2021년 6월에 시행된 기계설비 기술기준에서는 기계설비의 안전과 성능확보를 위해 필요한 기술기준과 기계설비의 착공 전 확인, 사용 전 검사에 필요한 사항을 규정하고 있습니다. 동시에 제2장에서는 기계설비의 설계 및 시공기준을 설비별로 분류해 규정하고 있는데요.
이번 글에서는 기계설비 기술기준 매뉴얼에 따른 열원 및 냉난방설비의 설계 기준을 알아보겠습니다.
기계설비 기술기준에서는 전체 열원 및 냉난방설비에 적용되는 사항을 명시하고 있습니다.
열원설비는 부분부하 및 전부하 운전효율이 좋은 것을 선택해야 합니다. 냉난방기기, 냉동기, 송풍기, 펌프 등은 부하조건에 따라 최고의 성능을 유지할 수 있도록 대수분할하고 비례제어운전이 가능하도록 설계해야 합니다. 냉난방기기는 에너지소비효율 등급이 높은 제품을 우선적으로 선택해야 하며, 냉매는 환경 보호를 위해 오존파괴지수(ODP)가 0.05 이하이면서 가능한 지구온난화지수(GWP)가 낮은 것을 권장하고 있습니다.
순환 펌프는 각 열원 기기마다 1대씩 설치하는 것을 기본으로 하며, 예비용 펌프를 별도로 설치해야 합니다. 냉난방설비의 용량계산을 위한 온도 기준은 실내 난방 온도 20℃, 냉방 온도 28℃를 기준으로 하되, 각 건축물 용도와 개별 실의 특성에 따라 설비 용량이 과다해지지 않도록 조정해야 합니다. (단, 목욕장 및 수영장은 제외)
[난방 실내 온도 기준]
출처: 기계설비 기술기준 해설서
[냉방 실내 온·습도 기준]
출처: 기계설비 기술기준 해설서
냉난방설비의 용량계산을 위해 외기조건을 사용하는 하는 경우에는 각 지역별로 위험률 2.5%(냉방기 및 난방기를 분리한 온도출현분포를 사용할 경우) 또는 1%(연간 총시간에 대한 온도출현 분포를 사용할 경우)를 기준으로 할 수 있습니다.
지역별 외기온·습도 기준은 아래와 같습니다.
[난방 외기온·습도 기준]
출처: 기계설비 기술기준 해설서
[냉방 외기온·습도 기준]
출처: 기계설비 기술기준 해설서
1) 일반냉동기
흡수식과 압축식 냉동기를 고려할 때는 열원과 사용 범위에 따라 COP, EER, IPLV 등의 성능 지표를 고려해 적합한 것을 선정해야 합니다. 냉수 조건과 냉각수 조건에는 각각의 입출력 온도, 순환유량, 손실수두, 최고 사용 압력을 명시해야 합니다. 동시에 냉동기의 입출구 온도와 2차 장비의 입출구 온도는 서로 일치시켜야 합니다. 응축기와 증발기의 손실수두는 순환펌프 양정에 반영해야 합니다.
압축식 냉동기는 사용 동력, 기동 방식, 전원을 기록하고, 흡수식 냉동기는 사용 열원 조건을 기록해야 합니다. 용액펌프와 냉매펌프는 비상전원을 연결해야 합니다. 열매를 사용할 때는 해당 열매의 밀도와 비열을 고려하여 냉동기의 유량과 온도차를 조정해야 하며, 수용액의 혼합비는 동결점이나 폭발점 등을 고려하여 결정해야 합니다.
2) 흡수식 냉온수기
냉수와 온수 조건에는 각각의 입출구 온도, 순환유량, 손실수두, 최고 사용 압력을 기록하고, 냉온수기의 입출구 온도와 2차 장비의 출입구 온도가 일치하도록 조절해야 합니다. 열교환기의 손실수두는 순환펌프 양정에 반영해야 합니다. 냉방 운전 시 냉수와 난방 운전 시 온수의 순환량을 서로 동일하게 유지해야 합니다.
