대한설비공학회 공조부문 및 냉난방수배관시스템전문위원회(위원장 민준기 경희대 교수)는 지난 5월19일 SETEC 컨벤션센터 2층 세미나실에서 ‘포스트 코로나와 탄소중립을 위한 에너지절약적인 공조시스템’을 주제로 학술강연회를 개최했다.

1부와 2부로 구성된 학술강연회는 △BIM 연계형 에너지절감 통합수배관시스템 계산 프로그램(Hyd-One) 사례(하나지엔씨) △살균탈취 필터 내장형 복합공조기 유닛(MACU) 설치 사례(이젠엔지니어링) △바닥 및 천장복사와 제습시스템을 이용한 최적화 공조시스템(에코에너다임) △제로에너지 하우스에서의 스마트 차압제어시스템(삼양발브종합메이커) △건물에너지와 HVAC 시스템 유지보수(LG전자) △대공간 집회시설의 에너지절약 공조시스템(G1에어텍) △포스트 코로나19 대응 실내 청정환기시스템(하나지엔씨) △델타 T 제어를 통한 AHU 과유량 방지(벨리모서울) △지속가능한 제로에너지건축물을 위한 데시컨트제습 청정환기시스템(에코엔하임) 등 순으로 진행됐다. 

민준기 공조부문 및 냉난방수배관시스템전문위원회 위원장은 인사말을 통해 “최근 이슈가 되고 있는 ‘포스트 코로나와 탄소중립을 위한 에너지 절약적인 공조시스템’ 주제로 학술강연회를 준비했다”라며 “코로나 종식과 지구온난화 문제 해결을 위한 대안인 탄소중립의 2가지 핵심 키워드를 통해 다양한 공조설비 및 냉난방수배관시스템에서의 포스트 코로나와 탄소중립을 위한 에너지절감 적용 기술과 사례 등을 제시할 계획”이라고 밝혔다.

이어 민 교수는 “앞으로도 코로나 종식과 탄소중립의 목표 달성을 위해 효율적인 공조설비 및 냉난방수배관시스템 교육과 기술보급을 통해 국민의 건강과 에너지절감에 이바지하도록 하겠다”고 덧붙였다.

첫 발표에 나선 강민규 하나지엔씨 책임연구원은 ‘BIM 연계형 에너지절감 통합수배관시스템 계산 프로그램(Hyd-One) 사례’를 설명했다. 

국내 분야별 에너지소비는 건물에너지가 26%를 차지하며 이중 공조부문의 에너지소비량이 절반에 이른다. 국토교통부 건설기술진흥법 시행령에 따르면 2022년부터 생산성, 시공성, 효율성을 극대화하기위해 건설정보 모델링(BIM) 관련 정책 개발 및 활성화 지원을 적극적으로 진행할 예정이다. 

하나지엔씨는 냉난방, 소방 수배관시스템에서 수배관의 정확한 계산을 통한 최적화를 위해 3D기반의 BIM과 연계해 보다 편리하고 저렴한 에너지절약형 통합 수배관시스템 계산 프로그램인 ‘Hyd-One’을 개발했다. Hyd-One은 냉난방 수배관 계산 최적화 2D프로그램인 ‘Hyd-SAREK’을 모티브로 쉽고 편리한 에너지절감 냉난방수배관 소방수리계산 통합 BIM 설계 최적화 프로그램이다. 

강민규 선임은 “BIM 연계형 통합 수배관 계산 최적화 프로그램 ‘Hyd-One’은 BIM과 연계해 3D를 기반으로 냉난방 수배관, 소방수리계산 시스템에서 수배관의 정확한 계산을 통한 최적화가 가능하며 저렴한 국산 프로그램”이라며 “BIM을 이용한 최적화 시 설계오류의 사전검토, 물량산출, 공정 시뮬레이션이 가능하며 OPEN BIM을 이용한 IFC 3D Viewer를 프로그램과 같이 구동가능해 실시간 반영할 수 있다”고 밝혔다. 

