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표제지

목차

제1장 서론 10

1.1. 연구의 배경 및 목적 10

1.2. 연구 방법 및 범위 12

제2장 선행연구 분석 및 이론고찰 14

2.1. 개요 14

2.2. 선행연구 분석 15

2.3. 4관식 배관방식 19

2.4. 통합배관 배관방식 22

2.4.1. 통합배관 개요 22

2.4.2. 통합배관 특징 23

2.4.3. 통합배관 공정별 유의점 27

2.5. 소결 31

제3장 통합배관 시스템 설계·제작 및 적용 32

3.1. 개요 32

3.2. 통합배관 시스템 세대유닛의 설계·제작 32

3.3. 통합배관 시스템 적용 36

3.3.1. 적용개요 36

3.3.2. 설계 적용 37

3.3.3. 배관시공 적용 42

3.3.4. EMS의 시공 적용 45

제4장 통합배관시스템의 에너지 절감효과 비교분석 49

4.1. 개요 49

4.2. 기존 4관식 배관시스템의 에너지 사용량 55

4.3. 통합배관시스템의 에너지 사용량 57

4.4. 통합배관시스템 적용 에너지절감효과 비교분석 59

4.5. 소결 64

제5장 통합배관시스템의 LCC분석 65

5.1. 개요 65

5.1.1. 사용 동력분석 65

5.1.2. 약품 사용 비용 68

5.1.3. 기타 유지비용 69

5.2. LCC 분석 70

5.3. 소결 75

제6장 결론 77

참고문헌 79

국문 초록 81

Abstract 83

표목차

[표 2-1] 통합배관의 설계 시, 고려사항 28

[표 2-2] 통합배관의 적용 시, 고려사항 29

[표 2-3] 통합배관의 운영 시, 고려사항 30

[표 2-4] 공동주택에서 기존의 4관식 및 통합배관 시스템의 특징 비교 31

[표 3-1] 목동 아파트 통합배관 시스템 시공 적용 개요 37

[표 4-1] 2013년 월별 지역난방 에너지 사용량(4관식) 49

[표 4-2] 2013년 전용부 월별 난방 에너지 사용량(4관식) 50

[표 4-3] 2015년, 2016년 월별 지역난방 에너지 사용량(2관식) 50

[표 4-4] 2015년, 2016년 전용부 월별 난방과 급탕 에너지 사용량(2관식) 50

[표 4-5] 2013년 추정 급탕에너지 사용량 51

[표 4-6] 2013년 에너지 사용 형태 52

[표 4-7] 2015년 에너지 사용 형태 53

[표 4-8] 2016년 에너지 사용 형태 53

[표 4-9] 2013년 대비 통합배관이후 공용부 에너지 손실과 절감률 55

[표 5-1] 월별 및 연간 난방열 에너지 사용량(2013년도 급탕제외) 65

[표 5-2] 월별 및 연간 열에너지 사용 비율(2013년도 급탕제외) 66

[표 5-3] 목동 W아파트의 연간 계절별 부하율(2013년도 급탕제외) 67

[표 5-4] 2013 년도 난방 및 급탕 관리를 위한 약품 구입비 내역 68

[표 5-5] 2007~2017년까지 국내 주요 물가 지수 71

[표 5-6] 2013 년도 대비, 2015년 및 2016년 연간 난방비 비교 73

[표 5-7] 기존 4관식 및 통합배관의 총 LCC 분석 결과 75

그림목차

〈그림 1-1〉 연구 흐름도 13

〈그림 2-1〉 4관식 배관 방식의 개념도 14

〈그림 2-2〉 2관식 배관 방식의 개념도 14

〈그림 2-3〉 기존 공동주택에서 지역난방 시스템에 의한 공급 계통도 19

