대한설비공학회 공조부문위원회(위원장 김동우)는 5월17일 도곡동에 위치한 현대건설 힐스테이트 갤러리에서 ‘에너지절약 및 쾌적한 실내환경을 위한 최신 공조기술’을 주제로 학술강연회를 개최했다.

김동우 공조부문위원장은 인사말을 통해 “정부의 제로에너지건축물 로드맵에 따라 2020년부터는 공공부문의 건축물은 제로에너지화가 의무화된다”라며 “이에 따라 그동안 패시브시스템 중심이었던 ZEB이 기계설비, 신재생에너지 등 엑티브분야로 확대해야 한다는 목소리가 높다”고 말했다. 이어 “오늘 발표되는 다양한 주제들이 이러한 엑티브방식의 대안을 제시할 것”이라고 밝혔다.

이번 학술강연회에서는 △저유량 냉동기를 이용한 에너지절약시스템4.0(윤재동 디앤이에스 대표) △히트펌프 응축열을 이용한 제습냉방 재열 및 급탕가열 시스템(유병기 유천써모텍 이사) △제습 복사냉난방시스템(장규엽 에코에너다임 이사) △수배관시스템(박동일 하나지엔씨 대표) △에너지절약형 전열교환기(박준철 힘펠 실장) △(초)미세먼지 관련정책 및 대응현황(이상형 현대건설 부장) △누전차단 장치를 장착한 기계설비(홍성국 원우이에프엔지니어링 대표) △개방형 지중열교환기의 열교환 개선사례(안근묵 GGK 대표) △지역난방 이용 공동주택 통합배관시스템의 효용성(오규성 별내에너지 대리) 등의 주제발표가 진행됐다.

첫 번째 발표자로 나선 윤재동 디앤이에스 대표는 ‘저유량 냉동기를 이용한 에너지절약시스템 4.0’을 발표하며 요소기술이 아닌 시스템 최적화를 통한 에너지절약을 강조했다. 윤재동 대표는 건축물의 각 부문별 에너지절약요소를 소개하고 에너지절약시스템 구성의 필수설비를 설명했다. 

에너지절약시스템 구성을 위해서는 저유량냉동기와 인버터 순환펌프, 기능성밸브, 자동제어 등이 있으며 이러한 시스템의 융합을 필수적이다. 냉·온수 유량은 각 부하 존에서 실시간으로 송신되는 유량을 취합해 최저 25% 이하의 부분부하에서도 원활하게 운전되며 순환펌프는 변속, 변유량펌프를 사용해 차압원인을 제거하고 에너지절감을 실현할 수 있다. 또한 펌프는 일반적으로 100% 부하에서 최고 효율을 발휘하도록 설계가 됐지만 50% 부하에서 최고효율이 나오도록 설계해야 한다. 

윤재동 대표는 “제대로된 시스템 구성을 위해서는 실제 필드에서 얻어진 제어값을 적용해야 한다”고 강조했다.

유병기 유천써모텍 이사는 ‘히트펌프 응축열 이용한 제습냉방 재열 및 급탕가열 시스템’을 소개했다. 최근 하절기 냉방 시 수요량 증가로 인한 급탕가열 에너지 사용량이 증가하고 있으며 지중열원 히트펌프의 지중온도 상승에 따른 냉방 COP 저하가 일어나고 있어 대안이 요구되고 있다.

이번 시스템은 하절기 냉방 응축열 승온을 회수하고 급탕가열원으로 활용함으로써 에너지비용을 절감할 수 있다. 또한 복합열원 적용 지중 방열량 감소로 지중의 저온유지 및 시스템 성능을 증가시킬 수 있다. 냉매의 과열증기를 이용하고 역냉매 과냉각 기술, 복합열원 적용 및 전환이 핵심이다.

이번 시스템은 공인기관 시험결과 복합열원시스템에서 최소 COP 5,29, 최대 5.52로 성능이 개선된 것을 확인했다.

장규엽 에코에너다임 이사는 ‘제습 복사냉난방시스템’ 주제발표를 통해 대공간 복사 냉난방시스템과 저 엑서지 활용에 대해 설명했다.

전체 에너지사용량의 45% 이상을 건물부문이 차지하고 있어 친환경건축에 대한 관심은 전 세계적으로 매우 뜨겁다. 이러한 친환경 저에너지 건물의 부하패턴에 대응하기 위해 복사냉난방이 주목을 받고 있다.

복사냉난방은 이상적인 실내온도 분포와 함께 조용한 환경조성이 가능하다. 또한 높은 열 쾌적성과 함께 열방송 동력비, 실내설정온도를 낮추고 장비 에너지효율을 향상시킨다. 특히 우수한 공간활용과 설비·건물 디자인의 조화로 건축적 효율성도 뛰어나다.

장규엽 이사는 “지금까지 우리는 1차측 에너지를 생성에 있어 최소 파워로 최대 에너지를 생성에만 주력했지만 에너지의 최대 활용도에 목적을 둔 저엑서지 시스템에 주목할 필요가 있다”라며 “이를 위해 많은 비가역성이 소모되는 대공간에 있어 복사 냉난방시스템을 활용, 저 엑서지시스템을 구성한다면 적은 에너지로 최대 효율을 얻을 수 있을 것”이라고 강조했다.

박동일 하나지엔씨 대표는 ‘수배관시스템’을 주제로 △수배관 회로 특성 △PIBCV(복합밸브)의 특성 △BEMS 적용 △수배관 수처리 장치 △팽창탱크 및 보급수장치 등을 소개했다.

