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  호주의 바닥난방시스템 : 현재와 미래
  글쓴이 : 최고관리자     날짜 : 09-10-09 23:16     조회 : 5956    

호주의 바닥난방시스템 : 현재와 미래

사단법인 국제온돌학회 정리

1. 개관

고고학적인 발견과 역사기록에 따르면 고대 로마인들이 처음으로 바닥난방시스템을 사용하였다. 4,5세기에는 바닥난방시스템이 한반도 전역에서 널리 사용되었고 이를 온돌이라고 한다. 온돌이라는 명칭은 중국 한자에서 나온 말로 “따뜻한 구덕”를 의미한다. 구당서에는 온돌에 관해 다음과 같이 기록하고 있다. “겨울에 [한국] 사람들은 긴 구덕을 만들과 그 안에 불을 지펴 몸을 따스하게 유지한다.”
전통적으로 온돌의 열원은 화덕이었다. 화덕은 부엌이나 방의 측벽에 붙어 설치되었다. 부엌에는 2개 또는 3개의 화덕이 있고 부엌 부위에 화덕 수만큼 온돌방이 위치했다. 화덕의 불은 온돌방을 덥힐 뿐만 아니라 밥과 국을 조리하는 데에도 사용되었다.
온돌방은 열효율성이 매우 뛰어나다. 한번 불을 지피면 봄과 가을에는 열흘, 겨울에는 3일 동안 온기가 유지된다.

그림 1. 전통적인 온돌의 구조

방바닥을 놓기 전에 더운 공기가 지나가는 구들골을 먼저 만든다. 구들골은 5-7센티미터 두께의 평평하고 얇은 돌로 반듯하게 덮는다. 화덕에 가까운 바닥이 자연스럽게 더 따뜻하므로 열손실을 막기 위해 더 두꺼운 돌을 사용한다. 두글골을 덮은 돌 위에 황토를 깔고 평평하게 맞춘다. 마지막으로 바닥지를 여러 겹 깔아 방바닥을 완성한다. 이렇게 조성된 전통적인 온돌방은 화덕에서 먼 쪽이 대체적으로 덜 따뜻하다.
오늘날에는 한국의 가정에서 전통적인 온돌을 찾기 어렵다. 현대화된 가정집과 고층아파트에는 신식 온돌인 온수 및 전기 바닥복사난방 방식을 사용한다.


2. 새로운 바닥난방시스템

온돌은 연료의 측면에서도 현대화된 기술에 적응해왔다. 온돌은 원래 장작을 때어 온기를 공급했지만, 현대 주택과 아파트에서는 바닥에 파이프를 매설하고 콘크리트로 덮은 후 비닐장판이나 자판지로 마감한다.
오늘날에는 장작으로 덥혀진 공기를 대신하여 가스보일러나 기름보일러로 가열된 온수가 매입된 파이프를 통과한다. 이로써 바닥의 갈라진 틈으로 새어 들어오는 해로운 가스에 중독되는 위험성이 최소화되었으며 뜨거운 바닥에 화상을 입는 일도 사라지게 되었다. 온돌은 이러한 현대화 작업을 통해 국제적으로 잘 알려진 난방시스템으로 자리 잡아 가고 있다.
최근에 한국기술표준원(KATS)에 따르면, 국제전기기술워원회(IEC)가 유럽이 제안한 적정바닥온도를 거부하고 문화와 기후에 따라 가정난방의 적정 온도를 달리 적용할 수 있게 해야 한다는 한국측 입장을 받아들였다.
서구의 생활패턴의 영향 아래 개발되어 해외에서 판매량이 증가하는 새로운 유형의 온돌 제품이 있다. 돌침대가 1998년을 기점으로 가구시장에서 빠르게 성장하고 있는 것이다. 1990년대 초반에 처음 시장에 등장한 돌침대는 전기로 가열되는 탄소 필름이나 구리 코일을 바닥에 깔고 그 위에 돌을 얹어 만든 침대이다. 돌침대는 온돌시스템을 기반으로 개발되었다.
이 신제품은 온돌을 선호하나 서구식 침대에서 잠을 자는 장년 고객들 사이에서 특히 인기가 높다. 

