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‘건물 혈관’ 수배관시스템, E절감 무관심…타개책은?

이슈화·인식확산·교육 지속돼야
과설계 ‘심각’…실시간M&V 필요
시스템요소간 정보공유 원활해야


열원설비는 건물에 적용되는 열원장비인 냉동기, 보일러, 열운송장비인 펌프, 열원 사용기기인 공조기, 팬코일유니트, 그리고 이를 제어하는 자동제어로 나뉘어 공급, 설치, 운영되고 있다.


이와 같은 열원설비와 운송장비, 자동제어를 원활하게 연결하는 것이 ‘냉난방수배관시스템’이다.


미국냉동공조학회(ASHRAE) 기술기준에 따르면 수배관시스템의 최적화만으로도 건물 내 30%의 에너지절감을 실현할 수 있다.


그러나 이는 국내에서는 실현되지 않고 있으며 관심도도 낮다. 일례로 에너지절약계획서도 수배관최적화는 고려하지 않으며 시장에서도 깊은 고민이 없는 실정이다.


이에 따라 본지는 대한설비공학회 냉난방수배관시스템전문위원회와 함께 민준기 경희대 교수를 좌장으로 ‘수배관시스템 최적화방안 간담회’를 개최함으로써 시스템차원의 절감방안을 모색해봤다.


■ 냉난방수배관시스템 에너지절감에 대한 시장인식


민준기 열원설비에서 제일 중요한 냉난방수배관계통을 설계·시공과정에서 간과해 추가 에너지절감을 달성하지 못하고 있다. 설계기준조차 다루지 않는 분야인 수배관시스템을 향후 기계설비법 하위법령에 반영할 수 있도록 필요성을 강조하기 위해 간담회를 마련했다.


먼저 냉난방수배관시스템 에너지절감에 대한 시장의 인식진단을 위해 각자 의견을 부탁드린다.


정재훈 기술제안, 설계공모 시 원가절감과 에너지효율을 확보할 수 있는 아이템을 어떻게 넣을지를 먼저 고민한다. 통상 에너지절감은 에너지절약계획서뿐만 아니라 에너지효율등급에 맞춰 진행되는데 개별장비와 같이 세부 아이템별로 접근하며 수배관 전체시스템에서 밸런싱문제, 배관, 펌프, 등을 포괄적으로 고려하지 않고 있다.


현재 인식은 아이템 위주로 가는 추세이고 제품은 금액을 고려해 결정하는 것이 일반적인 설계사 입장이다.


장창익 수배관 최적설계가 필요하다는 인식은 어느 정도 공감대가 형성됐다고 본다. 그러나 설계사가 수배관관련 제조사와 협력관계여서 과한 용량산정을 한다는 점이 아쉽다.


발주처나 수요처에서 원가절감을 강조하기 때문에 시공사도 자유로울 수 없는데 과잉설계로 비용이 늘어나 실제 준공 후 운영상의 합리성보다 원가절감에 집중하게 된다.


실제 LCC(Life Cycle Cost) 등은 고려되지 않는데 이와 같은 부분을 이 자리의 설계·제조·시공사 및 학계에서 차근차근 풀어야하지 않겠나.


김진 자동제어기업 입장에서 시공·설계의 적절성을 평가하기는 어렵지만 현재 체감하는 것은 운영단계에서 문제가 너무 심각하다는 점이다. 실제 현장에서는 변유량·변풍량 등 에너지절감에 효과적인 시스템이 상당부분 설치됐음에도 불구하고 시설운영·관리자들이 전혀 사용하지 않는다.


이들의 기술적인 성숙도가 낮은데다 재실자의 민원만 안 들어오면 된다고 여기기 때문이다. 설비들이 알아서 해주길 바라지만 사실상 설비가 아무리 좋아도 운영자가 관심이 없으면 에너지절감은 이뤄질 수 없다.


또한 에너지담당자가 없다는 점도 문제다. BAS·BEMS의 운영과 관련해 현장담당자와 만나려고 하면 기계·전기·통신담당이 매일 번갈아 찾아온다.


