우리나라에는 아직까지 생소한 설비기술이 있다. 바로 ‘수배관 분배공학 기술(Hydronic Engineering)’이다. 미국, 유럽은 물론 가까운 싱가포르의 경우만 보더라도 Hydronic engineering이 ‘수배관 분배공학’이라는 학문으로 정립돼 전문적으로 가르치고 있다.

전세계 에너지소비의 40%가 빌딩에서 사용되며 이중 50%가 HVAC(냉난방 공조)에서 사용되고 있다. HVAC 시스템을 나누면 열원발생장치인 칠러, 보일러설비와 열 반송설비인 펌프, 열을 실내로 공급하는 공조기, 팬코일 유니트, 방열기로 나눠진다.

이 모든 기기들은 수배관으로 연결되고 수배관을 최적화함에 따라 에너지 사용량을 최소화할 수 있다. BEMS는 모든 HVAC 기계장치들을 감시, 분석, 지휘 감독하는 최고의 에너지절약 Tool이다.

HVAC시스템의 에너지를 가장 많이 다루고 있는 Hydronic Engineering은 BEMS와 밀접한 관계를 갖고 있다. 결국 Hydronic Engineering을 이용해 밸런싱밸브, 차압제어밸브, 컨트롤밸브 등을 최적으로 선정함으로써 냉난방 수배관시스템 최적화를 통해 시스템효율을 개선하면 30% 이상의 에너지절감을 실현할 수 있다.

여기에서 중요한 것 중 하나가 코일과 밸브의 특성을 기술적으로 정확히 분석해야 한다. 미국공조냉동공학회(ASHRAE 90.1)에 기술된 코일의 성능특성과 컨트롤밸브의 성능 특성에 따른 BEMS의 순환로 특성을 알고 정확한 장치를 선정하고 사용해야 에너지절감 목표를 달성할 수가 있다는 것.

결국 설계단계부터 엄청나게 복잡해지고 과거의 수작업으로는 해석할 수 없는 수배관과 반송설비에 대한 이론적 사항을 전문 프로그램 TOOL을 이용해 △펌프양정 최 소화 △팽창탱크 선정 △배관 사이징 최적화 △인버터펌프 센서 위치(Index Point) 선정 △컨트롤 밸브의 최적 제어성 (Authority) 확보 △배관 순환로 마다의 차압 △유량 등을 종합적으로 검토해 손쉽고 정확하게 설계하고 있다.

특히 ASHRAE 90.1에서 요구되는 기능을 갖춘 장치들 로 시공되고 이를 검증할 수 있는 Scope를 통해 설계대로 검증할 수 있다면 최적화된 냉난방 수배관시스템을 설계할 수 있다.

이럴 경우 기존 설계의 과유량, 저유량을 설계 초기부터 배제해 최적화함으로 초기투자비 최소화, 부분부하 운전 시 에너지를 최소화함으로써 온실가스 배출 감소와 에너지를 절약할 수 있다. 실제로 선진국에서는 이를 시행하고 있다.

우리나라 현실은 어떠한가

냉난방시스템의 열원 전달은 아주 복잡한 수배관으로 연 결되고 수배관을 최적화함에 따라 에너지 사용량을 최소화 할 수 있는 공학적 기술이 바로 ‘Hydronic engineering’ 이다. ‘Hydronic engineering’은 유럽, 미국 그리고 동남 아 싱가포르 등의 지역에서 이미 사용되고 있는 시스템이지 만 국내에서는 아직 생소하다.

실제로 민준기 설비공학회 수배관위원회 위원장은 “설비 엔지니어로서 20여년간 설계실무에 종사했지만 냉난방 수 배관시스템에 대한 중요성을 인식하지 못했지만 최근에야 중요성을 인식하게 됐다”라고 밝힐 정도다. 이는 우리나라 의 현실을 반영한 것이지만 중요성을 인식한 만큼 위원회 가 구성되고 발빠르게 움직이고 있어 다행스러운 부분이다.

다시 말해 우리나라는 수배관시스템 최적화는 초보적 단 계를 벗어나지 못하고 있는 실정이다. 이렇다보니 설계-시 공-시운전-조정단계에서 수배관시스템 설계부터 과학적, 기술적 접근으로 확인할 수 없었다. 또한 검증기준과 Tool 을 갖지 못해 Overflow, Underflow가 이뤄지고 Balance 가 제대로 잡히지 않아 과유량에 따른 제어성 불량과 저유량 에 따른 펌프동력 과소비로 많은 에너지를 낭비하고 있었다.

이에 따라 이미 선진국에서 널리 사용하고 있는 전산 수 배관 설계 프로그램, Device의 최적 선정 및 부분부하 시 수배관 내를 검증할 수 있는 Scope 등 에너지 ICT 융복합 기술을 구현한다면 정부에서 추진 중인 2030년까지 온실 가스 배출 37% 저감 대책을 실현하는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

활성화 방안은 무엇인가

우리나라의 설계규정도 최적화된 냉난방 수배관시스템 이 설치될 수 있도록 ‘법제화’해야 한다는 목소리가 높다.

현재 국토교통부는 ‘에너지절약 설계검토서’ 의무사항 중 기계설비분야에서 열원장비인 보일러, 냉동기의 고효율 인증 제품 사용을 유도하기 위해 배점에 차별화하고 있다.

특히 열을 운송하는 펌프와 열회수장치, 열을 소모하는 터미널(공조기, 팬코일 유닛, 방열기 등)과 공기를 운송하는 송풍기, 열수송 관로인 닥트배관의 보온재, 장비의 가변제어 등 다양한 고효율에너지기자재와 가변운전을 통한 에너지절감의 노력을 펼치고 있다.

그러나 안타깝게도 주 열원을 운송하고 제어하는 수배관 에서의 최적화와 기준이 전혀 없다. 단지 단열에 대한 부분 만 있다.

열원을 가장 많이 다루고 사용되는 부분의 최적화를 통한 효율적인 에너지절감을 위해 설계규정 법제화가 시급해 보인다.

업계의 한 관계자는 “현재 국내의 경우 설계사무소에서 손으로 계산해 이뤄지는 수배관시스템을 선진국에서 널리 사용되는 전산 프로그램을 이용한다면 굉장히 복잡해지고 손으로 계산하기 어렵고 검증조차 할 수 없는 부분을 해결해 최적화된 에너지관리 및 절감안을 제시할 수 있다”고 강조한다.

인체의 호흡기와 같은 공기를 전달하는 덕트시스템, 심장역할을 하는 칠러 및 보일러 등 HVAC시스템을 유기적으로 연결해 주는 인체의 혈관과 같은 배관시스템(Hydronic System). 결국 건물에너지 절감을 위해서는 모든 시스템을 최적화할 수 있는 설계가 필요하고 결국 냉난방 수배관 공학 (Hydronic Engineering)이 건물에너지 절감의 핵심이 될 것으로 기대된다.