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건물에너지최적화, 수배관시스템 ‘관건’

설비공학회, 냉난방수배관시스템전문 학술강연회 개최



대한설비공학회(회장 홍희기) 냉난방수배관시스템전문위원회(위원장 민준기)는 4일 한국과학기술회관에서 ‘에너지제로빌딩의 초석, 냉난방수배관시스템!’이라는 주제로 학술강연회를 개최했다.

민준기 위원장은 인사말을 통해 “위원회는 냉난방수배관의 과설계 방지, 공사비 절감, 에너지절감에 따른 운영비 절감과 냉난방수배관시스템을 합리적으로 사용하기 위해 지속적인 노력을 기울이고 있다”라며 “이러한 노력의 일환으로 한국에너지기술평가원으로부터 2016년 냉난방수배관 개선프로그램 개발사업을 수주, 지난 9월13일 론칭 발표회를 성공리에 개최하고 오는 12월6~7일 제1차 냉난방수배관 개선프로그램인 Hyd-SAREK 강습회를 개최할 예정”이라고 밝혔다.

이날 학술강연회는 △Hydronic system의 최적화 설계 전략(정재훈 삼신설계 전무) △제로에너지빌딩 달성을 위한 냉난방 수배관시스템 설계 프로그램의 개발(이남수 KBET 센터장) △Hydronic system’s Mockup!(Jonas Repsys IMI-TA T-Dir) △Hyd-SAREK의 효율적인 설계 및 운영방안(박동일 하나지엔씨 대표) △센서레스 인버터 일체형 라인펌프의 운영현황과 에너지 절감 기여 방안(박영한 모듈텍 대표) △VVIP를 위한 병원용 쿨빔시스템의 효율적인 운영안(김충회 G1에어텍 대표) △건축물 에너지절약시스템TECS4.0(윤재동 디앤이에스 대표) △급탕시스템 Heat pump 최적화를 위한 설계 및 시공(임태훈 LG전자 차장) △건식수배관시스템, 장수명주택의 새로운 패러다임(이현종 에코에너다임 대표) △광역상수 수열시스템 적용 냉난방수배관의 설계 사례(이태구 이젠엔지니어링 소장) 등이 주제발표됐다.

정재훈 삼신설계 전무는 ‘Hydronic system의 최적화 설계 전략’를 통해 제로에너지빌딩 시대에 대응할 수 있는 수배관시스템 최적설계의 필요성을 강조하며 펌프, 팬, 밸브 등 시스템 최적화프로그램을 설명했다.

PipeNet, FlowmasterV7, Fluidflow3 등 상용 프로그램과 학회 무료프로그램인 Hyselect을 소개했다. Hyselect은 기존 프로그램들과 비교해 유저인터페이스, 수배관설계, DB/data, 시뮬레이션 결과 측면에서 특징을 갖고 있다.

Hyselect은 사용할 밸브타입 수배관 계층 구조를 지정하고 배관길이, 펌프용량, 터미널유닛 용량 등을 입력 후 배광견, 압력손실값, 밸브사양 및 authority 값을 산출한다. 분석내용으로는 배관경 크기선정 알고리즘, 압력손실 계산법, 컨트롤밸브 Kv 선정방법 및 각 계층별 밸런싱밸브 Dp 선정방법, 컨트롤밸브 authority 계산방법 등이 있다.

이남수 KBET 센터장은 ‘제로에너지빌딩 달성을 위한 냉난방 수배관시스템 설계 프로그램의 개발’을 발표했다. Hyd-SAREK은 운전에너지 절감 및 과다설계 방지를 위한 냉난방 수배관 계산프로그램으로써 기존 S/W들의 접근성, 국산장비DB 사용불가 등 문제를 해결하고 모델링 편의성 개선으로 업무효율성을 향상시키는 데 목적을 두고 있다.

