패시브하우스를 위한 보다 스마트한 난방방법에 대해....

2014년도에 "패시브와 제로에너지 하우스"카페에 제가 올린 글입니다.

몇가지 내용을 보강하여 블로그에 올립니다.

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주택에 적용할수 있는 냉난방시스템은 여러종류가 있습니다.

냉방시스템은 선택의 여지가 없습니다.선풍기와 에어컨(복사냉방도 있지만 국내 날씨 환경상 주택에 적용시 아직 해결해야 될 부분이 많다.)

난방시스템은 여러방식이 있습니다.

히터,난로,전열기기,라디에이터,바닥난방등등...

국내의 난방환경은 바닥을 가열하여 난방이 되는 바닥복사 난방시스템을 주난방으로 하는 주택이 대부분입니다.

다음의 표를 보시면 

<국내 .유럽의 난방환경 비교>

	국내	유럽
난방시스템	보일러(가스,기름)	보일러(Type C, 콘덴싱)
난방문화	바닥(온돌)난방 바닥 가열하여 복사난방 보일러OFF시에도 실내온도가 바로 내려가지 않고 ,쾌적한 난방방식	라디에이터,팬코일 등의 입식난방 직접 실내공기를 가열하여 실내난방 보일러OFF시 실내온도가 급격히 낮아짐. 난방 특성상 실내가 건조해짐
사용조건	공급온도 80도,환수온도 60도로 난방	공급온도 50도,환수온도 30도

독일식 패시브하우스 와 국내 패시브하우스의 상황도 위와 동일한 난방상황입니다.

패시브하우스에 살아보신 분들은 느끼시겠지만 요즘같은 날씨면 별다른 난방을 하지 않더라도 실내온도는 21~24도정도 됩니다.

패시브하우스에 거주하시는 건축주분들의 공통된 의견은 실내는 따뜻한데 바닥이 차다고 합니다.

국내 생활방식이 바닥에 않아서 생활하기 때문에 어쩔수 없습니다.

패시브하우스는 추워서 난방을 하는게 아니라 바닥을 차갑지 않기 위해 난방을 하죠.

저희집의 경우도 실내공기는 차갑지 않은데,바닥은 차가워서 며칠에 한번씩 보일러를 가동하고 있습니다.

패시브하우스의 효율적인 난방방식에 대해서 여러건의 글이 있습니다.

이번겨울이 처음이신 패시브하우스 건축주 또는 예비 건축주들은 대개 아파트에서 생활하셨을겁니다.

패시브하우스는 아파트에서 난방하던 방식으로 난방을 하시면 실내가 많이 더워집니다.

건축주에 따라서는 일반적인 방법으로 공급온도 80도,환수온도 60도로 30분 난방하고,타임설정후 새벽에 잠깐씩 돌리시는 분들도 있을겁니다.

건축주에 따라서는 바닥이 뜨뜻한게 좋으셔서 난방을 길게 하시는 분들도 있을겁니다.

물론,따뜻한 집이 좋기도 하지만 온도가 올라가면 결과적으로 결로발생은 피할수 없는 현상입니다.

유럽에선 공기가열식으로 난방을 하므로 실내공기가 건조해지는 단점이 있지만,반대로 결로발생빈도는 국내주택보다는 낮습니다.

제가,작년에 올린글에 결로조건을 표와함께 상세히 올렸습니다.

(실내결로조건에 대해선 정리해서 블로그에 올리겠습니다.)

패시브하우스이지만 ,결로 발생빈도가 현저히 낮은 집이 있는 반면,결로때문에 불편한 집들도 있을겁니다.

결로는 내장재의 손상,오염의 문제도 있지만 해로운 곰팡이의 발생때문이라도 100% 방지를 위한 노력이 있어야 합니다.

결로는 실내온습도와 벽체,창문의 온습도와 말접한 관계가 있는 만큼 각자의 Life Style에 따라서도 천차만별입니다.

겨울의 난방조건에 따라서도 결로의 심해짐 정도는 다르구요...

