
▲ 김선혜 대한설비공학회 공조부문위원회 위원장.
대한설비공학회 공조부문위원회(위원장 김선혜)는 5월23일 서울 강남구 세텍에서 열린 대한민국 기계설비전시회(HVAC KOREA) 부대행사로 공조&설비내진학술강연회를 개최했다고 밝혔다. 공조부문위원회가 주최했으며 세텍 컨벤션센터 2층 세미나실2에서 관련 업계종사자들이 참여한 가운데 진행됐다.
김선혜 대한설비공학회 공조부문위원회 위원장(서울과학기술대 교수)은 “이번 학술강연회를 위해 다양한 주제를 많이 준비했다”라며 “배관내진설계, 액체식제습통합공조 적용방안 등 다양한 의견을 나눌 수 있는 자리가 되길 바란다”고 말했다.
김보선 엔트(AENT) 이사는 ‘액체식 제습 통합공조 적용방안’을 주제로 엔트에서 진행하고 있는 연구와 사업들을 소개했다.
김 이사는 “공조관련 최근 트렌드는 제로에너지 공조 달성과 실내공기질 유지 등이다”라며 “제로에너지 달성을 위해 건물 단열성능이 높아짐에 따라 현열부하는 줄어들고 있지만 상대적으로 잠열부하가 증가하고 있어서 다양한 잠열을 어떻게 잘 처리할지가 중요한 이슈가 되고 있다”고 밝혔다.
이어 “코로나19 이후 증가한 공기질에 대한 관심은 환기시스템이나 냉난방시스템에 대한 체계적인 관리요구로 이어지고 있다”고 덧붙였다.
액체식 제습은 흡습성능이 있는 용액을 활용해 공기 습도관리를 하는 기술이다. 액체식 제습의 가장 큰 특징은 제습뿐만 아니라 가습이 가능한 점이다.
김 이사는 “회사 내부에서는 액체식 조습이라는 단어를 사용하는데 실질적으로 엔트는 상습을 유지하는 시스템을 많이 공급하며 등온‧냉각제습 등 고객요구에 따라 공기를 원하는대로 조절할 수 있다”라며 “또한 액체식 제습의 필요냉각이나 필요가열 수치를 다른 증기압축식시스템이나 제습로터와 비교했을 때 친환경적인 요소도 지니고 있다”고 말했다.
여러모로 이점이 있는 제습기술이지만 지금까지 건물공조에 활용되지 못한 건 산업용시스템에는 적합하나 상업‧가정용시스템에는 적합하지 않았던 설비와 기계실에 들어갈 수 없는 장비 크기 문제 때문이다.
엔트는 이러한 문제점을 타개하기 위해 액체식 제습과 히트펌프를 결합한 장비소형화 및 모듈화를 추진해 건물공조시장에 진입하고 있다.
김 이사는 “현재 미국 스타트업기업들은 이러한 문제점을 해결해 건물공조에 뛰어들고 있는 상황”이라며 “엔트 역시 서울시 가족센터에서 테스트를 진행해봤으며 올해는 필리핀 학교에서 여름철 부하관련 테스트를 계획하고 있다”고 액체식 제습기술 향후 가능성을 강조했다.
류석원 비앤에스조인트 팀장은 ‘기계설비법에 근거한 배관 내진설계 방법’을 주제로 발표했다.
우리나라 지진발생현황은 2016년 규모 5.8의 경주지진과 2017년 규모 5.4의 포항지진을 기점으로 급격히 증가하고 있다. 이에 따라 행정안전부와 국토교통부는 내진설계 필요성을 담은 △2017 포항지진백서(행정안전부) △건축물의 구조기준 등에 관한 규칙(국토교통부) △KDS 41 17 00 건축물 내진설계기준(국토교통부) 등을 발표한 바 있다.
현재 내진설계방향은 2018년 ‘국토교통부령 제 555호’에 의해 기계설비내진설계가 의무 대상임을 규정했으며 소방시설은 지진으로 인한 인명피해 방지와 2차 화재예방을 위해 소방청 고시 ‘소방시설의 내진설계기준’에 따라 설계되고 있다.
류 팀장은 “2018년 KDS 17 10 00 내진설계가 일반제정됐으며 2021년에는 KCS 31 50 10 15 내진설비공사 개정됐다”라며 “2023년에는 국토교통부를 통해 대한설비공학회 주관 내진설계기준 개정안과 내진설비공사 개정안을 수행해 제출했지만 현재 검토는 들어가지 않은 상태”라며 현 상황을 설명했다.