이번 프로그램은 분선모델 비교분석을 통한 시뮬레이션으로 신뢰성을 검증하고 ISO 25000에 따른 S/W 품질평가도 시행했다. 품질속성 및 하위속성 관계규목과 세부항목별 정량화 평가를 통한 품질평가 지표 95점을 획득했다.

Jonas Repsys IMI-TA T-Dir는 ‘Hydronic system’s Mockup!’을 발표하며 실제 수배관모형을 통해 기존 시스템과 IMI의 시스템을 비교했다. 이를 통해 최적화된 에너지효율 발란싱과 컨트롤, 과다·과소 히팅, 설비최소화, 파이프사이즈 최적화 등을 도출할 수 있었다.

박동일 하나지엔씨 대표는 ‘Hyd-SAREK의 효율적인 설계 및 운영방안’을 통해 수배관설계의 이해 및 ASHRAE 기준, 해외트랜드와 함께 Hyd-SAREK을 통한 효율적 설계에 대해 설명했다.

Hyd-SAREK을 사용해 기존의 문제점이었던 사용에 대한 가이드의 부재, 필수 data 불명확 등 문제를 해결했다. 또한 배관사이징, 마찰손실, 펌프양정, 컨트롤·밸런싱 밸브 선정, 배관순환로 분석 등을 통해 시스템 최적화를 이룰 수 있는 것이 장점이다.

박영한 모듈텍 대표는 ‘센서레스 인버터 일체형 라인펌프의 운영현황과 에너지 절감 기여 방안’을 발표했다. 암스트롱 센서리스 인버터 일체형 펌프를 소개하며 국내·외 대형 산업현장에 설치된 사례를 통해 시스템 비용절감을 위한 설비통합화를 강조했다.

특히 펌프, 인버터, 압력센서 각각 개별적으로 설치된 기존 현장들은 시공설치비, 자재비, 시운전 조정비 등 많은 비용이 투입돼야 하며 공조용 냉수유량 부하에 따라 변동되는 펌프 토출 압력변동만을 기준으로 회전수를 가감, 동일한 압력만을 유지하는 기능에 불과하다고 지적했다. 암스트롱 센서리스 인버터 일체형 펌프는 이러한 설비들이 하나의 장비로 통합됨에 따라 설치면적을 최소화하고 전체 시스템의 최적화를 통한 에너지절감에 대한 이점을 극대화했다.


김충회 G1에어텍 대표는 ‘VVIP를 위한 병원용 쿨빔시스템의 효율적인 운영안’을 발표했다. 쿨빔은 정숙함과 쾌적성이 요구되는 병원, 요양원 등 헬스케어 시설에 적합한 냉난방공조시스템이다. 실내공기질 향상성이 우수하며 전공기방식대비 최소외기 30~40%만으로 운전이 가능하고 축소된 중앙팬 1개를 이용함으로써 운전에너지를 최소화시켰다.

특히 내장된 열교환 코일과 기류혼합챔버 청소가 용이하고 팬, 필터가 없어 관리가 쉬워 유지보수비용이 절감된다는 특징이 있다. 제습을 위해 전외기방식 일반공조기를 사용하고 1차측 공기제어와 수축 빔유니트 유량제어 2단계로 제어함으로써 시스템 운전에너의 편리성을 높였다.

윤재동 디앤이에스 대표는 ‘건축물 에너지절약시스템 TECS4.0’를 발표하며 건축물의 각 부문별 에너지절약요소, TECS(Total Energy Cut-Down System) 구성 필수 설비, 에너지절약 공조시스템의 오해 및 에너지절약원리 등을 설명했다.

TECS를 구성하는 필수 설비는 냉동기(저유량 냉동기), 인버터 일체형펌프(반송동력), 제어밸브(데이터전송기능), 자동제어(프로그램제작) 등이 있다. 일반적으로 에너지절약을 위한 공조시스템설계에서 잘못 생각하는 부분이 1차측 순환펌프는 정속, 정유량 펌프로 100% 가동하고 2차측 순환펌프는 변속, 변유량 펌프로 유량조절을 하는 것이다. 이는 불필요한 2차측 순환펌프설비와 1차측 순환펌프의 불필요한 전력낭비를 초래한다.

