에너지를 조달한다.

하이브리드 설비 시스템

태양열 컬렉터로 집열한 열은 브라인(부동액)에서 열원 기계실의 태양열 회수용 열교환기에 순환 공급되어 급탕용 온수, 난방용 온수로 각각 나눠 회수한다. 급탕 온수는 일단 저탕조에 저장되어 대형 급탕기를 경유해 온도를 보정해 급탕수로써 욕탕 등에 공급된다. 한편, 난방용은 버퍼탱크에서 난방용 온수열매의 온도상승에 이용되어 건물 공용부의 바닥 난방, 욕조 데움 등에 순환 공급된다.

코제너레이션의 전력 공급은 수변전 설비를 경유해 시설의 동력 설비에 계통연계됨과 동시에, 배열은 버퍼탱크로 회수되어 온수열매의 온도상승에 이용한다. 또한 기후에 따라 태양열로의 온수 온도상승(급탕, 난방) 부족분은 가스보일러에서 조달한다.

태양광발전 패널로 발전한 전력은 코제너레이션과 같이 파워컨디셔너나, 수변전 설비를 경유해 전등 회로에 계통연계 된다(그림 2).

주된 기기 설비

태양열 컬렉터

태양열 컬렉터(그림 3)는 1대당 총면적 12.73㎡, 유효 집열 면적 11.2㎡의 대형 타입으로, 표면 커버 유리는 흰색 유리(Low Iron Tempered Glass)로 일사투과효율을 올리는 동시에, 본체로부터의 열손실 방지를 위해 표면 유리는 이중유리로 되어 있고, 뒷면에는 35mm의 고단열 페놀계 폼이 설치되어 있다.

태양열을 집열하는 집열판은 선택 흡수막을 전착 코팅한 특수 배관 형태의 고효율 집열장치로, 고온수에서의 집열을 가능하게 하고 있다. 이러한 태양열 컬렉터가 옥상층 최상부에 21기, 약 250㎡ 설치되어 있다(사진 2).

태양열 회수장치

집열한 태양열을 급탕 온수, 난방 온수로 열교환하는 장치로, 고효율 플레이트식 열교환기, 펌프, 서버탱크로 구성되어 있으며, 온수 온도차에 의해 자동 운전된다. 또 당 설비는 태양열의 회수효율을 높이기 위해, 열교환기를 난방용, 급탕용, 급수 예열용으로 3기 직렬로 설치해(3패스 방식) 온도차를 크게 하는 방식으로 되어있다(사진 3).

급탕장치

태양열 회수 장치에서 열교환된 급탕수는, 고단열재로 보온한 스테인리스제(SUS444) 패널 탱크(18㎥)에 일단 저탕되고 급탕펌프로 대형 급탕장치에 공급해 온도 보정(55~60℃)된 후 욕탕 등의 급탕설비에 순환 공급된다. 또한 급탕수의 레지오넬라균 대책으로써 고온 멸균장치를 갖추고 있다.

가스코제너레이션

가스코제너레이션은 발전전력과 상용전력을 융합하는 인버터 연계방식의 전력 공급 방식으로, 엔진 배열을 효율적으로 회수할 수 있는 마이크로가스엔진을 탑재한 코제너레이션 시스템이다. 전력은 시설의 동력이 되는 설비에 계통연계 되고 엔진 배열은 기계실의 버퍼탱크로 회수되어 시설의 난방 등에 이용된다. 또한 장래적으로 천연가스로 바꿔 재생가능 에너지(바이오 가스) 등의 이용도 가능해진다(사진 4).

태양광발전 패널

태양광발전 패널을 건물 옥상층 상부에 태양열 컬렉터와 같은 각도로 설치, 건물과의 일체화를 도모한 디자인으로 하고 있다(사진 5). 패널의 셀은 다결정 실리콘 사양으로, 1,004×1,318mm 타입의 모듈 30매, 집광면적 40㎡, 정격출력 4.5kW로 설치되었다. 발전된 전력은 파워 컨디셔너를 경유해 전등 전력에 계통연계 된다.

에너지 시뮬레이션

해당 시설에서 연간 급탕·바닥 난방으로 소비하는 열량은 36만5,197kWh로, 태양열 및 코제너레이션으로 얻을 수 있는 온열량은 각각 태양열 16만2,771kWh/년, 코제너레이션 9만5,309kWh/년이다. 재생 가능 에너지에서의 삭감율은 급탕 및 바닥 난방에서의 총사용량에 대해서 약 45% 삭감된다. 또한 태양열 회수열 16만2,197kWh는 그린열 증서화가 가능해 시장에서의 매매가 가능해진다.

메인터넌스

이 시스템에서는 만전을 기한 보수 관리 체제 아래 열원기, 솔라 기기, 펌프류 등의 운전 상황 및 고장 정보를 인터넷 경유로 실시간으로 서비스 센터에 전송, 경보 감시, 원격 조정을 실시해 고장 발생시의 처치 체제에 대비함과 동시에 시스템의 운전 데이터 수집에 의해 효율적인 에너지 절약 운전으로 이산화탄소의 배출량 삭감을 도모하고 있다. 또 해당 시설에서는 태양에너지 열·전기의 회수 상황, 코제너레이션의 에너지 회수 상황을 현관 로비에 설치한 대형 모니터에 표시해 입주자, 직원 모두에게 에너지 절약을 위한 계몽을 도모하고 있다.

향후의 전개

이번 사이꼬우노모리의 건물에 적용된 하이브리드 설비 시스템에서는 태양열·태양광·코제너레이션을 조합한 전열병급 시스템을 구축했지만 향후의 과제로써 몇 가지를 제안해볼 수 있다. 먼저 태양광·열의 하이브리드 시스템을 구축하는 것이다. 이 시스템은 태양광으로 발전한 전력을 태양열의 회수 반송 동력에 이용하면 복잡한 운전 제어가 없어져 설비의 간소화를 도모할 수 있다. 또한 바이오 가스코제너레이션과 같은 천연가스 코제너레이션은 고효율 기기이지만, 대폭적인 이산화탄소 배출 삭감은 바랄 수 없다. 따라서 시설에서 발생하는 식품 폐기물 리사이클에 의한 바이오 가스를 이용한 코제너레이션을 구축함으로써 재생 가능 에너지에의 의존율을 높일 수 있다. 뿐만 아니라 지진 등으로 라이프라인(전기·가스·물)이 끊어졌을 경우, 특히 전기가 멈췄을 경우 모든 기기가 가동 불능에 빠지므로 자립 방재형 시스템에의 구축이 필요하겠다. 이처럼 최소한의 기기를 가동할 수 있는(공용 전등·비상용 물 펌프·난방용 기기) 코제너레이션 설비 또는 발전 설비를 갖춘 시스템 구축이 시급하다.

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