우크라이나 러시아와의 전쟁이 길어지면서 유가와 물가는 급등하고 전 세계 경제는 어려워지고 있다. 그러면서 전 세계에서는 신재생에너지에 더 많은 관심을 기울이고 있고 그중 태양열 온수 급탕 시스템은 세계적으로도 많이 보급되어 있다. 태양열 온수 급탕 시스템은 국내 신재생에너지 시장에서 가장 먼저 보급되었으며 경제성 및 활용도가 높아 주택 및 소형 건물에 적용되고 있으나, 태양에너지 밀도가 높은 하절기에 사용률이 낮아 경제성이 저하되어 국내 보급이 활성화되지 못하고 있다. 이러한 잉여 열원으로 인해 태양열을 어떻게 사용해야 되는지에 대한 문제점을 해결하고자 하이브리드 데시컨트 냉방시스템과 캐스케이드 데시컨트 냉방시스템에 대한 연구가 국내에서 진행되고 있다.
본 연구에서는 캐스케이드 데시컨트 냉방시스템의 실증실험을 통해 시스템의 성능을 평가하여 비교 분석하였다. 태양 열원은 시스템의 특성상 열원의 온도가 태양 일사와 대기 상태의 영향을 받아 지속적으로 변하게 되므로 하절기에 달라지는 냉방능력과 성적계수의 변화를 확인하였다.
첫 번째 실증실험은 하절기 실외 온도와 습도에 따른 냉방능력 및 성적계수를 비교하는 실험을 진행하였고 EES(Engineering Equation Solver)를 통해 결괏값을 확인할 수 있었다. 실내기는 두 대가 있어 각각의 실내기의 냉방능력을 구한 뒤 합산하여 데이터를 취합하였다. 공조 공간의 냉방온도는 24℃로 설정하였고 세 가지의 케이스로 나누어 실증실험을 진행하였다. 첫 번째 케이스는 온도와 습도가 높을 때(33.1℃, 87.7%) 냉방능력과 성적계수가 이론적으로 구한 값과 비슷한지 실험을 진행하였다. 이론적인 정격 냉방능력과 성적계수는 경동나비엔 측에서 정보를 받아 알 수 있었으며 정격 냉방능력 8.3 kW, 성적계수는 5.5였고 실험을 진행한 결과로는 냉방능력이 8.33 kW, 성적계수는 5.52가 나와 이론적인 값들과 비슷하게 나오는 경향성을 확인할 수 있었다. 두 번째 케이스는 비교적 온도가 높고 습도가 낮을 때(28.9℃, 83.4%), 세 번째 케이스는 온도와 습도가 모두 낮을 때(27.8℃, 70.4%) 냉방능력 및 성적계수를 비교하는 실험을 진행하였다. 실험을 진행한 결과 두 번째 케이스는 냉방능력이 5.13 kW, 성적계수는 4.2이며 세 번째 케이스는 냉방능력이 4.7 kW, 성적계수는 5.0을 확인 할 수 있었다. 세 가지의 케이스를 비교해 본 결과 온도와 습도 모두 높았을 때 냉방능력과 성적계수 모두 높게 나온다는 것을 확인할 수 있었다. 두 번째 케이스와 세 번째 케이스의 비교로는 두 번째 케이스에 비해 세 번째 케이스는 온도와 습도 모두 낮다 보니 현열 부하량이 상대적으로 낮고 인버터 제어를 통해 소비전력이 줄어들어 성적계수는 오히려 세 번째 케이스가 높게 나오는 것을 확인할 수 있었다.
캐스케이드 데시컨트 냉방시스템은 태양 열원으로 재생과 제습을 하는 제습로터를 지나 증발식 냉각기를 거치며 저온 저습한 공기를 토출한다. 토출된 저온 저습한 공기는 증발수가 분사된 응축기를 지나가며 증발냉각 효과에 의해 냉각성능을 증가시키는 장점이 있다.
두 번째 실증실험은 시수를 단수시켰을 때 소비전력과 응축기 온도 그리고 성적계수는 어떻게 변하는지 실험을 진행하였다. 증발냉각의 효과가 없을 때의 성능으로서 앞선 정상적인 실험결과와 비교를 통해 제습 및 증발냉각 효과를 파악할 수 있다. 첫 번째 케이스는 외기 온도가 높고 습도가 비교적 낮은(28.7℃, 71.4%) 경우이며 두 번째 케이스는 외기 온도가 낮고 습도가 두 번째 케이스와 같이 낮은(21.8℃, 70.6%) 경우로 나누어 실험을 진행하였다. 실험을 진행한 결과 시수를 차단한 시간 동안 소비전력과 응축기 온도는 증가하는 경향성을 보였고, 성적계수는 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 다만 두 케이스에서 다른 점은 실외 온도 차이 때문에 상대적인 값들의 차이는 비슷한 경향을 띄었지만 실제 값들에서는 많은 차이가 보이는 것을 확인할 수 있었다.