복사열을 이용해 건물의 냉난방공조 효율을 향상시키고 기존 대류공조대비 사용되는 에너지절감이 가능한 복사열냉난방기술의 적용사례와 개선안을 공유하는 자리가 마련됐다.
11월20일 한국과학기술회관에서 개최된 대한설비공학회 동계학술대회 복사냉난방전문 특별세션은 △대공간에서의 복사냉난방시스템 적용사례(이진영 한일엠이씨 사업부장) △쾌적한 실내환경조성을 위한 최적공조 복사냉난방시스템 설계 시 고려사항(이현종 에코에너다임알디지 샘코퍼레이션 대표) △하이브리드 제습시스템과 결합한 천장복사냉방시스템의 에너지소비 및 쾌적성분석(유석 서울대 학생) △천장복사 냉방패널의 방냉량평가 영향인자에 따른 경계조건 및 방냉량변화에 관한 연구(박상훈 선문대 교수) 등으로 구성됐다.
초기투자비용·운전비절감 솔루션이진영 한일엠이씨 사업부장은 ‘대공간에서의 복사냉난방시스템 적용사례’를 인전국제공항 제2교통센터의 사례를 중심으로 발표했다.
이진영 사업부장은 “바닥복사냉난방은 최근 국내외 여러 건물에서 사용되고 있는 시스템으로 천장이나 유리외피에 의해 일사부하가 많은 곳에서 바닥복사냉방으로 일사부하를 처리하는 것이 효과적이다”고 말했다.
층고가 높은 실내공간은 공기만으로 공조할 경우 높이차로 인한 부력에 의해 에너지낭비를 야기한다. 냉방 시 공기밀도차에 의해 하부층의 더워진 공기가 상승해 상부에서 취출하는 공조기류와 만나 혼합기류가 형성돼 냉방효율을 저하시킨다.
난방 시에는 상대적으로 가벼운 난방기류가 실내를 데우지 못한채 지붕면으로 이동하고 침입외기가 하부에 들어와 정상적인 공조가 어렵게 한다.
하절기 유리면에 의한 일사부하가 큰 실내면에 복사냉방을 적용할 경우 직달일사가 도달하면 표면온도의 네제곱 차에 비례하는 복사열전달의 특성으로 별도 제어가 없어도 냉방능력이 증대되고 축열을 사전에 차단할 수 있어 냉방부하를 줄일 수 있다.
이진영 사업부장은 “제2교통센터의 바닥복사냉난방시스템은 일반적인 전공기시스템대비 40%정도의 초기투자비용이 소요됐다”라며 “공기조화기에서 담당하는 부하비율은 60~70%로 나머지를 바닥복사냉난방이 담당해 전공기시스템대비 연간 약 2,000만원의 운전비절감 효과를 거두고 있다”고 말했다.
이어 “바닥복사냉난방시스템은 에너지 절감, 열쾌적성 측면에서도 우수한 성능을 보여 본 시스템을 4단계 제2여객터미널 확장사업에도 적용할 예정이다”고 전했다.
설계·시공 시 정확한 부하계산 필요이현종 에코에너다임알디지 샘코퍼레이션 대표는 ‘쾌적한 실내환경 조성을 위한 최적공조 복사냉난방시스템 설계 시 고려사항’을 발표했다.
이현종 대표는 “건물 에너지 사용에 큰 비중을 차지하고 있는 냉난방에너지 절감을 위해 복사냉난방시스템의 적용하는 사례가 늘고 있다”라며 “그러나 공조시스템 계획 시 냉방부하의 현열과 잠열을 독립적으로 고려하는 시스템에 익숙하지 않는 등 설계 및 시공의 오류가 발생하는 경우가 있다”고 말했다.
이어 “1·2차펌프분할 방식, 수분배기 등 복사냉난방시스템 성능향상을 위한 구성이 중요”라고 말했다.
국내 냉난방수배관시스템은 대부분 기계실에 설치된 대용량 펌프로 건물 전체를 대상으로 순환시키는 형태로 계획되고 있다. 이는 초기투자비가 적고 유지관리 포인트가 줄어드는 장점을 가지고 있지만 부분부하 대응이 어려워 낭비되는 에너지소비로 이어진다.