〈그림 2-4〉 기존 공동주택에서 지역난방 시스템에 의한 입상 계통도 20

〈그림 2-5〉 통합배관 시스템의 공동주택에서 지역난방 시스템에 의한 공급 계통도 23

〈그림 2-6〉 통합배관 시스템의 공동주택에서 지역난방 시스템에 의한 입상 계통도 24

〈그림 2-7〉 ECO2를 이용한 급탕 배관입력 화면 27

〈그림 3-1〉 직렬식과 병렬식 통합배관 세대유닛의 계통비교 33

〈그림 3-2〉 직렬식 통합배관 세대유닛의 온수 흐름계통 34

〈그림 3-3〉 통합배관 세대유닛의 작동모드에 따른 난방온수 계통 35

〈그림 3-4〉 4관식 배관 리모델링을 위한 기계실 도면 38

〈그림 3-5〉 2관식 배관 리모델링을 위한 기계실 도면 39

〈그림 3-6〉 4관식 배관 난방 입상계통 40

〈그림 3-7〉 4관식 배관 급탕 입상계통 40

〈그림 3-8〉 2관식 통합 배관 난방입상계통 41

〈그림 3-9〉 공용부 통합배관 리모델링 공정표 42

〈그림 3-10〉 공용부 및 전용부 배관의 해체 전 상태 43

〈그림 3-11〉 공용부 기존 배관의 해체 43

〈그림 3-12〉 공용부 배관의 교체 44

〈그림 3-13〉 공용부 배관 개수 완료단계 44

〈그림 3-14〉 485통신을 위한 통신배관 배선계통도 46

〈그림 3-15〉 데이터 수집과 서버 운영에 대한 계통 46

〈그림 3-16〉 Web 버전의 구성 EMS 구동 모습 47

〈그림 3-17〉 PC버전의 HMI 분석 및 전송프로그램 47

〈그림 3-18〉 Web 버전의 구성 EMS 출력물 48

〈그림 3-19〉 EMS에 의한 계량기 데이터 형태 48

〈그림 4-1〉 기존 4관식 배관에 의한 월별 난방 및 급탕 에너지 소비량 (2013 년) 56

〈그림 4-2〉 기존 4관식 배관의 월별 난방/급탕 합계 및 공용부 열손실량 (2013 년) 57

〈그림 4-3〉 통합배관 시스템에 의한 월별 난방/급탕 합계 및 공용부 열손실(2015 년) 58

〈그림 4-4〉 통합배관 시스템에 의한 월별 난방/급탕 합계 및 공용부 열손실 (2016 년) 58

〈그림 4-5〉 2013년도 4관식배관과 2015년도 통합배관시스템의 에너지소비량 비교 60

〈그림 4-6〉 2013년도 4관식배관과 2016년도 통합배관시스템의 에너지소비량 비교 61

〈그림 4-7〉 2013, 2015, 2016년도 월별 에너지 사용량 추이 61

〈그림 4-8〉 2013년 대비, 2015년, 2016년 연간 및 평균 에너지 소비량 62

〈그림 4-9〉 2013년 대비, 2015년, 2016년 연간 및 평균 에너지 절감율 62

〈그림 4-10〉 통합배관 전후의 각 연도 별 배관손실과 전용부 사용량 63

〈그림 5-1〉 공용부 4관식 배관리모델링 시, 공사비 원가계산서 72

〈그림 5-2〉 공용부 2관식 배관 리모델링시 공사비 원가계산서 72

초록보기

 본 연구는 국내 기존 공동주택에서 사용되고 있는 4관식 배관 시스템의 문제점을 개선 하고자 2관식 통합배관 시스템을 제안한 것으로 통합배관시스템을 직접 설계·제작하고, 공동주택 단지에 시범 적용하여 에너지절감효과와 경제성을 분석하였다. 본 연구결과를 종합하여 요약하면 다음과 같다.

(1) 현재 국내 공동주택의 중앙난방방식 배관시스템은 온수공급과정에서 복잡한 배관시스템으로 인하여 배관망 구축을 위한 공사비 증가, 설치공간의 과다 점유, 배관유지관리비 증가로 인한 운영비 증가 그리고 에너지손실 등의 많은 문제점을 갖고 있는 상황이다.