이와 같은 현실 때문에 결국 빙글빙글 돌아 건물에너지시장을 잡아먹고 있다. 몇 억원어치 설비를 넣었는데 에너지절감이 하나도 안 된다며 인식을 악화시키고 있다. 이는 시설유지관리나 운영상의 구조적 문제다.


이강창 펌프제조기업의 실무자로 현장에 갈 기회가 많다. 현대건설에서 말했듯 초기에는 효율보다 가격이 화두다.


건물부문과 달리 산업부문은 국가목표관리제 등으로 관심이 높다. 에너지진단, 에너지TFT 구성 등 실절적으로 에너지를 줄이려는 노력이 시행된다.


반면 건물부문은 소유자와 에너지비용지불의 주체가 다르다. 이에 따라 에너지절감방안을 제안해도 투자까지 이어지는 사례가 적다. 또한 투자회수율(ROI)도 산업체 경우 펌프는 3년 안팎이 나오는데 건물은 이를 훨씬 상회하기 때문에 상황을 가중시키고 있다.


송성범 에너지밸브기업으로서 건물 에너지절감 관련 솔루션을 제안하다보면 이를 투자가 아닌 비용으로 인식하는 경우가 많다.


물론 주요 설비는 고효율장비를 찾거나 BEMS를 적용하는 등 비중있게 접근하지만 이와 같은 관심이 밸브까지 이어지지 않는다. 펌프를 인버터로, 냉동기를 고효율로 쓰는 경우는 있지만 정작 열원을 사용하는 부하측에 대한 관심은 낮다.


부하측에서 낭비되는 부분을 줄이는 것은 분모를 줄이는 것이다. 사용량 자체를 줄여놓고 인버터펌프, 고효율냉동기를 써 전체 절감량 줄이는 것이 효과적일텐데 이를 간과하고 있는 점이 아쉽다.


박동일 사실 이와 같은 논의는 우리나라 설비전체의 문제일 수 있다. 열생산 및 사용, 분배계통 등을 총괄한 뒤 BEMS와 연결해 시스템화해야 실질적으로 가장 효율적인 BEMS가 나온다. 지금은 BEMS가 완벽할 수 없는 구조다.


설계사는 건설사의 눈치를 안 볼 수 없고 건설사는 입찰제가 있으니 금액을 생각 안 할 수 없다. 그러다보니 기술이 좋은 것은 알아도 이를 얼마나 적용할 것인지가 문제가 되고 있다.


해외 선진국은 설계사가 설계한대로 시공되고 있으며 준공까지 보장된다. 반면 우리나라는 설계와는 별개로 시공이 이뤄지는 경우가 많다.


TAB(Testing, Adjusting, Balancing)의 경우에도 우리나라는 테스트만 한다. 조정하고 균형을 맞추는 과정은 없다. 이에 따라 기계설비건설협회에서 기계설비법을 다루는데 여기서도 초점을 맞춘 것이 유지보수다. LCC차원에서 보면 유지보수가 굉장히 중요하다. 이를 중심으로 어떻게 에너지를 줄일 것인가 핵심이 돼야 한다.


앞서 관리자의 무관심에 대한 문제를 이야기했는데 공감한다. 그래서 교육이 필요하다. 지난 2년간 민준기 위원장과 수배관 커리큘럼을 만들어 진행해 오면서 컨트롤밸브보다 복합밸브가 좋다고 인지하는 사람이 늘어나는 것을 보면 이제 조금씩 수배관시스템에 대한 인식이 올라왔다고 느낀다.


노진덕 미국·유럽·싱가포르의 사례를 통해 어떻게 에너지를 절감하고 녹색건축을 추진하는지 사례를 소개하고 싶다.


2009년부터 미국 공조학회 ASHRAE가 에너지절약과 관련해 텔러엔지니어링사, 에너지센터사와 함께 전체 ASHRAE 멤버십과 공유하는 R&D를 진행했다.


이를 통해 ASHRAE 90.1이라는 LEED가 창설됐고 미국은 이를 통해 전체에너지의 20%를 절감하자는 목표를 세웠다.