윤재동 대표는 “냉·온수 유량은 각 부하존에서 실시간으로 송신되는 유량을 취합해 최저 25% 이하의 부분부하에서도 원활하게 운전되며 순환펌프는 변속, 변유량 펌프를 사용해 차압 원인을 제거하고 에너지절감 설계를 이룰 수 있다”고 설명했다.

임태훈 LG전자 차장은 ‘급탕시스템 Heat pump 최적화를 위한 설계 및 시공’을 통해 히트펌프를 사용한 수배관시스템 사례를 설명했다. 에너지절약 계획 설계 검토서 및 신재생에너지설비의 지원 등을 소개하며 LG전자가 수행한 수배관시스템 설치현장을 소개했다.

특히 급탕시스템을 구축하기 위한 최적온도 및 레지오넬라균으로부터의 안전범위 등을 고려하고 가구, 인원수, 기타요인 등을 고려한 급탕량 계산, 저탕용량 선정, 가열기 용량 선정, 열교환기 선정 등을 진행해야 한다. 열교환기 선정에 있어서도 판형과 간접가열코일을 선택하게 되는데 국내에서는 판형열교환기가 높은 비중을 차지하고 있지만 유럽에서는 간접가열코일이 대다수를 이루고 있다. 좋은 시스템과 설치선호도를 위해서는 간편함과 에너지효율, 장기간의 신뢰성 확보가 필수적이다.

이현종 에코에너다임 대표는 ‘건식수배관시스템, 장수명주택의 새로운 패러다임’ 발표를 통해 온돌의 발전과정과 현대 바닥난방시스템의 한계, 제로에너지빌딩에 걸맞는 건식바닥난방시스템을 소개했다.

우리가 일반적으로 사용하고 있는 습식 바닥복사난방시스템은 긴 시공기간, 배관의 파손 및 문제발생 시 유지보수의 어려움, 과도한 하중으로 인한 높은 구조비용, 두꺼운 단면 두께 등의 한계가 드러나고 있다. 하지만 최근 저에너지 건축물의 확산으로 적은 난방부하에 대한 대응이 가능하고 1·2인 가구 증가, 스마트기기를 통한 제어, 간헐운전에 따른 빠른 응답성이 요구되고 있는 상황이다. 

이현종 대표는 “건식 바닥난방시스템은 이러한 요구를 수용할 수 있고 쾌속난방·균일난방, 탁월한 온도조절 능력 및 에너지절감 우수성이 높게 평가받고 있다”라며 “특히 도심형주택·숙박시설·기술사 등 공사기간이 짧고 소형가구에 적합한 난방형태이며 리모델링이나 기존시설에 난방을 신설하는 데도 빠른 대처가 가능하다”고 말했다.

이태구 이젠엔지니어링 소장은 ‘광역상수 수열시스템 적용 냉난방수배관의 설계 사례’를 발표하며 광역상수 수열시스템의 개요와 기대효과, 적용 및 검토사례를 소개했다.

광역상수는 수도권 곳곳을 지나가고 거미줄처럼 연결돼있는 광역상수도망의 수열을 이용하는 시스템이다. 특히 계절별 온도대가 균일해 외기를 이용한 시스템보다 안정적인 시스템구현이 가능하다는 것이 장점이다. 또한 냉각탑이 필요없어 공간 및 경제성 제고에도 탁월한 효과가 있다.

가장 대표적인 사례로는 롯데월드타워의 1만9,800RT 냉난방 용량 중 약 25%에 해당되는 5,000RT를 광역상수로 충당하고 있는 것이다. 특히 심야시간에 히트펌프를 가동, 수축열조에 냉·온수를 저장해 사용함으로써 높은 경제적 효과를 발휘하고 있다.