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한일엠이씨, 다년간 축적 노하우 공유

설비공학회 동계학술대회 한일엠이씨 특별세션 개최



국내 기계설비산업을 선도하는 토탈엔지니어링 기업인 한일엠이씨(회장 최상홍)의 경험과 기술을 공유하는 자리가 마련됐다.

1966년 한일기술연구소로 출발한 한일엠이씨는 기계·전기·소방설비분야 전반에 걸쳐 설계, 방재계획, BIM설계, TAB, 진단, 커미셔닝, BEMS 컨설팅, 건설사업관리, 친환경 컨설팅, 연구개발 등 토탈솔루션을 제공하는 설비엔지니어링 전문기업이다.

내년 창립 55주년을 준비하고 있는 한일엠이씨는 매년 현장에서 쌓아온 노하우와 최신 사업내용을 대한설비공학회 학술대회에서 특별세션을 마련해 관련업계와 공유함으로써 상생발전을 추구하고 있다.

한일엠이씨가 업계를 선도하는 위치에 있는 만큼 코로나19 상황에서 정부의 방역수칙을 준수하며 진행하는 행사임에도 불구하고 많은 이들의 관심을 끌기 충분했다.

올해 7회째를 맞이한 이번 발표회에서는 △Barrier-free를 고려한 건축설비 계획(홍지표 소장) △HOT SMOKE TEST를 활용한 주차장 배연성능검증(황금숙 본부장) △건물 최적화를 위한 BEMS 개발(성노천 본부장) △건물 사용정보 연동 HVAC 시스템의 실시간 에너지 분석 툴 개발(엄태윤 연구소장) 등이 주제발표됐다.

BF인증, 설계 시 고려해야
홍지표 소장은 ‘Barrier-free를 고려한 건축설비 계획’을 발표했다.

국내에 신축하는 공공건축물의 경우 ‘장애인·노인·임산부 등의 편의증진 보장에 관한 법률’에 따라 ‘장애물 없는 생활환경(BF: Barrier-free) 인증’을 의무적으로 받아야 한다. 

BF인증은 다른 건축물 인증제도와 마찬가지로 설계단계의 예비인증과 준공단계의 본인증으로 진행하고 있으나 다른 인증에 비해 본인증 시 심사에 따라 재시공을 하는 등 시간적·비용적 낭비로 이어지는 경우가 발생할 수 있다. 

이에 따라 원활한 인증과정을 위해 설계 및 시공단계에 인증기준을 면밀히 검토하고 반영해야 하며 설비분야에서도 BF인증의 목적과 적용형태를 이해하고 반영하는 것이 필요하다. 

건축물의 BF인증 기준은 크게 △매개시설 △내부시설 △위생시설 △안내시설 △기타시설 △기타설비로 나뉜다. 세부적으로는 △출입문의 손잡이 위치 및 형태 △복도의 바닥면 단차, 돌출물 여부 △승강기 출입문의 유효통과폭, 바닥면적, 조작설비 높이, 시·청각 장애인의 안내장치, 수평손잡이 △대변기의 형태 및 높이, 세정장치 형태, 소변기 형태, 수도꼭지 형태 △시·청각 장애인을 위한 경보 및 피난설비 등이 있다.

홍지표 소장은 “BF인증 기준에는 설비의 기준에 대해 구체적으로 명시된 항목도 있지만 표면적으로는 설비계획과 관련이 없어보이나 간접적으로 영향을 미치는 항목도 있으기 때문에 설비설계자도 기준에 대한 이해와 검토가 필요하다”라며 “복도의 단차와 보행장애물과 같이 주로 건축계획과 관련된 평가항목도 간접적으로 설비계획에 영향을 주게 되므로 설계단계부터 시공단계까지 건축분야와 협의하여 인증평가 기준을 만족해야 한다”고 강조했다.

지하주차장 화재 시 배연 최적화
황금숙 본부장은 ‘HOT SMOKE TEST를 활용한 주차장 배연성능검증’을 발표했다. 

건물의 대형화에 따른 지하주차장의 대형화 및 밀집화로 화재 위험성이 증대되고 있다. 특히 지하 밀폐된 공간의 화재발생 시 피난 및 소방대의 진압활동과 상층부로 확산되는 연기로 인해 지상층 거주자의 위험성이 높으며 소방대 진압활동 시 가시거리 확보 등에 어려움을 겪고 있다. 