바닥난방시스템의 장점

바닥 밑을 가열하여 난방하는 방식(underfloor heating)은 중앙난방시스템의 독특한 전통적인 형태로서, 새롭게 관심을 끌고 있다. 이 방식이 실내기후를 조절하는데 주로 복사열을 이용하는 데 반하여 대부분의 실내난방방식은 대류방식이다. 바닥밑 가열방식은 콘크리트나 목조바닥에 사용될 수 있으며, 모든 바닥바감재(돌, 타일, 나무, 비닐, 카펫 등)에 적용된다. 또한 층에 구애받지 않는다. 다만 바닥마감재는 난방성능에 영향을 미칠 수 있으므로 마감재 선택은 신중을 기해야 한다.
가열된 공기가 천장으로 상승하면서 열손실이 많은 대류방식에 비해 복사난방의 우월성이 널리 알려졌다. 복사난방은 방과 신체 모두 아래쪽을 덥혀준다. 이는 인간은 사지가 머리보다 더 따뜻해야 이상적이라는 점에서 자연에 얻는 온기와 같은 느낌을 준다. 복사열은 주택의 공기중 수분함량에 영향을 미치지 않으므로 복사난방에서는 가습장치가 따로 필요 없다. 복사난방이 먼지와 집먼지 진드기가 공기를 타고 순환하는 것을 줄여주므로 특히 천식 환자에게 유리한다. 동시에 바닥밑 난방으로 발생되는 온기 중의 수분 함량은 집먼지 진드기가 서식하기에는 너무 낮다.

그림2. 전통적인 대류난방방식과 바닥밑 난방방식

바닥밑 난방은 눈에 보이지 않으며 보기 싫은 라디에이터가 차지하는 소중한 벽 공간을 잠식하지 않는다. 어떤 의미에서 바닥 전체가 라디에이터인 셈이다. 또한 복사방식에서 공기는 자동온도조절장치에 맞춰진 온도까지만 가열되므로 복사열은 관류에 따르는 열손실이 줄어든다.

바닥밑 난방의 두 가지 시스템

바닥밑 난방방식에는 크게 온수방식과 전기방식의 두 가지 시스템이 있다.

1) 온수 방식
온수방식은 덥혀진 물이 바닥에 매입된 파이프를 통과하는 방식이다. 파이프로는 표준적인 폴리에틸렌 플라스틱 파이프가 사용되며 동관은 필요치 않다. 비용과 마찰계수의 관계를 고려할 때 5/8인치 파이프가 가장 이상적이다. 3/4인치나 1인치 파이프는 비싸고 3/8인치나 1/2인치 파이프는 마찰이 너무 커져 온수를 펌핑하는 데 많은 에너지가 낭비되며, 열사이펀 효과에 필요한 최소 직경이 5/8인치이기 때문이다. 
바닥밑 가열 방식의 열원으로는 가스, 기름, 고체연료가 모두 가능하다. 바닥밑 난방방식에는 보일러나 지열이용 히트펌프(ground sourced heat pump)가 가장 효율적으로 사용된다. 바닥밑 난방은 최하 섭씨 35도에서도 4.0의 효율성으로 히트펌프가 가동되나, 벽 라디에이터 방식에서는 히트펌프의 효율성이 3.5로 감소한다. 온수 바닥밑 난방방식(wet underfloor heat)을 적용하면 반대의 작용도 가능하다. 즉 냉각기에서 공급되는 찬 물이 건물의 열에너지를 뺏어간다.
온수 바닥밑 난방방식은 설치비용이 라디에이터 방식보다 비싸지만 장기적으로는 더 경제적임이 입증되었다. 특히 단열이 잘된 대규모 건물에서 그 경제성이 더 뛰어나다. 콘덴싱 보일러를 사용할 경우 일반 난방방식에 비해 40%까지 에너지 절감이 가능하며, 일반 보일러러 사용하더라도 15%의 에너지가 절감된다. 콘덴싱 보일러는 저온에서의 물의 순환 기능에 의해서 성능이 개선될 수 있다. 이음을 두지 않는 단일 파이프의 사용으로 습식 바닥밑 난방방식은 유리관리가 거의 필요 없게 되었다. 이런 파이프는 수명이 100년에 이른다.

