엑서지(Exergy) 개념/효율/응용방법
오늘은 2023년 건축기계설비기술사 시험에 출제된
엑서지(Exergy)의 개념, 효율 정의, 응용방법에 대해 정리해보겠습니다.
엑서지는 단순한 에너지 총량이 아니라
‘얼마나 유용하게 쓸 수 있는 에너지인가’를 판단하는 물리 개념으로,
최근의 에너지절약설계, 친환경 설계, 시스템 최적화 분석에서 중요한 평가 지표로 떠오르고 있습니다.
엑서지(Exergy)란?
엑서지(Exergy)는
어떤 시스템이 가지고 있는 ‘일을 할 수 있는 최대한의 능력’을 정량적으로 나타내는 값입니다.
즉, 현재 상태에서 주위와 열적·역학적으로 평형을 이룰 때까지,
얼마나 유용한 에너지를 꺼내 쓸 수 있는가를 측정하는 개념입니다.
좀 더 이해하기 쉽게 비유해보자면
에너지는 지갑 안에 든 전체 돈이고,
엑서지는 그 중 당장 쓸 수 있는 현금입니다.
아무리 에너지가 많아도 (즉, 에너지 총량이 높아도),
쓸 수 없는 상태(열로 빠져나간 에너지, 마찰로 손실된 에너지)는
엑서지 관점에서는 의미가 없습니다.
진짜 가치 있는 에너지를 따지는 관점이 엑서지입니다.
에너지...엑서지...헷갈리는 용어들 의미를 정리해보면
다음과 같습니다.
| 구분 | 내용 |
| 에너지(Energy) | 총 에너지 보존의 법칙에 따라 손실 없음 |
| 엑서지(Exergy) | 유용한 에너지로 변환 가능한 부분 (일로 전환 가능) |
| 애너지(Anergy) | 열역학적으로 활용할 수 없는 부분 (유용하지 않은 에너지) |
즉, 에너지는 보존되지만 엑서지는 손실되며,
시스템의 비효율성, 마찰, 열 손실 등으로 점점 줄어듭니다.
엑서지 손실의 대표적인 예시
- 고온의 연소가스가 저온 상태로 배출될 때 → 온도차를 활용하지 못하고 버려지는 에너지
- 압축기 작동 시의 마찰 손실 → 유용한 에너지 일부가 열로 전환되어 손실
엑서지 효율 (Exergy Efficiency)
엑서지 효율이란,
입력된 엑서지 중 실제 유용하게 사용된 엑서지의 비율을 의미합니다.
이 값은 시스템의 ‘열역학적 완성도’를 나타내며,
열효율보다 훨씬 정밀한 에너지 효율 분석이 가능합니다.
예를 들어
- 보일러 열효율 : 85%
- 엑서지 효율 : 30% 수준일 수도 있음
→ 그만큼 고온 열원(고급 에너지)을 낮은 수준의 온도로만 사용하는 것은 비효율적임을 의미합니다.
엑서지의 응용 방법
1. 시스템 성능 최적화 분석
- 각 구성 요소(압축기, 열교환기, 펌프 등)에서 발생하는 엑서지 손실량 분석
- 가장 손실이 큰 지점을 찾아 설비 개선 방향 설정 가능
2. 건축물 에너지 설계 평가
- 동일한 냉난방 부하 조건에서도
엑서지 효율이 높은 시스템을 선택하여 에너지 낭비 최소화 - 예 : 온수 히트펌프 vs 보일러
3. 저온 폐열 활용 기술 검토
- 고급 에너지원은 고부하 용도로,
저급 폐열은 급탕, 환기 예열 등 낮은 용도로 분산 활용 설계 가능
4. 제로에너지건축(ZEB) 연계 설계
- 단순 1차 에너지 기준이 아닌 ‘엑서지 기준’으로
실제 쓸모 있는 에너지 관점에서 건물 설비를 설계
결론
엑서지(Exergy)는
어떤 시스템이 얼마나 일을 할 수 있는 유용한 에너지를 가지고 있는지를 나타내는 물리량이며,
에너지 절약뿐 아니라 시스템 최적화, 설계 개선, 친환경 기술 평가의 기준으로 활용됩니다.
엑서지이 대해 아래와 같이 요약정리해볼 수 있겠습니다.
| 항목 | 내용 |
| 정의 | 유용한 에너지로 전환 가능한 에너지 |
| 효율 | ηₑₓ = 유효 엑서지 / 입력 엑서지 |
| 차별성 | 단순 에너지량이 아닌, 실제 유용성 평가 가능 |
| 응용분야 | 시스템 분석, 폐열 활용, 고급/저급 에너지 분리 설계 |
앞으로의 에너지 설계는 단순 ‘전력량’보다,
얼마나 유용한 에너지를 뽑아내는지를 따지는 ‘엑서지 중심 평가’가 주류가 될 것입니다.
