[논문]에너지 절약적인 위생설비 사례

김한수

문제 정의

본 고에서는 계획 단계에 있는 청사 건물 사례를 들어 위생설비 시스템을 통한 연간 수자원 및 에너지 절감, 또 그에 따른 비용절감량을 분석해 보았으며 결과는 다음과 같다.
이에 본고에서는 이러한 위생설비 시스템을 적용하여 당사에서 설계중인 하나의 건물을 선정하여 수자원 절감 및 그에 따른 비용 절감량을 분석하고 더불어 태양열 급탕 시스템과 중수도 및 하수열시스템 등 신∙재생에너지를 통한 에너지 및 비용 절감을 분석하여 건물 설계시 계획 가능한 시스템과 그에 따른 영향 및 효과를 제시하고자 한다.

제안 방법

다음은 신∙재생에너지인 중수도 히트펌프와 태양열 냉난방 시스템, 그리고 하수열 히트펌프 시스템을 통해 절감 가능한 비용 분석을 하였는데, 분석 방법은 각 시스템별 비슷한 용량의 흡수식 냉온수 시스템과 대조하는 것으로 하였고, 기타 부속기기를 포함한 장비비용과 연간 운전비를 비교하여 각각 초기투자비와 연간 운전비 절감량을 분석하는 것으로 하였다.
산출된 1일 예상 사용수량을 통해 연간 사용량을 분석하였다. 대∙소변기의 세정용수량의 경우는 주말을 제외한 월별 일수를 통해 산출하였고, 조경용수량의 경우 기상청의 자료를 근거로 하여 영하 및 강수 시를 제외한 월별 일수를 적용하여 산출하였다. 그 내용은 표 4와 같다.
본 건물에는 태양열을 활용한 냉난방 및 급탕 시스템을 적용하였다. 본 절에서는 태양열 시스템을 통한 에너지 절감량을 가스 흡수식 냉난방 시스템을 적용했을 경우와 비교하여 연간 도시가스 절감량으로 분석하였으며, 그 결과 연간 23,524 Nm³의 도시가스 절감 효과를 가지는 것으로 나타났다.
본 건물에서는 우수, 중수를 수자원의 재활용 뿐만 아니라 냉∙난방의 열원으로 활용하였다.
산출된 1일 예상 사용수량을 통해 연간 사용량을 분석하였다. 대∙소변기의 세정용수량의 경우는 주말을 제외한 월별 일수를 통해 산출하였고, 조경용수량의 경우 기상청의 자료를 근거로 하여 영하 및 강수 시를 제외한 월별 일수를 적용하여 산출하였다.
수자원 절감을 분석하기 위해서 먼저, 필요 세정용수와 조경용수량을 산출하였다. 위생용수의 사용량은 현장의 여건이나 관리자의 재량에 따라 예측치와 다소 차이가 날 수 있지만, 대∙소변기 세정용수량은 인원수에 의해 산출된 표 1의 수치를 적용하였고, 조경용수량은 조경면적과 조경 수목의 최소 생존관수량을 통해 예측하였으며, 표 3에 제시하였다.
수자원 절감을 분석하기 위해서 먼저, 필요 세정용수와 조경용수량을 산출하였다. 위생용수의 사용량은 현장의 여건이나 관리자의 재량에 따라 예측치와 다소 차이가 날 수 있지만, 대∙소변기 세정용수량은 인원수에 의해 산출된 표 1의 수치를 적용하였고, 조경용수량은 조경면적과 조경 수목의 최소 생존관수량을 통해 예측하였으며, 표 3에 제시하였다.
일반적인 위생설비 설계에서 건축물의 급수량은 위생수전 기구 수에 의한 방법과 건물 사용 인원수에 의한 방법의 두 가지 방법으로 산정하는데, 본 건물에서의 시수 및 중수 사용량은 두 경우 모두를 검토해서 큰 값인 사용 인원수에 의한 방법으로 산출하였고 시수와 중수의 사용을 4 : 6의 비율로 나누어 계산하였다. 그 내용은 표 1에 제시하였으며, 우수량의 경우 서울시 빗물저수조 설치 지침기준에 따라 지붕면적당 0.
중수도 활용을 통해서 시수 사용 절감에 따른 연간 절감 비용을 분석하였다.
중수도의 원수 중 세면기 샤워기의 세정수 원수량은 표 1의 시수 사용량에 손실율 10%를 적용한 150 m³/day로 산출하였으며, 우수 원수량은 기상청에 제시된 월별 평균 강수량을 근거로 손실율 10%, 유실율 20%를 각각 적용해서 유효 저장량을 산출하였고, 그 내용은 표 5와 같다.

대상 데이터

물 사용량과 그 비용은 중수 사용처에 한해서 산출하였고 서울시 물 사용 요금을 적용하였다.
분석 대상은 지하 5층, 지상 13층, 연면적 90,790 m² 규모의 청사 건물로 선정하였다.