2) 전기 방식
전기 바닥밑 난방방식의 장점 가운데 하나는 바닥의 두께를 줄일 수 있다는 점이다. 바닥의 최종마감재의 두께를 최소 3mm까지 낮출 수 있다. 많은 경우 마목스(MArmox)와 같은 단열판 위에 전기선이 직접 배선되고 그 위에 타일을 전용접착제로 붙이거나 수평맞춤용 라텍스 컴파운드를 도포한 후 바닥마감재로 마무리한다.
전기 바닥밑 난방방식은 열선이 마감재 바로 아래 설치되므로 난방에 걸리는 시간이 단축된다. 전기료를 절약하는 한 가지 방법은 열선을 콘크리트 바닥판 위에 단열재를 설치하고 그 위에 열선을 깐 후 심야전기를 이용하여 야간에 난방하고 낮에는 콘크리트 바닥판에 축열된 열매스로부터 나오는 복사열로 주택을 난방하는 것이다. 이런 방식을 취할 경우에는 타일 바닥마감재가 가장 효과적인데, 왜냐하면 타일은 다른 재료보다 열을 저장하고 전달하는데 탁월하여 마치 축열 히터와 같은 효과를 발휘하기 때문이다.
하지만 설치의 용이성에도 불구하고, 바닥밑 난방방식은 다른 형태의 전기 난방방식과 마찬가지로 환경친화적이지는 않다. 이 방식의 열 효율성은 높지만 대부분의 전기는 화석 연료를 사용하여 원거리에서 생산되기 때문이다. 많게는 전체 에너지의 2/3가 발전소와 송전 과정에서 손실된다.


3. 호주의 바닥난방 시스템

호주 정부의 에너지 절약 정책

에너지의 효율성을 향상시키는 것이 호주 정부의 최우선 정책과제이다. 상업 부분에서 에너지 효율성을 제고하게 되면 매년 약 10억 달러 정도의 GDP 증가를 가져다 줄 것이다. 약 250개의 호주 기업이 연간 500조 줄의 에너지를 사용하며 이는 호주 전체 기업부분의 에너지 사용량의 60%를 넘는 것이다.
연간 500조 줄 이상의 에너지를 사용하는 모든 기업은 가까운 장래에 5년 마다 엄격한 에너지 효율성 평가를 받아야 하며, 그 결과를 공개해야 한다. 이런 정책은 국제적으로도 가장 엄격한 조치이며 대기업들로 하여금 종합적이고 정기적으로 에너지 관리를 하도록 할 것이다.
이런 평가는 산업체 의견과 외국의 사례를 참조하여 호주 정부가 개발할 예정인 가이드라인에 따라 수행될 것이다. 새로운 가이드라인은 전 기업 활동에 대한 철저한 검사를 기반으로 한다. 이는 기존의 공장 시스템에 대한 감사뿐만 아니라 잠재적인 시스템에 대한 체계적인 분석을 포함하는 것이다. 이런 평가는 현재 시행 중인 호주에너지감사표준(Australian Energy Audit Standard)의 Level 3 수준보다 엄격한 것이 될 것이다.
호주 정부는 이 조치를 도입하게 위하여 향후 5년간 1700만 달러의 예산을 책정해 놓았다. 이 예산은 평가 가이드라인의 개발, 프로그램의 교육, 인증시스템 개발, 도입 초기 단계에서의 지원모델 평가를 위해 사용될 것이며, 새로운 프로그램에서 얻은 교훈을 다른 산업분야로 확대하는 데에도 활용될 것이다.

바닥난방방식의 장점

현대적인 전통적인 대류방식과 역싸이클 공기조화 방식에 비해서 많은 장점들을 갖고 있다. 바닥은 면적이 넓기 때문에 주위의 공기온도를 조금 낮춰도 이상적인 쾌적감을 얻을 수 있다. 이 결과 먼지의 순환을 줄일 수 있으며 낮은 에너지를 사용하여 더 쾌적한 조건을 얻게 된다.
이런 장점은 전통적인 차가운 바닥재인 타일이나 나무 바닥으로 된 방에서 더욱 커진다. 왜냐하면 이런 재질이 실내에 돌풍을 일으키거나 냉점을 만드는 대신에 난방 시스템으로 적동하기 때문이다.
호주에서 바닥난방의 장점은 다음과 같이 알려져 있다.
○ 실내 전체에 걸쳐 쾌적하고 균등한 온도 분포
○ 머리보다 발이 더 따뜻하다.
○ 유지관리가 필요 없다.
○ 돌풍이 없다.
○ 눈에 보이지 않는다.
○ 먼지의 순환을 크게 줄인다.


4. 호주의 바닥난방방식의 사례

서브플로어 난방방식(Sub-floor heating)

1. 패시브솔라 온기난방 시스템으로 가열된 공기는 자연스런 공기의 순환원리에 따라서 바닥 아래 위치한 가열된 공기의 분배지점으로 이동한다.
2. 가열된 공기는 닫힌 바닥아래 공간을 통하여 순환하면서 열을 열저장 물질과 바닥재 자체에 전달한다. 더운 공기가 열전달 과정을 거치면서 차가워지면 건물의 반대쪽에 위치한 찬 공기 공급지점에 모이게 된다.
3. 찬 공기 획득지점으로부터 아직 온기가 남아있는 공기를 공기 히터에 보내 재가열하여 바닥아래 위치한 서브플로어 히팅 시스템 내로 순환시킨다.

