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국내 그린십(Green Ship) 냉난방공조설비 현황과 전망은?

선박의 체온조절은 내가 담당! ‘냉난방공조설비’
월간 해양과조선 취재부 이명규 기자(Journalist Lee Myoung Kyu)
  • 인터뷰 ①: 로크웰오토메이션코리아 김재규 팀장(코어 솔루션 등 원천기술 확보가 키워드!)
    선박은 물론, 해양플랜트는 바다 위라는 환경적인 특수성을 가지고 있다. 말 그대로 바다 한가운데 철판이 떠 있기 때문에 고립된 환경이 형성되며 이로 인해 내부에서 환기가 원활히 이뤄지기 힘든 상황
  • 인터뷰 ②:엘에치이 총괄사업본부장 전무이사 전병준 (국내 제품 우수성 인정, 인식부터 제고 해야) 열교환기라는 것은 산업용이나 기타 일반적인 에너지를 사용함에 있어서 직접적인 접촉에 의해 열을 전달하는 것이 아니라 두 가지 유체가 혼합되지 않도록 하면서 상호 열을 교환하는 역할을 하는 설비를
  • 인터뷰 ③: 코스지이에이코리아㈜ 대표이사 윤홍열 (환경 특성에 맞는 특성 부각시켜야 할 것!)
    열교환기는 가스형태의 유체나 둘 이상의 상변화가 있는 석유화학 분야 혹은 화학 분야에서 널리 사용되고 있다. -200℃에서 +900℃까지 사용이 가능할 뿐만 아니라 60bar 이상의 압력까지도 사용이 가능
  • 인터뷰 ④: 한국그런포스펌프㈜ 팀장/부장 이경환(펌프, 에너지 세이빙관련 솔루션 대두!)
    펌프(Pump)에는 피스톤의 왕복운동으로 액체를 흡입하고 가압시켜 토출하는 왕복동식 펌프와 날개바퀴를 액체들 중에서 고속으로 회전시켜 그 원심력으로 액체를 흡입해서 토출하는 소용돌이형 펌프,
  • 인터뷰 ⑤: 문터스코리아㈜ 대표이사 이원희 (에너지 절감을 위한 기술개발에 박차를 가해야 한다!) 최근 공조시스템에서 온도 조건뿐만 아니라 습도 역시 매우 중요한 요소로 인식되고 있다. 특히 제약산업, 반도체 및 섬유산업 등 일부 산업에서의 습도 조절은 온도보다 더 크게 작용하기도 한다.
  • 인터뷰 ⑥: 대원열판㈜ 차장 전보훈 (전 산업에서 감초 역할을 톡톡히 하는 ‘열교환기’)
    판형 열교환기는 100여 년의 역사를 가지고 있다. 판형 열교환기의 구조에 대해 설명하자면 하나의 고정 프레임과 이동 프레임 사이에 얇고 주름진(Corrugated) 여러 장의 전열판(Plate)을 겹쳐, 판과
  • 인터뷰 ⑦: 한국알파라발 차장 이효심+차장 강진수 (가격경쟁력 심화 등 ‘열교환기 시장 경쟁과열’)
    대부분의 공정에서는 효율적인 열 교환을 위한 다양한 솔루션이 이용되고 있다. 열교환기는 유체 대 유체를 가지고 열이나 냉기를 전달하는 것으로 전 제조공정에 매우 중요한 역할을 하고 있다. 1931년
  • 인간에게 있어 체온이란 신체 주요 내장의 온도로서 의미가 없는 우연한 변화를 하지 않는 곳의 온도라고 할 수 있다. 신체 주위 온도의 변화에도 온혈동물인 인간은 항상 일정한 체온을 유지하고 있는데, 정상체온은 37℃이나 이른 아침에는 36.2℃, 늦은 오후에는 37.6℃로 올라간다.
    건강한 인간이 안정상태에 있을 때의 구강온도는 직장온도보다 0.6℃ 낮고, 겨드랑이온도는 구강온도보다 0.2℃ 낮다. 인간의 정상 체온은 겨드랑이온도로 36.9℃라고 하며, 이 온도는 동양인이나 서양인이나 거의 차이가 없다. 소아는 성인보다 약간 높고, 노인은 낮은 경향이 있다. 그러나 남녀간에는 차이가 별로 없다. 하루 사이에는 변동이 있는데, 새벽 4∼6시에 가장 낮고 저녁 6∼8시에 가장 높으며, 그 차이는 1.0℃ 이내이다.