한편, 2관식 통합배관시스템은 공급되는 난방온수를 급탕필요개소의 최단거리에서 간접가열을 통해 급탕을 생성하고 공급하는 시스템으로 공급배관의 관경을 최소화 하면서 동시에 4관식의 문제점을 해결할 수 있다고 하는데 이를 검증할 수 있는 자료가 부족한 현실이었다.

(2) 공동주택 통합배관시스템에서는 각 세대 유닛의 구조와 기능이 매우 중요하다. 따라서 연속부하보다는 순간부하를 그리고 난방부하보다는 급탕부하를 우선적으로 고려하는 통합배관용 세대유닛을 설계 및 제작 하였다. 즉, 유입된 난방온수가 우선적으로 급수를 순간가열방식으로 급탕을 생성시킨 이후 기계실이나 열교환실로 회수되는 과정에서 난방에 재활용할 수 있게 하였다. 특히 공동주택에서 여러 대의 세대 유닛이 하나의 입상배관에 연결될 경우에 대비해 한 대의 유닛으로 과도한 유량이 흐르지 않게 유닛마다 최대 허용 유량을 제한 할 수 있는 기능과 개별 온도조절 기능 및 IoT 기능 등을 적용하였다.

(3) 설계 제작된 통합배관의 성능을 확인하기 위해 준공 이후 30년 경과된 목동의 W 공동주택에 적용하였다. 대상 공동주택은 높이 9~15층 332세대로 지역난방의 4관식으로 급탕과 난방온수를 공급받고 있던 곳이다.

이와 같은 공동주택에 2관식의 통합배관으로 배관시스템을 구축하고 각 세대에는 실증을 위해 제작한 직렬형 통합배관용 세대유닛을 설치해 획득한 2년간의 데이터를 분석한 결과는 다음과 같다. 즉, 2013 년도의 4관식과 비교하여 2015 년도에는 14.6 %, 2016 년도 12.7 %로 2년간 평균 13.7 %의 에너지가 절감되었음을 확인하였다. 특히, 공용부에서의 배관 에너지손실을 분석한 결과 2015 년도 43.9%, 2016 년도 33.3%로 2년 평균 38.6%의 공용부 열에너지 손실이 감소하였다.

(4) 통합배관시스템의 LCC분석에서는 332세대 규모의 공동주택에서 초기에 4관식배관 대신에 통합배관으로 시공했을 경우 기계실 유효바닥면적 증가에 대한 이득, 입상과 횡주의 배관설치공간의 감소 등으로 인한 건축적 이점을 배제하더라도 20년 동안 각 세대는 총액 629만원, 매년 31.4만원의 현재가의 수익을 창출할 수 있다. 특히, 이미 4관식배관으로 시공된 공동주택이 20년 이상 경과해 배관수명이 다하여 통합배관으로 리모델링할 경우 초기투자비 대비 투자회수기간은 12.0년으로 매우 경제적임을 확인하였다.

지금까지의 연구결과를 종합하면 공동주택에서 2관식 통합배관시스템의 적용은 난방온수를 급탕필요개소의 최단거리에서 간접가열을 통해 급탕을 생성하고 공급하는 새로운 배관시스템으로 공급배관의 관경을 최소화 할 수 있는 시스템이다. 특히, 직접 실증 적용한 2년간의 성능검증결과 평균 13.7 %의 연간에너지 사용량 감소와 38.6%의 공용부 배관열손실 감소로 공사초기부터 이 시스템을 적용할 경우 세대마다 매년 314,000원의 현재가의 수익이 기대되고 배관 성능개선에 따른 리모델링시의 투자회수기간은 12.0년으로 매우 경제적임을 확인하였다

그러나 위와 같은 결과는 공동주택의 노후도와 배관상태 등에 따라 결과에 다소간의 차이가 있을 수 있으며 추후 다수의 건물에 적용해 그 결과분석과 충분한 검증을 거쳐 통합배관시스템의 에너지절약과 경제성이 또 다른 형태로 입증되면 정부의 제로에너지건물 정책에 크게 기여하게 될 것으로 기대한다.

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