대한설비공학회 공조부문위원회(위원장 김선혜)는 5월23일 서울 강남구 세텍에서 열린 대한민국 기계설비전시회(HVAC KOREA) 부대행사로 공조&설비내진학술강연회를 개최했다고 밝혔다. 공조부문위원회가 주최했으며 세텍 컨벤션센터 2층 세미나실2에서 관련 업계종사자들이 참여한 가운데 진행됐다.

김선혜 대한설비공학회 공조부문위원회 위원장(서울과학기술대 교수)은 “이번 학술강연회를 위해 다양한 주제를 많이 준비했다”라며 “배관내진설계, 액체식제습통합공조 적용방안 등 다양한 의견을 나눌 수 있는 자리가 되길 바란다”고 말했다.

김보선 엔트(AENT) 이사는 ‘액체식 제습 통합공조 적용방안’을 주제로 엔트에서 진행하고 있는 연구와 사업들을 소개했다.

김 이사는 “공조관련 최근 트렌드는 제로에너지 공조 달성과 실내공기질 유지 등이다”라며 “제로에너지 달성을 위해 건물 단열성능이 높아짐에 따라 현열부하는 줄어들고 있지만 상대적으로 잠열부하가 증가하고 있어서 다양한 잠열을 어떻게 잘 처리할지가 중요한 이슈가 되고 있다”고 밝혔다.

이어 “코로나19 이후 증가한 공기질에 대한 관심은 환기시스템이나 냉난방시스템에 대한 체계적인 관리요구로 이어지고 있다”고 덧붙였다.

액체식 제습은 흡습성능이 있는 용액을 활용해 공기 습도관리를 하는 기술이다. 액체식 제습의 가장 큰 특징은 제습뿐만 아니라 가습이 가능한 점이다. 

김 이사는 “회사 내부에서는 액체식 조습이라는 단어를 사용하는데 실질적으로 엔트는 상습을 유지하는 시스템을 많이 공급하며 등온‧냉각제습 등 고객요구에 따라 공기를 원하는대로 조절할 수 있다”라며 “또한 액체식 제습의 필요냉각이나 필요가열 수치를 다른 증기압축식시스템이나 제습로터와 비교했을 때 친환경적인 요소도 지니고 있다”고 말했다. 

여러모로 이점이 있는 제습기술이지만 지금까지 건물공조에 활용되지 못한 건 산업용시스템에는 적합하나 상업‧가정용시스템에는 적합하지 않았던 설비와 기계실에 들어갈 수 없는 장비 크기 문제 때문이다.

엔트는 이러한 문제점을 타개하기 위해 액체식 제습과 히트펌프를 결합한 장비소형화 및 모듈화를 추진해 건물공조시장에 진입하고 있다. 

김 이사는 “현재 미국 스타트업기업들은 이러한 문제점을 해결해 건물공조에 뛰어들고 있는 상황”이라며 “엔트 역시 서울시 가족센터에서 테스트를 진행해봤으며 올해는 필리핀 학교에서 여름철 부하관련 테스트를 계획하고 있다”고 액체식 제습기술 향후 가능성을 강조했다.

류석원 비앤에스조인트 팀장은 ‘기계설비법에 근거한 배관 내진설계 방법’을 주제로 발표했다. 

우리나라 지진발생현황은 2016년 규모 5.8의 경주지진과 2017년 규모 5.4의 포항지진을 기점으로 급격히 증가하고 있다. 이에 따라 행정안전부와 국토교통부는 내진설계 필요성을 담은 △2017 포항지진백서(행정안전부) △건축물의 구조기준 등에 관한 규칙(국토교통부)  △KDS 41 17 00 건축물 내진설계기준(국토교통부) 등을 발표한 바 있다.

현재 내진설계방향은 2018년 ‘국토교통부령 제 555호’에 의해 기계설비내진설계가 의무 대상임을 규정했으며 소방시설은 지진으로 인한 인명피해 방지와 2차 화재예방을 위해 소방청 고시 ‘소방시설의 내진설계기준’에 따라 설계되고 있다. 

류 팀장은 “2018년 KDS 17 10 00 내진설계가 일반제정됐으며 2021년에는 KCS 31 50 10 15 내진설비공사 개정됐다”라며 “2023년에는 국토교통부를 통해 대한설비공학회 주관 내진설계기준 개정안과 내진설비공사 개정안을 수행해 제출했지만 현재 검토는 들어가지 않은 상태”라며 현 상황을 설명했다.