이어 류 팀장은 “내진설비시공 전에 프로그램을 활용해 사전검토하는 것으로 적절한 내진설계를 할 수 있다”라며 “먼저 기계설비법에서 제시하는 범위와 내진설계 대상을 구분, 비구조요소 내진설계 필요성과 근거를 확인한 후 응력해석 프로그램을 활용해 지반가속도에 따라 지진하중의 영향을 검토하고 이를 보완하는 단계를 따르면 된다”고 말했다.
조상문 조아앤써 이사는 ‘교육환경평가의 가설방음벽 높이에 따른 차음성능과 공사비 비교’를 주제로 김영일 서울과학기술대학교 교수와 진행한 연구에 대해 발표했다.
조 이사와 김 교수는 현행 교육환경평가 승인제도가 재산권침해 및 기후변화를 고려하지 않고 있음을 파악해 이번 연구를 진행했다.
조 이사는 “최근 기후변화가 가속화되는 상황 속 세계는 탄소중립‧녹색성장 기본계획에 따라 에너지, 산업, 건물, 수송 등 모든 분야에서 온실가스배출제로정책으로 나아가고 있지만 현행 교육환경평가 승인제도는 기후변화 상황과 나아가 재산권침해까지 고려하지 않고 있다”라며 “연구를 통해 국내‧외 기후변화 정책에 부합하며 교육환경 보호제도의 지속가능성을 확보할 수 있는 제도 개선 기초자료를 제공하고자 했다”고 말했다.
현재 교육환경평가제도는 2016년 교육환경법으로 분리되면서 운영 중인 학교의 소음, 일조권 등의 기준을 적용해 심의대상을 넓혔다. 소음영역은 학교건물의 기준을 만족시키기 위해 가설방음벽 설치를 검토하는 방식으로 심의된다.
그런데 실제 교육환경평가 심의현장에서는 심리적요인으로 인해 가설방음벽을 최적 높이보다 더 높게 설치하고 있다. 즉 가설방음벽 과다설계로 인해 전 지구적 환경부하가 증가하고 있는 상황이다.
조 이사는 “가설방음벽은 재질, 운영방안, 소음원과 이격거리 등 설치방법에 관한 연구가 주를 이루고 환경영향에 관한 연구는 미비한 상황”이라며 “2021년 시작해 2025년까지 예정된 제4차 소음진동관리종합계획 수립연구는 소음영향을 최소화하는 방법에서 소음발생원을 관리해 개선하는 방법으로 변화를 꾀하고 있으며 이러한 변화와 국내외 환경관련 정책에 부합하기 위해 교육환경평가 내 가설방음벽에 대한 산업분야의 이해와 재원조달을 위한 연구가 필요하다”고 말했다.
이번 발표를 통해 조 이사는 여러 실증데이터를 쌓은 연구결과를 토대로 “건설부문 환경영향은 건설기계와 매우 밀접한 관계가 있다”라며 “소음도가 매우 큰 굴삭기나 불도저 등 내연기관건설기계를 전기를 에너지원으로 사용하는 기계로 도입하며 정부 및 민간업체의 친환경건설기계성능개선 등 기술적 완성도를 해결할 필요가 있다”고 강조했다.
BIM HVACTool, 불필요 모델링 줄여… 효율 향상 송차원 ES에너지연구소 대표는 ‘친환경 건축시뮬레이션 소프트웨어’를 주제로 티안빌딩엔지니어링그룹(Tian Building Engeineering Group)의 친환경건축분석 소프트웨어 ‘BIM HVACTool’을 소개했다.
티안빌딩엔지니어링그룹은 친환경 건설시뮬레이션 전문가들이 모여 독일 베를린에 본사를 둔 기업으로 싱가포르, 러시아, 중국 상해, 한국에 지사가 있으며 뉴욕과 런던 및 인도에 확장 준비를 하고 있다.
송 대표는 “BIM HVACTool은 모델링을 따로 할 필요 없이 한 개의 모델링으로 모든 기류분석을 가능케하는 CFD시뮬레이션도 확장하고 있다”라며 “지금 현재 내외부 기류분석 및 이산화탄소‧일산화탄소 배출 분석 등이 가능하다”고 말했다.
BIM HVACTool 점점 복잡해지는 건물과 시뮬레이션으로 직관적으로 구현하며 △OpenFOAM △EnergyPlus △Radiance △FDS 등 유명한 오픈소스•유료코드가 융합된 프로그램이다. 이를 통해 티안빌딩엔지니어링그룹은 △싱가폴 창이공항 △싱가폴 웨스트게이트쇼핑센터 △상해 23층 오피스건물 △싱가폴 키자니아 등의 건물 시뮬레이션을 시행한 바 있다.
