9월26일 일산 킨텍스(KINTEX)에서 개최된 ‘한국국제냉난방공조전(HARFKO 2024)’에서 ‘공조부문·냉난방수배관·설비내진전문 학술강연회’가 열렸다. 

 

대한설비공학회 공조부문위원회·냉난방수배관시스템전문위원회·설비내진전문위원회가 공동으로 개최한 이번 강연은 ‘스마트 HVAC솔루션 적용사례’를 주제로 전문가들의 발표가 진행됐다.

 

개회사를 맡은 민준기 설비공학회 냉난방수배관위원장은 “이번 학술강연회는 한자리에서 다양한 분야의 이야기를 듣을 수 있는 좋은 기회다”라며 “분야별 담당자들이 서로 많은 소통을 해주기 바란다”고 말했다.

 

수요예측 제어시스템을 활용한 지역난방 에너지절감사례

조형동 DL이앤씨 부장은 수요예측제어시스템을 적용한 지역난방 자동제어시스템을 발표했다. 

 

우리나라 에너지비용 증가 추이는 OECD 평균대비 매우 낮은 수준으로 신재생에너지비용 또한 합리적인 가격형성이 필요한 시점이며 외기온도에 따라 달라지는 난방수요에 대비한 온도조절시스템이 필요한 상황이다.

 

조형동 부장은 “대부분 준공현장에서 외기온도 보상제어시스템이 사용되지 않고 있다”라며 “온도조절을 관리자 경험에만 의존하고 있는데 이는 최저가로 입찰되는 상황 속에서 현장관리자들이 기계나 전기 등 모든 시스템을 소화하고 있어 문제”라고 말했다.

 

기계실에 열량과 유량계를 달아 수요량에 맞춘 지역난방 자동제어시스템을 만들어 비교실증을 진행한 결과 외기온도는 1차 측 난방수요 공급온도가 크게 뛰었으며 수요량이 적을 때에는 공급온도값이 안정적이지 않은 헌팅(Hunting)현상이 심하게 나타나 펌프 헤르츠(Hz)를 조절했다. 

 

제어시스템의 예측 정확도의 경우 운전시작 6주 이후 95%로 수요량과 예측값이 유사하게 나타났다.

 

조형동 부장은 “준공현장을 대상으로 모니터링한 결과 에너지가 약 10% 절약됐다”라며 “관리비 비교 결과, ㎡당 난방비가 20% 내외로 감소해 한 세대 기준 약 5만원 가량 절감될 것으로 예상한다”고 말했다. 

 

IT 전력밀도 다변화 대응 스마트DC 시공사례 

강화영 삼성물산 프로는 ‘스마트 데이터센터(DC) 시공사례’를 발표했다. 삼성물산이 시공한 DC는 1만2,681평(41920,66㎡)방송통신시설 DC로 4층규모 서버룸을 보유하고 있으며 층별로 랙당 전력밀도가 다르다는 특징이 있다.

 

총 IT용량은 2만5,435kW였으며 총 수전량은 4만kW로 총 2,655개 랙을 가지고 있다. 삼성물산은 공랭식 프리쿨링 냉동기를 주요기계실 옥탑층에 배치했으며 공기냉각을 고려해 한 층당 총 4개 항온항습실을 뒀다.

 

열원설비는 IT존은 전기열원, UT계통존은 지역난방을 사용한다. IT존에는 공랭식 프리쿨링 냉동기를 설치했으며 UT존에는 법규상 지역난방을 활용해야 했기 때문에 저온식 흡수식 냉동기를 두고 부하 백업을 위해 터보냉동기를 적용했다.

 

서버룸은 프리쿨링 냉동기를 이용한 냉수식 환송기를 설치했으며 UT에는 저온식 흡수식 냉동기를 설치했다. 또한 두 개 펌프를 적용해 개별식 전기온수기를 적용했으며 서버룸에 HFC 125와 TPS 등 소공간 소화장치를 뒀다.

 

강화영 프로는 “옥상 기계실에 모듈화공법을 통해 공기를 단축했으며 경유탱크를 설계할 때 용량이 과다하게 설계돼 용량과 사이즈 수정을 진행했다”라며 “가장 큰 문제는 기계실 이슈였는데 기계실이 옥상에 설치되면 1층부터 최상층까지 공사가 끝나야하기 때문에 공기연장을 피할 수 없었다”고 분석했다.