냉각수 조건에는 입출구 온도, 순환유량, 손실수두, 최고 사용 압력을 명시하고, 냉온수기와 냉각탑의 입출구 온도가 일치해야 하며, 응축기의 손실수두는 순환펌프 양정에 반영해야 합니다.
버너에는 형식, 사용 연료, 사용 압력, 표준 발열량을 기입하고, 도시가스 공급 시 지역의 공급 압력을 확인해야 합니다. 연료 선택은 공급 형식, 대기 오염, 경제성, 취급 자격 등을 고려하여 결정해야 합니다.
냉매펌프와 용액펌프는 부하 조절 및 흡수기에서 냉각수에 의한 열 손실을 최소화하기 위해 유량을 조절할 수 있는 회전수 제어장치 설치를 검토해야 합니다.
3) 열펌프
공랭식 실외기의 선택은 냉방전용, 냉난방 겸용 등의 용도와 실내기와의 조합 비율, 배관길이 등에 따른 능력 변화를 고려해 이루어져야 합니다. 냉각 및 가열 능력은 실내 냉난방 부하에 도입외기 부하를 가산해 결정해야 하며, 압축기에는 냉난방 능력, 소비전력, 전원 등의 정보를 포함해야 합니다.
냉각탑은 송풍방식, 공기흐름방향, 충전재 종류, 형상 등을 고려하여 선택해야 합니다. 냉각수 조건에는 냉각수의 입출구 온도, 순환유량, 외기의 습구온도를 명시해야 하며, 냉각탑의 입출구 온도는 냉동기의 출입구 온도와 일치해야 합니다. 냉각탑의 살수압과 높이에 따른 실양정은 순환펌프 양정에 반영되어야 합니다.
냉각탑의 증발량과 비산량은 보충수로 산정해 시수 사용량에 반영해야 하며, 시간당 냉각탑 보급수량은 급수가압펌프 용량에 반영해야 합니다. 냉각탑의 용량산정 시 외기의 습구온도를 고려해 계산해야 합니다. 만일 냉각수가 용해 고형물질로 인한 농축이나 주변의 오염공기로 인해 수질 오염이 예상된다면, 냉각탑 수처리설비를 계획하여 냉동기의 성능저하를 방지해야 합니다.
축냉식 전기냉방을 설치할 경우에는 전체 축냉방식 또는 축열률 40% 이상인 부분축냉방식으로 설치해야 합니다. 축열 시스템의 브라인은 입출구 온도, 순환유량, 손실수두, 최고 사용압력, 부동액 종류 및 농도를 명기해야 하며, 냉동기의 입출구 온도와 2차 측 장비의 출입구 온도가 일치하도록 하고 증발기 손실수두는 순환펌프 양정에 반영해야 합니다.
축열 냉동기의 주간 운전 시, 주간 브라인의 입출구 온도, 순환유량, 손실수두 및 최고 사용압력을 명시해야 합니다. 축열조에는 축열량, 축열률, 축열조 크기, 장비 운전중량 등을 기입해야 하며, 열원용량과 축열조 용량의 산정은 열부하와 열원용량의 열취득과 운전시간을 고려해 결정해야 합니다. 열원기기의 운전시간 및 정지시간은 열부하 특성을 고려해야 합니다.
또한 열펌프식 빙축열 유닛을 사용할 때는 아래와 같은 사항을 고려해야 합니다
버너에는 형식, 사용연료 종류, 연료 사용량, 사용압력, 표준발열량을 기록해야 하며, 도시가스를 사용하는 경우에는 해당 지역의 공급압력을 확인해야 합니다. 연료 선택은 공급 형식, 대기 오염, 경제성, 취급자격 등을 고려해야 합니다.