    이 주기적 변동의 원인은 아직 밝혀지지 않고 있으나, 낮에는 활동하고 밤에는 잠자기 때문에 체내의 열생산이 낮에는 많고 밤에는 적은 것도 한 원인이 될 것으로 생각된다. 즉 인간이 정상적인 생활을 하기 위해서는 적절한 온도의 유지가 매우 중요하다. 추울 때는 두꺼운 옷을 입고 따뜻한 음식을 먹으며 더울 때는 얇은 옷과 시원한 음료를 마시는 것 역시 정상 체온을 유지하기 위한 필수적인 행위라고 할 수 있다.
    선박 역시 마찬가지이다. 선박 내부는 인간의 장기와 같은 역할을 하는 수 많은 기자재들이 제 역할을 톡톡히 하며 선박의 정상적인 운항을 도모한다. 하지만 기자재가 역할을 제대로 수행하기 위해서 쉼 없이 작동하려면 당연히 부가적으로 열이 발생하게 된다. 이러한 열의 발생을 해결하거나 혹은 폐열을 다시 활용하는 것을 바로 냉난방공조설비(HVAC: Heating, Ventilating, Air Conditioning system)라 한다.

    최근 HVAC 제어시스템의 세계시장은 성숙 및 신흥시장에서 견실한 성장률을 지속하고 있으며, ARC협회(세계기업정보: ARC FINANCE LTD)가 발표한 ‘HVAC 제어시스템의 세계시장동향 조사’에 따르면 HVAC 제어시스템의 세계시장은 향후 5년간 약 4%의 연평균 성장률로 성장을 지속할 것으로 나타났다.
    이 시장은 2006년 100억 달러를 넘어 2011년에는 130억 달러에 가까운 규모를 보인 것으로 추정되며 전통적인 HVAC 솔루션과는 극히 대조적으로 현재 비즈니스 어플리케이션에서 일반적으로 갖춰지고 있는 것과 같은 고도의 비즈니스 정보 분석을 행하는 툴을 시설관리자에게 제공할 것을 요구하고 있다.

    따라서 시설관리자는 리얼타임의 성능 데이터에 기초하여 운전을 결정하고, 숨겨진 코스트에 도출해내는 능력을 제공할 수 있는 지능형 HVAC 솔루션을 개발하는 것이 과제라고 이 보고서는 밝히고 있다.
    따라서 사무공간에서의 실내 쾌적성 향상과 편리성 증대를 위해 건축물의 고급화와 정보화에 따라 천정 또는 바닥 공조시스템, Task&Amcient 공조, 자연환기 병용형 하이브리드 공조, 실내공기 재순환 기류방식 등의 제품 및 시공 기술발전이 시급하고 이러한 시스템을 운영하는 전문기술자도 함께 양성되어야만 쾌적한 실내환경과 에너지 절감의 효과를 기대할 수 있을 것이다.

    I. 그린십(Green Ship) 냉난방공조설비의 개요
    1. 그린십(Green Ship) 냉난방공조설비의 정의
    HVAC 시스템(Heating, Ventilating, Air Conditioning system)은 공조냉난방 및 환기를 목적으로 하는 시스템이다.
    현재 선박에 대한 냉난방공조장치가 선박내의 쾌적한 환경 및 냉동목적을 만들기 위해 급격히 채용되고 있으며, 그 대부분은 여객선의 객실, 공동구역을 대상으로 장착되고 있다. 최근에 이르러서는 선박의 근대화 및 첨단화로 공조장비가 승무원의 작업환경개선의 목적으로 유조선에서 일반화물선까지 적용되고 있다.
    이러한 선박냉난방공조시스템에 친환경 및 에너지 절약 차원에서 태양열을 이용한 냉난방공조시스템을 적용하는 등의 방안이 강구되고 있는 실정이다.


