유원엔지니어링(대표 박성규)은 11월29일 과학기술회관에서 열린 ‘2024년도 동계학술발표대회’에서 특별세션을 진행했다고 밝혔다. 

 

이번 특별세션은 △냉동기 유지보수와 에너지 절약(김찬곤 유원엔지니어링 상무) △비상 우수배수설비의 적용방안과 기후변화 적응전략(신효건 유원엔지니어링 팀장) △열구동식 변풍량 디퓨져를 적용한 건물의 공조시스템 운전사례(김지혜 유원엔지니어링 책임) △치환공조기술의 에너지절감 해외적용사례(김정수 유원엔지니어링 팀장) 등 발표로 구성됐다.

 

냉동기 유지관리, 탄소중립 열쇠 
김찬곤 상무는 ‘냉동기 유지보수와 에너지 절약’을 주제로 발표했다. 기후변화와 지구온난화에 대응하고자 그린리모델링(GR)에 대한 관심이 커지고 있다. 그린리모델링이란 노후건축물에 에너지 절감공사와 친환경 자재시공을 실시해 에너지성능을 강화하며 주거환경을 개선하는 것을 뜻한다.

 

김 상무는 “노후건물 에너지성능 강화 및 탄소중립의 열쇠는 기계설비에 있으며 설비 유지보수 중요성을 파악하며 냉동기관리에 주목했다”라며 “건축물 기계설비 안전 및 성능을 확보하면서 기계설비 유지관리 계획을 수립해 성능점검을 기본적으로 수행하는 법이 2021년 8월9일 제정된 바 있다”고 설명했다. 

 

이어 “기계설비 내구연한은 설비종류에 따라 10~20년 정도로 보고 있으나 사용시간과 관리에 따라 설비수명과 더불어 성능저하에도 영향을 미친다”라며 “유지보수 시 일일정비, 주간정비, 격주정비, 월간정비와 같이 정해진 주기에 따라 유지보수를 한다면 일정한 장비성능과 효율이 보장돼 에너지 절약효과까지 기대할 수 있다”고 말했다.
 
건축물에 냉동기 같은 장비 설치 시 정기적 정비주기표가 빌딩 운영사에 제공된다. 정비주기표는 각 제조사가 장비특성에 맞춰 유지보수계획에 대한 메뉴얼을 구성한 것이다. 정비주기는 일간‧주간‧반기‧연간 등으로 구성돼 있으며 △불필요한 냉각기를 끄거나 시퀀스 조정 △전반적인 육안 점검을 통해 모든 장비의 작동여부와 안전시스템의 실시여부 확인 △올바른 세팅과 작동을 위한 설정점 점검 △증발기와 응축기코일의 오염정도를 확인하여 필요한 경우 청소 등 확인사항이 정리돼 있다.

 

적절하지 않은 정비가 진행됐을 경우 여러 관련 연구에 따르면 에너지사용량이 기본설정 사용량보다 높다는 결과가 제시되고 있다. 또한 냉동기 세척 전‧후 효율측정과 세관 전‧후 성능측정을 통해 냉동기 COP가 높게 나오며 냉각수 온도차 또한 차이가 많이 나는 것을 확인할 수 있었다. 

 

김 상무는 “냉동기가 설치된 후 장비 운영환경 및 운전시간과 유지보수상태에 따라 장비성능에서 큰 차이가 나는데 정기적인 점검을 통해서 최상의 조건에서 운전한다면 기존 건축물의 공조시스템에서 에너지 절약을 극대화할 수 있다”라며 “적극적인 예방‧예측정비가 동시에 반영된다면 냉동기는 설계상 반영된 설계수명이 보장됨과 동시에 경제수명도 증가하기 때문에 탄소제로와 그린빌딩정책 강화는 철저한 장비관리를 통하는 것이 지름길이라 판단된다”고 밝혔다.

 

기후변화 따른, 비상 우수배수설비 필요
신효건 팀장은 ‘비상 우수배수 설비의 적용방안과 기후변화 적응전략’을 주제로 세미나를 진행했다. 기후재난이 현실이 된 상황 속 이상기후를 대비할 수 있는 건물설계가 중요해지고 있다. 2020년 이후 전 세계적으로 이상기후현상이 빈번하게 기록되고 있으며 올해 한반도 여름철에도 극단적인 강수현상이 일어났다. 2023년 장마와는 달리 좁은 지역에 강수가 집중되는 양상을 보였으며 시간당 100mm 이상 강수량이 여러 차례 기록됐다. 