 

DC는 냉각용량이 커 800파일(Pile) 가량 대구경 PHC파일을 적용해야 하지만 삼성물산은 유속과 안정성을 확보하기 위해 500파일로 변경했으며 배관과 파이프랙을 한 모듈로 구성했다.

 

강화영 프로는 “모듈화는 제작하는 기간과 맞춰 설치하는 과정이 매우 중요하다”라며 “시뮬레이션 통해 타공정과 간섭이 있는지 확인해 정밀도를 높였다”고 강조했다.

 

ZEB 의무화에 따른 공동주택시스템 적용 사례    

이정호 DL이앤씨 부장은 ‘제로에너지빌딩(ZEB) 의무화에 따른 공동주택시스템 적용사례’를 발표했다. 

 

ZEB가 공공주택에 적용하기 가장 어려운 이유는 공동주택이 가진 특수성 때문이다. 공사비 제약이 많으며 기계환기 적용이 의무화인 점과 발주처가 불특정 다수이며 신재생에너지활용이 제한된다는 점 등 때문이다.

 

이에 따라 ZEB의무화를 대비해 공공주택 특수성을 감안한 최적설계요소 연구가 진행중이다. 이정호 부장은 “저에너지 요소기술 성능변화에 따른 1차에너지 소요량 변화를 분석한 결과 열전류율·투과율·단열재 종류 등 순서로 1차에너지소요량 감소를 확인했다”라며 “공사비 투입대비 경제성을 고려한 한국형 모델을 개발했다”고 말했다.

 

DL이앤씨는 최초 시공을 진행했던 ZEB현장에서 에너지민감도를 분석해 에너지소요량 절감추이를 확인한 뒤 내부적인 수립기준에 따라 검증을 완료했다.

 

이정호 부장은 “DL이앤씨는 현재 ZEB 5등급 공동주택을 준공하고 있다”라며 “향후 고효율 전열교환기를 개발하며 수요보상 AI제어센싱기술을 접목한 디에너지가드를 적용할 예정이다”라고 말했다.

 

설비내진 시공사례·현황공유

이건수 동양벤드 상무는 그루브커플링을 대표로 한 설비내진 배관 시공사례를 발표했다. 

 

그루브커플링기술은 배관을 연결하는 대표적인 방법이며 크게 고정식과 유동식커플링으로 나뉘는데 주로 유동식 커플링이 적용된다. 기계실 공조·배관, 지하횡주배관 등에 기술활용이 이뤄지고 있다.
 
이중링 압착식조인트는 급수, 급탕, 난방 등에 사용되며 링과 고무재질로 성능검증 결과 누수, 파손, 변형 등이 없다고 밝혀져 배관열교환부 지진안정성시험에 요구되는 내진성능을 만족하는 것으로 나타났다.

 

신축이음조인트는 지진하중 발생 시 서로 다른 두 지점의 움직임으로 인해 발생하는 변형에 의한 파손을 방지하기 위해 배관 피로, 응력, 변형을 흡수해 배관을 보호하는 장치다.

 

지진분리장치는 건축물과 일체로 거동하며 건축물 지진분리이음과 소화배관이 교차하는 부분과 건축물 간 여결배관 중 지상 노출배관이 건축으로 인입되는 부분에 설치되고 있다.

 

이건수 상무는 시공하자사례를 설명하며 “그루브커플링 시공사례가 늘어나 문제발생 사례도 나타났다”라며 “내진은 공조·급수·급탕·냉난방 배관 안정성 확보를 위한 기준이 미흡한 상태로 명확한 기준수립이 필요하다”고 말했다.

 

대공간 공조시스템 스마트 검증사례    

대공간은 높이가 20~30m 이상인 공간으로 아트리움, 공연장, 공항터미널 등이 해당된다. 대공간 공기조화 시 대류, 바닥복사 등을 감안해 냉난방이 잘 되는지를 판단하기 위한 스마트검증이 필요한 상황이다.