이어 류 팀장은 “내진설비시공 전에 프로그램을 활용해 사전검토하는 것으로 적절한 내진설계를 할 수 있다”라며 “먼저 기계설비법에서 제시하는 범위와 내진설계 대상을 구분, 비구조요소 내진설계 필요성과 근거를 확인한 후 응력해석 프로그램을 활용해 지반가속도에 따라 지진하중의 영향을 검토하고 이를 보완하는 단계를 따르면 된다”고 말했다.

조상문 조아앤써 이사는 ‘교육환경평가의 가설방음벽 높이에 따른 차음성능과 공사비 비교’를 주제로 김영일 서울과학기술대학교 교수와 진행한 연구에 대해 발표했다.

조 이사와 김 교수는 현행 교육환경평가 승인제도가 재산권침해 및 기후변화를 고려하지 않고 있음을 파악해 이번 연구를 진행했다. 

조 이사는 “최근 기후변화가 가속화되는 상황 속 세계는 탄소중립‧녹색성장 기본계획에 따라 에너지, 산업, 건물, 수송 등 모든 분야에서 온실가스배출제로정책으로 나아가고 있지만 현행 교육환경평가 승인제도는 기후변화 상황과 나아가 재산권침해까지 고려하지 않고 있다”라며 “연구를 통해 국내‧외 기후변화 정책에 부합하며 교육환경 보호제도의 지속가능성을 확보할 수 있는 제도 개선 기초자료를 제공하고자 했다”고 말했다.  

현재 교육환경평가제도는 2016년 교육환경법으로 분리되면서 운영 중인 학교의 소음, 일조권 등의 기준을 적용해 심의대상을 넓혔다. 소음영역은 학교건물의 기준을 만족시키기 위해 가설방음벽 설치를 검토하는 방식으로 심의된다. 

그런데 실제 교육환경평가 심의현장에서는 심리적요인으로 인해 가설방음벽을 최적 높이보다 더 높게 설치하고 있다. 즉 가설방음벽 과다설계로 인해 전 지구적 환경부하가 증가하고 있는 상황이다.

조 이사는 “가설방음벽은 재질, 운영방안, 소음원과 이격거리 등 설치방법에 관한 연구가 주를 이루고 환경영향에 관한 연구는 미비한 상황”이라며 “2021년 시작해 2025년까지 예정된 제4차 소음진동관리종합계획 수립연구는 소음영향을 최소화하는 방법에서 소음발생원을 관리해 개선하는 방법으로 변화를 꾀하고 있으며 이러한 변화와 국내외 환경관련 정책에 부합하기 위해 교육환경평가 내 가설방음벽에 대한 산업분야의 이해와 재원조달을 위한 연구가 필요하다”고 말했다.

이번 발표를 통해 조 이사는 여러 실증데이터를 쌓은 연구결과를 토대로 “건설부문 환경영향은 건설기계와 매우 밀접한 관계가 있다”라며 “소음도가 매우 큰 굴삭기나 불도저 등 내연기관건설기계를 전기를 에너지원으로 사용하는 기계로 도입하며 정부 및 민간업체의 친환경건설기계성능개선 등 기술적 완성도를 해결할 필요가 있다”고 강조했다.

송차원 ES에너지연구소 대표는 ‘친환경 건축시뮬레이션 소프트웨어’를 주제로 티안빌딩엔지니어링그룹(Tian Building Engeineering Group)의 친환경건축분석 소프트웨어 ‘BIM HVACTool’을 소개했다.

티안빌딩엔지니어링그룹은 친환경 건설시뮬레이션 전문가들이 모여 독일 베를린에 본사를 둔 기업으로 싱가포르, 러시아, 중국 상해, 한국에 지사가 있으며 뉴욕과 런던 및 인도에 확장 준비를 하고 있다. 

송 대표는 “BIM HVACTool은 모델링을 따로 할 필요 없이 한 개의 모델링으로 모든 기류분석을 가능케하는 CFD시뮬레이션도 확장하고 있다”라며 “지금 현재 내외부 기류분석 및 이산화탄소‧일산화탄소 배출 분석 등이 가능하다”고 말했다. 

BIM HVACTool 점점 복잡해지는 건물과 시뮬레이션으로 직관적으로 구현하며 △OpenFOAM △EnergyPlus △Radiance △FDS 등 유명한 오픈소스•유료코드가 융합된 프로그램이다. 이를 통해 티안빌딩엔지니어링그룹은 △싱가폴 창이공항 △싱가폴 웨스트게이트쇼핑센터 △상해 23층 오피스건물 △싱가폴 키자니아 등의 건물 시뮬레이션을 시행한 바 있다.