 

신 팀장은 “기후변화로 인해 매년 기록적인 강수량이 발생하는 상황에서 기존 우수배수설비만으로는 급격한 변화에 대처하기 어려울 수 있다”라며 “이런 문제를 해결코자 비상 우수배수설비 필요성과 그 중요성을 살펴봤다”고 말했다.

 

전 세계적으로 기후변화가 극심해지고 있어 세계기상기구(WMO)와 유엔환경계획(UNEP)은 공동으로 IPCC(기후 변화에 관한 정부 간 협의체)를 설립했으며 IPCC는 주기적으로 기후변화에 관한 연구성과를 종합한 평가보고서를 발표하고 있다. 

 

최근 발표된 제6차 평가보고서에는 인구‧경제발전‧복지‧생태계‧자원‧제도‧기술발전‧사회적 요인‧정책 등 다양한 사회경제적 요소를 고려해 기후변화에 대한 미래 적응과 완화 노력을 바탕으로 한 미래 시나리오 SSP(공통사회경제경로)를 제시했다.

 

한국 기상청은 이 SSP시나리오를 기반으로 우리나라 행정구역별 미래기후전망을 전반기‧중반기‧후반기로 분류했으며 이 중엔 강수량의 변화도 담겨있다. SSP시나리오에 따르면 우리나라에서 1일 최다 강수량이 증가하는 경향을 보여 기존 우수배수설비가 설계기준을 초과하는 강우량을 처리하는 데 한계를 가질 수 있음을 확인할 수 있다. 

 

신 팀장은 “비상 우수배수설비에는 건물외벽에 개구부를 설치하는 방식과 별도의 비상 우수배수 드레인을 설치하는 방식이 있으며 별도의 비상 우수배수드레인을 설치할 때는 기존 우수배수드레인과 비상 우수배수드레인을 분리해 설치해야 한다”라며 “우리나라에서 비상 우수배수설비를 적용하려면 건축물 구조와 지역별 강수량을 고려해 적합한 방식을 선택하는 것이 중요할 것으로 판단되며 지붕에 우수가 고여 과도한 하중을 가하지 않게 난간 벽에 개구부를 설치해 우수를 외부로 방류해야 한다”고 설명했다. 

 

이어 “기후변화로 인한 강수량 증가와 집중호우로 인한 피해가 더욱 커질 것으로 예상되지만 현재 국내에서는 비상 우수배수설비에 대한 명확한 설계기준이나 규정이 없으며 의무화되지도 않았다”라며 “기후변화로 인한 피해를 최소화하기 위한 실질적인 대책으로 비상 우수배수설비 적용방안을 제시했다”고 발표 의의를 밝혔다.

 

시공편의‧에너지절감 등, 열구동식 변풍량 디퓨져 증대 예상
김지혜 책임은 ‘열구동식 변풍량 디퓨져를 적용한 건물의 공조시스템 운전사례’를 주제로 발표했다. 최근 건물공조시스템을 결정할 때엔 △초기 투자비 △운전비 △유지관리비 등 생애주기비용(LCC: Life Cycle Cost)데이터를 통해 연간 소비에너지량 등을 고려한 연간 에너지 소비절감 예측이 중요하다.

 

이번 발표를 통해 김 책임은 변풍량 공조시스템에서 한 단계 향상된 열구동식 변풍량 디퓨저를 적용한 건물 공조시스템 운전사례를 소개하며 △실내온도 △일별 전력량(급/배기 팬 Hz) △시스템 성능(급기 온도/급기 풍량)을 통해 좀 더 효율적인 변풍량 시스템 운전방식을 확인코자 했다. 

 

변풍량 공조시스템은 실내 부하변동에 따라 급기 풍량을 조절한다. 그러나 시스템 운전관리가 부족하면 에너지 효율성은 떨어지게 되며 실제로 운전 시 발생하는 문제점으로 인해 변풍량 시스템이 정풍량 시스템으로 운전되는 경우도 다수 생긴다. 이를 개선할 수 있는 열구동식 변풍량 디퓨저는 내장된 온도감지기에 의해 실내 유인공기 온도를 감지해 실내부하 변동에 따라 디퓨저 날개 개도를 조절하는 가변 풍량조절장치다.

 

김 책임은 “리모델링 준공 5년차에 이르는 장교동 한화빌딩 사례를 살펴보면 업무시설 용도의 건물로 빙축열과 일반공조의 열원방식에 열구동식 변풍량 사각‧리니어 디퓨저를 적용했다”라며 “업무시설의 공조시스템은 외주부는 천장매입형 팬코일유닛(냉난방), 내주부는 공조기와 열구동식 변풍량 디퓨저(냉방)방식이 적용됐으며 외주부 부하는 팬코일유닛 담당, 내주부 부하는 공조기와 열구동식 변풍량 디퓨저 담당으로 분리했다”고 설명했다. 

