유원엔지니어링이 가압식 바닥공조시스템, 치환공조기술 등 특화공조시스템 보급에 적극 움직이고 있어 주목받고 있다.
탄소배출저감을 위한 에너지절약과 실내 공기질에 대한 관심이 높아지는 것에 비례해 일반적으로 적용되던 천정공조(overhead mixing)방식과 다른 바닥공조방식이 적용되는 현장이 증가하고 있다. 바닥공조는 바닥에 설치된 디퓨저를 통해 급기가 공급돼 냉방 시에는 인체나 장비 등에서 발생하는 대류현상인 열기둥 현상(thermal plume)과 온도의 수직성층화를 적극적으로 활용해 열기를 배출함으로써 재실자의 쾌적성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한 기본적으로 설치되는 악세스 플로우 하부의 공간을 이용해 급기하므로 천정 속 덕트설치가 제외돼 유효 층고를 확보하면서 구조를 낮출 수 있어 건축적으로 많은 이점이 있다. 이에 따라 고도 제한을 받는 지역에서는 건물의 공간을 활용하기 유리한 바닥공조시스템이 더욱 활성화되고 있다. 바닥공조시스템은 일반적으로 가압식과 등압식 등 두 가지 방식이 있다. 유원엔지니어링은 가압식 바닥공조시스템을 주력으로 보급하고 있다.
유원엔지니어링읟 대표적인 프로젝트는 2021년 경기도 성남에 준공된 업무시설이다. 연면적 16만2,775㎡, 지하7층, 지상15층 건물 2개동이 연결된 건물로 가압식 바닥공조는 실내 근무자의 쾌적성 향상을 배가시키고 에너지절약이 가능토록 주용도인 업무시설지역에 적용됐다.
가압식 바닥공조시스템은 존공조기에서 보내는 급기에 의해 이중마루 하부가 가압이 되면 이중마루에 설치된 바닥 디퓨저를 통해 실내로 급기가 이뤄지는 시스템이다. 외주부는 별도의 팬코일시스템으로 부하를 감당하고 있으며 내주부는 정풍량 바닥공조로 구성돼 있다. 업무시설은 성공적인 시운전을 마치고 준공돼 현재 가압식 바닥공조로 정상 운전 중이다.
유원엔지니어링의 관계자는 “해당 프로젝트에 설치된 가압식 바닥공조시스템은 바닥 디퓨저(DBA), 바닥 압력센서(RPN), 바닥 압력 제어기(PCM)으로 이뤄져 있으며 PCM은 공조실에 설치된 DDC와 통신해 존공조기 풍량을 제어하고 건물설비제어에서 모니터링이 가능토록 통합했다”라며 “존공조기(ZAHU)에서 보내는 풍량에 따른 압력변화는 RPN-PCM에서 감지하고 설정된 압력에 따라 존공조기의 풍량을 조절하도록 동작해 제어된 풍량이 실내에 공급되도록 했다”고 설명했다.
가압식 바닥공조시스템은 대부분의 건물에 적용되는 악세스 플로우를 이용해 공사를 진행하므로 레이아웃 변경이 타 시스템에 비해 상대적으로 유리하며 천정 마감을 최소화해 같은 층고에서도 높은 개방감을 갖게 해줘 근무 환경을 좋게 했다.
특히 이번 프로젝트의 가압식 바닥공조의 운전은 ASHRAE UFAD Guide에 따라 플레넘 압력제어, 온도제어, 습도제어를 포함하는 공간제어(Space control)와 재실자 및 공간별 쾌적성에 맞게 급기량을 조절할 수 있는 급기분배제어(Air delivery control) 를 적용해 수행됐다.
다양한 에너지절약기술에 신재생에너지를 결합해 제로에너지 건축물을 구현하고자 하는 노력은 결실을 얻고 있으며 이미 국내외에서 적용돼 우수한 성과를 얻는 사례가 다수 존재하고 있다. 에너지절약기술은 패시브 공조기술과 액티브 공조기술로 대별될 수 있으며 액티브 공조기술인 치환공조는 저에너지설비로서 우수한 쾌적성과 공기질을 얻을 수 있는 방식으로 평가받고 있다.