강 선임은 이어 “Hyd-One은 냉난방 수배관 프로그램과 소방수리계산 프로그램으로 나뉘어져 있어 필요한 조건에 맞춰 사용이 가능하며 3D BIM에서 배관경, 배관길이, 장비 스펙 등을 추출해 배관 트리를 자동 모델링 후 최적화할 수 있다”라며 “냉난방 수배관과 소방수리계산 모두 수리계산 내역서 출력이 가능하며 전체 또는 일부 장치의 세부내역서도 확인 가능하다”고 덧붙였다. 

강 선임은 특히 “Hyd-One을 통한 설계-시공-감리를 연계한 플랫폼 구축으로 기계설비시장 활성화가 가능하다”라며 “OPEN BIM과 자동 모델링기능을 통해 누구나 사용가능토록 사용성과 편리성을 확보했다”고 강조했다 

 

강한기 이젠엔지니어링 대표는 ‘살균탈취 필터 내장형 복합공조기 유닛(MACU) 설치 사례’에 대해 발표했다. 코로나 바이러스로 인해 실내 거주가 증가함에 따라 △감염병 환자수 증가 △의료관련 감염환자 증가 △감염으로 인한 사망자 증가 △실내공기 오염 △환경성 질환자 증가 등 실내공기질 문제점이 확산되고 있어 환기도입 의무화가 확대되고 있다.

이젠엔지니어링은 ‘퀀텀폼(Quantum-Pom)’ 물질을 적용한 QAF(Quantum-Pom Air Filter) 다기능 살균 탈취필터를 MACU 적용, 개발했다. 퀀텀폼은 3개 이상의 산화금속이 3차원 구조로 산소원자를 공유하는 다중금속산화물로 반응성이온(전자, OH-, 산소분자 등)을 방출해 공기 중 바이러스, 박테리아 등을 사멸은 물론 VOCs와 악취를 분해할 수 있다.

강한기 대표는 “퀀텀폼은 음전하를 띠고 있어 필터나 섬유에 코팅 시 매우 강력한 결합력을 가지며 장기간 사용해도 인체에 무해하며 마스크 사용 유해물질 안전기준을 통과했다”라며 “탈취필터, 광촉매필터, UV램프, 헤파필터 등 모든 기능을 갖춘 QAF는 초미세먼지, 탈취, 살균을 하나의 필터로 해결 가능하다”고 강조했다. 이어 “공기 살균 및 정화시스템 구매 필요없이 모든 실내에서 사용하는 냉난방공조시스템에 들어가는 다기능 살균필터 하나로 바이러스 및 실내공기오염 모두 해결할 수 있다”고 덧붙였다. 

QAF는 대전마케팅공사에 적용돼 △미세먼지 –52% △초미세먼지 –50% △폼알데하이드 –60% △총부유세균 –23% △일산화탄소 –50% 등을 저감했다. 

천정형 복합공조기 유닛인 MACU(Multi Air Conditioning Unit)는 실내 생활 필수장비 4가지를 통합한 공조기로 △냉난방기 △가습기 △공기청정기 △환기장치(전열교환기 포함) 등 기능을 수행할 수 있다. 실내 환경 개선 효과 및 냉난방 에너지비용 절감에 기여할 수 있으며 국내 유일 QAF필터를 이용해 타 제품대비 경쟁력이 탁월하다.

 

MACU의 열원으로 △냉난방용 EHP·GHP 실외기 △냉온수제조기기(보일러, 냉동기, 히트펌프) △축열시스템(수축열, 빙축열) △신재생에너지(태양열, 지열) 등 다양하게 연동할 수 있으며 실내공기질을 안정적이며 지속적으로 유지관리하는 ‘공기질 상시모니터링시스템’도 적용됐다. 

이재인 에코에너다임 연구원은 ‘바닥 및 천장복사와 제습시스템을 이용한 최적화 공조시스템’에 대해 발표했다. 

복사냉난방은 열전달방식이 대류방식인 기존의 Air시스템과 다른 복사방식의 열전달을 이용한 냉난방시스템이다. 현열은 실내에서 복사패널이나 바닥코일로 처리하고 잠열은 제습기능을 가진 환기장치(DOAS: 전외기시스템)에서 처리하는 시스템으로 현존하는 시스템 중 실내환경 조건을 가장 쾌적하게 유지시키는 최고의 저에너지시스템으로 평가받고 있다.