 

이어 “기존 업무시설에 적용돼 있던 변풍량 유닛(VAV Unit)은 노후 및 제어 불량으로 제 기능을 발휘하지 못해 개선사항으로 냉방부하 증가 및 에너지절약을 위해 개별제어가 용이하며 풍량제어가 우수한 열구동식 변풍량 디퓨저로 변경적용하기로 한 사례”라며 “열구동식 변풍량 디퓨저는 실내 온도분포 및 기류분포가 우수해 환기효과가 뛰어나 쾌적한 실내환경을 도모하며 디퓨저 모듈화배치로 내부 공간구획에 대처하도록 계획했다”고 설명했다. 

 

김 책임은 “열구동식 변풍량 디퓨저 적용은 변풍량 시스템을 위한 별도의 자동제어공사가 필요하지 않으며 디퓨저설치만 해 시공편의성과 천장 속 공간확보 용이 및 공사기간 단축 등의 장점이 있다”라며 “유지관리 불필요에 따른 편의성과 실 구획 변경 용이성 및 에너지절감 및 실내 쾌적성측면에서 열구동식 변풍량 디퓨저는 향후 적용이 증대될 것으로 예상된다”고 밝혔다.

 

액티브 공조기술 ‘치환공조’ 활용성 기대
김정수 팀장은 ‘치환공조기술의 에너지절감 해외적용사례’를 주제로 세미나를 진행했다. 지속가능한 건축을 위한 에너지절약기술이 주목받고 있는 가운데 치환공조는 액티브 공조기술로서 에너지를 절약하는 설비로서 우수한 쾌적성과 공기질을 얻을 수 있는 방식으로 평가받고 있다. 

 

치환공조는 실내공기에 적용되는 △기류속도 △온도 차에 의한 부력 △성층화(Stratification) △열기둥(Thermal Plume)효과 등을 활용해 에너지절약 및 쾌적성과 IAQ(Indoor Air Quality)를 확보하는 실 거주역 공조기술이다. 

 

김 팀장은 치환공조기술이 업무시설에 적용된 성공적인 해외사례를 소개해 치환공조 시스템 적용에 대해 제안했다. 발표에서 소개된 사례는 미국공조냉동기술자협회(ASHRAE)에서 글로벌본부 사옥을 리모델링한 프로젝트다. ASHRAE 글로벌 본부사옥은 1978년 건축된 연면적 6,200㎡규모 건물로 2020년 1월에 리모델링 공사에 착수해 2021년 10월 완공됐다. ASHRAE는 고성능 제로에너지 빌딩을 추구하는 방식을 적용하기 위해 다양한 공조기술을 검토했으며 현재 개방형오피스 및 컨퍼런스룸에 치환공조가 적용돼 쾌적한 실내환경과 우수한 공기질을 제공하고 있다.

 

김 팀장은 “치환공조는 부하대응의 유연성 및 IAQ(Indoor Air Quality)와 에너지절약 등 3가지 항목에서 효용이 기대된다”라며 “먼저 부하대응 유연성을 봤을 때 부하가 한쪽으로 집중된 상황에서 부력이 급기시스템을 구동하며 급기를 부하 쪽으로 끌어들이는 치환공조시스템은 부하 변동에 유연하게 대응할 수 있다”고 설명했다. 

 

이어 “IAQ를 살펴보면 신선한 급기는 상대적으로 온도가 낮아 밀도차에 의해 바닥에 가라앉아 있는데 적절하게 설계됐다는 조건에서 실내발열체에서 발생하는 열기둥(Thermal Plume)은 깨끗한 공기를 거주역 호흡영역까지 위로 끌어 올리며 오염된 공기는 천정 리턴으로 빠져나가 환기효율이 높아진다”라며 “에너지 절약 측면에선 디퓨저 환기구와 관련된 압력강하가 낮아 그에 따라 더 작은 용량의 팬이 선정돼 팬 에너지 사용량을 줄일 수 있으며 환기효과가 좋기 때문에 혼합시스템과 비교할 때 공조에 필요한 도입외기의 양도 줄일 수 있다”고 말했다. 

 

김 팀장은 “치환공조는 지구온난화 등 기후위기에 대응해 지속가능한 지구를 위한 대안이 될 수 있으며 또한 실내 쾌적성과 부하변동에 대한 대응성에 있어 우수하다”라며 “치환공조 적용이 적합한 설계분석을 통해 복사판넬 등의 기술을 함께 적용할 경우 국내에서도 적극적인 활용을 기대할 수 있을 것으로 본다”고 제안했다.