[강원권_그린 매거진] 제로에너지빌딩 적용기술 - 전경련회관

[강원권_그린 매거진] 제로에너지빌딩 적용기술 – 전경련회관

 

 

  직장인들이 하루의 1/3 이상을 거주하는 사무실은 단순히 업무를 수행하는 공간을 뛰어 넘어 또 하나의 생활 공간이 되고 있다. 또한 기업 생산성과 직결되는 임직원들의 업무효율 향상을 위해서도 사무실은 과거보다 조금 더 나은 환경의 조성이 강조되고 있다. 건물 내에서 재실자의 온열 환경, 공기질 환경, 빛 환경의 수준을 결정해주는 환경조절시스템이 바로 설비시스템이다. 따라서, 재실자의 건강 유지와 쾌적을 위해서는 충분한 냉난방과 환기 운전을 해야 하며 적절한 조도를 유지하도록 실내조명들이 운용되어야 한다.   

  반면 에너지소비 측면에서는, 환기량이나 조명 밀도가 커지면 커질수록 전기나 가스 소비량이 증가하게 된다. 따라서 재실자의 쾌적은 확보하면서도 에너지소비는 최소화할 수 있도록 계획안을 조율(또는 최적화)하는 것이 설비시스템 설계의 중요한 목표가 될 수 있다. 이를 위해 건축분야와 함께 기계, 전기 시스템 설계자들이 초기부터 충분한 토의를 통해 부하를 줄이고, 효율을 높이도록 계획안을 조정해가는 과정이 필요하다.

  대규모 사무소 건물인 전국경제인연합회(FKI) 회관(이하‘전경련회관’)의 설비시스템은 업무환경의 쾌적성을 창출함과 동시에 고효율성과 에너지 절약을 목표로 설계되었다. 본 기사에서는 쾌적한 환경 조성과 에너지 절약을 위해 기전 설비 시스템들을 어떻게 계획하고 건축 안에 융합하는지의 일례로 본 건물의 설비시스템 계획안을 소개하고자 한다.

 

1. 개요

 

 

 

2. 건축적 부하저감 계획

 

  전경련회관은 초기단계부터 1차 에너지 소비량의 저감과 환경부하 저감을 목표로 한 저에너지 계획이 반영되었다. 과거 일반적인 커튼월 건물들은 외피로 전달되는 냉난방부하가 큰 편이다. 전경련회관도 미관과 조망, 시공 방법의 편의성을 감안해 커튼월 입면으로 설계되었으나 몇 가지 공학적인 기법을 활용하여 외피 부하를 저감하도록 노력하였다.

  사무실 내 직달일사 유입을 저감하기 위해 경사형 커튼월 시스템으로 외피를 계획하였고 기준층 외피 상부에 BIPV 시스템을 도입해 수평차양의 역할을 하도록 하였다. 경사입면의 경사각은 서울의 하절기 일사 입사각을 감안해 수직입면 일 때 보다 반사성분은 커지고 투과성분은 작아지도록 하는 각도로 결정되었다. 이는 실내로 유입되는 직달 일사의 양이 줄어들어 냉방부하가 적어짐으로써 냉방 시스템의 용량을 저감하는 효과가 있다.

 

 

 

3. 공조시스템 계획

 

  기준층 사무실은 충분한 환기량을 확보하면서도 반송동력을 줄이기 위해 거주역 위주의 바닥공조 방식을 채택하였다. 중간기계실에 위치한 메인 공조기에서 저온의 1차 공기를 각 기 준층의 Air Column Unit(이하 ACU)에 공급하고 ACU에서는 천장으로부터 환기되는 공기와 저온의 1차공기를 혼합하여 바닥 플래넘에 일정한 풍량의 공기를 급기하도록 하였다. 이는 부하에 따라 메인 공조기로부터의 1차 공기의 양을 조절하여 운전비를 절약하기 위함이었다. 외주부 천장에는 덕트 연결형 FCU가 방위 별로 외피부하만을 담당하도록 계획하였다.

