1. 머리말

저탕조와 배관, 이음매 등으로 구성된 급탕·온수 공급 시스템은 주변과의 온도차로 인해 열이 손실된다. 본고에서는 비즈니스호텔과 피트니스 클럽에서 조사한 사례를 통해 열손실의 실태와 그 대책을 검토한 결과에 대해 기술한다.

2. 비즈니스호텔에서 조사한 배관계통의 열손실

호텔에서 사용하는 급탕용 에너지는 전체 소비에너지의 30% 이상을 차지하기 때문에 에너지절감을 도모하려면 고효율 기기를 도입하는 등 설비면의 대응뿐만 아니라 시스템 전체적으로 열손실을 줄이는 것도 효과가 크다. 여기서는 비즈니스호텔에서의 열손실 계측과 열손실 삭감을 목적으로 실시한 단열 개보수의 효과에 대해 기술한다. 

2.1  조사 대상과 계측방법

조사 대상은 간사이에 위치한 비즈니스호텔이다. 연면적 4,707.72m², 지상 12층·지하 1층, 객실은 167실, 구조는 RC조(일부 S조)다. 관내에는 대욕장, 노천탕(최상층), 레스토랑, 상업시설이 설치돼 있다. 체크인과 체크아웃은 각각 15:00, 11:00이고 대욕장 영업시간은 15:00~익일 오전 10:00까지다. 급탕 시스템의 개요를 <그림 1>에 나타낸다. 옥상층의 가스 급탕기(50호×6대, 급탕 능력 551.4kW, 가스 소비량 45.0m³/h (13A))로 가열한 온수는 1대의 저탕조(용량 4,454L 1,400ø×2,500L)에 저장된다. 저탕조에는 수돗물이 보급되고 저탕조 내 더운물의 온도가 60℃ 이하로 내려가면 더운물이 저탕조 하부에서 급탕기로 보내져 가열되고 다시 저탕조로 리턴한다. 온수는 저탕조에서 객실의 급탕전 및 샤워, 옥상층에 있는 대욕장의 샤워시설, 주방과 직원실에 있는 급탕전(이하 이들을 통틀어 객실계통이라고 한다)으로 보내진다. 객실에는 욕조가 없고 대욕장에 있는 욕조의 열 계통은 이들과는 별도로 관리되고 있어 이번에는 측정 대상에서 제외했다.

호텔 내의 도처에서 급탕배관 내의 온도와 유량 그리고 파이프 샤프트(PS) 내의 공기온도를 측정했다. 측정 항목은 <표 1>에, 측정 장소는 <그림 1>에 각각 나타낸다. 유량계와 온도 측정용 열전쌍을 배관 내에 설치하고 모두 10초 간격으로 기록했다. 

또한 저탕조와 배관의 일부를 열화상 카메라로 촬영했다.

2.2  저탕조와 배관계통에서 발생하는 손실열량

측정한 온도와 유량 데이터를 이용해 연간 객실계통의 손실열량 Q1[MJ/day], 객실계통의 사용열량 Q2[MJ/day], 저탕조로 향하는 공급열량 Q3[MJ/day], 저탕조에서 발생하는 손실열량 Q4[MJ/day]을 각각 식 (1)~(4)를 이용해 산정했다.

여기서 pc는 물의 용적비열[J/m³K]이고 t는 시간, 

식 중의 T와 F의 첨자는 <표 1>에 나타낸 측정 장소에 해당한다.

2011년 6월~2012년 5월까지 1년간의 각 월에 대해 산출한 일당 평균열량을 월평균 외기온도와 함께 <그림 2>에 나타낸다(각 월의 일수 및 데이터 결손을 고려해 1개월의 총 열량은 표시하지 않는다).

그림에서 보면, 저탕조로 향하는 공급열량 Q3 및 객실계통의 사용열량 Q2는 외기 변동과는 반대로 여름철에 적고 겨울철에 많음을 알 수 있다. 여름철에 비해 겨울철의 공급열량 및 사용열량은 약 2배 정도다. 손실열량 Q1에 대해서도 계절에 따른 변화를 볼 수 있는데 8월에는 650MJ/day, 2월에는 830MJ/day의 손실열량이 있다. 

또한 1월의 손실열량이 약 1,400 MJ/day로 커진 것은 대욕장을 정비 점검하기 위해 급탕 시스템 제어가 평소와는 다른 기간이 있었기 때문인 것으로 추정된다. 저탕조에서 발생하는 손실열량 Q4도 8월에는 380MJ/day, 3월에는 590MJ/day로, 외부온도와 저탕조의 온도차가 손실열량에 영향을 주었을 것이다.

이 산정법에서는 객실계통의 수직 배관에서 객실로 향하는 분기배관 내에 잔류된 더운물이 사용되지 않고 체류로 인해 발생하는 열손실을 객실계통의 사용열량에 포함시킨다. 그리고 대상 호텔에서는 대욕장의 욕조로 향하는 급탕 계통에서도 또 다른 열손실이 있다는 점을 고려하면 호텔 전체의 열손실은 더욱 커질 가능성이 있다.

2.3  열손실 부위 확인

온도 측정에서는 공급배관 T8과 리턴배관 T9에서 3℃ 정도의 온도차가 존재했고 공급배관 T8의     시간 변화를 보더라도 온도가 약 7℃ 낮아진 후 급탕기로부터 고온수가 공급되고 있었다. <그림 2>에 나타내는 바와 같이 무시할 수 없을 정도의 손실열량이 확인됐기 때문에 열화상 카메라로 열손실 부위를 확인했다.

11층 PS 내에 있는 급탕배관 표면의 방사온도 측정 결과를 <그림 3>의 (a)~(d)에 나타낸다. 급탕관에는 알루미늄 크래프트가 부착된 유리솜(글라스울) 단열재와 육각형 철망이, 옥외 급탕관에는 유리솜 단열통과 폴리에틸렌 필름, 갈바륨 강판이 각각 열손실을 줄이기 위해 시공돼 있다. 이 때 PS 내의 공기온도는 25℃를 전후하지만 (a)에 나타내는 바와 같이 단열된 배관 표면도 38℃ 정도이므로 10℃ 이상의 온도차가 발생한다. 열교(熱橋)로 생각되는 부위의 온도는 바닥 슬래브와의 접점(b)가 37℃, 밸브 뿌리(c)가 57℃, 플랜지 조인트 접합부(c)가 50℃, 배관 지지철물의 뿌리(d)가 45℃로 고온이었다. 또한 밸브 손잡이도 37℃로 고온이었다.

.

.

.

본 원고는 일본공업출판주식회사 발행하는 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.

전체 기사는 2024년 4월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)

본사의 승인 없이 무단전제 및 복제를 금합니다.