복사냉난방시스템 대표기업 에코에너다임(대표 이현종)이 저엑서지(Exergy)를 활용한 대공간 복사냉난방시스템 보급에 적극 나서고 있어 주목받고 있다.
세계적으로 소비되는 연간 에너지 중 건축물에서 사용되는 에너지는 45%를 차지하고 있다. 그동안 건축물에서 사용되는 에너지를 줄이기위해 수많은 연구개발이 진행돼 왔으나 주로 에너지의 양적 부분에 관한 것이 주류를 이뤘다.
건축물에서 사용되는 에너지는 항상 하나의 형태에서 다른 형태로 변환되는 과정을 거치게 되며 이러한 변환과정에서 에너지는 유용한 에너지와 무용한 에너지로 구분된다.
이현종 대표는 “변환과정에서의 유용한 에너지를 엑서지(Exergy)라고 하며 엑서지의 손실이 임의의 에너지전달 및 소비과정에서 효율성에 대한 척도가 된다”라며 “지열이나 태양열 등의 친환경 대체에너지를 통해 등급이 낮은 저온수를 난방에 직접 사용할 수 있다면, 즉 저엑서지의 에너지원을 폭넓게 사용할 수 있다면 건축물의 에너지효율을 크게 증가시킬 수 있다”고 밝혔다.
이 대표는 “지금까지 건축물의 에너지절약을 위한 계획이나 평가는 대부분 에너지의 양적인 측면만 고려해 왔으나 열 등의 에너지는 양뿐만 아니라 질적인 측면을 갖고 있으며 에너지의 양과 질을 동시에 고려해 건축물의 에너지소비효율을 판단해야 한다”라며 “저온수 난방 및 고온수 냉방을 하는 복사냉난방시스템과 저엑서지 열원을 함께 사용하면 건축물의 에너지소비효율을 가장 크게 올릴 수 있다”고 강조했다.
대공간, 바닥복사냉난방 ‘최적’
복사냉난방시스템은 천장, 벽, 바닥에 설치된 복사패널을 이용한 복사열과 이로 인한 자연대류 효과를 이용하는 냉난방방식으로 ASHRAE(미국공기조화냉동공학회)에서는 공간과의 열교환 중 복사의 비율이 50% 이상인 냉난방방식으로 정의하고 있다.
기존 대류냉난방시스템에 비해 최고의 쾌적한 환경을 구현하고 에너지를 절약하며 친환경에너지의 활용도가 높을 뿐만 아니라 건축적 공간 활용성까지 향상되는 효과를 누릴 수 있다.
그러나 일상적 에너지사용에 있어 비가역과적이 최소화할 수 있도록 시스템을 구성해 에너지를 절감해야 하지만 우리 주변에 냉난방공조시스템 중 비가역성이 가장 많이 소모되는 곳이 대공간이다. 체육시설, 대형역사 공간, 강당, 공항 대합실, 일반 건물의 로비, 공연장 등이 대표적인 대공간이다.
이 대표는 “경험적 시설 설계 또는 현장 점검 시 공통된 것이 냉난방이 이뤄져야 하는 시점인 여름과 겨울에 대공간의 과다한 에너지사용이 이뤄지고 있다”라며 “에너지 방출 지점의 차이에 따른 온도 불균형, 층고에 따른 온도 불균형이 이뤄지고 있어 기존의 공조방식을 탈피해 복사냉난방시스템을 적용해 에너지절감과 온도 불균형시스템을 개선할 수 있다”고 강조했다.
대공간 복사냉난방은 하부 바닥에 코일을 설치하고 냉온수를 공급해 거주지로부터 냉난방이 일어나는 시스템이다. 현재 국내 100여개 현장이 복사냉난방시스템을 설치해 운영하고 있다.
대표적인 사례가 롯데월드슈퍼타워다. 초기에는 All-air공조시스템으로 검토됐으나 초기투자비 절감, 에너지절감, 공간활용도 향상 등이 인정돼 복사냉난방시스템을 적용해 매우 유용하게 사용되고 있다. 서울시 신청사 역시 전면 커튼월의 로비가 7~8개층이 VOID돼 일사부하에 취약한 형태이나 복사냉난방시스템과 병행해 원활한 공조공간으로 운용되고 있다. 이밖에도 세종시 국립도서관, 한국타이어 R&D Center, 현대자동차 복합거점, 코오롱 미래기술원 등 수많은 대공간에 바닥복사냉난방시스템이 적용돼 균형 있는 온도로 매우 쾌적하며 에너지절약적인 시스템으로 평가받고 있다.