 

민준기 아키필드 본부장은 대공간에 설치한 공조시스템을 소개했다. 아키필드는 기류속도 온도 분포 등 원하는 부분을 정량적으로 볼 수 있는 전산유체역학 분석 통해 대안을 제시하고 있다.

 

아키필드는 창동에 건설 중인 아레나의 3D모델링을 통해 공조시스템을 분석하며 층별 종횡 냉난방 속도, 온도대 등을 분석했다.

 

겨울철 온도 20℃ 내외, 여름철 26℃ 내외 객석에 온도분포가 균일하게 나타나는지를 평가했으며 기류, 온도 등에 대한 온도분포도도 평가대상이었다.

 

검증결과 하절기 중간기 냉방 시 온도분포가 설계기준을 만족했으며 동절기 난방 시에는 21℃로 분석돼 설계기준을 충족했다. 아레나 중형공연장 일부 구역의 온도분포 재검토가 필요해 사각지대를 개선할 예정이다.

 

한편 국내에서도 해외에 발맞춰 내부 기둥이나 벽체 없이 공기압력을 이용해 실내공간을 형성하는 구조인 ‘에어돔’ 유치를 위한 시도가 진행되고 있다. 

 

국내 설치예정인 에어돔 높이는 27m이며 공조기와 제트노즐, 침기보충을 위한 하부급기가 필요하다. 

 

아키필드는 크게 두 가지 공조방법으로 나눠 공조시스템 분석을 실시했다. 첫 번째 방법은 바닥에서 추출하는 방식으로 시공이 편리하며 비닐막 장애물이 없는 방식이다. 두 번째 방법은 측면에서 거주역으로 추출하는 방식이다.

 

바닥방식은 실제사용량이 90% 이상 에너지가 낭비되는 단점이 있어 측면추출이 기류분포상 경기에 장애가 있지만 공조측면에는 더 유리하다는 분석이 도출됐다.

 

민준기 본부장은 “추가적으로 조명타워를 이용하는 방안을 제시했다”라며 “이 방식을 선택했을 때 효과가 더욱 좋았다”고 말했다.

 

아키필드는 IDC 냉각시스템 분석도 실시했다. 3D모델링을 통해 반경 1.5km를 중심으로 상대습도, 인근 온도분포, 비산분포 등 열섬과 비산을 파악했으며 소음해석 모델링을 진행해 정부기준 데시벨에 부합하는지를 파악했다.

 

한편 비상발전기를 가동했을 때의 효율도 검증해 기류, 온도 등을 계절별, 상시, 비상시 환기량 등으로 나눠 조사했으며 팬코일 가동에 따른 온도분포, 습도, 기류, 압력변화 등을 시뮬레이션했다.

 

민준기 본부장은 “대공간은 기존에 없던 시스템이므로 설계, 시공자, 건축주가 검증을 원하고 있다”라며 “초기부터 현안에 대한 문제를 도출해 최적대안을 찾는다면 오류를 최소화할 수 있을 것”이라고 강조했다.

 

냉난방수배관 BEMS 적용시스템     

전 세계 에너지사용량을 분석했을 때 건물부문이 약 25%를 차지하고 있다. 또한 공기조화부문이 건물 안에서 46% 차지하고 있으므로 이 부문에 대한 에너지관리가 필수적이다.

 

이종현 하나지엔씨 실장은 “공조시스템 효율을 30% 향상시켜 에너지를 절감하면 약 250조원 가량 금액이 절감될 것”이라며 “향후 건물에너지관리시스템(BEMS) 등급기준도 개선될 것으로 보여 건물 시스템계통도 전 분야에서 에너지절감이 이뤄질 것으로 예상한다”고 말했다. 

 

공조기술부문 에너지절감을 위해서는 실내온도 편차가 ±0.5 이내로 유지돼야 하며 20m 이하 펌프양정과 높은 냉수환수온도 유지가 필요하다.

 

이종현 실장은 “BEMS 최적 파트너는 TA Smart”라며 “유량,열량계를 설치해 밸브 하나로 복합밸브와 유량, 열량계기능을 한다”고 말했다.

