[머리말]

오늘날 신재생에너지의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 우리가 앞으로 신재생에너지를 전력을 다해서 개발해야 하는 이유를 여기에 몇 가지 적어봅니다.

첫째, 인간은 원래 자연에서 왔으므로 자연의 에너지가 가장 자연스럽습니다. 인간이 발명한 형광등, 백열등, LED전등 등이 아무리 밝아도 대낮에 자연의 햇빛이 주는 안정감과 자연스러움을 따라갈 수는 없습니다. 또한 인간이 쓰고 있는 에너지 측면에서도 석유, 석탄, 가스 등의 화석연료는 매연과 이산화탄소를 내뿜어 각종 공해를 발생시키기 때문에 계속 사용하기에 무리가 있습니다. 이로 인해 인간은 점점 더 병들어가는듯 합니다.
원자력발전소 또한 마찬가지입니다. 체르노빌과 후쿠시마 원자력발전소 사태에서 보았듯이, 간혹 발생하는 원자력의 재앙을 버텨내기에 인간은 점점 힘이 듭니다. 저 무심히 흘러가는 강물이나 지구의 3분의 2를 차지하는 바다, 연일 내리쬐는 햇빛을 좀 보세요. 이러한 막대한 에너지원을 잘만 활용한다면 인간은 지구상 에너지의 일대 혁명을 몰고 올 수 있습니다. 지금도 신재생에너지 관련 기술개발을 위해 선진국을 중심으로 대부분의 국가에서 열심히 노력을 하고 있지만, 너무 느립니다. 좀 더 분발해야 할 시기입니다.

둘째, 원자력발전소와 기존 화석연료의 대안의 필요성입니다. 최근 일본의 후쿠시마 원전사태, 국내의 순환정전사태와 원전비리사건 등 블랙아웃의 우려가 우리 도처에 도사리고 있습니다. 더군다나 가채년수가 점점 짧아지고 있는 화석연료에 지나치게 의존하는 것은 앞으로 닥쳐올 위기를 재촉하는 것입니다.

셋째, 지구온난화 문제의 해결이 필요합니다. 지구는 점점 더 더워지고 있습니다. 예전 우리나라 연근해에서 많이 잡히던 명태, 쥐치, 정어리 등 한류성 어류들은 지금 자취를 감추었거나 그 어획량이 크게 줄어들었습니다. 현재 사과의 주산지는 대구가 아니고 북상하고 있습니다. 남산 위의 저 소나무도 21세기 후반이면 사라질 전망입니다. 또한 지구온난화로 인한 지구의 사막화, 홍수ㆍ가뭄ㆍ해일의 증가, 삶의 터전의 소실, 질병의 증가 등 인간이 앞으로 감당해야 할 숙제는 어마어마합니다. 이러한 지구온난화를 유발하는 온실가스를 감축하려면 자연에너지에 가까운 신재생에너지의 사용을 늘리는 방법이 유일하다고 생각합니다.
넷째, 나 잡아먹으라는 식으로 버티고 있는듯한 무심한 해양에너지와 지열에너지, 그리고 천연 바람에너지인 풍력 등을 그대로 내버려두기는 너무 아깝습니다! 인간의 자존심이 허락하지 않습니다. 인간은 이 속에서 뭔가 개발해내고 발전시켜나가야 할 막중한 책임이 있습니다.

다섯째, 신재생에너지에 대한 개발의 기회는 지구상의 그 어느 나라, 그 누구에게나 공평합니다. 개발하기에 따라서 엄청난 미래가치를 확보할 수 있고, 신재생에너지에 대한 투자는 국부의 원천으로 이어질 수 있을 것입니다. 신재생에너지는 앞으로 인류의 선택이 아닌 필수의 과제인 것입니다.

본 교재는 신재생에너지에 대한 독자들의 이해의 폭을 넓히고, 특히 미래의 희망인 우리 대학생들, 연구원들, 신재생에너지 입문자들에게 신재생에너지와 온실가스에 대해 충분히 학습할 수 있게 하여 미래에 대한 준비를 제대로 하게 함이 그 첫 번째 목적입니다. 또한 책의 내용상 공학의 기본 이론이나 엔지니어링, 설계, 시공 등 신재생에너지 산업계 기술 분야 전반에서의 활용도 가능하게 저작하였습니다. 특히 기술사, 에너지진단사, 에너지평가사, 신재생에너지 발전설비기사 등을 공부하시는 분들께도 신재생에너지 관련, 필요한 지식을 충분히 전달할 수 있도록 하기 위해 최선을 다하였습니다.