이재인 연구원은 “복사냉난방은 사람이 가장 쾌적하다고 느낄 수 있는 온도 24~26℃, 습도 50~60%로 형성 및 유지해 냉방 시 기류의 소음과 불쾌감없이 온·습도를 유지할 수 있다”라며 “상하 온도편차가 적어 거주하는 공간의 균일한 온도 분포를 형성한다”고 밝혔다. 

국내 J병원 VIP진료실, 한국테크노돔 등에 에 설치된 복사냉난방시스템은 쾌적성을 인정받았다.

복사냉난방시스템은 대류공조대비 약 30%의 에너지절감이 가능하다. 특히 일사부하 처리능력이 높고 거주영역 위주의 냉난방에 효과적이며 건물 아트리움의 특성 상 출입이 빈번한 곳으로 침입 외기에 대한 부하대응 능력이 우수하고 넓은 공간 냉난방 부하 제거 효율이 우수해 대공간 적용 시 에너지절약효과를 극대화할 수 있다. △풀무원 LOHAS 숲체원 △판교 개인주택 △코오롱 one&only Tower 등에 적용돼 복사냉난방시스템의 에너지절감성을 입증했다.

이재인 연구원은　“우리나라의 도심에서의 건축물은 온실가스의 70%를 배출하고 있으며 냉난방에너지는 건축물에너지의 50~60%를 차지하고 있다”라며 “현대 사회, 더 나아가 미래에는 최적화 냉난방공조시스템, 즉 쾌적성과 에너지절감성이 결합돼야 하는데 복사냉난방시스템은 현존하는 가장 쾌적하고 저에너지시스템”이라고 강조했다.  

김남근 삼양발브종합메이커 이사는 ‘제로에너지하우스에서의 스마트차압제어시스템’에 대해 발표했다. 

전 세계 에너지사용량은 2040년 1차 에너지 수요는 2017년대비 27% 증가할 것으로 전망되고 있으며 에너지자원 고갈 가속화는 물론 이상기후 현상과 미세먼지 문제도 증가하고 있다.

우리나라 건축연면적은 2011년 32억9,500만m²에서 2018년 37억5,400만m²로 증가했으며 최종에너지소비량도 2000년 꾸준히 1억5,000만toe에서 2017년 2억3,400만toe로 꾸준히 증가하고 있다. 이에 따라 냉난방 에너지요구량을 최소화는 패스브기술과 에너지소비량을 최소화하는 액티브기술, 신재생에너지생산 등을 결합한 제로에너지건축물시장이 확대되고 있다.

제로에너지건축물에 적용되는 ‘VERI SMART VALVE-YVS series’는 연산식 정밀유량 조절밸브로 시스템 조건에 맞게 현장에서 즉각적인 유량설정이 가능하며 간편한 유량입력과 제어모드 설정이 가능하다. 또한 설정된 세팅값으로 정밀한 유량조절이 가능해 기존 PICV의 유량제어범위가 10% 이내인데 반해 YVS series는 3% 이내 유량제어가 가능하다. 이에 따라 7% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며 과한 에너지사용을 방지할 수 있다. 

유동해석을 통한 정밀한 디자인설계로 불필요한 공간없이 일정한 유량속도를 유지시키는 컴팩트한 디자인으로 훨씬 작아진 공간에도 설치할 수 있다. 

김남근 이사는 “밸브 규격에 따라 구동기 사이즈는 차압이 높아짐에 따라 불가피하게 더 커지고 비싸져야 하지만 삼양만의 독자적인 기술력으로 탄생한 one for All-Actuator로 모든 밸브사이즈에 동일한 구동기를 적용할 수 있어 안정적으로 콘트롤할 수 있다”라며 “YVS series 밸브와 통신을 통해 건물 내 냉난방 배관내의 유량 및 압력(공급, 환수, 차압) 등 데이터정보들을 실시간 모니터링이 가능하며 데이터분석을 토대로 실시간 사용량에 맞게 최적제어가 가능하다”고 밝혔다. 