이를 추진하기 위한 주안점은 여러 연구, 로직, 자동제어, 터미널, 밸브 등을 통합적으로 연구해 냉수플랜트에 배관 디자인가이드를 만든 것이었다. 이를 토대로 수배관시스템을 어떻게 설계·구성해야하는지 보고서를 마련했다. 대온도차시스템, 변유량시스템, 밸브선정 등 가이드도 이 시기에 나온 것이다.


■ 수배관시스템 분야별 에너지효율화 방안 및 충돌사항


민준기 복합밸브의 경우처럼 시장인식이 다소 개선되고는 있지만 아직 부족한 부분이 많은 것 같다. 그렇다면 냉난방 수배관시스템에서 각 분야별 또는 통합적으로 에너지효율화를 위한 방안이나 이 과정에서 충돌은 어떤 것들이 있는지 들었으면 좋겠다.


정재훈 충돌이라고 한다면 설계사와 자동제어사의 간극이 크다. 설계사 입장에서는 일상적인 배관관경까지 가이드를 주지않고 전체적인 시스템만 잡고 가니 자동제어사는 시스템운영 측면에 의문이 발생해도 설계사의 정보를 얻기 어렵다. 자동제어사도 자신들의 기술력을 쉽게 공유하지 않는다.


각 분야가 통합적으로 긴밀하게 움직이는 것이 필요하다고 느끼지만 아무도 이를 추진하려 하지 않아 지속적으로 다뤘으면 한다.


민준기 설계사와 자동제어사가 피드백이 되지 않는 것이 사실이다. 그러다보니 설계사 입장에서는 유량만 잡아 사이즈를 결정해 내보내면 끝난다. 큰 열원과 공조만 결정하는 것이 주된 역할이다 보니 세세한 것까지 신경쓰지 않는다. 물론 기준도 없는 것이 사실이다.


자동제어기업은 설치 후 운영까지 관여하는 특성상 운영단계 문제점도 파악할 수 있다.  M&V(측정 및 검증: Measurement & Verification) 등의 내용도 다시 피드백이 돼야 설계를 제대로 할 수 있다.


현재로서는 건물주도 관련 정보공개를 꺼리고 제도적으로도 의무가 아닌데다 정부도 정보를 공개하지 않으니 난해한 문제다.


박동일 일본 아크모리사는 도쿄에 수많은 빌딩을 보유하고 있고 이를 관리하면서 얻은 모든 데이터를 축적한 뒤 운영정보로 가공해 설계사에게 팔고 있다.


건물을 관리해보니 어떤 문제점이 있었으며 어떻게 운영할 경우 효율적이었는지 등을 자세한 기록으로 남기고 설계회사에 정보를 파는 것이다. 설계사는 이를 받아 계속 업데이트하니 건물운영이 완벽하게 된다.


이와 같이 유지보수에서 나오는 모든 데이터를 축적해 피드백하는 시스템이 새로운 미래 먹거리라고 본다.


장창익 민간·공공 기술제안 시 화두가 에너지절감이다. 이 때 가장 먼저 고려하는 것이 열원장비용량이다. 이를 놓고 설계사와 얘기를 나누면 장비용량을 결정하고 반송장비 등 부하계산을 진행하게 된다.


그런데 생각해보면 30년 전에도 똑같은 시스템으로 움직이고 있었다. 예전에는 수계산으로 했다면 지금은 프로그램으로 하는 정도만 바뀌었다. 입력하는 팩터도 예전과 크게 다르지 않다.


피크부하 산정 시, 열원장비용량 산정 시, 펌프·유량·양정 산정 시마다 안전율(Safty Factor)을 10%씩 가산한다. 그러다보니 실제 최적 건물부하가 100%라면 장비는 130~140%로 과설계되고 있다.


설계·운영팀에 지속적인 교육이나 이슈화를 시켜 거품을 걷어낼 필요가 있다. 이를 통해 국가적으로도 에너지절감을 큰 틀에서 비교적 손쉽게 달성할 수 있을 것이다.


민준기 공감한다. 냉난방수배관위원회에서 Hyd-SAREK이라는 냉난방수배관계산프로그램을 만든 이유도 그것이다.


지금까지는 수계산, 즉 마찰계수 유량에 대해 만든 관경 사이즈를 테이블로 만들어 기존유량에 대한 배관경사이즈를 기입하는 방식으로 끝냈다.


