지난 11월19일 개최된 ‘2021년 설비공학회 동계학술발표대회’의 공조부문&냉난방수배관(3) 특별세션에서는 건물 내 수배관시스템 최적화에 대한 논의가 이뤄졌다. 특히 한국형 BIM연계형 통합 수배관 계산프로그램으로 주목받고 있는 ‘Hyd-One’ 론칭설명회가 개최돼 많은 참관객의 관심을 받았다.
공조부문&냉난방수배관(3)세션은 △탄소저감을 위한 에너지절감 냉난방 수배관시스템 최적화 제안(박동일 하나지엔씨 대표) △실내공기 오염물질 저감을 위한 1인 사무공간의 최적 환기스케쥴 제안(최연비 서울과기대 학생) △개방형 수배관(소화배관)시스템의 비교성능 분석(도가현 경희대 학생) △밀폐형 수배관시스템에의 부분부하 운전시 CFD 연구방법(도가현 경희대 학생) 등 순으로 진행됐다.
통합 수배관 계산프로그램 ‘Hyd-One’ 론칭박동일 하나지엔씨 대표는 ‘탄소저감을 위한 에너지절감 냉난방 수배관시스템 최적화 제안’ 발표를 통해 Hyd-One의 특장점 및 기대효과에 대해 소개했다.
오는 2025년부터는 건축설계 시 BIM 사용이 의무화된다. 또한 정부는 2050 탄소중립 달성을 위해 최근 2030 국가온실가스감축목표를 상향 확정했다.
Hyd-One은 수작업으로 해석할 수 없는 수배관과 반송설비에 대한 이론적 사항을 해석해 △펌프양정 최소화 △팽창탱크 선정 △배관사이징 최적화 △인버터펌프 센서위치 선정 △콘트롤밸브의 최적제어성 확보 등을 실현할 수 있다.
이를 통해 기존 설계의 과유량, 저유량을 설계초기부터 배제해 초기투자비 최소화, 부분부하 운전 시 에너지를 최소화함으로써 온실가스 배출을 감소할 수 있다.
특히 BIM과 연계해 3D개념이 도입됨에 따라 설계단계에서 공종별 간섭이나 구성에 대해 대응할 수 있다. 또한 검토 및 수정이 용이해 현장에서의 소모적 논쟁을 줄일 수 있다.
박동일 대표는 “Hyd-One은 국내 최초 BIM연계 통합 수배관 계산프로그램으로 연말 출시할 예정이며 자동으로 모델링을 수행하고 국제표준인 IFC 기반 정보교환이 가능하다”라며 “밀폐형 수배관 및 개방형 수배관 모두 적용할 수 있고 다양한 배관조건을 설정해 모델링할 수 있다”고 밝혔다.
이어 “건물 수배관시스템에 최적화된 유량분배, 배관사이즈 및 유량제어밸브 선정을 통해 건물에너지 절감 및 저탄소 건축물을 구현할 수 있다”고 강조했다.
1인공간 최적 환기스케쥴 제시최연비 서울과기대 학생은 ‘실내공기 오염물질 저감을 위한 1인 사무공간의 최적 환기스케쥴 제안’을 발표했다.
최근 코로나19 팬데믹으로 인해 실내 재실시간이 길어지면서 실내공기질을 적절하게 유지하는 것이 중요해지고 있다. 바이러스 확산을 예방하기 위해 환기가 필요하며 환기는 건강에 부정적인 영향을 미치는 이산화탄소(CO₂) 농도도 낮출 수 있다.
1인창업과 소호사무실 수요가 증가에 늘어나는 1인 사무공간에 전열교환기를 설치하기에는 여건상 무리가 있으며 미세먼지의 유입을 최소화하면서 CO₂를 충분히 제거할 수 있는 환기스케쥴이 필요하다.
최연비 서울과기대 학생은 “바닥면적 26.8m² 업무공간을 대상으로 재실자 인원, 창문 및 문의 개폐, 공기청정기 가동여부 등의 변수에 따라 CO₂ 농도, 환기량, 미세먼지 유입량을 도출했으며 재실 후 172분 경과 후 CO₂농도 1,000ppm을 초과한다”라며 “적절한 실내공기질 유지를 위해서는 33분 이상의 환기가 필요함을 확인했다”고 밝혔다.
건물 수배관시스템 계산정확도 제고도가현 경희대 학생은 ‘개방형 수배관(소화배관)시스템의 비교성능 분석’ 발표를 진행했다.
개방형 수배관(소화배관)시스템은 실시설계 시 잦은 설계변경에 따른 오차가 발생하는 경우가 있다. 오차를 방지하기 위해 다양한 프로그램을 통해 설계정보를 수동 입력하는 방식 등으로 설계하고 있으며 이를 통해 최적화된 유량분배, 배관사이징, 소화설비 성능달성 등을 확인할 수 있다.
도가현 경희대 학생은 “소화배관시스템을 유동해석에서 구현하고 유동흐름을 3차원으로 시각화하기 위해서 연구를 진행했으며 실제 유량실험과 성능비교 분석해 신뢰도를 높이고자 한다”라며 “해석대상은 헤드 10개가 장착된 스프링클러 및 관창이 1개인 옥내소화전을 대상으로 유량과 압력을 확인했다”고 밝혔다.
유동해석과 수리계산 및 실제실험을 통한 스프링클러와 옥내소화전 유량과 압력을 비교한 경우 큰 차이가 없음을 확인했으며 추후 연구과제로 전체 소방배관에 대한 유동해석 특성연구가 필요할 것으로 보인다.
도가현 경희대 학생은 ‘밀폐형 수배관시스템에의 부분부하 운전시 CFD 연구방법’을 이어 발표했다.
설계단계에서 밀폐형 수배관시스템 최적화는 건물에너지 절감으로 이어질 수 있다. 최근 배관시스템의 유량밸브로 많이 사용되는 복합밸브가 적용되는 밀폐형 수배관시스템의 부분부하를 CFD를 통해 구현한다면 수배관시스템의 최적화에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
이번 연구는 CFD 해석방법을 이용한 밀폐형 수배관시스템의 특성연구를 기초자료로 활용해 복합밸브 부분부하 운전시 유동해석에서 구현하는 방법을 제시하기 위해 진행됐다.
도가현 경희대 학생은 “밀폐형 수배관시스템의 복합밸브 부분부하 CFD 결과 전체 시스템 및 복합밸브 구간의 유량은 설정된 유량에 대해 오차 6% 이내로 유지됐다”라며 “또한 전체 시스템 및 복합밸브 구간에서 압력강하는 사용가능한 범위인 0.03~0.4MPa를 만족했으며 이에 따라 밀폐형 수배관시스템 연구에 대한 부분부하 운전시 유동해석의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
통합 수배관 계산프로그램 ‘Hyd-One’ 론칭
1인공간 최적 환기스케쥴 제시
건물 수배관시스템 계산정확도 제고
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