[논문]지역난방 통합 배관 시스템의 국내외 동향

김대현; 한성규; 김영균

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김대현 ((주)경동나비엔 엔지니어링팀) , 한성규 ((주)경동나비엔 ENG그룹) , 김영균 ((주)경동나비엔 SE부문)

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가설 설정

1) 통합열교환기의 용량선정은 연결열부하 값으로 한다.
1. 통합 배관 시스템은 시공자, 사용자 관리자 모두에게 장점이 많은 시스템이다. 에너지 절감은 물론이고, 개별 보일러의 장점과 지역난방의 장점이 융합된 시스템으로 특히 사용자에게 많은 편의성을 제공하는 시스템이다.
5) 세대 급탕 열교환기는 공인기관의 성능인증 제품이어야 한다.

제안 방법

2-pipe 통합 배관 시스템 적용을 위한 집단에너지 사업자의 열사용 시설기준은 SK에너지의 계열사인 위례에너지서비스가 최초로 변경 적용토록 제도화하였으며, 뒤이어 대전지역에 열공급하고 있는 대전 열병합발전에서도 열사용 시설기준을 변경하여 2-pipe 통합 배관 시스템을 적용할 수 있도록 제도화하였다. 국내에서 가장 많은 지역난방을 보급을 하고 있는 한국지역난방공사는 지난 4월 업체 공청회를 통해 열사용 시설기준 변경(안)을 제시하였으며, 한시적 시범 적용(약 10,000세대)하여 운영 현황 분석 및 사용자 만족도 평가 후 결과에 따라 변경 또는 폐기될 예정이며, 변경(안)의 주요 내용은 아래와 같다.
단체 표준의 주요 내용은 적용 범위, 구조, 기계적 전기적 성능 및 작동 성능으로 구분되어 있으며 그에 따른 시험 조건과 시험 방법으로 나누어 제정되었다. 인증 기준을 통해 통합 배관 시스템 및 세대 급탕열교환기의 안정성 확보 및 품질 향상에 기여할 수 있을 것이다.
제품의 급탕용량은 위생기구 3개를 동시에 사용할 수 있는 충분한 용량(50 kW)으로 개발되었으며, 급탕성능을 강화하기 위해 급탕우선기능을 채택하였다. 급탕우선기능은 개별 보일러의 경우 급탕사용 시 난방을 완전히 차단하는 반면 세대 급탕열교환기는 비례제어 밸브를 적용하여 급탕 사용시 열원을 우선 급탕으로 공급하고 잉여 열량을 난방으로 공급하므로 난방이 차단되는 현상을 최소화하였고, 혼합밸브를 적용하여 급탕온도 편차를 최소화 하였다(그림 8).

