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송풍기·환기 성능검증·관리 필요

공조·환기세션, 관련분야 실태 지적…개선방안 제시



대한설비공학회 동계학술대회 공조부문 특별세션과 환기세션에서는 현실적인 문제를 지적하고 개선방안을 도출하기 위해 시행된 다양한 연구결과들이 발표됐다.

한일엠이씨, “송풍기 안전율 재고해야”
이병찬 한일엠이씨 상무는 ‘팬 정압 선정 시 적절한 안전율 적용을 위한 현장 측정자료 연구’를 통해 설계 시 적용하는 안전율(Safety Factor)로 인해 에너지가 낭비되는 측면을 지적하면서 최근 팬 기술의 발전을 감안해 이를 재고해야 한다고 주장했다.

건설현장에서는 시공된 송풍기의 계측값을 측정하고도 실제 설계상에서는 정압선정 시 안전율을 적용하고 있다. 안전율은 적용된 송풍기가 실제 운영과정에서 계측값에 미달하는 성능을 보이거나 건물운영 과정에서 설계대비 많은 부하가 요구될 경우를 대비해 임의로 산정하는 값이다. 이에 따라 송풍기의 용량이 과다선정되는 경향이 있어 에너지가 낭비되고 있다.

이 상무는 “송풍기의 정압선정에 이어 안전율 10%를 적용하는 것과 적용하지 않는 것의 적절성을 연구했다”라며 “안전율 적용·미적용에 따른 현장 송풍기의 실측값을 측정하고 송풍기의 연간 운전비를 계산해 비교자료로 제공함으로써 적절한 송풍기 선정방식을 제공하는 기초자료를 제공하기 위해 연구하게 됐다”고 밝혔다.

ASHRAE(Standard 111-2008 Measurement, Testing, Adjusting, and Balancing of Building HVAC System)와 국가건설기준 표준시방서의 시험조정 및 평가(KCS 31 24 24:2016)를 기준으로 시행된 이번 연구는 지하2층~지상5층, 연면적 20만㎡ 건축물을 대상으로 이뤄졌다.

해당건물의 송풍기는 인버터방식으로 송풍기의 회전수(Hz)를 변환시킬 수 있는 장비다. 성능측정은 안전율 적용과 미적용시를 기준으로 측정하며 인버터 Hz를 변환해 조정함으로써 송풍기의 풍량, 정압, 전류를 측정했다.

AHU 11대를 대상으로한 실험에서 안전율 10%를 적용해 정압 175mmAq로 설계한 경우 인버터가 60Hz로 작동해 풍량은 109~130%로 나타났다. 이에 비해 안전율을 고려하지 않고 정압을 158mmAq로 설계한 경우는 인버터가 45~48Hz로 작동해 풍량이 94~101%로 나타났다.

이를 토대로 운전비를 산출하면 안전율 10% 적용 시 연간 총 소요동력은 약 539만kWh로 약 15억1,400만원의 사용요금이 부과된다. 이에 비해 안전율을 적용하지 않으면 연간 총 소요동력은 344만kWh로 사용요금은 9억6,500여만원이 돼 절감액이 연간 5억4,900여만원인 것으로 나타났다.

이 상무는 “클린룸 공조장비는 대부분 24시간 운영하는 시스템으로 장비용량이 너무 크게 선정되면 연간 건물의 유지관리비가 크게 발생되므로 적정장비선정이 요구된다”라며 “최근 기술개발로 장비의 성능·품질이 향상됐음을 고려하면 정압선정 시 안전율을 미적용하더라도 부하측에서 요구하는 장비풍량을 허용범위인 ±10% 이내에서 확보할 수 있으므로 이를 충분히 고려해야 한다”고 밝혔다.



KICT, “환기설비 유지관리기준 마련”
배상환 한국건설기술연구원(KICT) 수석연구원은 ‘공동주택 환기설비 유지관리 방안 연구’를 통해 최근 연구 중인 유지관리 가이드라인에 대한 내용을 소개했다.

배 수석은 “환기설비는 의무적으로 필터를 장착해 환기 시 황사와 같은 외부오염물질의 실내유입을 막고 있지만 이러한 필터 등의 유지관리가 부실할 경우 실내공기질 악화로 이어질 수 있기 때문에 체계적인 유지관리기준이 필요하다”라며 “이번 연구에서는 국내 환기설비 개발수준을 파악하고 환기설비 유형별로 유지관리에 필요한 본체, 필터, 열교환소자, 덕트 등의 기본적 사양을 확인한 뒤 최종적으로 환기설비 유지관리방안을 제시하고자 실시했다”고 밝혔다.

