본 연구는 실제 온돌난방시스템의 가동조건에서 정밀 열성능 실험을 실시하여, 한국에너자이져(주)에서 개발한 축열난방방식인 “구들박사 온돌시스템”을 대상으로 기존 습식온돌시스템과의
열적 특성 및 에너지소비특성을 비교, 평가하였다.
주요 연구결과는 다음과 같다.
공급온수온도를 50℃로 일정유량(3LPM)으로 공급한 연속난방의 경우, 배관직상부 2지점(0/4pitch)과 배관중간부(1/4pitch, 3/4pitch) 2지점, 배관중앙부(2/4pitch) 1지점의 총 5지점의 바닥표면이 안정된 온도를 유지하는 10시간 정도의 평균 바닥표면온도는 "습식온돌시스템“은 약 33.3℃, ”구들박사 온돌시스템“은 약 37.2℃를 보였다.
연속난방시, 열류계에 의한 평균 표면방열량은 “습식온돌시스템”이 약 0.093KJ/㎡?sec, “구들박사 온돌시스템”은 약 0.128KJ/㎡?sec로 약 28% 정도 단위면적당 방열량이 높은 것으로 나타났다.
또한, 온수공급 약 1시간 후까지는 비슷하였으나, 이후 각 시스템에서의 표면방열량은 약 5시간에
걸쳐 지속적으로 증가하여 온수공급 6시간 후, “습식”은 약 0.091KJ/㎡.sec, “구들박사”는 약 0.128KJ/㎡.sec로 유사 정상상태에 도달하였다.
간헐난방 조건에서 평균 바닥표면온도 변화는 시험기간 중 시험기간 중 최대온도는 "습식온돌시스템“은 32.7℃, ”구들박사 온돌시스템“는 36.0℃로 ”구들박사“가 약 3.3K 정도 높은 온도를 보이고 있다. 또한, 온수공급후 2시간이 경과한 시점의 배관직상부와 배관중앙부의 온도차(ΔT)는 “습식온돌시스템”의 경우, 10.6K, 8.6K, 8.5K로 나타났으며, “구들박사 온돌시스템”는 2.6K, 2.0K, 1.9K로 온도차(ΔT)는 일정하게 나타났으며, 거주자의 열적불쾌감을 유발할 수 있는 바닥표면의 온도의 편차는 “습식”에 비하여 매우 낮게 나타났다.
간헐난방 조건에서 “습식온돌시스템”의 경우, 온수공급 후 2시간이 경과하면 배관직상부 1지점과 배관중간부 1지점, 배관중앙부의 바닥표면온도는 36.1℃, 28.8℃, 25.9℃로 나타나 직상부와 중앙부의 온도차가 약 10.2K 정도로 발생하였으며, 상ㆍ하 이중배관으로 된 “구들박사 온돌시스템”에서는 34.4℃, 31.4℃, 31.7℃로 나타나 약 2.7K 정도의 낮은 온도차를 나타내고 있다.
또한, “습식온돌시스템”의 배관직상부 경우, 냉각초기 35℃에서 냉각 2시간 경과 후 25℃로 약 10K 정도의 급격한 온도변화를 보이는 반면, “구들박사 온돌시스템”의 경우는 냉각초기 34℃에서 냉각 2시간 경과 후 29.5℃로 약 4.5K의 낮은 온도변화를 보이고 있다. 이는 “구들박사”의 축열효과가 “습식”에 비해서 더 크기 때문이라고 사료된다.
적외선 열화상 측정에 의한 열성능 시험결과, “습식온돌시스템”은 전체적으로 배관직상부가 다른 부위에 비하여 상대적으로 고온의 온도분포를 보이고 있어 부분적으로 과열현상이 나타나고 있어 배관직상부와 배관중앙부의 온도편차가 발생함을 관찰할 수 있는 반면, “구들박사 온돌시스템”에서는 초기 표면온도상승은 “습식온돌시스템”에 비해서 낮지만, 온수공급 1시간 경과시점에서는 배관중간부와 배관중앙부의 온도편차가 거의 없으며, 온수공급 2시간 후에는 배관직상부와 배관중앙부의 온도편차도 “습식온돌시스템”에 비해 크지 않음을 알 수 있다.
에너지소비특성 평가 결과, 시험기간 중 방열커버내 설정온도를 유지하기 위하여 “습식온돌시스템”은 항온수조를 총 7회 가동시킨 반면, “구들박사 온돌시스템”은 총 5회 가동시킨 것으로 나타났다.
이는 “구들박사”의 높은 축열효과로 인하여 방열커버내 설정온도(23℃)를 유지하기 위한 항온수조 가동를 “습식”에 비해서 줄일 수 있었던 것으로 판단된다. |