끝으로 이 책의 완성을 위해 지도와 도움을 아끼지 않으신 전주 비전대학교 한우용 교수님, 박효식 교수님, 김지홍 교수님, (주)제이앤지 박종우 대표님, 일진사의 임직원 여러분께 깊은 감사의 말씀을 올립니다. 그리고 원고가 끝날 때까지 항상 옆에서 많은 도움을 준 아내와 딸 이나, 아들 주홍에게도 다시 한 번 진심으로 고마움을 전합니다.

저자 신정수 올림

part 01 신재생에너지 응용설비 제1장 신재생에너지 기술원리 01. 태양에너지의 활용 12 02. 태양열에너지 17 03. 태양광에너지 26 04. 지열에너지 35 05. 풍력에너지 43 06. 수력에너지 47 07. 바이오에너지 51 08. 폐기물에너지 53 09. 해양에너지 54 10. 수소에너지 57 11. 연료전지 59 12. 석탄액화ㆍ가스화 및 중질잔사유 (重質殘渣油) 가스화 에너지 65 13. 온도차에너지 67 제2장 에너지 자립형 건물 01. 제로에너지 하우스와 제로카본 하우스 69 02. 초에너지 절약형 건물에서의 에너지 절약기술 71 03. 낭비운전 및 과잉운전 대처방법 77 제3장 에너지 절약 및 축열기술 01. 전열교환기 79 02. 인버터 기술 80 03. 폐수열회수 히트펌프 83 04. 축열 시스템 84 05. 심야 수축열 히트펌프 보일러 시스템 90 06. 빙축열 냉방 시스템 91 07. 축랭 지원금 제도 94 08. 에너지저장장치(ESS) 96 제4장 신재생에너지 정책 01. 신재생에너지 지원정책 98 02. 온실가스 관련정책 103 제5장 신재생에너지 기계설비 01. 태양열 이용 냉방시스템 112 02. 흡착식 냉동기 115 03. 발전용 터빈의 Rankine Cycle 117 04. 발전소의 복수기 방열량(계산실습) 119 05. 신재생에너지설비 적용 열교환기 120 06. LMTD 124 07. NTU 125 08. 핀유용도 126 09. 열파이프 128 10. 로핀과 이너핀 130 11. 공조기용 냉ㆍ온수코일 131 12. 2차 열전달매체 133 13. 열기관과 히트펌프의 효율 137 제6장 신재생에너지 전기설비 01. 파워컨디셔너 139 02. 태양광 관련기기 및 부품 148 03. 변압기 156 04. 고효율 변압기 159 05. 분산형 전원 배전계통 연계 161 06. 뇌서지 대책 166 07. 접지공사 168 08. 송전방식 175 09. 송전설비의 지지물 176 10. 장주 179 11. 지선과 지주 181 12. 전선의 접속 182 13. 이도(Dip) 183 14. 전선로 하중 184 15. 철탑설계 186 16. 애자장치 187 17. 중성점 접지방식 비교 190 18. 송전선로 192 19. 송전설비 주요 용어 202 20. 지중전선로 205 21. 배전선로 배전방식 207 제7장 에너지 응용설비 01. 이중외피 방식 219 02. 설비용 배관 지지장치 223 03. 이중 보온관(Pre-insulated Pipe) 227 04. 보일러의 에너지 절약 228 05. 보일러의 공기예열기 229 06. 이코노마이저 사이클 230 07. 원자력에너지 230 08. 고온 초전도체 232 09. 지역난방(地域煖房) 234 10. 지역냉ㆍ난방 및 건물공조의 열매(熱媒) 236 11. 지역난방 방식과 CES(구역형 집단에너지) 237 제8장 신재생에너지 관련법규 01. 신재생에너지 공급의무 비율의 산정기준 및 방법 241 02. 신재생에너지이용 건축물 인증제도 243 03. 세계 대표적 친환경건축물 평가제도 246 04. 녹색건축 인증에 관한 규칙 251 05. 건축물 에너지효율등급 인증에 관한 규칙 252 06. 건축물 에너지 소비증명에 관한 기준 256 07. 건축물 에너지평가에서 ‘1차에너지 소요량’이란? 258 part 02 신재생에너지 시스템설계 제1장 신재생에너지촉진법 및 기본계획 01. 신에너지 및 재생에너지 개발ㆍ이용ㆍ 보급 촉진법 260 02. 제2차 국가에너지기본계획 262 제2장 히트펌프 시스템 01. 히트펌프 분류 및 특징 263 02. 공기-공기 히트펌프 267 03. 