대한설비공학회(회장 정재동)는 6월21일부터 23일까지 용평리조트에서 열린 2023년 하계학술대회에서 ‘데시컨트냉방’ 특별세션을 개최해 제로에너지건축물 냉방부하를 위한 방법과 환기시스템 발전방안을 공유했다. 

세션은 △제로에너지건축물의 하절기 실내환경과 환기장치 성능 개선점 분석(이대영 휴마스터 대표) △제로에너지건축물의 하절기 실내환경과 환기장치 성능 개선점 분석(정규진 경희대학교 대학원 기계공학과 학생) △제로에너지건축물의 하절기 실내환경과 환기장치 성능 개선점 분석(이현종 에코엔하임 대표) △액체식 제습공조시스템의 제로에너지건물 적용가능성 분석(이재희 한양대학교 건축공학과 학생) △복사냉방과 데시컨트 시스템을 결합한 냉수시스템 제안 및 운전 전략 분석(유석 서울대학교 건설환경종합연구소 연구원) 등 순으로 진행됐다.

고온다습 환경 맞춤 환기설비 필요

이대영 휴마스터 대표는 ‘제로에너지건축물의 하절기 실내환경과 환기장치 성능 개선점 분석’이라는 주제의 발표를 통해 제로에너지건축물 보급확산을 위한 고온다습한 여름 기후조건을 고려한 설비기술 연구 결과를 발표했다.

연구는 고온다습한 환경에서 난방부하를 최소화시키는 제로에너지건축은 고단열·고기밀 특성으로 냉방부하 중 특히 잠열부하의 비중이 큰 특징이 있으며 제로에너지건축물 보급확산을 위해서는 부하특성에 대응할 수 있는 설비기술 개발, 적용이 필요하다는 내용이었다.

이대영 대표는 “기존 판형 열회수환기장치는 잠열회수효율이 낮아 외기를 도입할 때 습기를 걸러내지 못하므로 환기를 할수록 실내가 가습되는 문제가 있다”라며 “회전형 열회수환기장치 등 잠열회수효율을 높일 수 있는 기술 적용을 검토해야하며 일본·중국·동남아에서도 매우 효과적”이라고 설명했다.

이어 “회전형 열회수환기장치 도입을 통해 고온다습지역 제로에너지건축물 맞춤 공기환경시스템으로 발전해나가길 기대한다”고 덧붙였다.

쾌적·에너지절약적 'HDVS'

정규진 경희대학교 대학원 기계공학과 학생은 ‘제로에너지건축물의 하절기 실내환경과 환기장치 성능 개선점 분석’의 주제를 바탕으로 발표를 진행했다.

정규진 학생은 제로에너지건축물의 쾌적한 실내환경 조성을 위해 하이브리드 제습·환기시스템(HDVS)을 제안하며 TRNSYS18 프로그램을 활용해 성능·실내 열환경의 동적 시뮬레이션 수행결과를 발표했다.

연구는 대상 공간의 실내 쾌적성을 적절히 유지하기 위해 기존 냉방시스템인 에어컨과 HDVS를 적용한 경우를 비교했으며 제어방법별 실내 쾌적성과 에너지소비량을 분석해 최종적으로 HDVS 효용성을 검증했다.

정규진 학생은 “동적 에너지 시뮬레이션을 통해 기존 에어컨과 하이브리드 제습환기시스템 제어방법별 실내 쾌적분포와 에너지소비량을 비교·분석한 결과 실내 쾌적성을 가장 효율적으로 유지할 수 있는 구성은 HDVS를 적용해 실내 쾌적성 지표(PMV)를 기준으로 제어한 경우 에어컨을 적용한 PMV 제어보다 에너지소비량을 52% 절감할 수 있었다”라며 “온·습도를 독립적으로 제어해야하는 환경이 증가하고 있는데 이에 대한 솔루션으로 효율적인 잠열제거가 가능한 HDVS를 적용한다면 보다 쾌적하고 에너지절약적인 실내환경 조성이 가능할 것”이라고 강조했다.

고효율·에너지절약형 'SDP 데시컨트 제습시스템'

이현종 에코엔하임 대표는 ‘제로에너지건축물의 하절기 실내환경과 환기장치 성능 개선점 분석’을 주제로한 발표를 통해 고효율 에너지절약형 중앙공급식 환기·제습시스템으로 적용이 확대되고 있는 외기전담시스템(DOAS)이 국내 건물에 적용될 경우 접근을 좀 더 쉽게하며 최적의 열원시스템을 구성할 수 있는 방법에 대해 설명했다.

