바닥공조시스템의 변천사

 

트루만이 공급하는 변풍량 가압식 바닥공조시스템은 1990년대 북미에서 새로운 공조분야로 개발돼 시작된 공조솔루션이다. 처음으로 개발된 1세대 모델 이후로 3세대 모델을 거쳐 현재 3세대 중에서도 3-3세대 모델까지 업그레이드됐다. 현재는 기존 유선제어방식에서 무선제어(Wireless Control)방식으로 업그레이드된 4세대 솔루션이 개발됐으며 향후 모든 모델에 적용을 진행 중이다.

 

 

1세대에서 3세대로의 변천과정을 보면 바닥공조와 관련 이론적으로 최종 정리돼 출간된 ‘ASHRAE UFAD GUIDE 2013’의 모든 기술적 내용을 충족하는 과정을 거쳤다고 볼 수 있다. 최초의 제품은 바닥디퓨져 안에 팬(Fan)이 설치돼 실내에 급기했으나 최종 No-Fan타입의 바닥디퓨져로 업그레이드되면서 공조기 운전에 따른 급기플레넘과 실내와의 차압제어를 이용해 거주역 온도성층화를 구현하도록 했다. 처음에는 팬을 적용해 급기하면 된다는 단순한 접근법으로 시작했지만 많은 시행착오를 겪으면서 지금의 솔루션으로 발전해 왔다. 트루만은 무선제어(Wireless Control)&플라즈마 에어 이오나이져(Plasma Air Ionizer) Solution을 적용한 제품까지 개발해 바닥공조의 새로운 트렌드를 제시하고 있다.

 

바닥공조시스템 ‘가압식 vs 등압식’

 

국내에 소개된 바닥공조(UFAD)시스템은 대표적으로 가압식과 등압식으로 나뉘는데 두 시스템 모두 해외에서 개발됐다. 가압식은 미국에서, 등압식은 유럽에서 주로 적용되고 있다. ASHRAE UFAD GUIDE 2013를 세부적으로 살펴보면 바닥공조에서 중요한 역할을 하는 Plenum을 기준으로 가압식인 Pressurized Plenum(3.1.2)과 등압식인 Zero-Pressure Plenum(3.1.3)으로 구분한다.
 

 

가압식은 ‘하나 이상의 공조기(AHU)를 제어해 ASHRAE 권장 기류속도를 유지하기 위해 0.05~0.1인치(12.5~25Pa) 압력범위가 유지되는 가압플레넘 방식은 가장 일반적인 UFAD 접근방식이다. 대부분의 조건에서 가압플레넘은 단일 제어구역에서 일정한 플레넘 압력을 유지할수 있으며 정풍량(CAV) 또는 변풍량(VAV) 디퓨져가 거주공간에 부하와 동일한 양의 공기를 공급함으로써 제어되지 않은 공기누출은 최소화한다. 플레넘 내 공기이동 시 외적인 요인에 의한 온도변화(Thermal Decay)에 영향을 미칠 수 있다’고 설명하고 있다.

 

등압식은 ‘급기플레넘 공간은 실내공간과 거의 같은 압력으로 유지되며 실내점유구역으로 공기를 공급하기 위해 FAN이 필요하다. 가압식 바닥공조 만큼 널리 보급되지 못했으며 에너지사용 비용 또한 가압식에 비해 높고 플레넘 압력을 0 또는 매우 작게 제어하는 것에 주의가 필요하다.

 

플레넘에 음압(-)이 걸리면 실내공기가 플레넘으로 유인돼 높은 취출공기 온도 및 환기문제가 발생되며 팬구동에 따른 소음수준이 크다’라고 간단히 서술된 것이 전부이며, UFAD GUIDE 2013의 전체 내용은 가압식에 대한 내용을 기준으로 구성되어 있다.

 

현재 국내에 보급되고 있는 등압식은 팬을 통해 급기만 했던 1세대 형태는 아니다. 장비내부 리턴 흡입쪽에 장착된 센서를 통해 실내공기와 플레넘 공기를 섞어 급기온도를 맞추는 믹싱 댐퍼(Mixing Damper)와 팬을 결합한 형태로 발전했다. 이는 초기에 바닥공조가 여러 문제점들을 개선해가며 발전한 양상과는 별개의 것으로 No-Fan타입 보급이 대부분인 북미지역 양상과 다르게 팬을 장비에 장착해 실내공기를 순환시켜 실내공기를 혼합, 거주역 온도성층화를 위한 일방향(One-way) 공기흐름을 만드는 것이 불가능하다.

