Chilled Beam 시스템과 복사냉방시스템의 에너지 소비 특성 분석

Abstract

본 연구에서는 기존 대류 공조시스템의 큰 설계 풍량의 대안으로 적용되고 있는 chilled beam 시스템과 복사냉방시스템의 대안 간 선택을 위한 판단근거를 마련하기 위해 두 시스템의 에너지 소비량 및 시스템 구성요소 별 에너지 소비 특성을 분석하였다. 이를 위해 각 시스템의 설계 및 에너지 시뮬레이션을 수행하여 시스템 구성요소 별 에너지 소비량을 산정하였으며, 시스템 간 에너지 소비 특성에 대한 비교 및 분석을 수행하였다.

본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다.

(1) Chilled beam 시스템과 복사냉방시스템은 물을 매개로 열을 전달하는 시스템이므로 설계 시 결로 방지에 주의해야 한다. 또한, chilled beam 시스템의 기류속도 및 압력은 draught를 방지하되 chilled beam chamber 내부의 압력을 유지할 수 있도록 산정되어야 한다. 더불어 dry cooling을 위해 pre-operation을 통해 요구되는 습도 수준을 유지해야 한다. (2) 총 에너지 소비량 분석 결과, 기존 대류 공조시스템의 에너지 소비량이 가장 많았고, chilled beam 시스템, 복사냉방시스템 순으로 에너지를 많이 소비하는 것으로 나타났다. 또한, energy flow chain 분석 결과, 최종적으로 시스템 전체에 걸리는 부하의 값 역시 기존 대류 공조시스템, chilled beam 시스템, 복사냉방시스템 순으로 크게 나타났다. 에너지 소비 항목별로는 chiller, supply fan, condenser pump와 tower fan, circulation pump 순으로 에너지 소비량이 높게 산정되었다. (3) 기존 대류 공조시스템의 경우, 도입 외기의 냉방을 위해 이용되는 cooling coil에 공급되어야 하는 낮은 냉수를 생성하기 위해 열원 쪽 구성 항목에서의 에너지 사용량이 절대적으로 많은 양을 차지하고, 초기의 큰 설계 풍량으로 supply fan의 에너지 사용량의 비중이 크다. Chilled beam 시스템과 복사냉방시스템은 비교적 높은 온도의 냉수를 공급하기 때문에 열원 쪽에서의 에너지 소비량이 기존 대류 공조시스템에 비해 큰 폭으로 감소하며, 공조 풍량이 크게 감소하여 supply fan에서의 에너지 소비량 또한 감소한다. 그 중 복사냉방시스템은 가장 적은 에너지 소비량을 나타내며, 이는 chilled beam chamber 내부의 노즐 압력을 유지하기 위해 fan에 높은 pressure rise 값이 적용되기 때문이다. (4) 기존 대류 공조시스템과 비교하여 에너지 절감 측면에서 chilled beam 시스템과 복사냉방시스템 모두 우수한 시스템인 것으로 분석되었다. chilled beam 시스템과 복사냉방시스템 모두 열원에서의 에너지 절감량이 크게 나타나지만, 전체적인 에너지 절감량과 용량 및 적용성을 고려해보았을 때 chilled beam 시스템에 비해 복사냉방시스템이 더 유리한 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 chilled beam 시스템과 복사냉난방시스템의 에너지 소비 특성 분석 및 시스템 대안 간 합리적 선택의 기반을 마련하였으며, 연구의 결과를 두 시스템의 국내 도입을 위한 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.