이현종 대표는 “최근 실내 IAQ강화를 위한 최소외기를 수용하는 DOAS 공조기 필요성이 대두되고 있다”라며 “반면 성능을 장기간 유지할 수 있는 안정성과 실리카에 함유된 수분을 배출시켜야 하는 재생열 발생비용이 막대해 적용이 상당히 제한적”이라며 아쉬움을 표했다.

이어 “근래에 SDP(Super Desiccant Polymer)를 이용한 로터개발로 기존 실리카기반 로터의 한계를 개선한 제습을 통해 에너지 절약이 현실화됐다”라며 “SDP 데시컨트 제습청정환기는 지금까지 한 일보다는 앞으로 해야할 일이 많은 분야”라고 말했다.

쾌적한 실내환경 조성을 이뤄내면서 기존 냉각제습이나 데시컨트제습대비 에너지를 최대 70%까지 절감할 수 있는 SDP 저온재생 데시컨트제습청정환기시스템은 지속가능한 탄소제로 시대를 앞당길 수 있는 매우 중요한 요소기술이다. 특히 축열시스템과 연계해 구성하면 시스템효율을 6 이상, 에너지절감은 30% 이상, 장비효율을 30~35% 상승시킬 수 있다.

히트펌프·LD 결합 'HPLD 공조시스템'

이재희 한양대학교 건축공학과 학생은 ‘액체식 제습공조시스템의 제로에너지건물 적용가능성 분석’이라는 주제 발표를 통해 제습수용액 냉각·가열과 공기 현열냉각을 위해 히트펌프를 LD에 결합한 HPLD 공조시스템을 제안했다. 

또한 기존 증기압축냉각시스템과 비교를 통해 제로에너지건축물과 같이 낮은 현열비를 갖는 건물에 대해 제안시스템 적용가능성을 분석해 제안시스템의 효과적인 잠열부하처리로 실내온열환경 개선·에너지소비 절감측면에서 성능을 분석했다.

이재희 학생은 “건축물에너지 설계기준 강화와 제로에너지건축물에 대해 기존 증기압축냉각시스템과 온습도 분리제어기반 HPLD 공조시스템의 성능을 비교했다”라며 “제로에너지건축물과 같이 실내 잠열부하 비중이 높은 건물에서 기존시스템은 응축제습과 과냉각으로 여름철 실내 쾌적 만족도 비율이 24%까지 감소했다”고 발표했다.

HPLD는 공조시스템은 항상 100% 실내 쾌적도를 만족하며 제로에너지건축물에서 동일한 실내 쾌적도를 달성했을 때 HPLD시스템은 33.2%의 운전 에너지소비량을 절감했다. 이를 통해 제로에너지건축물의 여름철 공조시스템으로써 온습도 분리제어기반 HPLD 공조시스템이 적절하다.

고효율 실내 열환경 제어시스템 'THIC'

 유석 서울대학교 건설환경종합연구소 연구원은 ‘복사냉방과 데시컨트시스템을 결합한 냉수시스템 제안 및 운전 전략 분석’을 주제발표를 진행했다. 

유석 연구원은 하이브리드 데시컨트 냉방시스템과 복사천장냉방(RCC)시스템을 결합한 온·습도 독립제어(THIC)시스템을 제안하며 비교분석을 통해 디커플링 운영전략을 제시했다. 또한 실내 설계 온습도 조건에 따라 시스템의 열에너지 매칭문제를 분석했다.

연구는 THIC시스템의 디커플링 운전전략은 시스템이 실내 열환경을 효과적으로 제어할 수 있음을 검증했다. 시스템 운전전략은 쿨다운 시간과 일반운전 시간으로 구분돼야 해 디커플링 운전을 할 때 실내 노점 온도를 제어해 RCC시스템 유효 냉방량을 조절하면 실내 동적 부하에 효과적으로 대응할 수 있다.

유석 연구원은 “연구에서 제안한 THIC 시스템을 작동할 때 냉수와 온수가 동시에 필요하므로 냉방량과 난방량의 매칭 문제는 후속 연구로 다룰 계획”이라며 “중앙 히트펌프 형태로 냉수와 온수를 동시에 생산하는 열원시스템 형식의 타당성도 시스템 열에너지 분석을 통해 검증할 예정”이라고 밝혔다.