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특별기획

건물 탄소중립 실현 E최적화시스템 ‘칠드빔’ 주목

전 세계시장 2026년 4.3억달러로 성장
국내 기업, 글로벌 칠드빔기업와 협력


우리나라는 탄소중립사회로의 전환을 목표로 수립하며 국가의 에너지생산 및 소비체계를 전환하고 있다. 건축물에서 소비하는 에너지를 줄이고 제로에너지빌딩을 실현해야 하는 상황이며 건설 및 기계설비업계도 탄소중립 실현을 위해 변화하고 있다.

기계설비 중 공조부문의 에너지소비를 절감하기 위해서는 열 취득을 줄이는 건축계획과 단열성능 강화를 통해 공조부하를 감소시키고 효율적인 공조설비 적용으로 단위부하당 에너지소비량을 줄여야 한다.

에너지소비를 최적화할 수 있는 시스템으로 평가받고 있는 칠드빔은 냉수코일의 대류냉각효과를 이용해 실내 현열부하를 처리하는 장치로 거주공간의 쾌적성과 에너지절약을 동시에 만족시킬 수 있는 공조장비다.

복사판넬 등의 냉난방시스템 기술진보에 의해 개발된 칠드빔시스템은 물과 공기로 빌딩 전체에 에너지를 수송하는 수(물)-공기방식이다. 순환수로 현열부하를 담당하고 환기를 위한 최소외기로 실내 잠열과 외기부하를 제어하는 일반 공조시스템의 혼합방식과는 구별되는 시스템이다.

1975년 노르웨이에서 개발됐으며 2000년대부터 유럽과 호주 등에서 널리 사용되고 있다. 유럽과 북미에서는 외주부와 내주부 부하제어를 위해 칠드빔 검토가 일반화되고 있으며 해외 대부분의 공조설비 전문기업들은 칠드빔을 생산하거나 판매하고 있다.

시장조사 전문기관 Global Market Insights에 따르면 전 세계 칠드빔시장은 2019년 3억7,480만달러에서 2026년 4억3,100만달러로 성장할 것으로 예측했으며 오피스 건물에 다수 적용될 것으로 전망하고 있다. 코로나19와 원자재 상승으로 인한 시장영향은 향후 주목해야 할 과제로 보고 있다. 한국시장의 경우 수입제품이 주류를 이루고 있으며 일부 국내기업이 개발한 제품도 있으나 적용사례는 아직 없는 것으로 알려지고 있다.



현재 유원엔지니어링은 북미 시장점유율 40%를 차지하는 프라이스사 제품을, 지원에어텍은 독일의 크란츠 제품을, 보성테크닉스는 독일의 트록스 제품을 도입, 칠드빔시장 확대에 적극 나서고 있다. 실외기 일체형 복합환기 에어컨을 개발한 솔로이엔씨도 영국 Kiefer사 제품 도입을 검토 중이다.

업계의 한 관계자는 “현존하는 쾌적공조를 가장 잘 구축할 수 있는 칠드빔시스템은 국내 특수목적 건물에 국한돼 반영됐다”라며 “적용된 프로젝트 사례들을 보면 사무실, 병원, 연구소, 전시공간 등으로 주로 현열 처리에 중점을 두고 에너지절약정책측면에 집중해 프로젝트가 검토됐다”고 지적했다.

이 관계자는 “하지만 건축 실내 환경적 대처가 미흡해 냉방열량이 충분히 확보되지 못하고 운전제어의 전문지식이 요구돼야 하는 이유 등으로 메인 공조시스템으로 자리잡기보다는 부분적, 전략적 적용으로 기술보급이 지연되고 있다”고 밝혔다.



칠드빔, 신기술 공조시스템
건물의 현열냉방부하를 처리하기 위해서는 냉수를 사용하며 환기요건을 충족하고 잠열부하를 만족시키기 위해 공기를 사용한다. 냉수계통으로 현열부하를 감당하므로 실내에 공급되는 급기량을 획기적으로 감소시키고 에너지절약 및 쾌적성을 향상시키며 외기조화기(DOAS)와 효과적인 조합으로 전외기인 1차 공기를 공급하는 것이 가능하다.

