고효율, 저비용에 맞춘 디지털 냉난방시스템

 

 

 

서론 : 교회 냉난방과 환기

 

  교회는 요일, 시간대, 존(Zone) 별로 ‘무부하’ 또는 ‘피크부하’ 로 냉난방 부하변동이 극심하고, 대부분 높은 천정이라 기류가 바닥까지  도달하려면 상당한 풍량과 풍속을 가져야 하지만, 예배 분위기를 위하여 소음 또한 낮아야 하므로 제한을 받는다

 

  작은 교회 일수록 한 실에서 예배 외에 친교, 교육등 다양한 용도로 사용하고, 수용밀도가 높음에도 불구하고 대부분 창을 폐쇄하고 있어 환기가 부족하며, 건축 마감재 또한 대부분 합성수지, 화학시트, 화학 도료를 쓰고있어 실내 공기질 또한 매우 심각한 것이 현실이다

  이러한 다양한 요구를 층족 하기위한 냉난방과 환기방법에 대하여 상가교회등 중ㆍ소형교회를 중심으로 알아보자

 

본론 

1. 기초 이론

 

  (1) 열

     • 현열(감열) : 상태변화 없이

       온도변화시의 열.

       물 1 kg을 1 올리는데, 1kcal 필요.

     • 잠열 : 상태변화에 사용되는 열.

      같은 온도의 물 1 kg을 수증기로 변화시 539kcal 필요.

 

  (2) 히트펌프

       압축하면 쉽게 액화되는 냉매를 이용하여 액체상태의 냉매가 기화시

     빼앗는 열로 냉방을 하며, 난방시는 반대로 기체화된 냉매를 압축하여

     액화시 방출하는 열로 난방을 한다. 이렇게 열을 이동시키는 열기관을

     열펌프 ( Heat  Pump ; 히트펌프 )라 한다.

 

     • EHP ( Electric Heat Pump ) : 전기로 모터를 돌려 압축기 가동.

     • GHP ( Gas Heat Pump ) : 가스로 자동차엔진을 돌려압축기가동.

    ※ 냉난방기는 동일한 장비로 싸이클을 반대로 돌려 냉방과 난방을 함.

 

  (3) 호칭 열량

     • 냉방 : 냉방력 350 kcal/h ( 407 w ) 를 3.3㎡(1평)형으로  호칭.

     • 난방 : 난방력 500 kcal/h ( 581 w ) 를 3.3㎡(1평)형으로  호칭.

  (4) 호칭 마력과 풍량

     • 냉방 : 냉방력 2,490 kcal/h ( 2.9  kw ) 를  1 마력이라 호칭.

     • 난방 : 난방력 2,800 kcal/h ( 3.26 Kw ) 를  1 마력이라 호칭.

     ※ 법적 냉동마력과는 다르다.

     • CMH : (m3/hr) 시간당 풍량 / CMM (m3/min) : 분당 풍량

 

  (5) 간과 할 수 없는 사항 : 냉난방능력은 다음 조건에서의 값 

     • 냉방 : 실내 27DB / 19.5WB, 실외 35DB / 24WB

     • 난방 : 실내 20DB / 15WB, 실외 7℃DB/ 6WB 일때의 능력

     ※ 냉난방기의  호칭은 냉방기준으로 부른다.

     ※ 외기의 온도가 낮아지면 난방능력도  작아진다.

     ∴ 냉난방 겸용장비 선택시 냉방호칭의 1.43 배 +α 이상 필요하다.

 

 

2. 경제적 냉난방기 선택방법

 

  (1) COP (성적계수 Coefficent  OPerformance )

      투입( IN )된 에너지 와 출력 ( OUT )되는 에너지의 비 이며,

     냉난방기의 성능을 비교선택하는 가장 중요하고 보편화된 기준이다.

  

구  분

C O P

구    분

C O P

가솔린엔진

0.28

흡 수 식 냉온수기

냉방

       1.0   ~  1.2

난방

         0.95  ~  0.98

디젤 엔진

0.36

G H P

냉방

 1.03~1.29  공랭식 뿐 

난방

 1.24~1.45  공냉식 뿐

보일러 열효율

0.86

LG의

 E H P

냉방

 3.5~4  공냉식  / 5.0  수냉식

난방

 4. ~4.4 공냉식 / 5.43 수냉식

 

  (2) 에너지원의 원가추이

                       냉난방 1kw당 원가 변화

 

 

 

 

 

 

 

                                 

 

 

 

 

 

     ※ 전기가 가스대비 15.7 % ( 교육용은 34.8% ) 더 저렴

  (3) 최근 전기 및 가스요금 변화추이

 