이를 개선하기 위해 열원순환용 1차측 펌프, 부하순환용 2차측 펌프를 분리해 계획하는 방식이 시도되고 있다. 1차측 펌프들은 루프형의 회로에서 독립적인 유량을 가지고 움직이며 물의 온도에 따라 열원이 부하운전을 하고 2차측 Zone별 소형펌프는 각각 자기회로 내의 독립적인 유량운전으로 배관 내 순간적인 압력상승이나 펌프전단의 캐비테이션 현상을 방지해 안정적인 운전이 가능케 한다.
수배관시스템에서 펌프를 가지고 있는 1차측 회로와 1개 또는 그 이상의 2차측 분배펌프가 있는 회로가 있을 경우 펌프의 상호작용에 의해 회로 내 유량과 압력이 비정상적으로 작동하는 현상이 발생한다. 이러한 상황에서 수분배기를 통해 1차측과 2차측에서 낮은 압력손실로 각각의 회로를 독립되게 하며 이물질, 공기 등을 배출할 수 있는 자동에어벤트 기능으로 유량회로의 합리화뿐 아니라 수질향상의 효과도 얻을 수 있다.
EHP대비 10% E절감 공조솔루션 RCDC시스템유석 서울대 학생은 ‘하이브리드 제습시스템과 결합한 천장복사냉방시스템의 에너지소비 및 쾌적성 분석’을 발표했다.
대류 열교환을 통한 냉방방식은 실내온도를 효율적으로 조절할 수 있지만 강제대류에 의한 찬바람은 재실자의 불쾌감을 유발한다. 이러한 문제를 복사 열교환을 주로 이용하는 천장복사냉방패널이 쾌적한 냉방환경 조성방안으로 주목받고 있다.
유석 서울대 학생은 “천장복사냉방시스템은 과냉과 재열과정에서의 불필요한 에너지소비가 단점으로 지적되고 있다”라며 “응축기폐열을 이용한 하이브리드 제습냉방시스템(HPDC시스템)은 재생열원에 대한 수요를 해결할 수 있을 뿐 아니라 실내습도 또한 요구조건에 맞춰 제어할 수 있는 장점을 가지고 있다”고 말했다.
이어 “복사냉방시스템과 HPDC시스템을 결합한 Radiant Cooling and Desiccant Cooling(RCDC)시스템은 냉방성능 향상과 에너지 절감의 효과를 낼 것으로 판단된다”고 주장했다.
Energyplus 시뮬레이션툴을 통해 대표적인 대류냉방방식인 EHP와 비교한 결과 총 에너지소비량은 EHP에 비해 10% 낮게 나타났으며 동일 쾌적범위 내 평균에너지 소비량은 RCDC시스템이 EHP에 비해 9% 작게 나타났다.
또한 RCDC시스템은 다습한 실외조건에서 에너지 절감효과가 더 크게 나타나는 것을 확인했다.
복사냉방시스템, 조건따른 방냉량 차 15% 이상박상훈 선문대 교수는 ‘천장복사 냉방패널의 방냉량평가 영향인지에 따른 경계조건 및 방냉량변화에 관한 연구’를 발표했다.
대류공조시스템에 의한 코로나19 바이러스 확산에 대한 우려가 발생하고 있다. 이러한 상황에서 천장복사패널은 대류가 아닌 복사를 통한 열전달로 공기 중 바이러스 확산 위험성이 대류공조시스템보다 낮고 사용량감소, 쾌적성, 공간활용 등의 장점으로 주목받고 있다.
박상훈 교수는 “천장복사패널을 실내공간에 적용하기 위해 천방복사패널의 방냉량을 산정하는 것이 중요하다”라며 “천장복사패널의 냉방능력은 벽체 표면온도 등에 영향을 받는다”고 말했다.
박상훈 교수는 연구를 통해 벽체 내표면온도를 산정한 결과 외기온도, 벽체 열관류율, 내부발열크기 등이 천장복사패널의 방냉량에 영향을 미쳤으며 천장복사패널 설치환경에 따라 방냉량이 약 15% 이상 차이날 수 있다는 결론을 도출했다.
또한 외기온도, 벽체 열관류율, 내부발열크기 중 가장 영향을 미치는 인자는 외기온도로 외기온도가 30℃에서 60℃도로 변화함에 따라 패널의 방냉량이 약 10.75W/m² 증가했다.