박동일 대표는 “HVAC 시스템에서 몇 가지 요소들은 효율을 최대 30% 향상시킬 수 있다”라며 “실내온도 편차는 ±0.5℃ 이내로 유지하고 과유량·저유량을 없애야 한다”고 말했다. 이어 “20m 이하의 펌프양정과 12~14℃의 높은 냉수 환수온도 유지도 효율향상의 요소”라고 설명했다.

수배관 회로의 중요성은 설정온도의 안정된 제어와 함께 과유량·저유량 방지, 냉수 환수온도에 미치는 영향이다. 출력과 Lift를 그래프로 표현했을 시 선형으로 나오는 것이 이상적인데 시스템의 기울기가 높아질수록 불안정성의 위험이 상승하고 느린 제어가 요구된다. 하지만 느린 제어는 제어의 정확성을 떨어뜨리기 때문에 낮은 쾌적성과 낮은 에너지효율로 연결된다.

박준철 힘펠 실장은 ‘에너지절약형 전열교환기’를 소개했다. 전열교환기는 환기 시 배기공기의 열을 빼앗아 실내로 유입되는 공기에 전달해 쾌적한 실내환경 조성과 에너지절약을 동시에 실현시키는 장치다.

힘펠은 EPP전열교환기와 함께 최근 천정형, 스탠드형 환기청정기를 시장에 선보이며 경쟁력을 입증받고 있다. 특히 환기청정기(전열교환기)는 기존 공기청정기와 비교해 낮은 소음과 넓은 청정공간을 자랑하며 유해가스제거 및 산소공급 장점을 보유하고 있다. 

힘펠은 원룸형 임대주택(29m²) 공간에 무덕트 타입인 휴벤C를 설치한 것을 가정해 환기능력 및 열교환 보상을 시뮬레이팅했다. 두 가지 방향으로 설치해 실험을 진행한 결과 100CMH의 경우 코너에 신선공기가 도달하는 데 걸리는 시간은 1분40초로 예상할 수 있었다.

이상형 현대건설 부장은 ‘(초)미세먼지 관련정책 및 대응현황’을 발표했다. 최근 미세먼지가 국가적 재난으로 떠오름에 따라 국민들의 이목을 집중시키고 있다. 미세먼지는 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상의 물질로 질소산화물, 황산화물, 휘발성유기화합물(VOCs), 암모니아 등이 미세먼지 생성의 원인이 되고 있다.

이에 따라 환경부는 미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법을 제정하고 서울시는 미세먼지 저감 및 관리에 관한 조례를 제정하는 등 정책적 움직임이 계속되고 있다.

이상형 현대건설 부장은 “5스텝 차별화 전략을 수립하고 공동주택 미세먼지 토탈솔루션을 개발하는 등 정책 및 소비자 니즈를 충족시키기 위한 노력을 하고 있다”라며 “청정환기시스템, 실별환기시스템, H클린 현관, 기타 특화아이템을 선보이고 있다”고 말했다.

안근묵 GGK 대표는 ‘개방형 지중열교환기의 열교환 개선사례’ 발표를 통해 지열냉난방시스템 안정화 기술을 선보였다.

공공기관 및 서울시 민간건축물에 의무적으로 적용되는 신재생에너지는 온실가스 저감, 친환경에너지로 인정받고 있다. 그 중 지열에너지는 공공기관 이전사업에 따라 적용된 신재생에너지의 70%를 차지하며 효용성을 인정받고 있다.

지열에너지는 지층 200m 깊이로 굴착해 지열공을 개발하는 밀폐형 방식과 GGK가 건설신기술을 획득한 개방형 방식이 있다. 개방형 방식은 지층을 500m 깊이로 굴착, 지열우물공을 개발하고 기존 밀폐형 지중열교환기 1개소에서 확보할 수 있는 용량의 10배인 30RT를 확보할 수 있다는 장점이 있다.

안근묵 대표는 “개방형 지중열교환기는 현장공정이 간편하고 토목공정과 충돌이 없으며 지열공 간격이 충분해 장기간 운영 시에도 열섬화 현상이 일어나지 않는다”라며 “또한 지열공 상단부 개방구조로 인해 상시 재생정비가 가능하고 사업비가 동일하다는 것도 강점이다”고 말했다.

오규성 별내에너지 대리는 ‘지역난방 통합배관시스템의 성능 및 에너지절약특성 분석’ 발표를 통해 통합배관 적용 시 난방 및 급탕 성능, 에너지사용량 절감 등 분석결과를 공유했다.

서울시 목동에 위치한 332세대 공동주택을 대상으로 실험한 결과 가열수를 열원으로 급탕과 난방을 동시에 하는 통합배관 시스템의 특성 상 급탕 사용 시 난방물량이 예상됐으나 절대다수의 시간대에서 난방은 설정온도(19~21℃) 이상을 유지했으며 기존 4-pipe시스템과 유사한 성능을 보였다.

또한 통합배관 적용으로 시뮬레이션 결과 5.7% 에너지절감 효과가 예상됐으며 실제 현장에서는 4-pipe시스템을 사용했던 2013년대비 △2016년 12.6% △2017년 9.2% △2018년 5.4% 에너지절감 효과가 나타났다.

오규성 이사는 “월별 열에너지사용량 분석결과 난방사용량이 적은 시기에에는 통합배관시스템의 열에너지사용량이 기존 시스템보다 더 많음을 확인했다”라며 “가열수를 이용해 냉방을 하는 제습냉방 및 흡수식냉방이 통합배관과 함께 적용된다면 이러한 단점 보완과 하절기 전력사용량 절감에 도움을 줄 것으로 예상된다”고 말했다.