국내환경에 적합한 패시브하우스를 위한 효율적인 난방방법에 대한 정답은 없지만 저온바닥난방은 결로가 없는 쾌적한 실내환경을 위한 유용한 방법중 하나입니다.

덥지도,춥지도 않은 쾌적한 실내온도를 유지하면서,결로발생 확률을 현격히 낮춰줍니다.

만약,집안에 나이드신 분들이 있어 뜨뜻한 바닥을 원하시면 부분적으로 온수매트나 전기매트를 사용하시면 됩니다.

저온바닥난방의 개념은 간단합니다. 

저온수로 바닥을 난방한다 입니다.

인체에 가장 이로운 온돌 바닥온도는 31도,이때 실내온도는 22~23도,난방수온도는 40~50도

주택의 난방을 위해서 보일러를 이용하는데 일반보일러,콘덴싱보일러 두종류가 있습니다.

주택에도 대부분 두종류의 보일러중 건축주가 원하는 보일러를 설치할겁니다.

광고에 보면 콘텐싱 보일러를 사용하면 가스비가 최고 35%까지 절감이 된다고 합니다.

콘덴싱의 효율만 놓고 본다면 가스비는 분명 절감이 되는것 같은데,일반보일러와의 차이점이 뭘까요?

일반보일러와 콘덴싱보일러의 차이점은 다음과 같습니다. 

일반보일러는 현열 열교환기에서 가열된 온수(난방수)가 바닥 XL파이프를 순환후 돌아오면(환수)다시 현열교환기가 데워서 공급합니다.

콘덴싱보일러는 현열 열교환기에서 가열된 온수(난방수)가 바닥 XL파이프를 순환후 돌아오면(환수) 배기가스통로의 잠열 교환기를 거쳐 배기가스에 포함된 수증기를 환수와 열교환시켜 환수가 좀더 데워진 상태에서  현열교환기가 데워서 재공급됩니다.

이로 인해 일반보일러의 연통 배기가스의 온도가 150~180도의 고열인데 반해 ,콘덴싱보일러의 연통 배기가스 온도는 60~70도 밖에 되지 않습니다.(환수가 잠열을 회수했기 때문)

마치 패시브하우스에 설치된 열교환기와 같은 원리입니다. 

이론적으로 보시면 상당히 난방비가 많이 절약될것 같지만,조건이 있습니다.

최대의 콘덴싱효율은 난방수 공급 50도,환수 30도 일때 효율이 96%입니다.(보일러에 따라 다름)

국내의 일반적인 난방조건인 난방수 공급 70~80도,환수 60도일때는 효율이 86% 정도 입니다.

일반보일러는 위의 조건일때 82~84% 입니다.

결론은 일반 보일러와 콘덴싱보일러의 차이는 일반 난방조건일때는 거의 차이가 없다는 말이 됩니다.

다음은 각사의 콘덴싱 보일러 사양입니다.

( R 사)

(Q 사)

( K 사)

 

R 사 를 보시면 난방열효율이 일반조건 87.3% , 콘덴싱조건 94.7%

Q 사 는 일반 87.9% , 콘덴싱 97.6% 

K 사는 일반 94.8%,콘덴싱 99.0% 입니다.

효율만 놓고 봤을때 K사 의 콘덴싱보일러가 일반조건일때에도 아주 좋은 효율을 보이고 있습니다.

유럽에서는 대부분 콘덴싱보일러를 사용합니다.

유럽에선 라디에이터,팬코일 유닛 같은 공기 가열식 난방방식이므로 콘덴싱의 최대 효율조건 즉 공급온도 50도,환수온도 30도에 아주 적합하므로 상당한 난방비 절감이 됩니다.

국내처럼 바닥을 데우기 위해 80도까지 가열한 필요가 없습니다.

국내에선 콘덴싱 보일러의 효과가 미비합니다........라고 결론을 맺고 싶지만...

콘덴싱의 최대 효율조건인 공급온도 50도 환수온도 30도는 바로 저온바닥 난방에 아주 적합한 온도입니다.

