ZEB에서의 에너지절약적 통합배관 구축방안
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ZEB에서의 에너지절약적 통합배관 구축방안

(주)구성이엔드씨/윤석구

 

1. 통합배관 일반

1·1 서론

친환경 건축의 시대다. 최근 에너지 절약형 친환경 건축은 점차 증가하고 있고, 정부에서는 제로에너지건축물 지원과 친환경 건축물 인증제도 등을 통해 친환경 건축 정책을 강화하고 있다. 민간분야에서도 이러한 흐름은 가속되고 있고, 소비자 요구에 맞는 친환경 건축기술에 대한 연구개발이 꾸준히 진행되고 있어 조만간 기술적 성취를 바탕으로 탄소배출 제로인 건축물이 조금씩 늘어 날것으로 기대된다.

통합배관(2관식) 배관방식

<그림 3>과 <그림 4>는 대표적인 통합배관 공급시스템을 활용한 지역난방 공급계통과 입상계통의 구조를 도시하고 있다. 지역난방 공급방식에 있어서 공동 주택의 통합배관시스템은 기계실 혹은 열교환실 내에서 지역난방온수를 이용하여 간접가열된 난방온수를 기존 난방시스템으로 각 세대에 보내고 급탕온수는 세대에 들어온 난방온수를 이용해 사용처 가까이에서 간접가열을 통해 생성하는 방식으로 통합 열교환기, 열교환된 가열수를 공급하는 통합 공급 배관, 사용된 가열수를 반환하는 통합 회수배관 등으로 구성되어 있으며 기존의 급탕배관을 별도로 설치하지 않는 방식임으로 건축비, 설비 시공비, 설비 관리 및 유지 보수 비용 등을 감소시킬 수 있는 이점을 갖고 있으나 기존 난방 단독 사용 열용량보다 급탕열용량을 감안한 새로운 공급 열용량으로 배관설계가 이루어져야 함으로 통합 메인 열교환기와 배관공급 능력 산정에 신중하여야 한다.

특히 사용되는 난방과 급탕의 사용 특성을 이용하지 않고 단순 합산 방식으로 열용량을 환산하여 공급시스템을 설계한다면 통합배관을 통한 에너지 절약의 중요 요소인 배관의 규격이나 표면적이 기대한 만큼 축소되지 않고 이로 인하여 통합배관의 강점을 최대한 살릴 수 없게 된다는 것을 명심하여야 한다. 아울러 통합배관에서는 난방온수를 사용처 가까이에서 간접가열을 통해 급탕을 생성 할 수 있는 세대 유닛의 특성에 따라 통합배관 시스템의 효능에 큰 차이를 유발할 수 있는데 통합배관용에 사용되는 세대유닛에는 각 세대로 흐르는 유량의 적절한 분배가 이루어질 수 있도록 제한된 최대유량을 초과해 흐르지 못하게 최대유량을 설정할 수 있는 기능과 불필요하게 높은 온도로 가열된 급탕온수가 만들어지지 못하도록 할 수 있는 급탕온도 제어기능, 그리고 시스템에는 통합배관의 메인 난방관경을 줄일 수 있도록 급탕가열시 각 세대 난방으로 가열유량이 빠져나가는 것을 제한할 목적으로 난방유량을 차단할 수 있는 기능을 구비하거나 세대유닛에서 급탕을 가열하고 잔열이 남은 일부 가열유량이 난방용 바닥판넬에서 재사용된 이후 회수되도록 직렬형 구조로 구성된 세대유닛을 설계하고 선정하는 것이 무엇보다 중요하다.

<그림 3> 통합배관(2관식)의 지역난방 공급계통도

<그림 4> 통합배관활용 지역난방 입상계통도

기존 방식에 대한 통합배관 특성비교

통합배관 방식은 기존대비 시스템을 간략하게 구성하고 배관의 관경과 표면적을 줄여 공사비와 에너지 절약, 그리고 장비와 배관 설치 공간을 줄임으로서 공간 활용도를 넓이면서도 위생적이고 혁신적인 새로운 난방과 급탕 공급시스템이다.

이러한 통합배관의 장점으로는

ㄱ. 에너지 절약이 가능하다.

: 통합배관은 난방과 급탕열원의 통합을 통해 관경을 줄이고, 연속부하보다 순간부하를 우선 처리해야 할 부하로 인식하여 급탕을 가열하는 짧은 순간동안 난방을 일시중지하거나 혹은 난방을 실시하더라도 급탕을 가열하고 기계실(열교환실)로 회수되기 이전 단계에서 미지근한 난방온수를 난방에 재활용함으로써 환수배관내 물의 온도와 배관주변의 공기온도간의 차이를 줄여 배관을 통한 열손실을 최소화 한다.

ㄴ. 급탕사용 환경이 개선된다.

: 자동조절을 통해 각 세대 급탕요구온도에 맞추어 급탕이 공급되어 언제나 뜨겁거나 차지 않은 온수를 이용할 수 있다.

ㄷ. 미온수 또는 찬물의 양을 줄일 수 있다.

: 사용처 최근거리에서 급탕을 생성해 사용함으로써 식어 버려지는 미온수량이 줄고 내부에 설치된 열교환기를 활용한 재가열 시스템으로의 운영이 가능하여 식지 않은 온수를 공급할 수 있다.

ㄹ. 위생적인 급탕 음용이 가능하다.

: 국소적인 순간 간접가열로 급탕을 생성해 공급함으로써 기존의 장거리에서 배관을 통해 공급하던 과정에서 물이 배관 등을 통해 오염되던 상태를 벗어나 위생적인 급탕공급이 가능하게 된다.

ㅁ. 반송펌프 동력을 줄인다.

: 배관 가닥수와 단면적을 줄여 열손실을 최소화함으로써 필요 열용량의 최적화가 가능해지고, 특히 공용부 급탕배관이 제거됨으로써 급탕의 반송동력이 불필요하게 된다.

ㅂ. 급탕용 온수메타기가 불필요하고 정도가 높은 열량계에 의한 난방열량만으로 사용요금을 부과함으로 계량불만에 의한 민원이 사라진다.

ㅅ. 공용부분 배관 공사비가 감소하는 등 건축공사비(건축, 설비, 전기)가 절감되고 공사기간이 단축된다.

ㅇ. 관리대상의 배관길이가 줄고, 급탕 수질과 살균을 위한 약품 사용 등이 불필요하여 유지관리비가 감소한다.

ㅈ. 열교환기 및 배관 등의 설치 공간(기계실, PIPE DUCT, 입상 및 횡주관 설치)을 최적화하여 건축면적활용도가 높고 특히 리모델링시 배관공사의 유연성이 커진다.

ㅊ. 건물의 효율등급 평가시 열 이송계통인 배관 총 길이가 줄어들면서 효율등급 판정에 절대적으로 유리하여 열성능 저하를 만회하기 위한 단열보강의 비용을 줄일 수 있다.

ㅋ. 연간 난방공급으로 필요시 언제든지 사용이 가능하여 주거온열 환경이 개선되고 특히 노약자나 유아들의 건강 증진에 기여할 것이다.

ㅎ. 에너지 절약효과에 대한 기대로 노후배관 리모델링 사업이 활성화됨으로서 내수경기증진과 고용창출이 기대된다.

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<월간 설비기술 2018년 4월 내용 중...>