[22년 1월 특집] 다(多)열원 빙축열 시스템에 의한 전력 부하 평준화
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[22년 1월 특집] 다(多)열원 빙축열 시스템에 의한 전력 부하 평준화

- Electric Power load leveling by many heat source ice heat storage system
- 초고도의 의료ㆍ최첨단 연구시설 국립순환기병연구센터

1. 머리말


일본 국내에서 활동하는 6곳의 국립센터 중의 하나인 ‘국립순환기병연구센터’는 심질환과 뇌질환을 동일한 조직에서 연구하는 세계에서도 보기드믄   첨단 연구기관이고 고도의 의료에 대응한 550병상의 대규모 병원을 병설한 일본 유수의 거대한 의료·연구시설이다. 

타 용도에 비해 소비 에너지가 큰 병원과 연구소 조합의 복합시설인 만큼 복잡하고 크게 변동하는 부하를 어떻게 보다 더 효율적으로 운전 제어할 것인가가 에너지 절감·전력부하 평준화에 있어 가장 중요한 과제였다. 본고에서는 도입한 다(多)열원 빙축열 시스템의 개요에 더해 새로 개발한 방식 즉 얼음을 남김없이 다 써서 없애는 빙축열 운전모드의 개요, 전력부하 평준화 그리고 에너지 절감 효과에 대해 소개한다. 

 

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                                  <사진 1> 건물 외관의 모습                                                                              <사진 2> 건물 조감도

 

2. 건축 개요 


전체 시설은 병원과 연구소 사이에 세워진 오픈 이노베이션센터를 중심으로 병원, 연구소, 정보 발신·어메니티, 연구개발, 기반센터의 각 존이 연속적으로 배치돼 있다. 병원의 저층부에는 외래와 검사, 수술부문을, 고층부에는 병동을 각각 배치했다. 연구소는 지하 1층과 지상 1층에 실험실과 사이클로트론(cyclotron) 등의 특수시설을 배치하고 상층부는 연구실로 구성했다. 

 

건 축 주 : (국립연구소)국립순환기병연구센터

기본설계·실시설계 감수·감리 : (주)사토종합계획

실시설계 : (주)타케나카공무점·(주)일본설계  

소 재 지 : 오사카부 스이타시 키시베신마치

용     도 : 병원·연구소

부지면적 : 30,585m²

건축면적 : 18,712.10m²

연 면 적 : 129,756.11m²

구     조 : RC조(일부 S조), 면진구조

규     모 : 지상 10층, 지하 2층, 옥탑 2층

병 상 수 : 일반병상 550상

운용개시 : 2019년 7월 1일 


3. 다(多)열원 빙축열 시스템의 개요


3.1  열원 기기 구성·시스템 

열원기기는 수랭 터보 냉동기라든가 가스 흡수식 냉온수 발생기를 비롯해 복수 종에 의한 구성을 이룬다. 그리고 고효율 기종을 적극적으로 채택했다. 

여름철 냉방은 초고효율의 수랭 터보 냉동기를 기본 운전으로 하고 2차측 부하에 따라 미리 정해진 운전 순서에 맞게 운전한다. 한여름에는 가스 흡수식 냉온수 발생기를 운전함으로써 전력 수요를 억제한다. 겨울철 난방은 난방운전 시 효율이 높은 공랭 히트펌프 칠러를 기본 운전으로 하고 잠열 회수 온수기, 가스 흡수식 냉온수 발생기의 순으로 운전한다. 

그리고 지하 피트의 빙축열조에 저장된(야간) 얼음을 이용하는 대용량 빙축열 시스템과 조합함으로써 야간의 소비전력 피크를 억제한다. 빙축열에 의한 저온 송수를 함으로써 Δt : 10℃(냉수 : 5~15℃, 온수 : 40 ~50℃)의 대온도차 송수 시스템으로 반송동력을 저감한다. 겨울철과 중간기의 주간 냉방은 빙축열로 조달한다. 

브라인 칠러의 일부에는 배기열 회수형 브라인 칠러를 채택하고 축열 운전 시의 배기열을 온수 축열조에 저류해 공조 온수(환기풍량이 큰 계통의 재열 등)라든가 급탕 예열에 이용한다. 여름철 주간의 난방·재열 부하는 온수 축열조에 저장된 온수 방열로 조달하고 있다. 

또한 우물물 열을 공조 열원으로 이용하고, 이용한 후의 물을 변기 세정수 등의 잡용수로서 연속 사용하고 있다. 공랭 히트펌프 칠러는 살수기능이 탑재된 고효율 기종으로 하고 더울 때 살수함으로써 공조효율이 저하되는 것을 막는다. 효율성이 높은 잠열 회수 온수기는 난방과 급탕의 에너지를 절약한다. 

열원기기는 재해 시의 리스크를 분산하기 위해 여러 종·여러 대로 구성하고 전기와 가스를 병용한다. 

공랭 히트펌프 칠러나 가스 흡수식 냉온수 발생기 등의 냉온열원·온열원을 주체로 하고 펌프류 포함 비상전원으로 대응함으로써 더 큰 열원 능력을 선택·확보할 수 있게 했다. 또한 빙축열조와 온수 축열조에 저장된 얼음과 온수를 재해 시에도 이용할 수 있다. 

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             <사진 3> 수랭 터보 냉동기                    <사진 4> 가스 흡수식 냉온수 발생기                    <사진 5> 브라인 터보 냉동기              <사진 6> 배기열 회수 브라인 칠러

 

 <저자 : (주) 다케나카 공무점/하기히라 타카·우에다 신야/(주) 일본설계·이다 히로시/(주) 사토종합계획·우오즈 히로키>

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본 원고는 일본공업출판주식회사 발행하는 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.

전체 기사는 2022년 1월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)

 

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