그러면,콘덴싱효과를 최대한 보기위해 또는 난방비를 절감하기 위해 다음처럼 주택에 적용해보면 어떨까요...

공급온도 50도,환수온도 30도를 실제 난방에 적용키 위해선,

현재 XL 배관구경 15mm ,200mm 간격으로 설치되고 있습니다.

12mm ,150mm 간격으로 설치했을때 30평 기준으로 계산하면 

배관 15mm,200mm 간격으로 설치시 관수량 85.8리터.

배관 12mm,150mm 간격으로 설치시 관수량  73.2리터. 

난방 간격은 더 촘촘해졌지만 물의양은 오히려 12.6리터가 적습니다.

연료소비량으로 계산하면  

15mm , 200mm간격일때 100%로 봤을시 

12mm,150mm 간격일때는 85.3% 의 연료만 소모..

즉, 73.2/85.8= 85.3%  .. 14.7% 만큼 연료가 더 적게 듭니다.

난방시 바닥난방배관을 열화상카메라로 봤을시

 

200mm

150mm

XL 파이프의 조밀한 배치로 인한 발열효율의 향상과,바닥표면온도의 균일성 또한 개선되어 거주자의 쾌적성이 향상됩니다.

여기에 덧붙히자면 구리 방열판을 방통치기전에 깔아주면 아주 좋습니다.

XL 파이프의 효율적인 시공으로 14.7% 의 효율 향상과 더불어...

실제 난방공급온도 50도로 난방시 바닥이 늦게 데워지는 단점이 있는데,좀 더 효율적인 방법을 알아보도록 하겠습니다.

난방수로 대부분 수도물을 사용합니다.

물의 끓는점은 100도,어는점은 0도 입니다.

에틸렌글리콜 이란 용액이 있습니다.

쉽게 말해 부동액입니다.

끓는점은 197.3도,어는점은 혼합비에 따라 -40도 이하입니다.

에틸렌글리콜은 물에 비해 열적성능이 뛰어 납니다.

난방수의 가장 중요한 역활은 열전달입니다.

열적성능이 뛰어나다는 것은 그만큼 열전달 효율이 좋다는 뜻이기도 합니다.

긴말 없이 다음의 그래프를 보겠습니다.

수도물과 혼합한 에틸렌글리콜을 난방수로 테스트한 결과와 일반적인 조건인 수도물로 테스트한 결과입니다.

연두색 동그라미 그래프가 에틸렌글리콜 난방수  입니다. (E.G mixture .....)

City Water 그래프는 수도물입니다.

그래프의 결과는 다음과 같습니다.

보일러에 수도물 120리터를 난방수로 채운후 온도 54도로 가열하는데 걸린 시간은 338분

에틸렌글리콜 + 수도물 혼합액 120리터를 난방수 채운후 온도 54도로 가열하는데 걸린 시간은 215분

시간은 123분 단축됩니다.

즉,에틸렌글리콜 혼합액의 가열 소비 시간이 수도물 난방수보다 36.4% 단축됩니다. 

에너지소비도 36.4% 적다고 볼수 있죠.

난방수가 빨리 데워진 만큼 바닥도 빨리 데워지는 결과를 얻을 수 있습니다.

정리하겠습니다.

효율적이고 경제적인 저온바닥난방을 위해 다음 조건의 난방방식을 추천드립니다.

1. 콘덴싱보일러의 최대효율인 공급온도 50도 환수온도 30도로 난방.  열효율 약 94~99%

2. 발열효율의 극대화를 위해 XL 배관구경12mm , 150 mm 간격으로 배치, 동 방열판 설치 . 

   난방수 용량. 약 14.7% 절약

3. 난방수: 에틸렌글리콜+수도물 혼합액.  

    난방수(50도) 가열시 수도물에 비해 월등히 빠른 가열시간과 에너지 36.4% 절약

끝....

효율적인 난방으로 결로도 잡고,추위도 잡고,난방비도 절약합시다.