송 대표는 “에너지해석 모델링을 해 벽체구성의 다양한 조건들을 입력하면 온도 및 기류 속도 등 에너지 사용량 분석을 할 수 있다”라며 “일조•일사의 실외 및 실내 분석이나 CFD기류 해석 등도 가능하다”고 BIM HVACTool의 기능을 설명했다.
ZEB 1등급 달성, LEED ZERO 취득 준비 이두환 에너지엑스 ESG사업팀 팀장은 ‘플러스에너지빌딩(PEB)를 달성한 에너지엑스DY빌딩 주요 기술과 플랫폼 소개’를 주제로 발표했다.
에너지엑스 DY빌딩은 2023년 8월 에너지자립률 121.7%를 달성해 국내 최초 플러스에너지빌딩이자 상업용 건물제로에너지빌딩 1등급을 취득했다. 이 빌딩은 근린생활시설과 교육‧연구시설로 이뤄져있다.
한국설비기술협회(회장 박종찬) 자동제어 기술전문위원회는 5월24일 서울 강남 세텍(SETEC) 전시장 컨퍼런스룸에서 2024 대한민국 기계설비전시회의 부대행사로 ‘2024년도 기계설비 자동제어 신기술 및 에너지절약기술 강연회’를 개최했다.

▲ 조추영 설비기술협회 자동제어 기술전문위원장.
에너지절감 최적화 쾌적제어 소개 조추영 설비기술협회 자동제어 기술전문위원장은 ‘PMV 제어와 에너지절약’을 주제로 강연했다.
지구온난화와 같은 지구환경 문제로 업무용 빌딩 등과 같은 공기조화 설비에 대해 효율적인 에너지관리가 요구된다. 즉 쾌적성과 에너지절약 등이 동시에 가능한 공기조화 제어방식이 확대되고 있다.
이와 관련 쾌적성을 확보하면서 에너지낭비를 줄이며 에너지절약을 실현하는 공조제어 도입사례가 증가하고 있다.
쾌적 공조제어는 각 공간 쾌적성을 개별적으로 연산해 쾌적성을 일정하게 유지하도록 개별공조 온도 설정치를 세밀하게 자동 조절하는 것으로 쾌적함을 손상시키지 않는 한계범위에서 설정을 실시한다. 공간 쾌적성을 유지하면서 무한한 에너지를 배제할 수 있어 건물 전체에서 큰 에너지절약효과를 얻을 수 있다.
쾌적제어는 △쾌적, 에너지절감, 운영경비 절감 등 다양한 목적을 조화롭게 실현하는 협조제어 △건물 내 실내환경을 쾌적하게 유지하기 위해 설비정보, 제어정보 등을 상호 활용함으로써 최적화를 실현하는 연동제어 △공조부하를 예측해 피드포워드 제어를 실현하는 예측제어 등으로 구분할 수 있다.
실내 온열환경은 온‧습도 설정을 제대로 조절하지 못하면서 습도 이외의 요소를 고려한 공조가 이뤄지지 않으며 건물 관리자의 온‧습도 설정에 대한 정확한 판단기준이 불명확하다. 또한 온‧습도 설정을 사용자에게 개방할 경우 설정할 수 없으며 에너지소비 문제가 발생할 소지가 있다.
이에 따른 해결책은 △체감온도제어 △PMV(Predicted Mean Vote) 제어 △온도설정치관리 프로그램 등이다.
체감온도제어 프로그램은 방사온도 감지기나 체감온열 감지기 등 검출기를 활용해 종래 실내온도로 제어함은 물론 작용온도와 등가온도로 제어한다.
열 쾌적은 열환경으로부터 만족한 정도로 표현이 가능하며 쾌적성은 공기온도만을 지표로는 충분치 않다는 의미에서 기류 등 타 변수를 가미해 쾌적도를 수치로 표현한 것이다.
PMV는 예상되는 온열감을 의미하며 사람과 주변환경의 기온, 습도, 기류속도, 평균복사온도, 활동량, 착의량 등 열환경 요소들을 측정해 인체가 느끼는 온열감을 예측한다.
예상온열감은 온열감 7단계 척도를 기준으로 하며 일반적으로 재실자가 쾌적하다고 느끼는 예상온열감은 –0.5~0.5 사이의 구간이다.
쾌적 공기조화 제어는 BEMS(건물에너지관리시스템)의 연산처리방식을 이용해 각 실의 쾌적도를 주기적으로 연산한다. 이와 함께 쾌적성을 유지하면서 에너지낭비가 없도록 각 실의 공기조화 온도를 정밀하게 자동 조절한다.