그림 3. 서브플로어 패시브솔라 온기난방 방식

상변화불질을 이용한 열에너지 저장

물이 얼음으로 변하는 것처럼 어떤 물질이 하나의 상태에서 다른 상태로 변화하면 그 과정에서 상당한 양의 에너지가 흡수되거나 방출된다. 적당한 물질을 사용하면 이와 같은 ‘잠복해 있는’ 에너지를 이용하여 열에너지를 저장할 수 있다. 특정한 소금이나 밀랍 종류를 포함하여 열에너지를 저장하는 데 적합한 물질들이 현재 상변화물질(PCM) 에너지 저장용 구조재 등으로 상업화되었다. 이런 제품들은 셀 형태나 구조용 쉬팅(sheeting)에 이르기까지 다양한 제품으로 출시되었다.
공기나 글리콜(glycol) 등의 상변화물질 순환액은 패시브솔라 시스템으로 생산된 열에너지를 저장하여 야간이나 구름이 낀 주간과 같은 시스템이 작동하지 못하는 기간에 사용될 수 있기 때문에 패시브솔라 난방시스템과 잘 어울린다.
셀에 저장된 상변화물질 열저장 시스템은 아래 그림 4와 같이 적용된다. 그림 4는 공기를 순환액으로 사용하는 예를 보여주고 있지만 글리코도 비슷한 원리로 사용될 수 있다.

A. 단단한 바닥재, 아래의 상변화물질로부터 열을 받아 서서히 분배한다.
B. 얇은 단열층, 상변화물질로부터 상부의 차가운 바닥에 전달되는 열의 전달속도를 낮춘다.
C. 셀에 저장된 상변화물질, 패시브솔라 난방시스템을 통해 가열된 공기를 순환시킨다.
D. 두꺼운 단열재, 열을 아래쪽(외부)으로 뺏기지 않도록 한다.
E. 구초체의 외부피복재, 서브플로어 시스템이 외부환경에 노출되어 단열성능이 저하되는 것을 방지한다.

그림 4. 상변화물질-서브플로어 난방 시스템


5. 호주의 바닥난방 시스템의 미래
 
다른 서구 국가들과 마찬가지로 바닥난방 방식은 호주에서 아직 보편적이지 않다. 하지만 최근 들어 바닥난방은 대안적인 난방방식으로 주목받고 있다. 그림 5에서 보듯이 바닥난방은 사용이 증가하고 있다.

그림 5. 호주의 주요난방 방식

호주에서 바닥난방이 차지하는 비율은 아직 낮지만 빠르게 증가할 것이다. 이러한 추세는 중국인, 한국인, 일본인과 같은 동아시아 이민자들이 급증하는 것과 맞물려있다. 호주 정부는 2050년까지 총인구를 2700만 명으로 늘리겠다고 결정했다. 그림 6은 호주의 인주증가 추이를 보여준다. 이 시나리오에 따라 바닥난방을 경함한 이민자들이 급증할 것이고 이에 따라 바닥난방도 빠르게 증가할 것이다.

그림 6 2050년-2100년의 호주 인구 예상

 이런 이민 추세에 따라 표 1에서 보듯이 더 많은 동아시아 이민자들이 호주에 들어올 것이다. 바닥난방에 익숙한 동아시아의 이민자들은 부엌이나 화장실에 바닥난방을 설치할 것이다.

표 1 동북아시아 출신의 이민자

호주의 건설산업은 최근에 건물에너지효율성표준을 발표했으며 주택시장에서 알레르기를 일으키지 않는 시스템이 점차 확산되고 있다. 호주는 지난 8년간 호황기에 있었고 이에 따라 건설 붐도 당분간 계속될 것이다. 따라서 호주에서의 바닥난방 시스템의 전망도 밝다고 할 것이다.

하지만 국제전기기술워원회(IEC)가 온도규정을 아래와 같이 최종 결정했다.
“피부나 발바닥이 직접 접촉하는 바닥의 표면온도는 제한되어야 한다.”
이 결정에 따라 한국의 건설업체와 건자재 업체들은 해외시장을 개척할 때 안전규정에 대비해야 할 것이다. 만약 바닥 온도에 대한 IEC의 표준이 매우 낮게 결정된다면 온돌 난방방식은 위기에 처할 가능성이 있다. 그러므로 ICE의 결정에 어떻게 대응하느냐는 한국의 자랑스런 발명품인 온돌과 바닥난방 시스템을 보호하는 데 중대하고도 긴급한 책무가 될 것이다.


   

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