최근 치환공조 특성을 가지면서 에너지절약과 쾌적성을 동시에 추구할 수 있는 가압식 바닥공조와 복사냉난방이 업무시설에 활발하게 적용되면서 치환공조의 적용 범위 확대에 대한 관심이 높아지고 있다.
유원엔지니어링의 관계자는 “치환공조는 실내공기가 보여주는 부력(Buoyancy), 성층화(Stratification) 그리고 열기둥(Thermal Plume) 효과를 활용해 에너지절약과 쾌적성과 실내공기질을 확보하는 거주역 공조기술”이라며 “면속도 2m/s 이하 저속으로 급기가 공급돼 실내공기를 밀도차에 의한 부력으로 밀어내 오염물질과 열기를 배출한다”고 밝혔다.
이 관계자는 “실내공간은 성층화된 온도분포를 유지하되 공조부하인 재실인원이나 발열장비를 만나면 부하의 크기에 비례해 집중된 상승기류가 발생해 열을 배출하는 열기둥 효과를 가져온다”라며 “이런 특성으로 부하의 자동 균등화가 발생한다”고 설명했다.
업무시설의 치환공조가 적용된 대표적인 사례로 ASHRAE 글로벌본부 사옥이 꼽힌다. ASHRAE 글로벌본부 사옥은 미국 애틀랜타 북동부에 위치해 1978년 건축된 연면적 6,200m²의 건물로 2020년 1월 리모델링공사에 착수해 2021년 10월 완공됐다. 리모델링을 위해 ASHRAE는 특별위원회를 구성하고 다양한 공조기술을 검토해 고성능 제로에너지빌딩을 추구하는 방침에 부합되는 방식을 선택, 적용했으며 개방형오피스 및 컨퍼런스룸에 치환공조가 적용돼 쾌적한 열환경과 우수한 공기질을 제공하는 계기를 마련했다.
또한 ASHRAE는 이들 공간에 대해 외기전용공조기(DOAS)에 의한 치환공조가 잠열부하 및 환기부하를 우선 담당하도록 설계했으며 천정복사판넬을 이용해 냉난방을 공급하는 방식을 취했다. 이로써 반송동력 최적화를 통한 에너지절감 효과도 함께 추구했다.
미국 유타주에 위치한 오딧세이 초등학교는 연면적 7,875m², 650명의 학생과 75명의 교직원이 상주하는 교육시설로 다양한 에너지절약설비와 태양광발전을 통해 제로에너지빌딩을 구현했다. 2014년 준공된 이래 유사시설 운영비용의 50% 미만의 지출을 기록하고 있다. 이런 성공적인 실적을 활용하기 위해 이 학교의 설계는 몇개 에너지제로학교의 건설을 위한 템플릿으로 이용되고 있다.
냉방공급은 현지의 건조한 기후를 이용해 간접기화식냉각(Indirect evaporative cooling)방식의 공조기가 적용됐으며 그라운드 루프를 통해 냉수를 예냉해 공조기로 공급하는 시스템으로 냉각효과를 높였다. 적용된 공조기기는 ASHRAE 글로벌본부 사옥에 적용된 같은 DFW 치환디퓨저가 적용됐다.
유원엔지니어링의 관계자는 “치환공조는 성층화를 이용한 거주역 공조에 따라 공간부하 감소 효과가 있으며 상대적으로 높은 온도의 급기를 이용하므로 외기를 통한 냉방기회가 증가한다”라며 “ASHRAE에서 제시한 성층화 쾌적성을 충족하는 재실자의 머리-발 온도차를 유지하기 위해서는 공급 가능한 냉방용량을 제한할 수 있으며 기후조건에 따라 복사냉난방 병행 및 별도의 외주부 냉난방으로 적용성을 확장할 수 있다”고 밝혔다.
이 관계자는 이어 “ASHRAE 설계절차에 따른 계산, CFD 분석결과, Price Room Designer 프로그램에 의해 산출된 결과가 서로 일치해 ASHRAE 설계 결과의 신뢰도 및 프로그램 유용성을 확인했다”라며 “치환공조는 폭넓은 용도의 건축물에 활용돼 건강하면서 친환경적인 건축환경 제공이 가능한 기술이며 적합한 설계분석을 통해 복사판넬 등 기술을 함께 적용할 경우 국내에서도 적극적인 활용을 기대할 수 있을 것”이라고 강조했다.