수배관은 인체에 비유하면 혈관이다. 열원에서 각 유니트별, 기관별로 보내는 핵심적인 역할을 수행한다. 이에 대한 전체적인 최적화설계를 달성하고자 프로그램을 개발·보급하게 됐다.


프로그램 사용이 의무사항은 아니라서 관심을 끌지 못하고 있는데 이를 이슈화시키는 제도마련이 필요하다.


노진덕 싱가포르 친환경건물인증인 그린마크의 에너지부문을 보면 수계산에도 가이드를 제대로 제공하고 있다. 엔지니어가 양정을 적정수치 이상으로 설계·시공하는 등 가이드를 어겼다면 전부 검증을 받아야 한다.


만약 계산결과가 합당하지 않으면 엔지니어가 책임져야 한다. 즉 펌프양정, 배관 등 모든 용량산정에 가이드가 있고 맞추지 않으면 승인해주지 않는다.


이와 같은 제도부터 걷어내지 않으면 앞서 언급됐던 밸브문제, 수배관설계문제 등이 복합적으로 얽혀 에너지성능이 나오지 않는다.


수배관시스템에서 에너지성능을 최적화하려면 수배관에서 계산된 양정·손실 등이 명확해야 하고 온도차를 얼마로 유지할지 제어로직을 어느 범위로 구현할지 정확해야 한다.


박동일 싱가포르의 가이드라인이 정확하고 엄격하다는 것은 달리 말해 어느 정도 법제화가 이뤄졌다는 의미다. 그런데 싱가포르가 제시하는 가이드라인 자체는 수계산으로 할 수 있는 성질의 것이 아니다.


싱가포르의 건물 70% 이상이 프로그램으로 설계하고 있다. 이를 토대로 검증툴을 이용해 시공 후 결과물을 검증한다. 가이드라인은 그 검증방법을 제시해준 것이다. 또한 검증으로만 끝나지 않고 TAB를 실질적으로 수행하기 때문에 완벽성이 높은 제도다.


싱가포르에서 가이드라인이 시행되고 있다고 해서 그 현상만을 이야기하는 것보다 그 체계가 작동하는 과정을 보고 우리도 이와 같이 만들어가는 것이 바람직하다.



김진 실시간측검정(Realtime M&V)이 필요할 것 같다. 앞서 현대건설에서 130%를 말씀했는데 실제 현장에는 장비선정이 거의 200%대에서 이뤄진다.


건물운영 시 설비운전상황을 확인하면 항상 부분부하 운전을 하고 최적운전되는 것을 본 적이 없다. 성능곡선은 항상 낮다. 장비가 2대 설치돼 있어도 한 대는 교번운전할 때가 아니면 가동하지 않는다. 부하처리를 위해 돌리는 사례는 거의 없다.


이와 같은 현상이 쉽게 바뀌지는 않을 것이다. 이를 바로잡으려면 운영자가 설계자에게 지속적인 피드백을 제공함으로써 설계자가 장비용량을 제대로 선정해야 한다.


가장 중요한 것은 사후유지관리단계에서 실시간측검정기술을 활용하는 것이다.


민준기 이 경우 냉동기업체에 타격이 가지 않겠나


노진덕 올해 처음으로 냉동기가 최저효율제인증에 포함됐다. 내년부터는 모두 최저효율제로 시험을 거쳐야 한다. 우리나라도 처음으로 냉동기기업들이 테스트를 거쳐 성능에 대한 검증을 진행할 것 같다.


송성범 세이프티팩터와 관련해 미국시장의 경우 ‘Low ΔT 신드롬’이라는 것이 있다. 모든 건물은 낮은 온도차에 대한 문제를 갖고 있다는 것이다. 문제는 실제 열원을 사용하는 부하측에서 코일성능이 저하돼 100%였던 열원이 80%만 열교환된다고 하면 20% 열원은 그냥 버려지는 것이다.


이와 같이 낮은 온도차에 대한 문제가 분명 발생하는데 이 부분에 대한 해결책을 제시하기 위해 벨리모는 밸브에 이를 해결하는 기능을 탑재했다.


