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특별기획

쾌적도·생산성↑ ‘바닥공조’…천장공조 문제점 ‘해결’

녹색건축물 인증·LEED인증 획득에 유리
실내공기질 확보 통합형시스템 설치 늘어

공기조화란 재실자의 쾌적한 근무환경을 조성해 생산성을 높이기위해 도입됐다고 해도 과언이 아니다. 공기조화의 개념이 도입된 이후 대부분의 건물은 천장공조방식이 주로 적용돼 왔다.


천장공조는 천장에서 급기와 환기가 이뤄지다 보니 급기가 재실자에게 미처 공급되기 전에 환기로 회수되거나 충분히 재실공간까지 공급 분포되지 못하거나 오염된 공기가 실 전체에 섞여 회수되기 일쑤였다.


특히 천장공조방식은 겨울철에는 재실자 머리까지만 따뜻한 바람이 도달하고 다리 등은 추워 별도의 보조난방기를 가동케 하는 현상도 벌어지고 있다. 이렇다보니 천장방식은 많은 에너지를 소모하면서도 만족할만한 실내 환경을 제공해주지 못하는 경우가 다반사였다.


이에 반해 바닥공조는 급기와 환기의 위치를 달리해 재실공간에 신선한 공기가 바로 급기되고 생성된 오염물질은 섞이지 않고 원활히 천장으로 이동하도록 유도된다. 이를 위해 바닥에 설치된 이중바닥(Access floor)은 풍도로 겸용하기 위한 높이가 더 필요하고 천장 상부의 공간은 급기 덕트가 제외되기 때문에 필요 천장고 높이를 낮출 수 있다.


이중바닥에 설치되는 유니트는 외관이 세련되고 실내 환경이나 카페트와 조화를 잘 이뤄야 하며 잦은 충격과 마찰에도 긴 수명을 보장해야 해 비용이 비싼 단점도 있다. 하지만 교체나 이동이 손쉽고 부하 변동에 대응하기 위해 변풍량 기능도 포함돼 있어 재실자의 쾌적성을 담보할 수 있는 시스템으로 바닥공조방식이 각광받고 있다.


 


바닥공조방식이란

바닥공조방식(UFAD: Under Floor Air Distribution)은 바닥에서 취출하는 공조방식으로 엑세스 플로어 하부 공간을 전기, 통신과 함께 공조 공기의 통로로 사용하는 방식을 말한다. 바닥공조방식에는 덕트방식, 가압방식, 등압방식은 물론 이들을 혼합한 하이브리드방식 등 여러 가지가 있다.


바닥공조방식은 원리적으로는 단순히 천장에서 취출하는 것을 바닥으로 바꾼 것에 불과하지만 이로 인한 시스템상의 장점은 무수히 많다. 먼저 실내 공기질이 좋아져 업무환경이 개선된다.




ASHRAE(American society of Heating, refrigerating and Air-conditioning)에서는 바닥공조시스템에 대해 급기와 환기 방향이 서로 반대인 치환환기(Displacement Ventilation)로 구분되며 일반 천장공조에 비해서 환기효율이 20% 이상 좋아 필요 외기량이 적고 에너지절약에 유리하다고 정의하고 있다. 이는 업무환경을 개선해 생산성을 높이고 근로자의 창의력을 고무시켜 결국 회사에 이득을 창출할 수 있다는 것이다.


또한 구역별 온도제어가 가능해 재실자의 근무만족도가 향상된다. 구역별 온도센서가 포함돼 사용자의 요구에 맞게 제어가 설정된 온도에 따라 풍량이 가변, 에너지낭비를 줄일 수 있다.


필요 층고가 낮아 건축비가 감소되거나 동일한 빌딩 높이에 더 많은 층을 건축할 수 있다. 사무용일 경우 넓은 공간 특성상 전원, 인터넷, 전화 등의 케이블 때문에 바닥에 이중바닥 설치가 필수다. 이때 이중바닥 필요 높이를 더 높여 급기 공간을 확보하고 상부 천장을 오픈할 경우 높은 천장 높이를 확보할 수 있다.


이는 동일 층고를 기준으로 건축비가 감소되거나 동일 건축높이 기준으로 추가 층을 건축해 임대료 수입이 상승될 수 있다.


사무실 레이아웃 변경 시 공조시스템도 유연하게 변경 대응할 수 있는 점도 장점이다. 공기취출구가 고정돼 있는 천장공조방식에 비해 바닥공조방식은 사용자의 기업 내 조직의 변경 및 실의 용도 변경에 따라 손쉽게 레이아웃 변경 대응이 가능하다.


건물의 일부 혹은 전체를 임대할 경우 이러한 장점으로 손쉽게 고객을 유치할 수 있으며 레이아웃 변경에 소요되는 많은 비용을 절약할 수 있다. 바닥공조 유니트의 케이블은 인터넷선과 동일한 플러그앤플레이 방식으로 전기전문가가 아니더라도 손쉽게 제거 및 이동이 가능하다.