전기 요금

00대비 ‘02년

00대비 ‘03년

02대비 ‘04년

04대비 ‘06년

06대비 ‘07년

00대비 ‘07년

기 본 요 금

- 4.4%

- 2.0%

- 3.4%

  2.8%

  0 %

- 6.96%

여  름  철

- 4.3%

- 2.1%

- 3.6%

  2.8%

  0 %

- 7.03%

봄․가을철

- 4.5%

- 2.0%

- 3.5%

  2.8%

  0 %

- 7.13%

겨  울  철

- 4.3%

- 2.0%

- 3.4%

  2.9%

  4.2%

- 2.93%

  ※ 전기요금은 원자로등 안정적 발전으로  안정, 보합추세

  

가스요금

00대비 ‘01년

01대비 ‘02년

02대비 ‘03년

03대비 ‘04년

04대비 ‘05년

05대비 ‘06년

06대비 ‘07년

00대비 ‘07년

주택/난방

23.4%

- 9.6%

 5 %

  4 %

 8.5%

7.3 %

 3.5%

31.9%

냉 방 용

-2 %

17.4 %

 0 %

11.5 %

 5.7%

20 %

10.6%

44.4%

  ※ 가스요금은  화석연료(化石燃料)로 유가(油價)연동 지속적 인상추세

 

  (4) 신재생에너지 : 

     • 신에너지 : 연료전지, 석탄 액화가스화, 수소 에너지

     • 재생에너지 : 지열, 태양열, 태양광 발전, 바이오 매스, 풍력,

                 소수력, 해양에너지, 폐기물 에너지

 

 

3. 환기와 공기조화

 

  (1) 환기의 필요성

     • 인체호흡으로 인한 탄산가스(CO2) 제거 및  산소(O2) 보충,

     • 미세먼지, 부유세균(TBC), 진드기, 곰팡이등 의 제거

     • 건자재, 페인트, 카페트 등에서 포름알데히드(HCHO), 휘발성 유기

       화합물 (TVOC),라돈(Rn),오존(O3), 국소 오염물질이나 냄새제거

     • 열 배출 이나  연소공기의  배출

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  (2) 필요한 환기량

     

구 분

CO2 발생

m3/h

환기량

m3/h

휴 식 중

 0.011

16

사무 (하)

 0.013

18

사무 (중)

 0.0176

25

집  회

 0.021

30

경 작업

 0.023

33

중 작업

 0.030

43

  

    ※ 즉, 호흡만으로도 1 인당 25 CMH [ M3/h ] 의 환기가 필요.

                                                                       

  (3) 전열 환기장치      

        급배기시 열교환으로 배출열을 회수하는데, 현열외에 잠열까지

      모두

전열(全熱) = 현열(顯熱) + 잠열(潛熱)

회수할 수 있어 전열(全熱) 환기장치라 한다.

 

                

 

 

              

 

 

 

 

 

 

 

 

   (4) 전열환기장치시 효과      

     • 환기와 함께 냉난방 에너지를 25.7 ~ 33.6 % 까지 회수.

     • 신선한 공기 공급과 오염물질을 제거.

     • 조작이 쉽고, 시스템에어컨과 연동 및 다양한 중앙제어 가능.

     • 청소나 유지보수 간편.

 

  (5) 공기조화 ( Air Conditioning )

     • 공기 조화의 4 대 요소 :  공기의 온도, 습도, 청정도기류분포 

     • 열적 쾌적성의 영향인자 : 평균복사온도, 활동량착의상태     

  

구 분

규 제 치

여  름

겨  울

온 도

17 ~ 28 ℃

26~28 ℃

20~22 ℃

습 도

40 ~ 70 %

50 %

50 %

기류제어

기류속도 0.5m/s 이하

0.1~0.25 m/s

0.13~0.18 m/s

상 하  온 도 차

1.7 ℃

2 ℃

부유 분진 : 0.15mg/m3

• 일산화 탄소(CO ) :  10ppm

•이산화탄소(CO2) : 1,000ppm

이산화 탄소 ( CO2 )

• 실내 조건  : 1,000 ppm 이하

    ( 상한치 3,000 ppm 이하 )

4. 교회의 용도에 따른 실별 고려

 

  (1) 대예배실

     • 높은 천정고와 대공간에 따른 부하와 환기에 대응 필요.

     • 사용시간은 간헐적이지만, 사용한다면 일시에 대용량.

     • 새벽예배와 대예배처럼 시간대별 부하의 현저히 차이 고려.

     • 예배환경을 위한 저소음과 쾌적기류 및 균일한 온도분포가 요구 됨.

 

  (2) 로비 및 홀

     • 높은 천정고와 전면유리로 인한 일사부하가 대단히 큼.

     • 건물 내ㆍ외면의 현저한 온도차와 잦은 출입으로 침입열량이 큼.

 

  (3) 소예배실

     • 대공간에 따른 부하와 환기에 대응 필요.

     • 간헐적 사용이지만 일시에 대용량, 시간대별 부하에 현저한 차이.