에너지밸브는 기본적으로 코일성능을 분석할 수 있도록 열량·유량·온도차 데이터를 갖고 있기 때문에 이를 토대로 데이터를 분석한다. 현재 설계값 기준으로 일정기간 운전 후 실제 부하측에서 사용되는 결과값이 최적화 포인트와 다르다면 ‘ΔT 매니저’라는 프로그램으로 최적화한다.


또한 용량검증이 설계 시 이뤄지지 않고 시운전이나 시공단계에서 이뤄지면 실제부하대비 사용량이 너무 적은 경우가 있는데 에너지밸브는 그 포인트 잡아 다시 주기적 커미셔닝을 할 수 있는 기능들을 갖추고 있다.


이와 같은 시스템이 적용되면 수배관시스템에서 20%만큼의 열원을 덜 보내도 돼 펌프 동력사용량이나 냉동기 에너지사용량을 절감할 수 있다.


실제로 2011년도 MIT공대 도서관의 사례에서 유량사용량이 49%절감된 데이터가 있으며 국내사례로는 삼성SDS 수원센터, LG전자 평택 디지털파크, 삼성전자 평택반도체공장 1라인 등에서 20% 이상의 유량을 절감한 데이터가 있다. 이와 같은 부분을 시스템적으로 활용할 수 있다면 효과적일 것이다.


문제는 에너지밸브 관련 아이템이 전 세계에서 벨리모만 나오다 보니 활성화하는데 시간이 걸린다는 한계를 겪고 있다.


■ 수배관시스템 최적화를 위한 기술·제도적 개선방안


민준기 마지막 주제로 현재까지 논의한 내용에 대한 기술적 한계, 연구개발 요소 또는 제도적 개선사항에 대한 제언을 말씀해주기 바란다.


이강창 최근 펌프는 고효율이 아니면 판매가 되지 않아 점차 기준이 높아지는 추세다. 사실상 선도기업은 상향되는 기준에 맞춰갈 수 있다. 문제는 중소기업이다.  R&D투자가 어려우니 기술개발이 부담스럽겠지만 그런 부분에서 분발해야 하고 앞선 기업들도 정보를 공개할 필요가 있다.


그런포스는 추후 매출 30%를 컨트롤러 등 전자제품 연구에 투자한다. 우리뿐만 아니라 관련업계를 만나보면 각 장비회사들이 서로 컨트롤러의 메인파트를 가져가려는 움직임이 보인다. 대부분의 기술이 대외비명분으로 오픈이 안 되고 있는데 개선을 위한 정보공유도 필요하다.


노진덕 앞으로 설비업계에서 화두가 될 것으로 예상되는 분야가 리모델링시장이다. 국내에 30~40년된 건물이 많기 때문에 향후 시장은 개보수·성능개선을 하고 이에 대한 인테그레이션을 적절하게 할 수 있는가로 규정될 전망이다.


특히 중소형건물 물량이 쏟아질텐데 대기업은 규모가 작아 참여할 수 없는 만큼 에너지성능개선을 보장할 수 있는 전문인력들에게 많은 일거리가 생길 것으로 본다. 건설사를 퇴직한 엔지니어나 설비공학회 전문가들의 일이 많아질 것이다.


박동일 장기 플랜이지만 결국 신규든 리모델링이든 건설사도 생존을 위해서는 움직일 수밖에 없다. 최근 리모델링시장에 나온 물량을 보더라도 대기업들이 손 안댈 수가 없다. 이와 같이 1군건설사 중심으로 하나씩 시행되면 쉽게 확산될 수 있다.


다만 현재는 공사금액이 500억원을 넘는 것이 없어 대기업이 손을 대지 않고 있다. 중소업체들이나 건축업면허를 가진 사람이 수행하는데 이 경우 절대 에너지에 포커스가 맞춰지지 않는다. 대형건설사가 뛰어들어줘야 한다.


정재훈 2020년 설비기본법이 시행된다. 현재 1분과는 시행령, 2분과는 시행규칙, 3분과는 유지관리법을 마련하고 있다. 다른 파트로는 설비설계, 시뮬레이션, 인증, TAB진단 등에 대한 품셈이 만들어지고 있다. 지금까지는 근거자료가 없어 용역비 산정에 어려움이 있었음을 감안하면 바람직한 부분이다.