환기설비의 유형에 대한 조사결과 열회수형 환기장치가 전체의 69%로 나타났다. 그 외에 자연환기가 25%로 뒤를 이었으며 바닥열 환기방식, 하이브리드 환기방식도 일부 사용되는 것으로 조사됐다.

기계환기설비 성능분석 결과 일반적으로 전열교환방식이 96%를 차지했으며 열회수방식 없는 단순 강제급배기도 4%가 사용되고 있었다. 풍량은 200CMH, 250CMH가 각각 47%, 41%로 가장 많은 분포를 보였다. 소비전력은 60~90W까지 분포가 다양했으며 냉방 전열교환효율은 50~60%가 47.1%로 나타났으며 60~70% 효율도 29.4%로 나타나 다양하게 활용되고 있었다. 반면 난방의 경우 70~80% 사이가 전체 약 75%로 고른 분포를 보였다.

자연환기설비의 경우 일반적으로 2Pa 압력 기준으로 25CMH 이상이 요구되지만 실제 환기량은 최대 약 30%까지 차이를 보여 환기성능 편차가 커 공동주택 적용 시 개선방안이 필요한 실정이다.

환기성능 모니터링을 위한 TAB분서 결과 19개 단위세대 중 13개 단지가 기준에 미달해 31.6%만 설계 시 환기성능이 확보되는 것으로 나타나 유지관리 심각성이 컸다. 또한 필터의 입자포집률을 확인할 수 있는 자료가 전무하기 때문에 실제 필터의 성능을 정량적으로 검증하는 것이 불가능한 상태여서 향후 필터 미세먼지 포집률 등에 대한 성능인증 필요성이 높은 것으로 확인됐다.

사용실태 조사에서도 개선필요성이 있는 사항이 다수 도출됐다. 환기설비 가동시간은 1시간 미만이 41%로 가장 많아 24시간 환기개념에 크게 못미쳤다. 활용 및 유지관리 조사에서도 사용방법을 알고 있는 사람이 35%에 불과했으며 청소 및 유지관리를 전혀 하지 않는 경우가 50%로 가장 많았다.

배 수석은 “실태조사를 토대로 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙, 공동주택 관리규약의 유지관리 지침에 환기설비용 필터의 청소 및 교환주기를 명시할 수 있는 세부규정을 도출해 제시했다”라며 “프리필터는 1개월에 1회 점검·청소 실시 미디움필터는 6개월에 1회 이상 점검·교체, 열교환소자는 2~3년 주기 교체, 덕트는 전문업체 의뢰로 1~2년 주기 점검 등을 내용에 담았다”고 밝혔다.



케이웨더, “학교환기 24시간 모니터링해야”
서금영 케이웨더 차장은 ‘교육시설 환기설비 운영 현황 분석’을 통해 학교시설에서 환기설비의 가동 및 운영에 따른 공기질 개선효과가 제대로 검토되고 있지 않은 현실을 지적하며 환기장치 적용 이후 실내공기질 개선효과를 검토한 결과를 발표했다.

서 차장은 “환기설비는 설치 자체보다 어떻게 활용하는지가 중요하다”라며 “확인 결과 환기장치가 설치됐음에도 전혀 사용하지 않는 경우, 프리필터만으로 환기설비가 구성돼 미세먼지를 전혀 못 거르는 경우, 수년간 필터점검 및 교체가 한 번도 이뤄지지 않은 경우 등 공기순환기의 가동여부와 사용방식은 천차만별의 형태로 나타나고 있다”고 밝혔다.

케이웨더는 스탠드형 공기순환기를 설치해 운영 중인 경기도 J학교와 서울 H유치원의 실내공기질을 측정했다. IoT기능을 이용한 실내공기질 측정기를 설치하고 24시간 모니터링을 진행했다.

측정결과 PM10의 경우 오전 8시부터 오후 5시까지 교실실내 평균농도가 비운영 시 36.7㎍/㎥, 운영 시 21.7㎍/㎥로 나타났다.

서 차장은 “교육시설 환기설비는 영유아 및 학생들의 건강과 학습을 위해 꼭 필요한 요소지만 형식적인 설치에 그치거나 제대로 사용되지 않으면 실제 효과는 미미할 것”이라며 “또한 설치 자체가 목적이 아니라 설치이후에 실내·외 공기질에 따라 제대로 가동되고 운영되는 것이 중요한 만큼 효과를 입증하고 효율적인 가동을 위해서는 교실에 공기질측정기를 설치해 24시간 모니터링하는 방안도 필요한 부분”이라고 밝혔다.