송 대표는 “에너지해석 모델링을 해 벽체구성의 다양한 조건들을 입력하면 온도 및 기류 속도 등 에너지 사용량 분석을 할 수 있다”라며 “일조•일사의 실외 및 실내 분석이나 CFD기류 해석 등도 가능하다”고 BIM HVACTool의 기능을 설명했다.  

이두환 에너지엑스 ESG사업팀 팀장은 ‘플러스에너지빌딩(PEB)를 달성한 에너지엑스DY빌딩 주요 기술과 플랫폼 소개’를 주제로 발표했다.

에너지엑스 DY빌딩은 2023년 8월 에너지자립률 121.7%를 달성해 국내 최초 플러스에너지빌딩이자 상업용 건물제로에너지빌딩 1등급을 취득했다. 이 빌딩은 근린생활시설과 교육‧연구시설로 이뤄져있다. 

이 팀장은 “DY빌딩에서 제로에너지를 달성하기 위해 가장 중요했던 분야는 재생에너지기술이었다”라며 “새로운 재생에너지기술도입은 아니고 굉장히 많은 일체형 태양광시스템(BIPV) 기술을 투입해 설계단계에서부터 태양광을 중심으로 건물구조를 구성했다”고 말했다. 

에너지엑스는 건물설계 전 시뮬레이션을 통해 준공이후 건물 에너지수치를 파악했다. 예를 들어 태양광발열을 해소하기 위한 통풍을 고려해 바람길을 분석하는 시뮬레이션을 진행하거나 에너지의 경우 ZEB인증평가 프로그램인 ECO2를 활용해 패시브기술과 액티브 기술로 나눠서 적용했다.

에너지엑스는 향후 국내에선 아직 인증사례가 없는 ‘LEED ZERO’ 평가도 준비하고 있다.

이 팀장은 “지금까지 건물등급 인증 시 ECO2 기반 인증시뮬레이션을 통해 예측해 평가하는데 예측이다보니 사실 실제 모니터링해서 검침하는 에너지수치와는 다르다”라며 “앞으로 에너지엑스는 건물 입주완료 후 1년간 모니터링기간을 거쳐서 건물에너지데이터 등을 수집해 2025년 상반기에 ‘LEED EB’를 취득해 글로벌홍보도 계획하고 있다”고 강조했다.

국산화 앵커 개발… 비용절감‧수급안정화  

임혜영 양수금속 연구원은 ‘원터치 내진인서트(P1)’를 주제로 발표했다. 

양수금속은 내진안전과 관련된 지진‧화재‧산업재해를 비롯한 모든 위험을 감소하는 제품 및 서비스를 제공하는 기업으로 2018년부터 내진관련 제품연구를 전문적으로 진행해오고 있다. 

이번 발표를 통해 소개된 원터치 내진인서트(P1)는 2020년 중기부 산‧학‧연 콜라보 R&D지원사업에 선정돼 개발됐다. 콘트리트 타설 전 설치해 양생 후 전산볼트를 삽입해 앵커볼트 기능을 한다. 

임 연구원은 “2016년 소방시설의 내진설계 기준이, 2018년엔 비구조요소 내진설계 관련 건축법이 시행돼 소방비구조요소 내진설계 의무화로 설계의 중요도가 계속 높아지고 있다”라며 “그러나 내진설계용 후설치 앵커는 100% 수입에 의존하고 있어 국산화 개발을 위해 낮은 제조단가 및 내진성능 확보가 필요했다”고 제품 개발배경을 설명했다. 

양수금속이 개발한 원터치 내진 인서트(P1)는 2024년 1차 NET(신기술) 인증 최종 선정됐으며 부산대 지진방재센터의 ICC-ES AC446 내진실험 공인성능을 지닌 높은 품질의 제품이다. 

또한 쉬운 설치 방법과 낮은 단가를 특징으로 지닌다. 원터치 내진 인서트(P1)은 선설치앵커와 후설치앵커로 나뉜 기존 두 단계를 한 단계로 통합해 시공의 편리성과 공사 시 장비를 최소화시켰다. 이를 통해 시공 인건비를 절감했으며 기존에 100% 수입에 의존했던 후설치앵커를 국산화 앵커로 대체할 수 있게 해 자재비 또한 줄였다. 국산제품 사용으로 수급안정화도 꾀할 수 있다. 

이어 임 연구원은 “원터치 내진 인서트(P1)는 소방내진시공현장과 비구조내진시공현장 등에서 활용가능하다”고 말했다.

정경윤 한경기전 대표는 ‘에너지 다소비건물의 에너지절감을 위한 자동제어솔루션 개발’을 주제로 발표했다. 