조추영 위원장은 “쾌적성과 에너지절약을 동시에 만족시키는 공기조화 제어기술은 공기조화산업의 경쟁력 확보측면에서 필수”라며 “특히 인간의 쾌적감 연구에 있어 기압, 소음, 심리적 측면 등 연구대상과 범위 확대도 필요하다”고 강조했다.
한용운 존슨콘트롤즈인터네셔널코리아 부장은 ‘건물을 혁신하는 Brick 모델링’을 주제로 발표했다.
Brick은 새로운 메타데이터 표준으로 스마트빌딩을 위한 그래프 기반의 메타데이터 표준을 의미한다. 빌딩 내 물리적, 논리적, 가상 독립체를 구축한다.
또한 확장 가능한 Class 구조로 독립체를 정의하며 독립체 간의 필요한 관계를 형성한다.
기존 데이터간 상호 운용성 표준은 빌딩 사이언스 문헌의 90개 어플리케이션을 연구했으며 어플리케이션을 8개로 분류했다. △점유자 모델링 △에너지배분 △웹 디스플레이+대시보드 △모델 예측 제어 △참여 피드백 △결함 감지 및 진단 △비-침해 부하 모니터링 △수요반응 등이다.
상호운용성 표준은 산업표준 관행과 함게 모델링 및 제어분야의 최첨단 기술을 요약하고 있다.
Brick을 통해 빌딩을 모델링하는 것은 Class를 계층화하며 상호관계를 형성한다. Brick은 이용자가 새로운 개념을 확장하고 포함할 수 있도록 개방돼 있다.
BACnet, OPC 및 기타 프로토콜 등을 통한 센서 데이터를 수집하며 BIM, BMS, 출입통제시스템 등에서 위치 및 장비 데이터를 수집한다. Brick Schema를 이용한 빌딩데이터를 저장하며 모델링한다.
빌딩제어‧분석비용 절감 등을 위한 ASHRAE 및 업계와의 협력을 통한 상호 운용성 표준 및 지원자원을 제공한다.
통합운용관리 플랫폼(OBEM)은 빌딩의 디지털변형 및 메타데이터 기반 스마트빌딩의 지속가능성 관리, 에너지낭비요소 모니터링 및 사전 제거 등과 선제적 고장 진단 및 선제대응을 통한 서비스 연속성 확보를 통해 자산효율을 극대화할 수 있다. 또한 노동력 부족 및 지식부족 등은 전문인력 부족문제를 해결할 수 있다.
한용운 부장은 “AI‧ML 기반 빌딩성능을 실시간 모니터링하며 개선한다”라며 “이를 통해 각종 설비 운용률과 안정성을 극대화하는 한편 빌딩 이용자의 건강, 편의, 안전 등을 위한 최상의 서비스를 제공하며 빌딩의 탄소저감 운영을 통한 ESG솔루션을 제공한다”고 밝혔다.
오경호 명지전문대학 교수는 ‘자동제어설비 성능점검기준 가이드’를 주제로 강연을 이어갔다.
기계설비 유지관리기준은 ‘기계설비법 제16조에 따라 기계설비 유지관리 및 성능점검 등을 위해 필요한 유지관리기준과 동법 제17조에 따른 기계설비의 점검 및 점검기록 작성에 관해 필요한 사항을 규정하고 있다.
기계설비 성능점검 시 검토사항은 유지관리지침서 적정성, 기계설비 시스템의 작동상태, 점검대상 현황표 상 설계값과 측정값 일치 여부 등 기계설비시스템 검토를 시작한다.
이어 기계설비 내구연수에 따른 노후도, 성능점검표에 따른 부적합 및 개선사항, 성능개선 필요성 및 연도별 세부개선계획 등 성능개선 계획을 수립해야 한다.
끝으로 냉난방설비 등 분류별 에너지사용량, 효율적인 에너지사용을 위한 설비운용방법 등 에너지사용량을 검토해야 한다.
자동제어설비는 유지관리 점검표 확인, 기록장치 등 상태. 장비 및 시스템별 운전적정 여부, 방화벽 동작상태, 정보관리, 데이터 조회, 수집 및 분석, BEMS 운영상태, 원격검침시스템 운영상태 등 확인하는 등 성능을 점검한다.
자동제어설비 성능점검 매뉴얼 가이드는 운영 효율화‧자동화 에너지절약목적으로 제어기능 중심으로 성능평가를 한다.