YVS series는 작동방식 변경으로 누수발생을 최소화할 수 있으며 유지보수 용이성이 증대되며 사용 중 배관 내 헌팅을 최소화할 수 있다. 또한 수평, 수직 설치로 설치방향에 제한이 없으며 슬라이딩 연결방식 배선함 일체형으로 설치 및 배선작업이 용이하다.

김태완 LG전자 선임연구원은 ‘건축물에너지와 HVAC시스템 유지보수’에 대해 발표했다. 

김태완 선임은 “건축물 본연의 안전, 기능적, 미적, 환경성능 요구조건에 HVAC 유지보수, 성능유지가 필연적 요소”라며 “초기 설치대비 성능저하에 따른 에너지비용이 증가하고 돌발고장에 따른 장비 정지 및 수리비용 증가, 쾌적공간 유지 필요성 등을 고려한 에너지 저소비형 건축물과 저탄소 경제, 탄소중립사회를 구축해야 한다”고 밝혔다. 

건축물의 성능요구사항은 △안전성능 △에너지성능 △환경성능 △미관성능 △기능적 성능 등이 있으며 이를 바탕으로 △예방진단 및 정비 △냉동기 오버홀, 커미셔닝, 에너지솔루션 △실내기 세척 △실내기 판넬교체 △원격서비스 등 유지보수 비즈니스가 발생한다.

김 선임은 “사용연수 증가에 따른 운영비용 증가와 실내 쾌적도 유지를 위한 체계적인 유지관리 활동이 필요하며 온실가스 저감 등 환경정책에 따라 기축 건축물의 유지관리 중요성이 부각되고 있으며 법제화가 필요하다”고 강조했다. 

LG전자의 자회사인 하이엠솔루텍은 유지보수상품으로 기본형과 옵션상품을 제공하고 있으며 패키지로도 구성해 판매하고 있다. 일례로 오염된 실외기와 실내기 세척을 진행한 후 고객 관점에서의 이득을 검증한 결과 기존대비 COP가 29% 개선돼 고객 사용요금도 절감됐다. 

김충회 G1에어텍 대표는 ‘대공간 집회시설의 에너지절약 공조시스템’ 방안에 대해 제시했다. G1에어텍은 독일 크란츠와 건물에너지 절약·IAQ 쾌적공조 선도기업인 휴마스터의 대리점으로 △바닥공조 △수배관 복사냉난방 아벡스 복사세일 △전산센터 서버랙 급기시스템 ‘저속정유유니트’ △유럽형 칠드빔 및 병원용 고효율쿨빔 △특수댐퍼 및 필터 등을 취급하고 있다.

대공간인 K-pop 아레나 집회시설의 냉난방계획은 지역냉방 열원인 흡수식 냉동기와 전동터보 열원으로 1차 정유량, 2차 변유량시스템, 공조기, 폐열회수 전열교환기를 적용한다. 30m 이상 공간인 만큼 원형의 대풍량 제트 & 디스플레이스먼트 급기구를 적용해 다목적기능인 △냉난방 도달거리제어 △디스플레이스먼트 모드 △아이스링크 표면 빙질보호 △실내 환기효율 개선 등을 구현할 수 있다. 

김충회 대표는 “유인비가 높은 급기구일수록 관람석에 장시간 관람하더라도 여름철 냉방 시 콜드드레프트가 발생하지 않으며 겨울철 난방 시 도달거리확보에 유리해 쾌적한 온열환경을 유지할 수 있다”고 밝혔다.

G1에어텍은 대형집회시설의 쾌적성을 고려한 데시컨트 제습공조계획으로 재실밀도가 높은 소중규모 공연장, 영화관에서 잠열부하처리에 의한 에너지절약운전이 가능하다. 

김충회 대표는 “영화관의 냉방방식을 에어컨 단독 운영 시 설정온도 22℃로 운전하더라도 쾌적성이 없다”라며 “하지만 제습기나 데시컨트 제습이 가능한 휴미컨을 병용 시 쾌적성을 확보할 수 있으며 휴미컨 병용 시 쾌적공조 및 소비전력량이 에어컨대비 63% 감소한다”고 밝혔다. 

박동일 하나지엔씨 대표는 ‘포스트 코로나19 대응 실내 청정환기시스템’에 대해 발표했다. 