그러나 회의적인 것은 주무부처인 국토교통부에 설비담당자가 아무도 없다는 사실이다. 그러니 이와 같이 법·제도를 개편하는 과정에 공무원이 아무도 관여하지 않고 있다. 앞으로도 누가 담당할지도 모르니 자체적 노력에 한계를 느낀다. 입장을 대변해 줄 담당공무원이 한 명은 있었으면 한다.


박동일 그 문제와 관련해 기계설비건설협회도 인식하고 있다. 기계설비법의 하위법령이 제정되기 전에 국토부에 설비를 전공한 기계담당자를 만들어야 한다는 것이 협회의 지론이다.


받아들여지지 않을 수도 있지만 몇 십 년을 기다린 법을 만드는 것인데 요구하지 않고 넘기는 것 보다 제안하는 것이 낫다.


정재훈 설비기준에 관한 규칙은 설계 3사가 초안을 작성하고 있고 기준법도 요약해 정리되고 있다. 신규로 50여개 아이템이 추가될 전망이다.


그러나 규제개혁 위원회에서 너무 규제가 강하다고 판단하면 삭제될 수도 있다. 그러나 이와 같은 정책·제도관련 아이템을 한두 개 모으다보면 언젠가는 활용이 가능할 것 같다. 수배관위원회가 많은 것을 하니 긴 호흡이 필요하지 않을까.


민준기 그렇다. 저변확대가 되면 나중에 제도와 연결되니 당장은 아니라도 언젠가는 반영될 것으로 본다.


장창익 기계설비인들이 활발히 활동하고 있다. 지역난방공사는 단열기준 상향에 따라 지역난방 단위부하를 어떻게 조절할지 공청회를 열었다. 설비만이 아니라 건축관련해서도 2018년 초에 법제연구원과 함께 건축법 내에 있는 건축설비에 관한 규칙 개정작업을 국토부·LH와 함께 진행하기도 했다.


현재 기계설비업계가 정체돼있는 것처럼 보이고 동중정, 정중동과 같이 느껴지지만 크게 보면 정말 많이 발전하고 있다. 그 중심에는 설비공학회를 포함한 기계설비단체총연합회가 있다. 기념행사를 진행할수록 사람도 많이 모이고 그에 따라 정치권의 참여도 높다. 이와 같은 부분이 업계·학계가 바람직한 방향으로 가고 있는 방증이라고 생각한다.


그럼에도 조금 더 빨리 법제화되는 것을 바라지만 조바심 내지 말고 큰 물줄기에서 천천히 흘러가면 좋은 결과가 있지 않을까.


민준기 최근 설비공학회도 제로에너지빌딩 설비분야 정책연구를 진행하고 있다. 국토부 녹색건축과에서 진행하는 기획과제인데 설비분야 정책연구의 첫 사례라고 한다. 이번 과제 이후 다양한 후속과제가 가능하다는 의미이니 설비인들의 위상이 강화된 것을 느낀다


박동일 법을 통해 권리를 보호받는 것이니 법자체가 조금 부족해도 있는 것과 없는 것은 천지차이다. 지금껏 서러움을 받았던 것이 모법인 기본법이 없었기 때문인데 이제 이것이 마련되고 나면 그에 대한 후속조치가 변화를 만들어낼 수 있다고 본다.


민준기 지금까지 참여해주셔서 감사드린다. 끝으로 대한설비공학회에서 Hyd-SAREK 냉난방수배관계산프로그램을 만들었다. 차후에는 DB, 장비에 대한 선정이 있는데 현재는 복합밸브에서 IMI와 삼양밸브가 들어와 있다.


기타 국내·외 복합밸브 DB를 구축하고 부가적으로 순환펌프를 구축해 최적펌프를 선정하는 로드맵을 그리고 있다. 더불어 그에 대한 교육을 분기마다 시행하고 있다. 2월, 5월 등 3개월마다 진행하니 관심가져 주시고 주변에 참석을 독려하길 당부드린다. 또한 수배관위원회 활성화에도 많은 분들의 참여를 바란다.