1. 머리말

급탕설비는 급배수 위생설비 중 유일하게 에너지를 많이 소비하는 설비다. 급탕설비는 공조설비에 비해 피크 시 에너지 소비가 적지만 1년 내내 부하가 발생하기 때문에 연간 소비하는 에너지는 의외로 커서 호텔, 병원, 급식소, 주택에서는 급탕설비의 에너지 절감에 주력하고 있다.

하이브리드 급탕에 관해서는 2005년에 하이브리드연구회가 ‘하이브리드 급탕의 설계 가이드’를 정리해 발표한 바 있다. 그로부터 15년이 경과했다. 그 사이에 2011년 동일본 대지진 3.11로 인한 원자력발전소 정지라든가 최근 에너지 가격이 급등하는 등 에너지 공급 상황이 크게 변해 왔지만 하이브리드 급탕 시스템이 지향했던 에너지 절감·CO₂배출량 감축에 대한 생각은 변하지 않았다.

본고에서는 하이브리드 급탕의 개요와 유의점 그리고 그 동향에 대해 기술한 후, 중앙 급탕 방식의 배관으로서 온도 유지를 위해 필수적이었던 급탕 순환펌프와 반탕관을 생략한 자기온도(self temperature) 유지 히터에 의한 급탕 배관방식(자기온도 유지-A 방식)에 대해 기술한다.

2. 하이브리드 급탕 시스템의 동향과 유의점

2.1  급탕부하(열량·수량) 파악

급탕부하의 대부분은 인간의 행동(이용)에 의존한다. 이에 설계단계에는 의견청취 및 유사 건물의 데이터를 통해 동시 사용률 등을 토대로 추정하지만 인간의 행동은 불확정적이고 예상 이상으로 동시 사용이 발생할 수도 있기 때문에 설계 시에는 기기 용량을 안전한 쪽으로 설정하는 경향이 있다. 급탕부하에는 건물 용도마다의 부하, 평일과 주말 등 휴일 이용 시의 부하, 연간 특정일의 급탕부하라든가 성수기, 비수기 등의 계절적 부하 변동이 고려된다.

종전의 급탕 설계에서는 온수량(급탕수량 부하)에 주목해 최대부하를 견뎌내는 시스템 설계가 이루어졌지만 물의 온도가 겨울철 5℃~여름철 15℃로 변동차가 크기 때문에 급탕 열량부하는 겨울철에 피크가 발생하고 여름철에는 급감한다.

2.2  하이브리드 급탕이 지향하는 점

연간 급탕 열부하가 발생하는 순서대로 정렬한 듀레이션 곡선을 <그림 1>에 나타낸다. 피크부하가 발생하는 것은 연중 극히 짧은 기간이다. 즉 최대부하로 급탕 열원기기를 결정한다면 연간으로 볼 때 거의 대부분의 시간을 부분부하 운전으로 하게 되므로 결국 급탕 시스템의 효율이 낮아진다.

최대부하 발생 일에 맞춰 효율적인 시스템을 계획하는 것이 아니라 연간 사용 중에 효율적으로 설계할 필요가 있다.

에너지절감·CO₂배출량을 감축하는 급탕 시스템을 계획함에 있어서는 급탕수량의 부하뿐만 아니라 급탕 열부하도 파악한다.

2.3  하이브리드 급탕

하이브리드 급탕 시스템이란 상업용 급탕기로서 종전부터 널리 사용되고 있는 가스나 기름을 열원으로 하는 연소식 급탕기와 HP 급탕기를 조합해 각각의 장점을 살린 급탕 시스템을 말한다. 급탕설비에 사용되는 연소식 급탕기와 히트펌프 급탕기(이하 HP 급탕기라고 한다)의 장점과 단점을 <표 1>에 나타낸다. 

하이브리드 급탕 시스템은 HP 급탕기의 분담을 가동 유지할 수 있는 기저부하로 하고 고효율 운전을 함으로써 에너지 소비를 억제해 CO₂배출량을 크게 줄인다. 또한 연소식 급탕기의 높은 가열능력을 활용해 부하 변동에의 추종성, 피크부하 처리 그리고 HP 급탕기의 가열능력이 저하되는 혹한기의 부하에 대응하는 등 실용성과 CO₂저감을 동시에 충족시키는 시스템 구축을 목표로 한다. 

.

.

.

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

전체 기사는 2024년 4월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)

본사의 승인 없이 무단전제 및 복제를 금합니다.