저엑서지 시스템 활용
이 대표는 “그동안 입력되는 에너지대비 출력되는 일의 효율차원에서 에너지를 평가해 왔다”라며 “하지만 앞으로는 에너지의 질적 차원에서 접근해 한 번 만들어진 고엑서지의 에너지를 최대한 저엑서지가 될 때까지 활용할 수 있는가에 초점을 맞춰야 한다”고 강조한다.
대온고차 공조시스템은 일반적으로 냉방 시 냉수를 7℃로 공급해 12℃로 환수하고 난방 시 70℃로 공급해 60℃로 환수를 한다. 환수되는 공조용수는 다른 공조시스템에 사용하지 못하고 열원으로 돌아가야 한다. 하지만 리턴되는 공조용수를 다시 복사냉난방시스템에 공급해 2차로 재사용할 수 있으며 이 과정을 통해 복사냉난방시스템의 적용비율에 따라 자연스럽게 대온도차 공조가 이뤄지게 된다.
다시 말해 엑서지시스템에서 연료를 투입해 발생한 에너지를 최대한 자연의 온도와 가까운 온도까지 사용하는 접근방법이 같은 부하량 사용대비 약 66%를 절감할 수 있다.
대표적인 사례가 인천공항 제2여객터미널로 대공간 복사냉난방시스템을 적용해 AHU용 환수배관에서 인접한 더블T를 인출해 복사냉난방시스템에 활용했다.
복사냉난방시스템은 인접한 더블T 이후 복사냉난방용 2차측 순환펌프를 적용해 완전한 유체의 분리를 꾀하고 복사냉난방시스템에 상대적으로 높은 온도의 냉수(12℃) 혹은 상대적으로 낮은 온도의 온수(50℃) 즉 저엑서지 열원을 공급받아 필요시에만 독립적으로 운용된다.
이는 부분부하 운전 시 충분한 열교환을 하지 않고 돌아오는 환수온도 보정에도 매우 유용해 냉동기의 효율향상도 기대할 수 있다. 이로써 대공간의 난방 및 냉방 기류의 흐름에 방해 받지 않고 쾌적한 공간을 조성할 수 있다.
이 대표는 “인천공항의 복사냉난방시스템은 공항공사, 운영자, 설계자로부터 호평을 받아 향후 공항의 대공간 공조에 대해 추가 적용이 확대될 예정”이라고 밝혔다.
저엑서지 시스템을 활용하는 또 다른 사례는 지열, 폐수열, 해수열, 공기열 등 히트펌프를 활용하는 것으로 냉난방부하가 적은 저에너지 건축물이나 간절기 또는 부분부하의 경우 지열, 폐수열, 해수열만을 이용해 냉난방에 사용, 히트펌프의 운전시간과 효율향상을 도모함으로써 저엑서지시스템을 적극 활용할 수 있다.
대표적인 사례가 풀무원 로하스(패시브하우스)로 평상 시 히트펌프를 가동하지 않고 순수 지하수와의 열교환된 상대적으로 높은 온도의 냉수(약18℃)로 냉방을을 하고 상대적으로 낮은 온도의 태양열온수(약40℃)로 난방을 한다. 부하가 부족하거나 외기온도보상에 의해 더 큰 온도편차가 요구되면 히트펌프를 가동해 냉난방에 적극적 대응을 할 수 있다.
복사냉난방시스템은 거주자 위주만의 냉난방시스템으로 인체에 매우 빠르고 쾌적하게 적용돼 에너지절감과 매우 큰 만족도를 제공한다.
이 대표는 “국토부 국책과제인 ‘소규모 건축물의 소비에너지 최적화 설계 및 시공기술’에서 통합설비 구축기업 참여를 통해 최적의 에너지절약형 쾌적공조시스템 확립과 보급화에도 힘을 보탤 예정”이라며 “멈추지 않고 에코에너다임의 기본 페러다임인 쾌적하고 건강한 실내 환경과 초절약 저에너지, 저엑서지시스템을 추구함에 있어서 동일한 정체성을 이어가는데 정진해 나갈 것”이라고 강조했다.
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