건물 온수배관에서 단열 두께에 따른 표면온도변화 시뮬레이션

본 연구는 제로에너지 의무화를 대비하여 건축물 배관의 에너지 절약적인 단열 기준을 제안하기 위한 기초연구 단계로서, 국내외 배관 단열 두께 기준을 조사하고, 각각의 두께 기준을 적용했을 경우 각각의 표면온도를 비교하였다. 본 연구 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 국내 배관 단열기준(KCS 31 20 05)은 관내수온 및 관경에 따라 단열재의 종류와 두께를 규정하고 있다. 그러나 미국의 경우 국내와 달리 열전도율 기준으로 규정되어 있으며, 건물에너지 절약을 위해 배관 단열 기준(ASHRAE 90.1)이 2010년 상향 개정되어 국내보다 더 높은 수준의 단열성능을 규정하고 있다. (2) 국내 KCS 기준과 미국 ASHRAE 기준에 따라 배관의 단열두께를 각각 적용하고 시뮬레이션 해석을 통해 차이를 비교하였다. 저온(61~90℃)의 경우 열관류율은 KCS가 0.9 W/㎡?K, ASHRAE가 0.72 W/㎡?K로 표면 온도 차이는 KCS가 6℃ 높았다. 중온의 경우 KCS의 열관류율은 0.72 W/㎡?K, ASHRAE는 0.488 W/㎡?K로 표면온도 차이 또한 KCS가 18℃ 높게 나타났다. (3) 이때의 단위길이당 열손실량은 저온인 경우 KCS가 4,525.6 W/m, ASHRAE는 4,110.6 W/m로 국내기준을 적용했을 경우의 열손실이 약 1.1배 더 큰 것으로 나타났다. 고온인 경우, KCS는 5,635.0 W/m, ASHRAE는 4,519.4 W/m로 마찬가지로 국내기준을 적용한 경우가 약 1.25배 열손실이 더 큰 것으로 나타났다. (4) 국내 KCS 기준 대비 ASHRAE 기준의 단열재의 열관류율이 높아 더 낮은 열손실이 발생하고 있었으며, 특히 중온에서의 표면온도 차이는 저온보다 더 크게 나타나 단열두께 향상의 필요성이 더 크다고 할 수 있다. 또한 기존의 단열재의 종류를 지정할 것이 아니라 국내 실정에 맞는 열전도율 기준의 단열두께로 변경할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에서 진행한 배관의 길이 및 크기 조건은 실제 건축물에 적용되는 것보다 많이 축소된 것으로 표면온도의 단순 비교에는 유용할 수 있으나, 실제 건축물의 배관 열손실량을 추산하기는 어렵다 . 따라서 추후 연구를 통해 실제 건축물의 배관 길이 및 환경을 모사하여 에너지 효율화 문제점을 분석함으로써 적정 단열 두께 기준을 제안할 예정이다. 또한 외기에 노출된 경우뿐만 아니라 피트 공간과 같이 비난방 공간에 노출되는 경우 등 다양한 조건에 대한 평가도 수행할 예정이다.