성능/효과

(1) 본 고의 대상모델에 있어 중수도 시스템의 활용으로 중수 필요총량의 70%를 절감할 수 있는 것으로 나타났고, 그 양은 연간 약 4만 6천여 톤이며, 약 6천여 만원의 금액에 해당하는 양이다.
(2) 태양열 시스템, 중수도 히트펌프, 하수열 히트펌프를 적용함으로써 나타나는 효과는 연간 각각 340만원, 320만원, 2천 1백만원의 에너지 비용을 절감할 수 있는 것으로 나타났다.
그 결과 하수이용 히트펌프 시스템을 제외한 태양열 냉난방 및 급탕 시스템과 중수도 히트펌프 시스템은 둘 다 장비비 측면에서 유리한 것으로 나타났고, 연간 운전비 절감액은 세 경우 모두 유리한 것으로 나타났으며, 그 내용은 표 12와 같다.
본 절에서는 검토된 내용을 근거로 기대할 수 있는 에너지 절감량을 분석해 보았으며, 그 방법은 가스 흡수식 냉난방 시스템을 적용했을 경우와 비교하였고, 그 결과 연간 69,560 m3의 도시가스 절감효과를 가지는 것으로 나타났다. 그 내용은 표 10에 제시하였다.
본 절에서는 중수도 활용 히트펌프 시스템을 통한 연간 절감 에너지를 가스 흡수식 냉난방 시스템을 적용했을 경우와 비교하여 분석하였으며, 그 결과 연간 16,246 m³의 도시가스 절감효과를 가지는 것으로 나타났고, 그 내용은 표 9와 같다.
본 건물에는 태양열을 활용한 냉난방 및 급탕 시스템을 적용하였다. 본 절에서는 태양열 시스템을 통한 에너지 절감량을 가스 흡수식 냉난방 시스템을 적용했을 경우와 비교하여 연간 도시가스 절감량으로 분석하였으며, 그 결과 연간 23,524 Nm³의 도시가스 절감 효과를 가지는 것으로 나타났다. 시스템 개요는 표 7, 내용은 표 8과 그림 4에 나타내었다.
상기의 내용을 통해 산출한 중수도를 활용한 연간 위생용수 절감량은 중수 사용처에 한해서 중수 사용에 따른 시수 절감량으로 계산하였고 그 결과, 표 6과 같이 총 47,619 m³를 절감할 수 있을 것으로 예상 된다.

후속연구

높은 인구밀도를 가진 우리나라는 물 부족국가로 분류되며, 수자원이 지역별로 매우 편중되어있는 특징을 가지고 있다. 또한 우리나라의 용수 사용량은 세계적으로 유래가 없을 정도로 폭발적으로 증가하였고, 미래의 지속적인 사용량 증가를 예상할 때, 전 산업분야에서 수자원의 효율적인 이용 및 사용 절감에 대한 노력을 해야 할 것으로 사료된다.
이에 건축물의 계획단계에서부터 위생설비 시스템의 개선, 신기술∙신공법 도입 등의 노력이 필요하며 그 효과 또한 클 것으로 판단된다. 또한 최근 하수열 및 중수∙우수 등을 활용한 히트펌프나 태양열을 이용한 급탕 시스템 등 신∙재생에너지를 접목한 위생설비 시스템이 개발∙보급되고 있으며 이로 인해 수자원뿐만 아니라 화석연료의 사용저감, 환경부하 저감 등의 효과가 기대되는 바이다.
화학적, 물리적 처리에 의해 연중 일정온도(약 15 ~ 20℃)로 생산되는 중수 및 우수를 이용해서 히트펌프 시스템의 열원으로 활용하였으며, 본 시스템으로 에너지 절감에서 오는 경제성 뿐 만 아니라 저감에 따른 환경성, 그리고 신기술 도입과 친환경 건물이라는 점에서의 홍보성에도 기여할 것으로 예상하고 있다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수자원 절감을 위한 방안으로는 어떤것들이 있는가?	수자원 절감을 위한 방안으로는 요금 현실화와 노후관 개량 등의 수요관리, 절수형 위생기구 의무사용 등의 정책적인 관리 등이 있지만, 생활용수의 대부분이 건물에서 소비되는 만큼 건축물에서의 생활용수 수요관리가 매우 중요하다 할 수 있다.
	대상 건물에 적용 또는 적용 검토 중인 주요 위생설비 아이템은 어떠한 것들이 있는가?	대상 건물에 적용 또는 적용 검토 중인 주요 위생설비 아이템은 세면기, 샤워기의 세정용수, 우수를 재활용한 중수도 시스템, 태양열을 활용한 냉∙난방 및 급탕 시스템, 중수를 열원으로 한 중수도 히트펌프, 적용 검토 중인 하수열 시스템 등이 있다.
	계획 단계에 있는 청사 건물 사례를 들어 위생설비 시스템을 통한 연간 수자원 및 에너지 절감, 또 그에 따른 비용절감량을 분석해 본 결과는 어떠한가?	(1) 본 고의 대상모델에 있어 중수도 시스템의 활용으로 중수 필요총량의 70%를 절감할 수 있는 것으로 나타났고, 그 양은 연간 약 4만 6천여 톤이며, 약 6천여 만원의 금액에 해당하는 양이다. (2) 태양열 시스템, 중수도 히트펌프, 하수열 히트펌프를 적용함으로써 나타나는 효과는 연간 각각 340만원, 320만원, 2천 1백만원의 에너지 비용을 절감할 수 있는 것으로 나타났다.

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