[논문]지역난방 공동주택에 설치하는 급탕 2단 열교환기의 용량 적정성 평가에 관한 연구

정광섭; 사기용; 김래현; 이훈

문제 정의

있다. 더욱, 이를 토대로 향후 신규 지역난방 설계 시열 공급자 측의 열 생산시설 효율화와 사용자 측의 합리적인 사용요금 적용에 관한 기초 자료로 제공하고자 한다.
본 연구의 목적은 지역난방을 하는 공동주택에서 열 공급자 측(1차측)과 사용자 측(2차측)의 열교환이 이루어지는 기계실 내에 여러가지 측정 장치를 설치해 두고, 급탕 2단 열교환 방식의 재열 열교환기와 예열 열교환기의 열사용 실태를 파악하여 두 열교환기의 용량(열판수) 배분이 적정한지 아닌지의 여부를 분석 검토하는데 있다. 더욱, 이를 토대로 향후 신규 지역난방 설계 시열 공급자 측의 열 생산시설 효율화와 사용자 측의 합리적인 사용요금 적용에 관한 기초 자료로 제공하고자 한다.

제안 방법

단지 3개소를 선정하였다. 또한 급탕 2 단 열교환 방식의 구체적인 비교분석을 위해, 공동주택 단위면적별로 예열과 재열 열교환기의 사용량을 측정하였으며, 비교적 급탕 사용량의 변동 폭이 심할 것으로 판단되는 고층부와 저층부를 따로 나누어 즉정하였다.
본 연구는 지역난방 공동주택 기계실의 급탕 2 단 열교환 방식인 재열 열교환기와 예열 열교환기의 실제 열사용 실태를 파악하여 그 사용 열량의 차이를 분석하였으며, 그 분석 결과를 요약하면 다음과 같다.
온도센서 측정 점은 공급자 측 급탕 공급온도와 회수온도, 사용자측 급탕 공급온도와 회수온도를 측정할 수 있는 배관 지점을 선정하고, 재열과예열 열교환기 각각의 공급 및 회수온도도 측정하였다.
지역난방 공급 배관의 특성상 난방 공급관과 급탕 공급관이 동일 관으로 공급되어 난방 열교환기의 사용열량에 따라 급탕에 주는 영향의 분석이 필요한 것으로 판단하여 급탕 열교환기와 난방 열교환기의 사용 열량에 대한 상관성을 도출하였다. 회귀분석 데이터 난방 열교환기 사용 열량의 경우 전용면적별로 동절기(11월~2월)의 월 평균값을 사용하였으며, 또한 재열과 예열 열교환기 사용 열량도 전용면적별로 동절기의 월 평균값을 사용하였다.
한편, 측정 방법은 각 측정 대상 공동주택 기계실에 설치된 유량계, 압력계, 온도측정센서를 통해 데이터 로거로 매 2초 마다 한번 씩 측정하며, 이 데이터를 매 30초 마다 평균하여 측정 점의 측정값으로 초기 데이터를 형성한다.

대상 데이터

본 연구의 측정 대상 건물은 정부의 "건축물 에너지 절약 설계 기준”이 개정되고 난 후 2003년 이후에 건설된 공동주택만 후보지로 선정하였고, 급탕 열 공급 패턴에 영향을 미칠 수 있는 여러 요소들을 고려하여 최종적으로 서울시 상암지구의 공동주택 단지 3개소를 선정하였다. 또한 급탕 2 단 열교환 방식의 구체적인 비교분석을 위해, 공동주택 단위면적별로 예열과 재열 열교환기의 사용량을 측정하였으며, 비교적 급탕 사용량의 변동 폭이 심할 것으로 판단되는 고층부와 저층부를 따로 나누어 즉정하였다.
및 공동주택 단지의 기계실 계통도를 Fig 5에 나타낸다. 데이터 측정 장비는 압력계(P/M), 유량계(F/M) 및 컨버터, 온도측정센서(T/C), 데이터 로거①ata Logger)로 구성 한다.
압력측정 포인트는 공급자 측 배관에 공급 압력과 회수 압력 2개 지점으로 선정하였다. 또한 측정데이터를 저장하고 전송할 수 있는 데이터 로거를 각 공동주택단지 마다 1개소씩 설치하였다.
또한, 급탕 열사용량의 기초자료로 활용되는 초기데이터는 Table 3에 나타낸 바와 같이, 2007년 11 월 1일~2008년 10월 31일까지 12개월 간으로 하였으며, 공동주택의 평형(전용면적)과 가구 수 및 급탕 열교환기 방식과 시설 용량은 Table 4에 나타내었다.
크롬합금, -극 니켈 . 알루미늄 합금으로 되어있으며, 측정온도 범위가 -200 ~ 120(TC인 K-type 열전대를 사용하였다. 압력측정 포인트는 공급자 측 배관에 공급 압력과 회수 압력 2개 지점으로 선정하였다.
알루미늄 합금으로 되어있으며, 측정온도 범위가 -200 ~ 120(TC인 K-type 열전대를 사용하였다. 압력측정 포인트는 공급자 측 배관에 공급 압력과 회수 압력 2개 지점으로 선정하였다. 또한 측정데이터를 저장하고 전송할 수 있는 데이터 로거를 각 공동주택단지 마다 1개소씩 설치하였다.
측정 대상 공동주택은 Fig. 3에 나타낸 바와 같이 서울시 상암동 지구로서 각 측정 대상 건물은 A, B, C로 표시하였다.

