바닥 복사 난방시스템의 난방용량에 따른 개별보일러의 운전특성 및 난방 에너지 소비량 분석

Abstract

국내 공동주택에 적용되고 있는 개별 가스보일러의 용량은 난방부하에 비해 과대 적용되는 형편이며, 패널의 열매조건도 난방부하에 대한 고려 없이 경험적으로 적용되고 있어 패널의 방열량은 난방부하에 비해 과대 적용되고 있다. 단위시간동안 보일러에서 생산되는 열량이나 패널 표면에서 실로 전달되는 열량이 부하에 비해 지나치게 클 경우, 보일러의 짧은 가동 및 정지가 빈번하게 반복되는 현상을 유발할 수 있으며, 이러한 현상은 시스템의 난방 에너지 소비를 증가시킬 수 있다. 개별보일러의 운전과 난방 에너지 소비 측면에서의 문제를 개선하기 위해 기존 연구에서는 과다 생산 및 전달되는 열량을 줄이거나 과잉열량을 저장하는 방안을 제시하였으나, 아직까지 개별보일러를 열원으로 하는 바닥 복사 난방시스템은 경험에 의해 관습적으로 적용되는 경우가 대부분이며, 실제 난방 운전 시 각 개선 방안의 적용 효과에 대해서도 명확히 밝혀진바 없다. 이에 본 연구에서는 개별보일러를 열원으로 하는 바닥 복사 난방시스템을 대상으로 실제 난방운전 시, 각 개선 방안의 적용이 보일러의 운전과 난방 에너지 소비에 미치는 영향을 평가하고, 평가 결과를 토대로 개선 방안을 선정한 후 적용 효과를 분석하였다.

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) 버너 용량을 감소시킬 경우, 보일러의 짧은 가동 및 정지가 빈번한 현상은 완화되지만 완화 효과가 크지 않았다. 온수온도를 낮추어 공급한 경우에도 보일러의 가동/정지 횟수는 감소하였지만, 낮은 부분부하율 조건에서 여전히 보일러의 짧은 가동 및 정지가 빈번하게 나타났다. 시스템의 난방용량이 부하에 비해 지나치게 클 경우, 시스템의 보유수량을 증가시킴으로써 보일러의 시간당 가동/정지 횟수는 보일러의 안정적인 운전에 대한 권장값 이하로 유지할 수 있다. 패널의 열시정수가 증가함에 따라 보일러의 가동/정지 횟수는 감소하는 것으로 나타났으며, 열시정수가 큰 습식 패널이 적용된 경우 보일러의 짧은 가동 및 정지가 빈번한 문제는 발생하지 않았다.

(2) 버너 용량 또는 시스템의 보유수량이 변화함에 따라 난방 에너지 소비량은 일관적인 변화 양상을 보이지 않았으며, 시스템의 보유수량에 따라 난방 에너지 소비량 차이가 크게 발생하지 않았다. 공급온수온도가 감소함에 따라 난방 에너지 소비량은 지속적으로 감소하는 추세를 보이고 있으며, 각 요소들의 평가 범위 내에서는 설계 공급온수온도를 감소시킨 경우 난방 에너지가 가장 적게 소비되었다. 패널의 열시정수를 증가시킬 경우 난방 에너지 소비량은 증가하는 추세를 보이는바, 이는 주로 난방 정지 후 비재실 공간에 불필요하게 공급된 열량이 많기 때문이다.

(3) 열시정수가 상대적으로 큰 패널인 경우, 보일러의 짧은 가동 및 정지가 빈번한 문제는 발생하지 않았지만 전체 난방기간 동안 공급열량이 상대적으로 많고, 또 공급열량에 따른 가스소비량이 전체 난방 에너지 소비량에서 차지하는 비율이 가장 높기 때문에 열시정수가 큰 패널에 대해서는 공급열량을 줄이는 방향으로 개선 방안을 도출해야 한다.

(4) 열시정수가 상대적으로 작은 패널인 경우, 부하에 근거하여 설계한 버너 용량을 적용하거나 공급온수온도를 낮게 조절하여도 낮은 부분부하율 조건에서는 여전히 보일러의 짧은 가동 및 정지가 빈번한 현상이 나타나므로 시스템의 보유수량을 늘리는 방안을 병용해야 한다.

(5) 열시정수가 상대적으로 큰 습식 패널에 버너 용량과 공급온수온도를 낮게 적용한 방안과 열시정수가 상대적으로 작은 건식 패널에 버퍼탱크를 적용한 방안, 그리고 개선 방안을 적용하지 않은 기존 습식 패널에 대하여 전체 난방 에너지 소비량을 비교 분석한 결과, 개선 방안을 적용한 경우, 적용하지 않은 경우에 비해 각각 7.8%, 17.1% 정도의 난방 에너지를 적게 소비하는 것으로 나타났다.