정 대표는 “기계설비법에서 자동제어는 ‘설비의 감시, 제어, 관리 및 통제 등을 위한 설비’로 정의하고 있다”라며 “참고로 건축 총 사업비에서 자동제어가 차지하는 비율은 BEMS나 제로에너지를 포함해 1~2%인데 건물용도에 따라 그 비율이 달라지며 최근 이슈화되고있는 데이터센터 등에선 자동제어가 주요시스템으로 주목받고 있다”고 말했다.

자동제어시스템은 건축의 후속공정에 속하기 때문에 상대적으로 전공인력도 적은 편이며 기술 개발속도도 느린 편이다. 

정 대표는 “최근 몇 년간 타 산업계에서 IoT기술은 거의 보편화됐지만 건축분야 자동제어시스템에선 최근 들어서 보편화되는 상황”이라며 “향후 스마트빌딩서비스가 표준화될 것이며 이를 통해 건물별 제어시스템이 가능해지고 나아가 도시 에너지지도가 그려질 수 있을 것 같다”고 말했다.

건축분야 자동제어시스템은 에너지절감 및 예측을 가능케 한다. 이 때문에 △녹색건축물 인증제도 △건물에너지효율등급인증 △BEMS인증 △제로에너지건축물 등에 있어서 자동제어관련 평가항목이 있다.

정 대표는 “현재 한경기전의 ‘에너지절감 래치형 빌딩자동제어시스템’은 대기전력을 절감해 탄소배출량을 줄이는 시스템”이라며 “BEMS부에 축적된 데이터를 통해 다양한 트렌드 분석 및 에너지사용량을 예측해 에너지를 절감하며 에너지인벤토리를 활용해 일간, 주간, 월간, 연간 단위 탄소배출량 측정 및 분석이 가능하다”고 강조했다.

박종준 조아앤써 대표는 ‘물류센터 내부작업장 환경개선에 대한 CFD를 활용한 기계설비 개선 사례연구’를 주제로 발표했다. 

박 대표는 “CFD시뮬레이션은 컴퓨터를 활용해서 유체흐름을 시뮬레이션하고 예측하는 기술로 실제 유체흐름을 파악하고 문제를 해결하는데 유용하게 사용하며 다양한 산업에 이용하고 있다”라며 “상대적으로 적은 비용으로 원하는 지점에 정확한 예측을 할 수 있으며 데이터를 시각화하기에 직관적인 이해가 가능해 컨설팅과 의사결정에 적극적으로 사용할 수 있다”고 말했다.

현재 CFD시뮬레이션은 기상관측과 항공‧자동차분야에서 적극적으로 활용되고 있으며 건축물에서는 외부 풍환경이나 아트리움 및 공연장 등에서 실내환기에 활용되고 있다. 또한 HVAC 및 공조시스템 연구 시에도 활용된다.

조아앤써에서는 물류센터 내 작업장, 냉동창고, 상온물류창고 등에서 CFD시뮬레이션을 활용해 해결책을 고안해낸 사례를 가지고 있다. 

박 대표는 “물류창고에서 내부포장 작업 시 드라이아이스를 사용하고 작업자로부터도 CO2가 발생하는 내 CO2 농도 증가에 따른 실내환경 검토사례로 이를 개선하기 위한 프로젝트였다”라며 “CO2 농도를 조절하려고 기계적인 유인팬 설치를 검토했으며 설치 전 시뮬레이션을 통해 급기, 배기, 쿨러 등의 풍량과 유인팬 설치•미설치 등으로 케이스를 달리하며 CO2농도 변화와 분포도를 파악했다”고 실제 사례를 소개했다. 이어 “시뮬레이션을 실시한 결과 기존 설비에 유인팬 6개를 반영한 케이스가 가장 좋은 개선을 보였으며 이후엔 더 좋은 개선을 위해 풍량이나 유인팬 설치 위치 등을 시뮬레이션해봤다”라며 “최적의 설계라는 건 적절한 시공비와 높은 성능이 결합됐을 때이기에 조아앤써는 그 균형을 찾기위한 여러가지 분석을 시도한다”고 말했다.

끝으로 박 대표는 “시뮬레이션은 현실적인 값을 넣어야 좋은 결과가 나오며 현실적이지 않은 값을 넣었을 땐 정말 좋지 않은 결과가 산출되는 영역”이라며 “CFD시뮬레이션을 하다보면 열역학이나 육체역학 등 많은 역학의 기본지식이 필요하며 그러다보면 기계설비에 대한 이해도 자연스럽게 필요한데 특히 더 정확한 시뮬레이션을 위해선 그런 이해도가 선행돼야 한다”고 강조했다.