 

 

  아래 그림은 사무실 기준층의 바닥과 천장을 동시에 확인할 수 있도록 표현한 도면이다. 좌측 부분은 바닥의 디퓨저 배치와 ACU로부터 공급되는 급기를 표현한 것이고, 우측 부분은 천장에서 ACU로 리턴되는 덕트와 외주부를 담당하는 FCU의 배치를 확인할 수 있다. 건축의 바닥마감인 억세스플로어 모듈과 카펫 모듈을 엇갈리게 배치하여 억세스플로어 하부 급기 플레넘의 기밀성을 향상시켰고 디퓨저 위치조정이 용이하도록 억세스 플로어에 편심된 디퓨저 오프닝을 구상하였다. 또한 사용자에 의해 풍량조절이 가능한 바닥 디퓨저를 사용하였다.

 

 

 

 

4. 열원시스템 계획

 

 

  전경련회관의 냉열원은 앞서 기술한 공조시스템 계획에서 필요로 하는 저온의 급기를 제공하기 위해 저온의 냉수를 생산할 수 있는 빙축열시스템을 적용하였다. (빙축열시스템 60% + 터보냉동기 40%) 빙축열시스템은 저렴한 심야전기를 이용하여 터보냉동기로 빙축열조에 축열하여 주간에 방냉하므로 운전비를 절감할 수 있는 시스템이기도 하다. 온열원은 여의도 지역에 배관망이 갖추어져 있는 지역열원을 적용하였다.

 

 

5. 신재생 에너지 시스템 계획

 

1) 태양광 발전시스템

  외피의 차양역할을 하는 BIPV는 일부 더미들을 포함하여 건물 외관을 특징짓도록 하였으며, 설계시 발전용량은 693kW로 계획하였다. 시공 당시에는 광모듈의 효율이 설계시점보다 더욱 향상되어 실제로는 약 740kW의 태양광발전 설비가 설치되었다. 중앙에서는 승압변압기를 사용하여 22.9kV 모선에 연계할 수 있도록 함으로써, 향후 스마트그리드 구현 등 신재생에너지 환경 변화에 대처가 가능하도록 하였다.

 

2) 지열 냉난방시스템

  연중 일정한 온도를 유지하는 지중과의 열교환을 통해 냉난방을 공급하는 지열히트펌프를 적용하여 에너지 절감계획을 수립하였다. 시스템이 단순하고 제어가 용이한 수-공기 히트펌프로 운전시간 및 이용 패턴이 타건물 부분과 상이한 주민복리시설, 지하1~3층 지원시설, 지하 6층 중앙감시실에 적용하였다.

 

6. 결론

 

  리모델링에 다양한 설비들이 들어가면서 기전 설비 분야 간에도 조율과 협조가 필요하다. 기계설비와 소방설비 장비들은 해당 기능들의 구동을 위해 전력을 필요로 하므로 각 장비들의 특성에 맞는 전기설계가 이루어져야 한다. 반대로, 동력설비에 전력을 공급하는 전력설비는 기계설비 계획 시 적정 온도, 습도, 화재 확대 방지 등 최적의 조건에서 운전되도록 실내환경을 조성해줘야 장시간 동안 안정적으로 전력을 공급할 수 있다. 이와 같이 기전설비(MEP)분야는 서로 밀접한 연관성이 있고 상호 보완적이어서 엔지니어들 사이에 긴밀한 협의와 협조 노력이 필요하다. 그린리모델링 사업에서는 아직 중·소규모 건축물이 대부분이라 설계 및 시공 과정이 비교적 간단하지만, 전경련회관과 같이 건물의 규모가 점점 커질수록 설계 초기 단계에서부터 시공 및 시험 운전 단계까지, 건축을 비롯한 각 분야의 관련자들이 이러한 조율의 과정에 참여하고 아이디어를 교환하는 통합설계의 개념이 중요한 요소로 작용하게 된다. 따라서 앞으로 그린리모델링에서도 이러한 통합설계 사례처럼 전 분야가 시공과정을 설계시부터 시뮬레이션하고, 공학적인 검토도 함께 할 수 있도록 하는 방향으로 발전하길 기대한다.

 

 

 

 

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작성자 : 강원권 김성수 기자 (gw_gr_reporters@naver.com)