지하주차장의 화재사례를 통해 연기의 신속한 배출이 절대적으로 필요한 상황이다. 소방성능 위주의 설계대상 건축물은 고층 이상의 건축물로 지하주차장이 대규모로 심의 시 이에 대한 안전성을 특히 요구하고 있는 추세다. 

이러한 요구사항에 따라 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙에서 정한 기계환기설비를 이용해 화재 시 배연할 수 있는 성능위주의 설계를 하고 있으며 검증을 위해 HOT SMOKE TEST를 많이 시행하고 있다. 

시험대상 공간은 호텔로 지하 3·4·5층이 주차장으로 계획돼있다. 각 층별 면적은 약 1만9,000m²이며 층고는 3m다. 주차장의 평상시 환기는 크게 2개의 구역으로 운전이 되는 시나리오였다. 

환기시스템을 화재 시 배연으로 이용하는 조건하에서 최적성능을 찾기 위해 전 구역의 팬을 동시 기동, 화재구역만 기동 등 운전시나리오를 구성했다. 기류 유인팬을 급·배기팬과 동시에 기동하는 것과 일정시간(소방대 출동시간 등 고려) 이후 기동하는 것에 대한 배연성능을 비교했다.

실험결과 급·배기팬의 위치와 기류 유인팬의 흐름방향에 따라 화재구역별로 동일 시나리오에서도 일부 다른 현상이 나타났다. 네 가지의 시나리오를 실험해 비교한 결과 ‘전 구역 급·배기팬을 기동하고 연기발생 5분 후 전 구역 기류유인팬 기동’이 연기배출 성능면에서 가장 적정한 것으로 나타났다.

황금숙 본부장은 “주차장의 환기설비를 이용한 연기배출을 계획하는 경우 급·배기팬의 설치간격을 가능한 짧게 하고 기류 유인팬의 흐름방향을 급·배기팬과 같게 해 기류의 흐름이 끊기는 곳이 없도록 하는 것이 중요하다”라며 “평상시 환기효율 및 건축구조 등 이유로 기류 유인팬의 설치각도가 대부분 하방향으로 돼있는데 화재발생 초기 상승하는 연기의 흐름을 깨뜨리는 현상이 나타나기 때문에 기류 유인팬의 설치각도도 고려해야 한다”고 설명했다.

건물 최적제거 ‘HI-BEMS’
성노천 본부장은 ‘건물 최적화를 위한 BEMS 개발’을 발표했다.

건물에너지관리시스템(BEMS: Building Energy Management System)은 실내환경 및 에너지사용 현황을 계량·계측해 수집된 데이터로 설비운영 분석과 에너지 소비분석을 통해 비효율적 운영설비를 파악하고 최적의 설비제어를 통해 쾌적한 환경제공 및 에너지절감을 극대화하는 시스템이다.

하지만 BEMS는 설치만으로 에너지절감을 이뤄낼 수 없으며 에너지절감을 위해서는 운영관리 및 PDCA(Plan, Do, Check, Act)활동을 수반해야 그 목적을 효과적으로 달성할 수 있다. 건물 운영관리자 차원 혹은 소프트웨어에서 자체적으로 건물에너지소요량을 판단하지 못한다면 BEMS 운영 및 PDCA 과정은 한계점을 보일 수밖에 없다.

한일엠이씨가 개발한 HI-BEMS는 건물의 에너지모니터링에서 끝나는 것이 아니라 데이터를 분석하고 최적제어를 도출해 실질적인 에너지절약을 실현하는 것에 초점이 맞춰졌다.

HI-BEMS 소프트웨어는 KS F 1800-1규격에 맞춰 제작됐으며 건물 운영관리자가 BEMS 소프트웨어를 통해 건물의 현 상태를 더욱 용이하게 알 수 있도록 건물에너지 소요량을 계산하는 특허 제 10-2002636 기능을 추가했다. 

HI-BEMS는 신축 및 기축 건물, 다수의 운영자에 상관없이 누구든 해당 건물의 에너지소요량계산에 쉽게 접근할 수 있다. 건물의 기본정보만을 통해 건물에너지소요량을 도출할 수 있으며 건물에너지소요량 도출에 걸리는 시간이 1시간 이내로 시간효용성이 높다.

건물에너지소요량 값의 신뢰성의 경우 상용프로그램과 비교했을 시 약 25% 이내의 높은 신뢰성을 보유해 이러한 특허 특징을 활용하여 건물 운영자는 건물에너지소요량과 실시간 건물에너지 사용량 감시를 통해 건물을 더욱 효율적으로 관리할 수 있다.