 

  (4) 목회실 / 사무실

     • 장비/덕트의 소음과 온도분포 및 쾌적 기류에 각별히 신경 쓸 것.

     • 별도의 존( Zone ) 구성과 독립적 운전시간에 대응 필요.

 

  (5) 유아ㆍ유치부 / 자모실ㆍ탁아실

     • 장비/덕트의 소음과 온도분포 및 쾌적 기류 필요.

     • 시간대별 부하 및 복사난방의 필요 검토.

 

  (6) 식당

     • 대형공간과 일시적 냉난방 부하 및 환기량 큼.

     • 잦은 출입으로 침입열량 과 창측 일사부하가 큼.

 

  (7) 기도실 / 소모임실 / 까페 등

     • 장비/덕트의 소음과 온도분포 및 쾌적 기류에 각별히 신경써야 함.

 

  (8) 헬스 / 운동실 등 / 다목적 공연장

     • 장비/덕트의 소음과 온도분포 및 쾌적 기류 요구

     • 용도에 따라 별도의 존( Zone ) 구성과 독립적 운전시간 대응 필요.

 

5. 교회의 실별 장비선택

       

  (1) 교회의 천고에 따른 실내기 – 실별 특징에 따라 선택

 

 

 

 

 

 

 

 

     • 10 평이하 : 벽걸이, 액자형, 1way , 2way 천정형, 상치형

     • 8~25평 : 2way, 4way 천정형, 스탠드형, 덕트형, 공조기

     • 20평이상 : 4way 천정형, 스탠드형, 덕트형, 공조기

 

  (2) 교회의 실별 실외기

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     • 싱글, All in 1, 다배관식

     • 멀티, 단배관식

                

                                                       

6. LG 시스템 에어컨

 

   실외기 1조에 다양한 실내기를 여럿연결하여 각 실의 특성에 맞게 운영.

  (1) 전부하, 부분부하, 저부하에 탁월 – 각기 개별운전가능

   

 

  (2) 기계실,보일러실,냉각탑,열교환기,물탱크,축열조,펌프,물배관 불필요.    

 

  (3) 전세계 최고의 효율, DC인버터 압축기로 선형제어

     • 2007년도 10대 신기술상 선정

 

  (4) 전 세계 최장배관의 융통성

           

 

                                                                       

   (5) 다양한 실내기, 실외기, 멀티 및 싱글 시리즈

 

  (6) 다양한 수냉식,지열,열병합,코젠(발전.급탕),공기조화기(AHU),환기

      

  (7) 자동 냉내 누설 감지 및 자동 냉매충전

   (8) 펌프다운( Pump Down ) 및 펌프아웃( Pump Out ) 기능

 

   (9) 백업( Back-Up )운전 – 어떤 압축기 고장시에도 자동운전

 

 

7. 규모별 냉난방 소요금액 예

 

구 분

성 도

( 명 )

면 적

( 평 )

용 량

( 마력 )

도입비용 (만원)

비  고

전 력

냉방 kw

피크시 

냉방/월

전기료

 냉난방

 환 기

소 형

  150

    85

  16Hp

 1,150

   -

스탠드 형

 19 kw

   24

  300

   170

  36Hp

 2,900

 1,500

싱글 CST

 31 kw

   41

  500

   290

  59Hp

 5,400

 2,700

덕트+CST

 48 kw

   64

중 형

  600

   420

  95Hp

 8,800

 3,800

덕트+CST

 89 kw

  111

중 형

(복층)

1,000

   700

 168Hp

15,200

 6,600

덕트+CST

152 kw

  226

1,500

 1,030

 248Hp

22,700

 9,800

덕트+CST

227 kw

  294

대 형

(복층)

1,600

 1,100

 256Hp

28,000

12,000

덕트+CST

AHU

253 kw

  329

  

                                  ※ 관련 사무실, 문화 교육관등 포함

 

8. 냉난방시스템 구축에 대한 Q & A

 

  (1) 시스템에어컨과  일반에어컨은 다른가?

  (2) 우리교회에는 어떤 냉난방이 좋을까? 그 비용이나 운전비는?

  (3) 임대상가의 개척교회에는 어떤 점에 유의 해야 할까 ?

  (4) 상가 지하층 교회의 냉난방과 환기는 ?

 

 

 

결론

 

   중소형교회를 중심으로 포괄적으로 표현하였으나, 환기를 창으로 대신할 수 있는 소규모 상가 교회처럼 용도와 여건에 맞는 냉난방과 환기를 선택하여 보다 쾌적하고 은혜로운 교회로 주님의 지상명령을 수행 할 수 있어야 하겠다.

운영자 허재호 대표

교회음향 / 건축음향 / 교회영상 / 교회특수조명 컨설팅을 합니다 031-906-1973 / hjh0660@hanmail.net 통해 문제를 해결받을 수 있습니다.