성능/효과

2) 통합열교환기의 설계 및 설치는 난방열교환기의 기준을 따른다.
2. 통합 배관 시스템 및 세대 급탕열교환기(HIU, Satellite Unit, Flatstation)는 해외와는 다른 문화적 차이 및 공급 방식의 차이로 인해 필요성이 대두되지 않았으나, 지역난방 열사용 시설의 사용자 편의성, 에너지 절감에 대한 시장 정책, 건축공법의 변경에 따른 규정 변경 등으로 인해 적용 단계까지 와있다.
3) 세대 급탕열교환기는 세대 급탕 공급설계온도 및 유량조건에서 시수공급온도 15℃ 기준으로 난방 및 급탕 최종 합류 회수의 온도가 35℃ 이하가 되도록 설계한다.
그림 10과 그림 11의 그래프는 보일러의 급탕 온도 제어기술을 적용하여 유량 변동에 따른 급탕성능이 개선된 결과로, 그림 9는 급탕 사용에서의 시험 결과이고, 그림 10은 난방/급탕 동시 사용에서의 급탕 성능 시험 결과로 주변의 환경(통합 배관의 공급 유량, 급수 유량)이 급격하게 변동되어도 급탕 설정온도 ±2℃내로 유지하며 안정적으로 급탕이 공급됨을 확인할 수 있다.
제품의 급탕용량은 위생기구 3개를 동시에 사용할 수 있는 충분한 용량(50 kW)으로 개발되었으며, 급탕성능을 강화하기 위해 급탕우선기능을 채택하였다. 급탕우선기능은 개별 보일러의 경우 급탕사용 시 난방을 완전히 차단하는 반면 세대 급탕열교환기는 비례제어 밸브를 적용하여 급탕 사용시 열원을 우선 급탕으로 공급하고 잉여 열량을 난방으로 공급하므로 난방이 차단되는 현상을 최소화하였고, 혼합밸브를 적용하여 급탕온도 편차를 최소화 하였다(그림 8).
둘째, 사용자 측면으로는 하절기 및 간절기 비난방 시즌에도 필요시 난방을 할 수 있고, 급탕 온도를 설정하여 항상 일정한 온도로 급탕을 공급받을 수 있어 급탕성능이 향상됨은 물론 순간급탕 방식으로 위생성이 향상된다. 통합 배관으로 배관 열손실, 동력 등 에너지절감 및 설비 유지비용이 절감되어 관리비용을 줄일 수 있다.
셋째, 관리자 측면에서는 급탕 관련 설비, 배관, 계량기 등이 없으므로 유지 관리가 편해진다. 세대 급탕열교환기는 각 세대에 설치하여 통합 배관의 난방용 온수로부터 열교환 후 급탕, 난방을 사용할 수 있는 장치로 유럽에서는 다양한 종류로 개발 보급되고 있으며 일반적인 흐름도는 그림 3과 같다.
이 시스템은 기계실의 급탕열교환기부터 세대로 연결되는 급탕과 환탕 배관을 생략하여 배관 부하를 줄이고, 세대 내로 공급되는 난방용 온수로 난방과 급탕 부하를 모두 담당하므로, 환수 온도가 낮아져 열에너지를 효율적으로 이용할 수 있다. 이는 기존 4-pipe 시스템에 비해 약 23%의 에너지 절감 효과를 나타내는 것으로 확인되었다. 통합 배관 시스템은 시공자, 사용자, 관리자 모두에게 장점이 많은 시스템이며 내용은 아래와 같다.
제조회사 별로 겸용(난방+온수) 제품이 가장 많은 모델수를 가지고 있으며, 별도의 난방열교환기 없이 통합 배관의 가열수를 직접 공급하여 사용하는 직접식 제품, 전자식 제어, 벽걸이 설치형태의 모델수가 가장 많은 것으로 파악되었다(그림 6).
첫째, 시공자 측면에서는 기계설비(열교환기, 펌프, 팽창탱크 등) 및 열공급 배관의 수량이 축소되어 시공성을 향상시킬 수 있다. 또한 기계실 및 공동구, 입상 샤프트 면적이 축소되어 공간 활용도가 높아진다.
둘째, 사용자 측면으로는 하절기 및 간절기 비난방 시즌에도 필요시 난방을 할 수 있고, 급탕 온도를 설정하여 항상 일정한 온도로 급탕을 공급받을 수 있어 급탕성능이 향상됨은 물론 순간급탕 방식으로 위생성이 향상된다. 통합 배관으로 배관 열손실, 동력 등 에너지절감 및 설비 유지비용이 절감되어 관리비용을 줄일 수 있다. 반면 세대 급탕 열교환기를 세대 내에서 관리해야 되는 불편함은 있지만 개별 보일러처럼 연소부가 없어 화재 등의 위험성은 없다.

후속연구

3. 친환경, 저에너지 건물 설계와 함께 지속적인 성장 동력을 가지고 동반성장하기 위해서 국내에서도 이와 관련한 설계 및 현장 적용을 위한 엔지니어들의 관심과 향후 역량이 매우 중요한 상황이며, 제조사는 고품질, 가격 경쟁력을 가진 제품으로 시장 활성화에 노력해야 할 것으로 보인다.
보이지 않는 곳에서 제품, 시스템 개발을 위해 노력한 많은 이들의 노고는 이제 적용하고 관리하는 엔지니어들의 몫이 되었다. 빛을 보지 못해 사장되는 기술이 되지 않고 이를 통해 좀 더 나은 설비 시스템이 되길 바란다.
단체 표준의 주요 내용은 적용 범위, 구조, 기계적 전기적 성능 및 작동 성능으로 구분되어 있으며 그에 따른 시험 조건과 시험 방법으로 나누어 제정되었다. 인증 기준을 통해 통합 배관 시스템 및 세대 급탕열교환기의 안정성 확보 및 품질 향상에 기여할 수 있을 것이다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

열사용 시설이란?

열수송 시설은 열원시설에서 생산된 열을 각 사용자에게 공급하는 시설로서, 열수송관·순환펌프·기타 열수송 및 분배에 필요한 설비로 구성된다. 열사용 시설이란 지역난방 온수로부터 열을 받아 사용처에서 필요로 하는 난방 및 급탕용 온수를 데워서 공급하기 위한 시설로서 사용자의 기계실내에 설치된다. 주요 시설로는 난방 및 급탕용 열교환기, 1·2차 배관, 2차 측 순환펌프, 온도조절밸브, 차압유량조절밸브 등이 있다.

열생산 시설이란?

지역난방 시스템은 크게 열생산 시설, 열수송 시설, 열사용 시설로 구성된다(그림 1). 열생산 시설이란 열을 생산하여 주택, 건물 등 열 사용자에 공급하는 에너지 생산 및 공급원으로서 대규모 열원을 말한다. 열수송 시설은 열원시설에서 생산된 열을 각 사용자에게 공급하는 시설로서, 열수송관·순환펌프·기타 열수송 및 분배에 필요한 설비로 구성된다.

열사용 시설의 주요 시설은?

열사용 시설이란 지역난방 온수로부터 열을 받아 사용처에서 필요로 하는 난방 및 급탕용 온수를 데워서 공급하기 위한 시설로서 사용자의 기계실내에 설치된다. 주요 시설로는 난방 및 급탕용 열교환기, 1·2차 배관, 2차 측 순환펌프, 온도조절밸브, 차압유량조절밸브 등이 있다.

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