특히 녹색건축물 인증, LEED인증에 유리하며 건물 유지비용 감소 등 임대 고객을 유치 시 유리한 다양한 장점을 갖고 있다.


바닥공조시스템은 천장 높이가 높은 교회, 극장, 공연장 등 시설에 적합하며 낮은 소음으로 정숙한 환경을 요구하는 도서관에 적합하다. 또한 레이아웃 변경이 빈번히 발생하는 임대용 사무실, 콜센터 등의 업무환경, 에너지절약이 의무화된 정부청사, 관급건물, 담배 연기 등이 발생할 수 있는 카지노, 기존 데이터센터에도 유용하게 적용이 가능하다.




최근 설계 트렌드는

바닥공조의 전통적인 구분방식은 크게 취출구마다 팬을 설치해 엑세스 하부의 압력이 거의 없는 등압식과 취출구에 팬이 없이 수동 또는 자동 타입의 취출구로 이뤄진 가압방식으로 구분했다.


케이프로텍의 관계자는 “최근에는 업체마다 다양한 취출구 적용으로 바닥공조를 구분하는 것은 별 의미가 없어지고 있다”라며 “우리 회사는 주로 등압식 위주로 시공하고 있어 등압식이 많이 적용되고 있는 추세이나 이러한 구분보다는 공조기를 포함한 전체 시스템 자체가 어떤 공조시스템으로 하는 것인가가 더 중요한 요소가 된다”고 밝혔다.


국산화 이전에는 완제품 수입품에 의존하다 보니 입형의 존공조기 타입과 외조기로 구분돼 설치하는 것이 일반적이었으나 에너지절약 및 실내공기질이 더욱 중요해짐에 따라 외기냉방이 용이하고 실내공기질을 높게 유지하기 용이한 통합형시스템으로 적용이 늘고 있는 추세다.


또한 바닥공조로 했을 때 천장공조대비 취약할 수 있는 도달거리나 반응속도에 대한 대응책으로 외주부에 팬코일을 설치하거나 하부 공간 중 외주부를 별도 구획하는 등의 방법도 적용되고 있다. 또한 공조기 사이즈를 최소로 하면서도 쾌적한 공조를 위해서 바닥공조와 천장복사냉난방을 함께 적용한 현장도 나오고 있다.


등압식 바닥공조에서는 그동안 바닥재나 취출구 그릴이 한 가지로 단순화돼 있었으나 다양한 취출구 형식이 가능하게 됐다. 예를 들어 기존에는 그릴 형상으로 인해 스틸콘 타입의 바닥재는 불가능했으나 케이프로텍에서 스틸콘용 취출구를 개발함으로써 바닥재 재질이나 타입에 따른 제한이 없어졌다.


그릴의 경우도 일자형뿐만 아니라 바닥재 타공형 타입 개발로 인해 어떤 모양의 그릴형상도 가능하게 됐다. 또한 기존에는 사무실 건물 위주로 적용했으나 현재는 극장, 공연장, 교회, 상가건물, 식당 등 거의 제한 없이 다양한 건물에 적용을 하고 있는 추세다.


1세대 바닥공조는 데이터센터의 서버 인근 바닥에서 단순히 급기되는 토출구가 시초였다면 2세대 바닥공조는 부하변동 대응에 따라 풍량이 가변제어되는 변풍량팬, 급기량 증대를 위한 환기측 필터가 추가됐다. 제조사에 따라 바닥공조 유니트에 온도센서가 추가된 제품도 있다.


존슨콘트롤즈는 이중바닥 상부와 하부의 압력차가 없는 등압식(Zero-pressure Plenum)바닥공조를 공급하고 있다. 2세대 방식 도입 후 많은 문제점이 야기됐다. 먼저 유니트의 무게가 너무 무거워 레이아웃 변경 시 이동이 어렵거나 유니트의 상부는 여성의 하이힐이 끼는 것을 방지하고 체격 좋은 성인 남성의 체중 이상을 견뎌내기 위해 보통 주물로 견고히 제작되는데 팬 모터가 추가되고 다풍량을 처리하기 위해 중량이 더욱 무거워졌다.


또한 다풍량 처리 시 거주공간 외 천장공간까지 급기돼 오염물질이 천장에서 다시 거주역으로 내려오는 문제도 있다. 특히 온도센서가 있는 유니트의 경우 카페트 청소 시 사용되는 스팀청소기에 의해 온도센서의 외부 조작부와 디스플레이창 고장이 빈번했다.


3세대 제품은 2세대에서 발생했던 문제점들을 보완하기 위해 부하 변동대응을 위한 풍량을 제어할 수 있는 디퓨저 구조의 취출구가 개발돼 팬모터와 필터를 제거하면서 유지보수 요인이 전혀 없으며 가벼운 무게를 갖게 됐다.