 

급기플레넘 내 공기이동에 따른 열적 저하(Thermal Decay)는 반드시 발생되며 AHU Room에서 먼 곳 일수록 바닥취출 온도가 높아져 거주자의 불쾌감이 증가되는 요인이 된다. 이것을 고려한 설계가 반영되지 않을 경우 AHU Room으로부터 가장 먼 남, 서 방향의 외주부에 면하는 곳은 거주에 심각한 공조환경이 형성될 수 있다.

 

가장 높은 수준의 공조환경이 필요한 외주부 쪽은 상황에 따라 뜨거운 바람이 나오는 등 심각한 온도불균형 문제를 발생하게 된다. ASHRAE 또한 가이드 라인을 통해 Thermal Decay에 대한 엔지니어링 솔루션을 제시했다. 우측 이미지는 판교 OO사옥 온도 및 기류 CFD 자료로 변풍량 가압식의 경우 공조실에서의 거리차와 관계없이 균일한 온도분포를 구성하며 실 전체에서 균일한 온도성층화를 이룬다.

 

반면 등압식의 경우 공조실과의 거리에 따라 온도편차가 크게 발생됨은 물론 실 전체에서 불균일한 온도분포를 보이며 일부 외주부 쪽은 전혀 온도컨트롤이 되지 않는다.

 

 

국·내외 바닥공조시장 트렌드 평가

 

Business Research Insights에 따르면 글로벌 바닥공조시장은 2023년 약 3억달러 규모를 기록했으며 지속적인 성장세를 보여 2032년 약 4억7,000만달러에 이를 것으로 전망된다. 북미지역은 LEED 및 WELL인증빌딩 확대와 헬스케어 및 상업용 건축프로젝트 증가로 가압식 바닥공조시스템이 시장을 선도하고 있다.

 

 

 

유럽의 경우 트루만이 비즈니스를 시작한 2010년 경에는 여러 등압식 공급업체가 있었으나 현재는 1개 업체 정도가 명맥을 이어가고 있다. 이는 기후 및 건축환경 변화와 바닥공조 솔루션이 밀접한 관련이 있다고 판단되는 부분이며 탄소감축정책에 따라 에너지절감형 건축시스템에 대한 투자가 늘어난다는 방증이다.

 

아시아지역의 경우 급속한 도시화와 상업용 부동산시장 성장으로 바닥공조시스템 도입이 확대되고 있으며 싱가포르, 중국, 일본 등은 그린빌딩 규제강화로 빠르게 성장 중이다. 코로나19 팬데믹 이후 실내공기질(IAQ)에 대한 중요성이 대두되고 동시에 지속가능성이 글로벌 건축시장의 핵심 키워드로 자리를 잡으며 그린빌딩 인증 수요가 급증하고 탄소중립 목표달성과 에너지절감으로 초점이 맞춰지고 있다.

 

스마트빌딩시장이 성장하면서 새로운 공조시스템 도입도 늘어나고 있다. 이에 따라 바닥공조시스템은 단순한 공조시스템을 넘어 지속가능한 건축물과 쾌적한 실내환경을 구현하는 혁신적인 솔루션으로 자리매김하며 미래 건축시장에서 핵심적인 역할을 할 것으로 예상된다.

 

국내의 경우 2010년 초 1년에 1건 정도 적용될 정도로 거의 전무했으나 2010년 중반을 넘어서면서 적용현장이 늘어나 현재는 매년 성장속도가 빨라지는 추세다. 지금까지 국내에서는 등압식이 가압식에 비해 상대적으로 많이 적용됐지만 지속적인 변풍량 가압식에 대한 엔지니어링 결과로 적용사례가 늘어나 20여개 현장에 적용됐다. 아직까지 국내 냉난방공조시장에서 바닥공조가 차지하는 비중은 수치를 언급할 만큼 크지 않지만 올바른 엔지니어링을 통한 꾸준한 노력을 경주한다면 북미와 같은 수준의 시장점유율에 도달할 수 있을 것으로 확신한다. 즉, 그만큼 성장가능성은 무궁무진하다.