제 목 : 공동주택 지역난방 통합배관시스템의 성능 및 에너지절약특성 분석

본 연구에서는 최근 상용화되어 일부 공동주택 및 건물에 시공되고 있는 지역난방 통합배관시스템을 에너지시뮬레이션(TRNSYS Ver.17)과 실제 적용된 공동주택의 에너지사용량을 분석하여 난방 및 급탕의 성능과 에너지절약 특성을 분석하였다.

통합배관시스템은 사용자 측 시설(이하 2차측)의 난방배관과 급탕배관을 통합하고, 이 통합된 배관으로 공급되는 2차측 가열수를 이용하여 난방과 급탕을 동시에 하는 시스템을 일컫는다. 급탕의 경우 각 세대에 설치된 세대급탕열교환기를 통해 2차측 가열수와 시수가 열교환을 하여 급탕을 공급하고, 난방의 경우는 세대급탕열교환기를 통과한 가열수가 난방코일에 들어가 난방을 하는 방식으로 기존의 방식과 방법은 유사하다.

통합배관시스템은 2차측 배관을 통합하였기 때문에 기존시스템(난방 공급?환수관, 급탕 공급?환수관)보다 시공비가 절감된다는 점과 배관의 수가 줄면서 면적이 줄었기 때문에 열손실이 감소된다는 장점이 있다.

본 연구에서는 에너지시뮬레이션을 이용하여 (TRNSYS Ver.17) 통합배관시스템을 적용하였을 시 개별 세대의 난방 및 급탕의 성능과 배관열손실 감소율을 확인하였다.

첫 번째로 세대의 난방성능에 대해서도 분석하였는데, 그 이유는 통합배관시스템의 경우 2차측 가열수가 세대급탕열교환기를 통과 후 세대의 난방코일에 들어가므로 이로 인한 난방성능의 저하여부를 확인하고자 단위세대의 난방성능을 분석하였다. 시뮬레이션 결과 급탕을 사용하는 시간을 포함 분석대상 기간인 1년 동안 급탕사용시간과 무관하게 거의 모든 구간에서 설정온도인 20℃(19~21℃) 이상을 보였으며, 기존시스템의 결과와도 유사한 것으로 보아 통합배관시스템에서 난방성능은 양호하다고 볼 수 있다.
그리고 세대에 설치된 세대급탕열교환기를 통해 세대에서 적정급탕온도인 40~43℃ 이상의 급탕을 지속적으로 사용가능 한지 분석하였는데 시뮬레이션 결과 열원인 가열수의 온도에 따라 급탕온도가 영향을 받는 것을 확인하였으며, 가열수의 온도를 55~60℃로 충분히 높게 공급한다면 통합배관시스템 적용 시 급탕성능은 양호한 것으로 볼 수 있었다.

두 번째로 기존시스템과 통합배관시스템의 열에너지사용량과 배관에서의 열손실량을 비교분석하여 통합배관시스템의 에너지절감효과를 밝히고자 하였다.
분석 대상단지의 실제 열 에너지사용량을 분석한 결과 기존시스템에서 통합배관으로 개체 공사한 이후로 연간 12.7%의 에너지사용량 감소가 나타났으며, 시뮬레이션 결과로는 5.7% 에너지사용량이 감소하는 것으로 나타나 통합배관시스템이 에너지절감효과가 있음을 확인할 수 있었다.
열에너지사용량을 난방, 급탕, 배관열손실로 나누어서 비교한 결과 통합배관시스템의 에너지절감효과의 주된 원인은 배관열손실 감소로 나타났다.

본 연구를 통해 통합배관시스템의 세대 난방 및 급탕 성능 양호하다는 것을 확인하였다. 다만, 외기보상 적용 시 하절기 가열수의 온도 하락으로 세대급탕온도가 하락되기 때문에 하절기에도 급탕 사용 시에는 가열수를 50~55℃ 이상으로 유지하여야 한다.

또한, 통합배관시스템이 기존시스템 대비하여 에너지사용량이 적음을 확인하였으며, 배관에서의 열손실 감소가 에너지사용량 절감의 주된 원인이라는 것을 확인하였다

하지만 월별 에너지사용량을 분석한 결과 난방사용량이 적은시기(6~9월)에는 통합배관시스템이 기존시스템보다 더 많은 에너지를 사용함을 알 수 있었는데, 이는 기존시스템은 난방과 급탕이 계통이 분리되어 난방사용량이 적거나 없는 시기에는 난방배관에서의 열손실량이 없으나, 통합배관시스템의 경우는 가열수를 사계절 내내 같은 조건으로 공급하여야 하기 때문에 이 시기에는 통합배관시스템에서의 배관열손실량이 더 많은 것으로 나타났다. 통합배관시스템을 가열수를 열원으로 하는 냉방방식(제습식냉방, 흡착식냉방방식)과 같이 적용하면 이 같은 단점을 보완할 수 있을 뿐 아니라 하절기 전력사용량 감소에도 도움이 될 것으로 예상된다.

Performance and Energy Saving Characteristics
Analysis of Combined Piping system for Apartmant District heating

OH, Gyu sung
Dept. of Housing Environment and Service Technology
Graduate School of Housing and City
Seoul National University of Science and Technology

This study validate effectiveness of combined piping system for district heating. Heat source supply system of the present district system is composed of 4 pipe. On the other hand, combined piping system is composed of only 2 pipe. Because of this difference, combined piping system be expected to energy reduction by reducing heat loss in heat source supply pipe. In this study, two major points about combined piping system were covered. The first is performance for suppling enough energy for heating and using hot water to apartment. The second is heat loss in heat source supply pipe. These two issues is analyzed using TRNSYS 17 which was typical building-energy analysis program. Compare two systems of indoor condition, heat source condition, heat loss in the pipe ussing TRNSYS 17 and the apartment energy consumption. As results, it is confirmed that the combined piping system is possible supply enough energy source to apartment and reduce heat loss in the pipe. Furthermore, find efficient operation method of combined piping system for district heat and suggested that.