온열원기기를 복수로 설치하는 경우에는 사용 시간대, 부하 조건, 기기의 효율, 유지보수 및 점검 등을 종합적으로 고려해야 합니다. 온수 보일러에는 보일러 형식, 연료 종류 및 압력, 출력, 운전압력, 유량, 유체 종류, 입출구 온도, 효율, 부속품 등의 정보를 명시해야 합니다.
증기 보일러의 장비 일람에는 보일러 형식, 효율, 출력, 운전압력, 증기 유량, 부속품 등을 기재해야 합니다. 증기 보일러 시스템에는 거품 방지 및 스케일 방지를 위해 보일러 보급수에 약품을 주입하거나 부식 억제제를 증기관에 주입할 수 있습니다.
보일러 보급수는 스케일 방지를 위해 연수를 사용해야 합니다. 증기 보일러의 응축수 등의 폐열을 회수하기 위해 열회수 설비를 설치해야 합니다. 응축수 탱크의 저수위는 보급수 펌프의 캐비테이션 발생을 방지할 수 있는 높이로 설정해야 합니다.
열교환기는 판형, 원통다관형, 스파이럴형, 원통 판형 등으로 선택될 수 있으며, 다음 사항을 고려해야 합니다.
펌프는 일반용 펌프, 보일러 급수 펌프, 순환 펌프, 오일 펌프 등으로 구분되며, 다음 사항을 고려해야 합니다.
지열 열펌프 시스템 설치 시, 부하 계산 전문프로그램을 활용해 부하를 계산해야 합니다. 지중열교환기 및 시스템 일반형식 결정은 다음과 같습니다.
지중 열전도 시험은 다음과 같이 진행해야 합니다.
지중 열교환기 사양 확정 및 설계는 다음과 같이 진행해야 합니다.
온수 조건에는 온수 입출구 온도, 순환유량, 손실수두, 최고 사용압력을 기록해야 하며, 집열기 입출구 온도와 2차 측 장비의 출입구 온도를 일치시켜야 합니다. 집열기의 손실수두는 순환펌프 양정을 고려해야 합니다.
태양열 의존율 및 집열기 매수 결정은 다음과 같이 해야합니다.
축열탱크 용량 결정은 축열탱크 내의 열손실과 초기 예열 부하 등을 고려하되, 과다하게 용량을 설정하지 않아야 합니다. 또한, 시스템 구성은 다음과 같이 이루어져야 합니다
장비일람에는 연료전지의 사용연료 종류, 연료 사용량, 사용압력을 명시해야 하며, 도시가스를 사용하는 경우 해당 지역의 공급압력을 확인해야 합니다. 연료전지의 급탕 이용 시 주열원 또는 보조열원으로 사용하고, 장비일람에는 급탕열량, 급탕유량, 입출구 온도조건, 최고 사용압력을 기입해야 합니다.
통풍이 잘 되는 장소에 배치해야 하며, 내부에 배치할 경우 환기설비가 필요합니다. 그 밖의 필요한 사항은 KGS FU551(도시가스 사용시설의 시설, 기술, 검사 기준)에 따라야 합니다.
장비일람에는 유닛의 형식과 풍량, 기외정압(덕트 연결형), 외기량, 냉각 및 가열 능력, 동력, 전압 등을 명시해야 합니다. 실외기는 냉방 전용 또는 냉난방 겸용, 냉난방 동시형 여부, 실내기와의 조합비율, 배관 길이, 고저차 등을 고려하여 선정해야 합니다. 냉각 및 가열 능력은 실내 냉난방 부하에 도입외기 부하를 가산하여 고려해야 합니다.
항온항습기는 열이나 수증기 발생이 없는 장소에 설치해야 합니다. 동시에 전원이 가깝고 장비 배수가 용이한 장소에 설치해야 하며, 비상전원 필요 여부를 확인하여 반영해야 합니다.
이로써 기계설비 기술기준에 따른 열원 및 냉난방설비 설계 기준에 대해 알아보았는데요. 다음 글에서는 열원 및 냉난방설비 시공 기준에 대해 알아보겠습니다.