또한 냉수가 공기보다 열전달에 효율적이기 때문에 에너지절약, 덕트크기 감소, 쾌적성 그리고 유지보수 용이 등 장점이 많다. 칠드빔시스템은 관련설비의 설치공간이 적게 소요돼 가용면적과 유효높이 확보에도 유리하다.

현재까지 가장 많이 사용되는 공조방식으로 전공기방식(All air sys)과 하이브리드(Hybrid) 방식인 수-공기방식(Water-air sys)이다. 전공기방식은 공기조화 도입 이래 20세기에 가장 많이 이용된 시스템이며 신선외기를 이용해 건물의 냉난방 부하 및 필요 환기량을 충족시켜왔다.

전공기방식은 건물의 열부하 처리를 위해 공기이송 장치인 공기조화기(AHU)와 덕트를 두고 실내 말단의 급기구(Air distributors)를 통해 신선공기를 공급하지만 효율적인 부하처리를 위해 급기량을 다양하게 조절하고 실내 부하변동에 신속히 대응할 수 있는 시스템을 계획하는 것은 설계자에게 상당히 어려운 과제다.

칠드빔시스템은 열용량이 큰 물을 열매체로 이용하므로 냉각에너지의 이송효율이 뛰어나 전공기방식에 비해 반송동력을 저감할 수 있어 에너지절약이 가능하다. 풍량감소에 의한 덕트방식에 비해 천장고가 낮아져 층고절감 이점과 유지관리비용이 절약되는 신기술 공조시스템이다.

업계의 한 관계자는 “칠드빔은 물이 현열부하를 처리하고 공기가 외기부하와 잠열부하를 처리하는 복합시스템”이라며 “일반적으로 급기를 100% 외기로 처리하기 때문에 현열냉각과는 반대로 제습과 환기가 주목적”이라고 밝혔다.



에너지절감·저소음·청결 강점
칠드빔시스템은 물을 이용하므로 공조시스템에서 팬동력 및 반송동력이 줄어들어 에너지절감이 가능하다. 냉수공급 온도가 7℃인 일반적인 시스템보다 칠드빔시스템에서 필요한 냉수온도는 15℃ 이상으로 높게 공급돼 냉동기 및 열교환장치의 효율을 증가시켜 에너지사용량이 감소한다. 수측폐열장치를 이용하면 에너지절약이 극대화된다.

또한 최대부하가 걸리는 일반 환기량대비 칠드빔시스템의 급기풍량은 15~40%만이 필요하며 오염된 실내공기를 R.A로 재사용하지 않고 100% 외부에 배출시켜 실내에서 유동하는 인체유해 VOC나 병원균 서식을 억제할 수 있어 청결하다.

칠드빔시스템은 일반적으로 실 내부에 팬이 설치되지 않기 때문에 전공기방식과 비교했을 때 취출소음이 낮게 유지된다.

환기기능이 없는 수동형 칠드빔(Passive beam)에 압출형(Displacememt) 취출시스템이나 바닥공조(UFAD)시스템을 급기로 결합할 경우 환기효율이 우수하고 실내소음도 현저히 낮출 수 있다.

공기보다 열용량이 큰 물을 이용하므로 덕트직경이 작아지고 열 반송장비 용량을 축소시킬 수 있다. 일반적으로 150mm의 냉수관은 6m²의 샤프트면적을 대체할 수 있어 실내 바닥면적 및 임대면적이 증가한다. 구동부 축소, 필터, 드레인 계통, 응축수 순환펌프, 기타 기기류의 용량감소에 의해 HVAC 시스템이 간소화돼 층고절감 등으로 필요공간이 절약된다.

팬코일 필터 또는 터미널유닛과 같은 구동부 교체가 필요없고 주기적인 코일청소 수행만 이뤄지기 때문에 유지보수비용도 절약할 수 있다.