대한설비공학회(회장 송두삼)은 6월18일부터 20일까지 용평리조트에서 열린 2025년 하계학술대회에서 ‘공조부하계산표준화특별위원회 20주년과 미래’ 특별세션을 개최했다.

 

황동곤 우원엠앤이 부사장이 좌장을 맡았으며 세션은 △RTS-SAREK의 개발경과 및 향후 개발방향 소개(이진천 디씨에스 대표) △RTS-SAREK을 활용한 스마트팜 냉방부하 산출 사례(서충국 우원엠엔에이 수석연구원) △RTS부하계산법을 응용한 기계설비 엔지니어 지원툴 개발 사례(엄태윤 하이멕 커미셔닝사업부 사업부장) 등으로 구성됐다.

 

세미나 세션에 앞서 오명도 전임회장(서울시립대학교 기계공학과 명예교수)의 인사말이 있었다. 오 전임회장은 “효율적인 에너지활용이 가능한 건물을 짓기위해서는 부하개선이 필수적이지만 2000년대 초반까지만 해도 국내에 공인된 부하계산 기준은 전무했고 각 회사가 자체 개발한 프로그램을 활용하던 시기였다”라며 “RTS(복사시계열법, Radiant Time Series method)가 미국 ASHRAE에서 언급되면서 김강산 위원장을 중심으로 해당기법이 국내 현실에 맞게 시스템화되기 시작했으며 이후 학회차원에서 표준화 및 보급필요성이 제기돼 위원회가 구성됐다”고 위원회 설립계기와 RTS-SAREK개발배경을 회고했다.

 

이어 “RTS-SAREK은 단순한 계산툴을 넘어서 입찰과 설계프로세스에 바로 적용 가능한 시스템으로 진화했으며 이는 업계 수요에 기반한 실질적 협의와 노력의 결과”라며 “공학회에서 매년 다양한 과제와 사업을 추진 중인데 실질적인 수익창출을 이뤄낸 과제로는 RTS-SAREK이 최초였으며 앞으로 최소 운영비회수를 통해 지속적인 프로그램 업그레이드를 추진해나갈 것”이라고 말했다.

 

실무성·기술표준 확보 ‘RTS-SAREK’
이진천 디씨에스 대표는 ‘RTS-SAREK의 개발경과 및 향후 개발방향 소개’를 주제로 발표했다. RTS-SAREK은 2006년 ASHRAE의 RTS(Radiant Time Series)법을 기반으로 개발돼 건물 냉난방 부하계산과 공조장비선정에 활용되는 표준화 프로그램으로 자리잡았다. 초기에는 각 회사의 자체 프로그램이나 CLTD/CLF 기반의 비공인프로그램이 사용됐으나 RTS-SAREK의 등장으로 설계기준의 통일성과 신뢰성이 확보됐다.

 

이진천 대표는 “2006년 9월, 학계·업계 전문가들이 참여한 위원회가 발족되며 RTS-SAREK V1.0이 공식 발표됐다”라며 “이후 20년간 꾸준한 업그레이드를 통해 약 2,500세트가 공급되며 업계 표준으로 정착했다”고 말했다.

 

RTS-SAREK은 ASHRAE 변경사항을 반영한 정기적인 업데이트와 사용자 피드백 기반 기능개선을 이어오고 있다. 2013년에는 기존에 수작업에 의존해오던 습공기선도 상태점 계산과 작도가 가능한 PsyChart-SAREK이 추가 출시돼 현재 2만6,000회 이상의 다운로드를 기록했다.

 

RTS-SAREK은 4년마다 개정되는 ASHRAE Fundamental의 RTS법 변경사항 업그레이드와 실제 현업에서의 개선점을 신속하게 처리하기 위해 2단계 발전계획을 수립해 운영 중이다. 꾸준한 프로그램 업그레이드와 (2019년 V5.5)와 공조부하계산 강습회를 전국각지에서 운영 중이며 2018년부터는 프로그램틀을 바꾸는 작업에 착수했다. 마이크로소프트 엑셀(MS-Excel) 기반의 기존 프로그램의 범용성 및 호환성 문제를 해결하기 위해 C언어를 채택해 대대적으로 수정·보완에 착수했다. 그 결과 2019년 11월에 프로그램을 완성·발표했다.

 

RTS-SAREK의 향후 개발 방향은 기술융합과 글로벌 확장성에 초점을 두고 있다.

 

이 대표는 “프로그램의 지속적 활용을 위해서는 하루가 다르게 발전하는 ICT기술에 대응해야 하며 끊임없이 발생되는 사용자 요구를 수용해 업그레이드가 이뤄져야 사용자로부터 외면받지 않는다”라며 “위원회에서는 설비 전문프로그램 개발사인 디씨에스가 꾸준한 업그레이드를 실시할 수 있도록 체계를 마련하고 있다”고 말했다.