데이터처리

도출하였다. 회귀분석 데이터 난방 열교환기 사용 열량의 경우 전용면적별로 동절기(11월~2월)의 월 평균값을 사용하였으며, 또한 재열과 예열 열교환기 사용 열량도 전용면적별로 동절기의 월 평균값을 사용하였다.

성능/효과

(1) 급탕 2단 열교환 방식의 급탕 재열 열교환기 사용 열량이 예열 열교환기 사용 열량보다 전용면적 별로 59.92 irf와 8484 irf는 약 20%, 104.35 rrf는 10% 큰 것으로 나타나 용량 분배 기준을 현행 50: 50에서 전용면적별로 좀 더 세밀하게 재분배할 필요가 있다.
(2) 난방 열교환기 사용열량 당 급탕 예열 열교환기 사용 열량은 모든 전용면적별로 95% 이상의 상관성을 보이고 있어, 예열 열교환기 용량 산정에 있어 각 공동주택 난방 부하 패턴의 적용이 가능할 것으로 보인다.
(3) 급탕 재열 열교환기와 예열 열교환기 용량의 재분배를 통한 실제 설치된 각각의 열교환기 열판 수의 절감 효과를 나타낸 것으로 59.92 irf의경 우 6SH, 84.84 m'의 경우 6 SH, 104.35 rrf 의 경우 2SH의 열판 수 감소를 가져올 수 있는 것으로 보인다. 이러한 열판수의 감소로 인해 초기 설치비의 절감이 가능 할 것으로 보인다.
9의 분포도에 나타낸 독립변수는 난방 열교환기 사용 열량이고, 종속변수는 예열 열교환기 사용 열량이다. 여기에서, 종속변수로 급탕 재열열교환기 사용 열량을 채택한 경우는 그 내용을 본 논문 속에는 넣지 않았으나 난방 열교환기 사용 열량 당 급탕 재열 열교환기 사용 열량은 전용면적 84.84 m‘를 제외하고 일관적인 상관성을 보이지 못했다. 이로 인해 선행 연구에서도 밝힌 바 있는 난방 열사용량과 급탕 열사용량과의 특성 중 특히 급탕 열사용량은 외기에 영향뿐만 아니라 내부적 요인, 외부적 요인, 사회적요인, 환경적 요인 등에 의한 불규칙한 패턴 변화가 있는 것으로 사료된다.
한편, 본 연구에서의 결과와 비교해 보면, 예열열교환기 보다 재열 열교환기 사용열량이 공동주택 평형별로 달리는 나타나고 있지만 평균 1.2배 큰 것으로 나타나, 예열 열교환기와 재열 열교환기 용량 분배 기준이 40 : 60으로 됨을 알 수 있다. 따라서, 공동주택의 경우 현재 적용되고 있는재열 열교환기 용량과 예열 열교환기 용량의 50 : 50분배 기준의 전용면적별 용량 산정 기준은 향후 재검토가 필요한 것으로 사료된다.

후속연구

2배 큰 것으로 나타나, 예열 열교환기와 재열 열교환기 용량 분배 기준이 40 : 60으로 됨을 알 수 있다. 따라서, 공동주택의 경우 현재 적용되고 있는재열 열교환기 용량과 예열 열교환기 용량의 50 : 50분배 기준의 전용면적별 용량 산정 기준은 향후 재검토가 필요한 것으로 사료된다.

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