이중바닥 하부가 상부보다 가압이 돼야 공기가 토출이 되기 때문에 통상 가압식(Pressurized Plenum)이라고 한다. 최근 새로운 가압식의 형태로 일본의 시미즈사는 공급되는 이중마루 전체를 타공하고 상부에 카페트로 마감해 공급하는 방식을 취하고 있으나 구역별 풍량제어가 안되는 단점도 갖고 있다. 존슨콘트롤즈는 대표적인 가압식 바닥공조시스템 공급사로 다양한 풍량과 형식의 바닥공조 급기유니트를 보유하고 있다.


존슨콘트롤즈의 관계자는 “기존의 공조방식 외에 다양한 방식을 고민해왔고 이미 많은 실적과 검증을 통해 바닥공조시스템이 얼마나 매력적이고 드라마틱한 효과를 발휘하는지 어필해 왔다”라며 “북미시장에서 오피스빌딩을 중심으로 꾸준히 보급돼 온 바닥공조시스템은 친환경 건축물을 고민하는 전 세계에 보급, 확산되고 있으며 국내에서도 관공서와 IT기업의 사옥을 중심으로 보편화되고 있다”고 강조했다.




바닥공조 활성화 방안

바닥공조를 대규모 사무실 건물에 바닥공조업체 시스템으로 전체 적용한 것은 1996년 한국전자통신연구원(ETRI)이 최초다. 이후 카카오나 네이버 등 주로 IT기업에 일부 시공됐다.


업계의 관계자는 “2010년까지는 1년에 1건 정도 적용될까 말까 할 정도로 매우 드물게 시공됐다”라며 “그러나 2011년 이후 점차 바닥공조에 대한 인식이 일반화되기 시작해 현재 진행 중인 프로젝트만 해도 10개 이상이 될 정도로 시장이 크게 확대되고 있다”고 밝혔다.


하지만 여전히 전체 사무실 건물 착공건수에 비해 바닥공조 비율을 집계하기 어려울 정도로 아직은 바닥공조가 일반화됐다고 보기는 어려운 것이 현실이다. 미국의 경우 사무실 건물의 20% 이상 바닥공조가 적용되고 있는 추세를 감안할 경우 국내 바닥공조시장은 초기단계라고 할 수 있지만 성장가능성이 높다.


업계의 한 관계자는 “바닥공조가 확대되고 있으나 더욱 확대되기 위해서는 인식의 변화가 필요하다”라며 “아직 바닥공조가 뭔지 잘 모르는 경우가 많으며 장점에 대해 설명해도 잘 인식하지 못하는 경우가 많다”고 지적했다.


가령 바닥공조 적용 시 층고를 절약하거나 노출천장을 적용해 쾌적하게 사용할 수 있는데 어떻게 층고가 절약되는지 현장에서 보면 쉽게 알 수 있지만 막연히 어렵다고 느끼는 경우도 있다. 또한 노출천장에 대한 거부감 때문에 무조건 노출 천장이 안된다고 거부반응을 보이기도 해 바닥공조 영업자들이 어려움을 토로하고 있다.


또한 사무실 바로 옆에 있는 공조실로 인해 소음이나 진동이 문제되지 않을까 우려하는 경우가 많다. 이런 경우 기존의 대형 시로코팬이나 터보팬을 생각하기에 우려하는 것으로 실제로 작은 사이즈의 EC FAN을 다수 적용해서 공조실에서조차 소음이 거의 없는 것을 현장에서 보고 매우 놀라는 경우가 많다.


실내 공기질에서도 바닥공조의 경우 ‘바닥에서 먼지가 많이 나오지 않을까’라는 의문을 제기하기도 하지만 실제 측정한 결과 바닥공조로 적용한 현장의 경우 실내 미세먼지가 훨씬 적게 검출되는 것으로 나타났다.


업계의 관계자는 “이론적으로 봐도 공기 흐름상 천장공조 시 재순환이 많이 발생돼 먼지가 쉽게 제거되지 않는 천장공조방식에 비해 실내에서 생긴 먼지가 공조기를 통해 바로 제거되는 구조이기 때문에 실내 먼지가 적고 논문이나 실제 측정자료로도 쉽게 증명된다”고 강조했다.


또 다른 관계자는 “바닥공조가 더욱 활성화되기 위해서는 사업주나 설계사의 엔지니어들이 더욱 열린 마음을 갖는 것이 중요하다”라며 “사무실에서 연구하고 조사하는 것도 좋지만 견학할 수 있는 현장이 전국에 많으므로 현장을 답사하고 실제 근무자의 의견도 물어보면서 정말 어떤 것이 좋고 나쁜지를 직접 체험해 보는 것을 추천한다”고 밝혔다.