바이러스는 크기에 따라 △조류독감(80~120nm) △인플루엔자 A(80~120nm) △Sars-CoV(100~140nm) △MERS-CoV(150~320nm) 등으로 구분되며 코로나 바이러스의 경우 2m 반경 내 기침이나 콧물에서 호흡기 비말에 대한 밀접 접촉을 통해 주로 전파된다. 

박동일 대표는 “주요 감염요인 중 하나인 공기에 의한 감염을 최소화하기 위해서는 기계설비분야에서 기류, 실내압 조정, 필터 또는 살균설비 적용, 공기 재순환 방지 등을 고려해야 한다”라며 “호흡기 감염병의 공기전파와 코로나19의 비말 호흡기 감염으로 인해 환기, 필터링, 공기살균 등의 중요성이 인식됐다”고 지적했다. 

박 대표는 “그러나 다중이용시설의 경우 여전히 밀폐·밀집·밀접 등 3밀 상황이며 환기장치가 제대로 구비돼 있지 않은 상황”이라며 “환기를 위한 외기도입 시 에너지다소비 문제가 대두되고 있는 만큼 공조환기 시 필터링방법과 살균방법 개발이 시급하다”고 밝혔다. 

코로나상황을 거치며 환기량이 많을수록 실내에서 발생하는 오염물질 농도가 떨어지며 환기가 충분하면 공기 중 사스바이러스 농도가 희석돼 피폭량이 적어져 감염위험이 저하됨을 확인했다. 또한 코로나19 유행기간 중 가능한 환기량을 많이 하는 것이 효과적인 방법으로 활용됐으며 기계환기의 경우 외기량을 최대로 설정하는 것이 효과적인 방법이었다. 

박동일 대표는 “코로나19 바이러스는 직경이 미크론의 약 1/8 또는 0.125미크론으로 바이러스 입자가 매우 작지만 헤파필터가 효율적으로 포집한다”라며 “기침 또는 재채기에 의해 방출되는 공중바이러스 입자 역시 헤파필터가 100% 가깝게 포집하며 공기를 재순환하면 공기 중 입자가 보다 줄어든다”고 밝혔다. 이어 “헤파필터에 포집되면 결국 효능을 잃고 분해되는 만큼 헤파필터에 포집된 바이러스입자에 대해 걱정할 필요가 없다”고 강조했다. 

이현종 에코엔함임 대표는 ‘지속가능한 제로에너지건축물을 위한 데시컨트제습 청정환기시스템’에 대해 설명했다. 

제로에너지건축물 인증 의무화가 본격 시행되면서 건축물 에너지효율등급 1++ 이상, 에너지자립률 20% 이상, BEMS 또는 전자식 원격검침 등을 충족시켜야 한다. 이렇다보니 냉방부하는 120W/m²에서 20W/m²로 대폭 감축됐으며 환기부하 비중이 증가함에 따라 환기에너지 횟수 중요성이 증대되고 있다. 

또한 고온다습, 저온다습, 부분부하 운전 등 사용환경 및 조건이 다양해짐에 따라 온도와 습도의 개별제어 필요성이 증가하고 있다. 

엔코엔하임이 취급하는 휴미컨은 건설생활환경시험연구원 시험을 통해 전기제습기대비 제습효율 140%를 달성하며 에너지소비효율 1등급을 획득했으며 신기술인증과 2018년 ‘올해의 기계기술’로도 선정된 바 있다.

이현종 대표는 “휴미컨에 적용된 초흡습성폴리머를 이용한 제습로터는 제습로터카세트와 공조기 모두 국내에서 제작하며 실리카겔대비 흡습성이 4~5배”라며 “재생온도는 50℃ 내외, 내구연한 약10년, 항균·항곰팡이·탈취성능이 우수하며 친환경 소재로 인체에 무해하다”고 밝혔다.

이어 “제습로터 크기 감소로 공조기 크기도 줄어들고 팬동력도 감소해 냉각열량 10~20%, 재생열량 50~70% 절감할 수 있다”라며 “낮은 재생온도로 저엑서지시스템 구현, 재생열원의 간소화, Cond unit 이용 시 별도의 열원없이 응축배열만으로 재생이 가능하다”고 강조했다.