 

TA Smart는 블루투스 등 통신으로 데이터 주고받을 수 있으며 스마트폰 작동도 수월하다. 직접 유량설정, 밸브 온도설정 용이하며 데이터저장이 가능하다. 가격이 높지만 사용단계에서 편리성 높다는 장점이 있다.

 

이종현 실장은 “TA Smart에 IMI 프로그램을 도입했다”라며 “오토캐드로 설계된 데이터를 전달해주면 에너지가 과하게 사용되는 부분 줄일 수 있도록 검토할 예정”이라고 말했다.

 

에너지밸브 활용 E절감 사례    

송성범 벨리모서울 상무는 의정부 을지대병원에 적용한 에너지밸브 활용사례를 발표했다. 

 

송성범 상무는 “초기 설계단계 참여시 목표는 에너지절약적 열원설비 적용으로 경제성을 향상하는 것이었다”라며 “실제 열원에 사용하는 부하측 에너지절감이 이뤄져야 실제 건물에너지사용량 절감에 효과가 있을 것이라고 판단했다”고 말했다.

 

을지대병원 현장에 적용된 에너지밸브는 컨트롤모드를 선택할 수 있어 자동제어, 복합밸브 모드, 에너지모드에서 모두 동작할 수 있다.

 

벨리모서울은 각 공조기마다 냉난방에너지밸브를 각각 적용한 뒤 데이터를 분석해 복합밸브 적용 시와 에너지밸브 적용 시 절감효과 비교를 비교했다.

 

송성범 상무는 “평균 24시간 가동장비 기준 에너지가 65% 절감됐으며 12시간 기준 평균 62%, 복합동은 65% 절감됐다”라며 “복합, 에너지밸브 모드를 비교해 BEMS에서 전력사용량데이터를 분석한 결과 26.3% 전력사용량 절감을 확인했다”고 말했다.

 

여름철 냉방데이터 분석을 실시한 결과 에너지밸브모드에서 평균 20.4%가량 순환펌프 동력사용량 절감효과가 나타났다.

 

송성범 상무는 “에너지밸브는 건물에너지 낭비문제 해결 위한 솔루션”이라며 “모든 건물이 갖는 낮은 온도차 문제를 에너지밸브차원에서 해결할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

이어 “겨울철에 부동액을 사용할 경우 열량데이터 왜곡이 발생하게 된다”라며 “밸리모서울 제품은 부동액 온도 자체측정이 가능해 정확한 데이터를 제공할 수 있다”고 말했다.

 

지하공간 쾌적공조를 위한 HVAC 기술사례 
김충회 지원에어택 대표는 ‘지하공간 공조를 위한 HVAC 기술사례’를 소개했다. 지하공간은 환기용 전열교환기에 곰팡이가 생기며 환기유니트 내부에 결로가 발생하는 문제가 발생하고 있다.

 

상대습도는 온도차에 의해 변한다. 온도가 내려가면 상대습도가 올라가는데 상대습도가 100%에 도달하게 되면 결로가 발생할 수 있다.

 

환기장치 ‘휴미컨’은 습기필터를 이용해 습기를 걸러내는 방식으로 에너지효율 1등급과 제습효율 40% 상승효과를 보였다. 

김충회 대표는 “휴미컨은 데시컨트 로터로 제습해 온도감하 없이 습기를 제거하며 폐열을 이용해 회전하는 휠을 재생리는 방식으로 작동한다”라며 “CO₂제어와 공기청정을 한 번에 진행해 까다로운 공조환경을 개선했다”고 말했다.

 

한편 겨울철에는 환기를 진행하면 지하공간에 상대습도 올라가 곰팡이가 빠르게 번식하게 된다. 이때 환기장치솔루션이 대안으로 떠오르고 있는데 습도제거효율을 높여 제습이 잘되는 공기조화기나 환기유니트 중 환기효율이 뛰어난 장치가 필요하다.

 

김충회 대표는 “기존 환기장치는 온도교환효율보다 습도교환효율이 낮아 문제가 되고 있으며 실내습도가 증가하지 않는 적절한 제습장치가 필요하다”라며 “지하는 에어컨 제습이 불가해 초흡습성고분자(SDP)를 활용한 습도제어 기술이 중요 요인으로 작용할 것”이라고 말했다.