냉난방수배관 계산 프로그램인 ‘Hyd-SAREK’을 개발한 하나지엔씨는 △융도엔지니어링 △삼양발브종합메이커 △지엔원에너지 △비이엘테크놀러지 △경희대와 함께 ‘BIM 연계 에너지절약형 통합 수배관시스템 계산프로그램’을 개발하고 있다. 이를 통해 첨단 비즈니스모델을 개발하고 선진기술 강국 도약에 앞장 설 계획이다. 이번 기획연재 ‘BIM 연계 통합수배관시스템 구축’은 참여기관들의 특별기고로 총 7회에 걸쳐 게재한다. ■ 연재기획 특별기고 순서
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복합밸브(PICV: Pressure-Independent Control Valve)는 정유량 밸브와 유량제어밸브 기능을 동시에 가진 밸브로 설정된 유량이 일정하게 공급될 수 있도록 제어하는 목적으로 사용된다. 복합밸브를 수배관시스템에 적용하기 위해서는 필요한 열원 유량, 공급관과 환수관의 차압범위, 밸브의 제어방법(on/off, 비례제어) 및 배관의 크기 등을 고려해야 한다.
순환펌프의 경우 열원의 유량, 공급관과 환수관의 차압, 밸브 및 배관에 의해 발생하는 압력손실과 같은 다양한 사항을 고려해 선정해야 한다.
복합밸브의 뛰어난 성능에도 가격과 설계의 어려움 때문에 적용이 어렵다. 수계산으로 설계하는 것은 불가능하고 현재 개발된 프로그램은 2차원모델을 다시 그리는 형태로 입력이 불편하다. 한 회사의 복합밸브의 특성만 DB에 수록돼 있으며 다른 밸브를 입력할 수 없도록 돼 있어 사용에 제한이 있다.
이에 따라 입력의 편의성을 위해 BIM으로 설계된 3차원 모델을 IFC 객체정보로 입력하고 여러 종류의 복합밸브 특성을 쉽게 추가할 수 있는 기능을 가진 통합 수배관시스템 계산 프로그램 개발을 진행하고 있다.
이번 연구는 BIM 프로그램에 의해 설계된 밀폐형·개방형 수배관시스템 Mock-up을 대상으로 실유량테스트와 유동해석 결과를 비교 검증한다.
이는 최적의 유동해석 Data를 확보해 프로그램의 배관, 복합밸브 선정에 활용해 프로그램과 설계의 실증간 오류를 최소화할 수 있다.
또한 유동해석의 정확도 검증으로 복합적으로 복합밸브를 사용할 시 실유량테스트를 대신해 유동해석의 유량 및 압력강하를 개발한 프로그램과 비교함으로써 프로그램의 신뢰성을 검증할 수 있다.
복합밸브 특성
유동해석에서 PICV는 단순한 관 형상에 압력강하 특성을 반영토록 모델링했다. 밸브의 압력강하 특성 적용은 개도율에 따른 설정유량 및 실유량테스트 결과를 토대로 차압에 따른 유량값이 ±5% 이내에 속하도록 밸브의 성능곡선을 그렸다. 이 곡선을 curve fitting해 압력강하 특성이 나타나도록 Momentum sink 처리했다.
유동 해석 조건
실유량테스트와 한국설비기술협회에서 제정 중인 단체표준 SPS-KARSE B 0064-0000 압력독립형 유량제어밸브 8.2항 유량제어 시험의 시험방법을 따른다.
복합밸브의 최대 유량을 기준으로 각각 개도율이 △30 △50 △75 △100%인 경우 차압 △0.06 △0.1 △0.15 △0.2 △0.25 △0.3MPa에서 유량을 실유량테스트와 비교한다. 총 격자의 수는 1.5~200만개이며 유동은 난류로 가정하고 해석했다.
경계조건은 순환펌프 전단을 균일속도조건으로 설정했으며 순환펌프 후단을 압력조건으로 설정하고 주어진 유량에서의 차압을 확인했다.
유동 해석 결과
유동해석 결과는 복합밸브 특성에 의해 밸브에서 압력이 급강하하는 것을 확인할 수 있으므로 밸브의 특성을 적절하게 적용했음을 알 수 있다. 실유량테스트와 비교하면 편차는 약 ±1.4% 이내다.개발된 BIM 연계 수배관시스템의 검증을 위해 Mock up 테스트 조건에 대한 실제 실험값, 3차원 CFD 해석결과 및 개발프로그램의 결과값을 상호 비교할 예정이다. 이를 통해 개발될 프로그램은 설계와 실증의 오류를 최소화한 BIM 연계 프로그램이 될 것이다.
기존 냉난방 수배관시스템 설계 시 수작업으로 진행됨 따라 발생되는 작업시간의 지연, 사용자의 불편도 보완할 수 있어 숙련자는 물론 미숙련자들도 수배관시스템 설계를 편리하게 할 수 있다.
수배관시스템을 설계하는 설계자들이 최적의 배관 및 밸브를 선정할 수 있도록 도울 것이며 유량을 최적으로 제어할 수 있어 비용 절감은 물론 에너지낭비를 최소화할 수 있다.
향후 BIM 프로그램이 보편화되고 에너지절약 관련 표준화, 제도수립을 통해 확산된다면 전체 온실가스 배출량에서 30% 이상을 차지하는 건물에서 온실가스의 저감효과를 가져올 수 있다.
이는 지구 환경 보호를 위한 적극적 대처는 물론 국가 이미지도 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다