 

향후 RTS-SAREK의 추가개발 또는 보완해야 할 주요 내용으로는 △입력 및 출력양식 개선 △일괄입력 및 간소화 △입력값에 의한 장비선정 △BIM(Building Information Modeling) 모델 연계 △ASHRAE Fundamental의 개정 대응 △ICT환경변화 대응 △인공지능(AI) 기술활용 등이 있다.

 

이 대표는 “공공기관 과제나 학회 소프트웨어가 단발성으로 그치는 현실 속에서 RTS-SAREK은 실무성과 기술표준을 동시에 확보한 보기 드문 성공사례”라며 “산업계에서 실질적으로 사용하는 프로그램이 되기까지는 학회의 구조적 지원과 현장의 니즈수용이 핵심이었다”고 말했다.

 

이어 “향후에도 급변하는 ICT 환경과 사용자 기대에 발맞춰 RTS-SAREK이 설계 자동화와 글로벌 대응력을 갖춘 차세대 설비 플랫폼으로 진화해 나가겠다”고 밝혔다.

 

RTS-SAREK, 스마트팜 적용 가능성 확인
서충국 우원엠엔에이 수석연구원은 ‘RTS-SAREK을 활용한 스마트팜 냉방부하 산출사례’를 주제로 RTS-SAREK의 확장 활용을 고민했다.

 

지속되는 기후변화와 고온현상으로 인해 스마트팜에 대한 필요성이 커지고 있다. 스마트팜 같은 특수용도의 건축물은 일반 건물과는 전혀 다른 열환경을 갖고 있어 기존의 경험적 설계방식에서 벗어난 정량적 접근이 요구된다.

 

국내 일반 건축물의 냉난방부하계산의 경우 2001년 ASHRAE Handbook- Fundamentals에서 처음으로 소개된 열평형방법 HB(Heat Balance)법을 간소화한 RTS(Raciant Time Series)법을 주로 사용하고 있다. 그러나 스마트팜(온실)과 같은 특수목적건축물은 표준화된 냉난방부하계산 방법이 확립돼 있지 않아 설계자의 경험과 판단에 의존하는 경우가 많다.

 

이번 발표를 통해 우원엠엔에이는 스마트팜에 RTS-SAREK기반의 부하계산기법을 적용해 설계에 활용한 첫 사례를 공유했다.

 

우원엠엔에이는 스마트팜을 대상으로 △RTS-SAREK △EnergyPlus (건축물 에너지 해석 프로그램) △수계산 방법 등을 통해 각각 냉방부하를 산출해 결과값을 비교 분석하면서 스마트팜의 특성에 맞는 냉방부하계산 방법을 모색하고자 했다.

 

경북 구미소재 여름철 고온에 민감한 접목 선인장을 재배하는 3,000평 규모 유리온실을 대상으로 진행했다. 대상온실은 유리천장과 벽체비닐구조에 차광률 35%의 2단 차광막을 갖추고 있었다.

 

해당 유리온실은 1998년도에 준공된 건물로 설계도 확보가 어려워 냉방부하계산 수행을 위한 입력값 확인을 할 수 없었다. 이에 유리온실과 관련 된 논문을 참고하여 적용된 부재와 가장 유사한 물성치 값을 입력했다.

 

냉방부하계산에 필요한 기상데이터는 경북 구미의 기상청 건구온도, 습구온도, 상대습도, 일 사랑, 해면기압 등의 데이터와 건축물의 에너지절약설계기준의 설계용 외기온습도 조건을 각각 활용했다.

 

이를 기반으로 △RTS-SAREK △EnergyPlus △수계산 방법 등을 활용해 각각 냉방부하를 산출했다. RTS-SAREK프로그램을 활용한 유리온실의 냉방부하 계산결과 피크냉방부하는 141.3
USRT, 일일 누적 냉방부하는 1,537.5USRT로 산출됐다.

 

EnergyPlus를 이용한 냉방부하계산 결과 유리온실의 냉방부하는 13U4SRT, 일일 누적 냉방부하는 1,082 USRT로 계산됐다. 수계산을 이용한 냉방부하계산 농촌진흥청 국립원예특작과학원 시설원예연구소 블로그의 온실냉방부하 산출방법을 참고해 냉방부하를 계산했다. 그 결과 유리온실의 피크냉방부하는 차광률 30%일 때 약 397USRT, 차광률이 50%일 때는 약 277 USRT로 계산됐다.

 

이후 유리온실의 냉방부하 산출 결과의 신뢰성을 확인을 위해 문헌조사를 통해 비교했다. 평택, 태안 등지의 기존 스마트팜 문헌사례들과 비교했을 때 유사한 냉방부하범위(230~460 W/m²)를 나타낸 것을 확인할 수 있었다.