공기-물 히트펌프 269 04. HR(냉ㆍ난방 동시운전 멀티) 271 제3장 신재생에너지 시스템설계 01. 자연형 태양열주택 System 274 02. 설비형 태양광 자연채광시스템 278 03. 태양광(일조와 음영 분석) 282 04. 태양광발전 시스템 설계 288 05. 온수집열 태양열 난방 297 06. 태양열급탕기(給湯機) 혹은 태양열 온수기(溫水機) 299 07. BIPV 301 08. 태양열원 히트펌프 302 09. 지열원 히트펌프 304 10. 지열의 응용(이용방법) 308 11. 열원별 히트펌프(공기열원형, 수열원형, 지열원형) 비교 311 제4장 시스템 설계이론 01. SI단위 313 02. 공주부하계산법 314 03. 난방부하계산법 321 04. 공조방식의 대분류 및 주요 특징 323 05. 압력단위(ata, atg, atm) 327 06. 압력 관련용어 329 07. 온도와 습도 330 08. 이상기체(완전가스) 332 09. 이상기체의 상태변화(보일의 법칙, 샤를의 법칙, 보일샤를의 법칙 등) 334 10. 습공기 용어(건공기와 습공기, 포화공기, 노점온도, 포화도, 단열포화온도) 337 11. 엔탈피 용어(건공기의 엔탈피, 수증기의 엔탈피, 습공기의 엔탈피 등) 338 12. 베르누이 방정식(Bernoulli's Equation) 340 13. 토리첼리 정리 계산 341 14. 수두 계산 342 15. 점성계수 343 16. 마하수와 압축성 관계 344 17. 뉴턴유체 345 18. 물의 상평형 곡선(-선도) 346 19. 마력(물리학적 마력) 347 20. 제베크효과 348 21. 톰슨효과 349 22. 줄-톰슨효과 350 23. 열역학 제 법칙 351 24. 엔탈피 353 25. 엔트로피 353 26. 엑서지(Exergy) 355 27. 카르노 사이클과 역카르노 사이클 356 28. 열역학 용어 357 29. 열전반도체 358 30. 현열비(SHF)와 유효현열비(ESHF) 359 31. 굴뚝효과(Stack Effect) 360 32. 송풍기의 분류 및 특징 364 33. 송풍기의 풍량제어방법 368 34. 송풍기(fan) 및 펌프의 Surging 현상 370 35. 송풍기의 특성곡선과 직ㆍ병렬 운전 372 36. 송풍기의 압력관계 376 37. 유효흡입양정 376 38. 펌프의 공동현상 378 39. 수격현상 380 40. 팽창탱크의 종류 및 설계 383 41. 배관저항 균형 385 42. 오존의 효과 388 43. IAQ 389 제5장 지구온난화 및 온실가스 대책 01. 지구온난화의 원인, 영향 및 대책 391 02. 유엔 기후변화협약 392 제6장 빙축열 시스템 01. 빙축열(공조)시스템의 장단점 396 02. 빙축열(氷蓄熱) 시스템의 각 종류별 특징 398 03. 빙축열 관련 단답형 용어 403 04. 수축열냉방(水蓄熱冷房) 시스템 405 05. 축열 운용방식 407 06. 저냉수ㆍ저온 공조 방식(저온 급기 방식) 408 07. 가스 냉열원 시스템과 빙축열 시스템의 비교 411 제7장 에너지 절약적 설계방안 01. 에너지 절약적 공조설계 및 폐열회수 413 02. 외기냉방에서 외기 취입방법 415 03. 외기 냉수냉방 416 04. 열병합 발전 419 05. 용량가변 기술 422 06. 차양장치 424 07. 스마트 그레이징 425 08. 투명단열재 427 09. 로이유리 적용방법 427 10. 투과율 가변유리 428 제8장 신재생에너지 시스템 평가방법 01. LCC 431 02. 설비의 내구연한 432 03. TAB(시험, 조정, 균형) 433 제9장 신재생에너지 자동제어 01. 자동제어 437 02. IT(정보기술) 발달에 따른 공조 응용 제어 442 03. BEMS(빌딩에너지관리시스템) 445 제10장 신재생에너지 전력과 조명 01. 전력과 역률 447 02. 전압강하 계산 448 03. 부하관계 용어 449 04. 조도 계산 449 05. 색온도 456 06. 연색성 456 07. 계산문제 458 참고문헌 463 찾아보기