성노천 본부장은 “기존 BEMS는 한국에너지공단에서 제시한 필수적인 소프트웨어만이 적용된 반면 HI-BEMS는 기본 BEMS 성능과 함께 특허를 적용해 건물의 에너지소요량 파악을 더 용이하게 진행할 수 있다”라며 “해당 기능의 경우 일반 건물 운영관리자도 도출할 수 있도록 구현, 사용자 측면에서도 효율적으로 사용할 수 있도록 설계했다”고 말했다. 이어 “이러한 특허기능을 활용해 건물 운영관리자는 건물의 현재 상태를 더욱 쉽게 파악할 수 있으며 해당 기술을 활용, 건물의 운영변경을 쉽게 결정할 수 있는 기대효과가 있다”고 강조했다.

범용성 확보 에너지분석툴 개발
엄태윤 연구소장은 ‘건물 사용정보 연동 HVAC시스템의 실시간 에너지분석 툴 개발’을 발표했다.

올해 공공건축물부터 제로에너지건축물 인증이 의무화되면서 건축물의 신축시장에서는 제로에너지화 실현에 대한 기대감이 높아지고 있다. 

우리나라의 30년 이상 노후 건축물 비율은 2019년 기준 전체 약 724만동 중 38%를 차지하고 있고 매년 약 2%씩 증가하는 상황이기 때문에 노후건축물의 리모델링 시장이 확대될 것으로 기대되고 있다. 

제로에너지건축물 확대정책의 성공과 노후건축물 증가실태에 대한 대응책 마련을 위해 신뢰도 및 범용성 확보와 저비용 요건을 만족하는 노후건축물 에너지성능 평가법 마련이 시급한 상황이다.

한일엠이씨는 노후건축물의 형상 물리정보와 환경정보 및 사용스케줄 등의 변화를 실시간으로 연산 처리할 수 있는 건물 HVAC시스템 에너지사용량 분석툴을 개발했다.

실시간 에너지분석툴은 △건축물의 형상모델링 및 물리정보 설정 △시스템 모델링 및 구성기기 특성 설정 △실시간 건물 사용정보 및 기상데이터 등의 자동입력 처리기능 등으로 구성됐다. 이를 연산처리해 향후 24시간 시간단위 에너지사용량을 예측해 출력하는 기능을 포함하고 있다.

에너지분석툴의 실시간 연산처리 기능을 검증하기 위해 실내환경 설정정보의 취득이 가능한 A빌딩을 분석했다. 대상건물은 업무시설로 연면적 1만4,300m², 지하 1층, 지상 7층의 규모이며 약 600명이 상주하고 있다. HVAC시스템은 흡수식 냉온수기 2대, 냉온수 순환펌프(정유량) 2대, 냉각수 순환펌프 2대, FCU 351대, 공기조화기 3대로 구성돼 7개의 공조존을 분담처리하는 것으로 모사됐다.

실시간 에너지분석을 수행한 결과, 연산시간은 업무용 PC(CPU 2.80GHz, RAM 16GB)로 분석할 경우 연산 기동시각으로부터 20분 이내에 종료되는 것이 확인됐다.

에너지분석 결과에 대한 신뢰도를 확인하기 위해 건물에너지 시뮬레이션인 EnergyPlus를 이용해 같은 조건의 건물을 비교분석했다. 그 결과 최대 난방에너지 사용량이 발생하는 1월20일에는 30% 가까이 오차가 발생하는 시간대가 보였으며 최대 냉방에너지 사용량이 발생하는 7월22일에는 15% 이내의 오차가 발생하는 것으로 분석됐다.

공조존 7개의 업무시설은 일반 PC 수준으로도 건축물 현장의 실시간 사용정보와 연동한 시간 단위 에너지사용량 분석서비스가 가능하다는 것이 확인됐으나 정확도 향상은 필요할 것으로 보인다.

엄태윤 연구소장은 “이번 기술을 기존 건축물의 에너지성능평가에 이용할 수 있게 된다면 건물에너지의 진단기간 단축 및 비용절감에 충분히 기여할 수 있을 것으로 기대된다”라며 “이를 위해 추가 업그레이드로 정확도 향상과 다양한 사례분석을 통한 명확한 신뢰수준 제시가 필요할 것으로 보인다”고 말했다.