 

서 연구원은 “이번 시뮬레이션은 RTS-SAREK과 EnergyPlus 프로그램 등을 통해 유리온실의 냉방부하를 계산하고 기존 연구자료와 비교했는데 이 결과 유리온실의 냉방부하는 연구 방법, 지역적 환경, 차광률 등의 요인에 따라 다소 차이를 보이지만 대체로 230~460 W/mi 범위 에서 산출됨을 확인할 수 있었다”라며 “이번 사례는 기존 건축물 설계용 RTS-SAREK이 농업시설에도 적용가능함을 실증한 첫 단계로 향후 RTS-SAREK이 스마트팜의 에너지효율설계와 수익성 제고에 실질적 기여를 할 수 있을 것”이라고 설명했다.

 

탄소중립·제로E건축 실질지원 툴 소개
엄태윤 하이멕 커미셔닝사업부 사업부장은 ‘RTS부하계산법을 응용한 기계설비 엔지니어 지원툴 개발사례’를 공유했다. 설계·운영·성능진단 단계에서 엔지니어의 의사결정을 실질적으로 보조하며 건축물 에너지성능 확보에 기여하는 실용적 도구로 주목받는 툴이다.

 

엄 부장은 “기계설비분야가 직면한 환경은 날로 복잡해지고 있으며 탄소중립 사회실현을 위한 건축물의 에너지성능 확보 및 제로에너지건축과 그린리모델링정책이 가속화되면서 기계설비 엔지니어 역할이 더욱 방대해지고 있다”라며 “이 가운데 우리나라는 인구구조변화 등으로 설비분야 고등교육 인력배출 감소의 지속은 불가피하며 4차산업혁명 시대, 초연결 시대가 현실화되면서 설비분야도 업무효율극대화를 위한 단계적인 대책 마련이 시급해 엔지니어 지원툴 개발을 고민하게 됐다”고 말했다.

 

RTS법은 열평형법을 단순화한 냉방부하 계산법이다. 반복계산없이 각 요소의 냉방부하기여도를 정량적으로 확인할 수 있어 엔지니어가 스프레드시트 환경에서 손쉽게 검토가능하다는 강점이 있다. 특히 부하요소 영향력을 시간대별로 나눠 시각화하고 특정조건 변경효과를 직관적으로 비교할 수 있어서 공학적 판단에 기반한 설계 의사결정에 유용하다.

 

첫 번째 개발사례는 설계 초기단계에서 활용 가능한 ‘설계 의사결정 지원툴’이다. 건축개요 수준 입력만으로 30초이내에 △냉난방 부하량 △연간 에너지소비량 △시스템구성안 △개략공사비를 제시하는 자동화 기능을 구현했다. 기존 EnergyPlus나 ECO2와 비교해 입력간소화와 계산속도에서 우위를 보이며 신재생에너지 시스템구성과 투자비검토까지 가능하다는 점이 특징이다.

 

연면적 500㎡ 이상 건축물을 대상으로 실증한 결과 에너지소비량 예측에서 ±20% 오차범위를 유지하며 설계 초기단계 활용에 충분한 정확도를 확보했다. 특히 다양한 시스템조합을 빠르게 검토할 수 있어 ‘탐색적 설계(Generative Design)’에도 유용하다는 평가를 받는다.

 

두 번째는 건물운영단계에서 활용되는 ‘HVAC시스템 운영 지원툴’이다. 해당 툴은 실내·외 기상정보, 실내 환경변화, 시스템 구성정보 등을 기반으로 24시간 내 시간단위 에너지소비량을 예측한다. 기존의 센서기반 BEMS와 달리 사전정의된 물리모델에 기반한 예측형 구조다.

 

실증대상인 1만4,300㎡ 규모의 업무시설을 기준으로 분석소요시간은 20분 내외였으며 EnergyPlus와의 비교에서도 최대 냉방시점 기준 ±15% 수준의 신뢰도를 확보했다. 또한 운영자가 즉각적인 에너지절감 시나리오를 도출할 수 있다는 점에서 사후관리대응력이 현저히 향상될 수 있는 툴이다.

 

세 번째는 기존 건물의 외피열성능을 진단하는 분석툴이다. ISO 9869-1에 따른 열류계측정법의 한계를 극복하기 위해서 실내·외 온도와 에너지소비량 변화를 수집·분석해 단기간 내 외피의 열관류율(U-value)을 정량적으로 평가할 수 있는 방식으로 구성됐다.

 

이 지원 툴은 회의실 등 특정공간을 대상으로 48시간 이상 데이터를 수집해 실내 가열량과 온도반응을 통해 열손실량을 추정한다. 실증 결과 열류계법대비 약 ±10% 이내의 오차로 열관류율을 도출하며 빠른 에너지성능 진단도구로서의 가능성을 보여줬다.

 

엄 부장은 “설비업계가 2050 탄소중립과 제로에너지건축 실현이라는 과제를 달성하려면 현장 엔지니어가 직접 쓸 수 있는 실용적 도구가 필요하다”라며 “하이멕이 자체개발해 선보일 수 있었던 엔지니어 지원툴은 기계설비엔지니어의 업무부담을 줄이며 건물주와 관리자에게는 정확하고 빠른 의사결정환경을 제공하는 현실적 해법이 될 수 있을 것”이라고 강조했다.