대림산업 기술개발원은 친환경 저에너지분야에 연구개발 역량을 집중하고 있는 대표적인 민간연구소다. 2005년 국내 최초로 대림용인연구소에 기존대비 냉난방비용이 20~30%밖에 들지 않는 패시브(Passive) 하우스 개념의 ‘3L 하우스’를 도입한 이래 지속적으로 친환경 건축기술을 개발하고 실용화하고 있다.

이 결과 2008년에 확장형 평면기준 냉난방에너지 30% 절감형 공동주택을 공급하고 최근에는 냉난방에너지 50% 절감형 아파트를 준공하기도 했다.

냉난방 수배관 중요성 인지

대림산업의 공동주택 브랜드인 ‘e편한세상’의 친환경 저에너지 기술개발의 전담부서인 스마트·에코팀에서는 고성능 단열재, 창호 등 부하절감기술 개발과 함께 인체로 보면 혈관에 해당하는 수배관시스템의 최적화를 통한 운영단계에서 실질적인 에너지절감과 건축물의 냉난방성능 향상 부분에 대한 노력을 경주하고 있다.

이는 부하절감기술 개발 및 적용에 비해 상대적으로 그동안 관심이 적었던 수배관시스템의 최적설계가 운영단계 에너지비용 및 냉난방 성능에서 중요성이 매우 크다는 점을 인식한 결과다.

실제로 전세계적으로 사용되는 총 에너지 중 건물에서 소비되는 에너지가 약 36%로 비중이 큰 것으로 나타나고 있는데 건물에너지 사용량의 50% 이상을 공기조화, 냉동시스템(HVAC) 설비에서 소비하고 있다.

이에 따라 건물내부의 편안하고 쾌적한 환경 유지를 위해 수십년동안 HVAC기술은 에너지효율 향상 등 기계적인 성능 향상을 위한 노력과 함께 에너지소비를 최소화하기 위한 최적화된 설계 및 설비 구축을 위해 노력해왔으나 현재 국내 기술수준 및 실무단계에서의 설계검토는 상대적으로 미흡하다는 진단을 받았다.

건물에서 냉난방을 위한 에너지소비는 냉방을 위한 냉동기와 난방을 위한 보일러 등에서 가장 많은 부분을 차지한다. 각 터미널로 냉온수를 순환하기 위한 펌프의 에너지소비와 터미널에서 온도조절을 위한 팬, 모터, 컨트롤밸브 등 구동기의 에너지소비가 전체 에너지소비를 이루게 돼 종합적인 검토가 필요한 것이다. 건물에너지 절감을 위해 냉난방설비에서 고효율에너지기기 적용과 함께 냉난방 수배관시스템 설계의 최적화 설계를 통해 에너지절감을 이룰 수 있다. 이와 같은 노력은 짧은 시간에 투자 회수가 가능하다는 판단에서 이뤄지는 것으로 냉난방 수배관 최적설계 기법을 활용함으로써 냉난방 수배관 및 순환펌프 등의 최적화를 통해 원가절감과 함께 30% 이상의 건물 냉난방에너지를 절감 효과를 기대하고 있다.

최적설계 프로그램 활용

대림산업 기술개발원 스마트·에코팀에서는 냉난방 수배관 최적설계 프로그램인 HySelect를 이용해 지역난방과 같은 중앙 냉난방 공동주택의 수배관시스템 설계를 실시해 유량배분 등의 성능을 개선하는 동시에 과설계 방지를 통한 원가절감에도 활용하고 있다.

HySelect는 배관길이, 유량, 차압 등의 입력값을 가지고 요구되는 펌프 양정과 설계 유량에 최적화된 수배관 사이즈, 컨트롤밸브의 Authority 등을 계산해 최적배관 사이징에 의한 원가절감과 최적 펌프양정에 의한 반송동력 등 건물에너지를 절감시킬 수 있는 냉난방 수배관 최적설계 프로그램이다.

수배관 최적설계 사례로 세종특별자치시와 인천광역시의 지역난방 공동주택에 대해 실시한 결과를 살펴보면 세종시 공동주택의 경우 13개동 849세대 규모로 지역난방구간은 4개의 존으로 구획돼 4개의 열교환기와 펌프를 통해 각 세대에 난방이 공급되는 프로젝트다.

각 입상배관에 차압제어기를 설치함으로써 초기설계안은 최저 Authority가 0.11에 불과하던 것을 각 세대의 컨트롤밸브 설치를 통해 Authority 0.25 이상으로 향상시킬 수 있었다.

특히 기존 설계대비 배관 사이즈 최적화로 배관 설치비용을 9% 절감시키고 펌프양정 및 운전 최적화로 연간 난방 순환펌프 운전비용을 39%정도 절감시킬 수 있었다.

인천시 공동주택의 경우 15개동 2,708세대 규모로 6개의 존으로 구획돼 각 세대에 난방을 공급하는 시스템으로 구성된 프로젝트다.

동차압밸브 설치로 각 세대의 컨트롤밸브 Authority 0.25 이상을 확보하는 동시에 기존 설계대비 배관 사이즈의 최적화로 배관 설치비용을 16% 절감시키고 펌프양정 및 운전 최적화로 연간 난방 순환 펌프 운전비용을 19%정도 절감시킬 수 있었다.

대림산업 기술개발원의 관계자는 “기존 냉난방 수배관시스템 설계를 HySelect 프로그램을 이용, 최적 설계해 시스템의 안정성을 확보하고 배관 및 펌프 양정의 최적설계로 초기 설치비용 절감과 함께 사용 시 발생하는 펌프 운전비용을 절감할 수 있었다”라며 “대림산업에서는 이와 같은 사례를 기초로 향후 발생되는 모든 신규사업지에 대해서는 수배관시스템 최적설계를 검토할 계획”이라고 밝혔다.