1987년부터 지역난방 열원공급을 시작해 지금까지 약 30년 동안 운영된 집단에너지시설은 사용자 주거지의 쾌적한 환경과 삶의 질을 높이는데 매우 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 지역난방시스템은 기술이 진보함에 따라 시스템 개선 및 시설의 안정성 확보가 요구되고 있다.
대한설비공학회 하계학술대회에서는 이러한 지역난방시스템의 최신 트렌드를 반영하는 연구들이 발표됐다.
박태주 우원엠앤이 팀장은 ‘지역냉난방 적용 공동주택의 2-pipe 적용 가능성에 대한 검토’를 발표했다.
연구에 따르면 4-pipe 방식은 냉수배관과 온수배관을 분리해 설치하므로 각 배관에 적절한 유속으로 관경선정을 할 수 있고 중간기 동시 냉난방이 가능하다는 장점이 있지만 초기투자비가 통합배관에 비해 높다.
2-pipe 방식의 경우 냉수배관과 온수배관을 통합하므로 냉방 시 냉수유속이 높아지고 난방 시 온수유속이 느려지며 중간기 동시 냉난방이 불가능하다. 하지만 배관물량과 초기투자비를 줄일 수 있는 가장 큰 장점이 있다.
박태주 팀장은 “공동주택에 지역냉방 적용 시 초기투자비 절감을 위해 2-pipe를 적용하는데 이때 냉수 입출구 온도차를 대온도차(Δt=7℃) 조건으로 적용하고 난방은 대류난방 조건을 적용해야 한다”라며 “설계마찰저항 적용 시 열사용시설기준의 조건에 따라 10mmAq/m는 난방에 적용하고 냉방은 30mmAq/m를 적용해야 한다”고 말했다.
복합제어밸브, 최적 유량제어
김재경 지텍이엔지 차장은 ‘지역난방 열교환기 1차 측에 PICV(복합밸브) 설치에 따른 중온수 온도차(△T) 향상과 기대효과’를 통해 사용자시설 제어밸브에 복합제어밸브 적용이 적합함을 확인했다.
집단에너지시설의 대표기관인 한국지역난방공사 기술효율연구팀이 진행한 ‘사용자시설 복합제어밸브 적용 타당성에 관한 연구’결과에 따르면 Flow Control Industries. INC(USA)업체의 DeltaPValve가 최대 차압(△P) 10.3bar에서도 안정적인 제어성능을 보였다.
복합제어밸브의 필요부하에 따른 일정한 유량제어 성능은 일반 제어밸브의 제어성능을 뛰어넘어 최적의 유량 제어가 가능하며 이는 열교환 효율향상으로 이어져 기존시스템보다 적은 유량으로 높은 열출력 효과를 기대할 수 있다.
김재경 차장은 “사용자시설의 효율적인 에너지사용이 가능한 복합제어밸브 적용이 현 시점에 가장 시급한 개선방안이며 복합제어밸브의 적용은 반송 동력감소, 에너지사용 감소효과뿐만 아니라 사용자의 열사용 요금절감을 기대할 수 있다”고 설명했다.
4세대 지역난방 적용 히트펌프 성능 확인
이민우 고려대 대학원 학생은 ‘4세대 지역난방에서의 히트펌프 성능에 관한 해석적 연구’를 통해 4세대 지역난방에서의 저온열 활용방안을 검토했다. 덴마크에서 활발히 연구 중인 4세대 지역난방은 물의 공급온도를 60℃ 이하로 낮추고 twin pipe를 사용해 열손실을 최소화하는 차세대 지역난방이다.
4세대 지역난방에서는 비교적 저온열원으로 평가받던 신재생에너지의 활용가치가 대두됐으며 이를 활용하기 위해서는 낮은 온도를 보다 효율적이고 안정적인 방법으로 목표 공급온도까지 상승시켜 줄 수 있는 히트펌프가 반드시 결합돼야 한다.
이민우 학생은 “히트펌프 해석 프로그램을 통해 4세대 지역난방에서의 히트펌프 성능을 분석한 결과 저온열원으로써 사용되는 증발기 측 물의 입구온도가 23℃일 때 공급수의 온도를 35~50℃까지 올릴 수 있으며 이 때 히트펌프의 COP는 3.05임을 확인했다”고 설명했다.
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