    2. 그린십(Green Ship) 냉난방공조설비의 종류
    (1) 공기조화기
    (2) 냉동냉장기기와 관련 부품
    (3) 냉매압축기
    (4) 냉각탑
    (5) 제어계측기
    (6) 난방기기
    (7) 히트펌프
    (8) 열교환기
    (9) 항온항습기
    (10) 에어커튼

    3. 그린십(Green Ship) 냉난방공조설비의 중요성
    (1) 경제성(Economy)
    (2) 생산성(Productivity)
    (3) 유연성(Flexibility)
    (4) 쾌적성(Amenity)
    (5) 독창성(Originality)
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    Ⅱ. 그린십(Green Ship) 냉난방공조설비의 현황
    1. 조선산업의 현황
    2. 기자재산업의 현황
    3. 냉난방공조설비 수출입 현황
    4. 최근 설계기술개발 동향

    Ⅲ. 그린십(Green Ship) 냉난방공조설비의 전망
    1. 세계시장의 전망
    2. 향후 기술개발 방향

    Ⅳ. 그린십(Green Ship) 냉난방공조설비의 당면과제
    1. 원천기술의 부재
    (1) 고효율 냉동공조기기의 최적설계를 수행하기 위한 기초기술개발
    (2) 핵심 원부자재 제조기술 개발(휜, 튜브 등)
    (3) 핵심요소기술개발
    (4) 제품 성능평가 기술 개발

    2. 환경문제에 대한 해결
    (1) 에너지사용합리화에 대한 대응
    (2) 프레온 냉매규제에 대한 대응
    (3) 하절기 전력평준화

    3. 높은 업계의 장벽
    4. 인식제고를 위한 마케팅 전략
    5. 국내의 과열된 경쟁

    Ⅴ. 그린십(Green Ship) 냉난방공조설비의 육성방안
    1. 친환경 소재를 이용한 제품개발의 필요성
    2. 태양열 냉방의 연구에 이용되는 시스템
    ① LibR-H₂O, NH₃-H₂O, LiCl-H₂O, NH₃-LiNO₃ 등을 이용한 흡수식 냉동시스템
    ② CaCl₂-NH₃와 같은 고체 흡수제를 이용한 냉동시스템
    ③ Zeolite-H₂O, Silicagel-H₂O, Silicagel-Methanol 등과 같은 고체 흡착제를 이용한 냉동시스템
    ④ Rankine Engine을 이용한 증기압축식 냉동시스템
    ⑤ 태양열 Desiccant Cooling 시스템
    3. 흡수식 냉방시스템 동향
    4. 흡착식 냉방장치 개발의 필요성

    Ⅵ. 마무리
    최근에는 선박에 대한 냉동공조장치가 선박 내의 쾌적한 환경 및 냉동목적을 만들기 위해 급격히 채용되고 있으며, 선박의 근대화 및 첨단화로 공조장비가 승무원의 작업환경 개선을 목적으로 유조선에서 일반화물선까지 적용되고 있다.
    따라서 선박냉동공조시스템에 친환경 및 에너지 절약 차원에서 태양열을 이용한 냉동공조시스템을 적용하고자 하는 방안을 강구하고 연구하는 것이 절실히 필요한 실정이다.
    더불어 해양에서 운항되는 선박의 경우, 풍부한 태양열 에너지 환경하에 있으며 이를 효율적으로 사용한다면 친환경적이고 고효율의 선박냉동시스템을 구축할 수 있을 것으로 보인다.
    앞서 언급한 태양열구동 선박냉동시스템을 선박냉동에 적용했을 경우, 기본적으로 기존의 선박냉동시스템의 기본 냉동 및 공조설비와 동일하게 구성할 수 있으며, 해양에서 항해하는 선박의 경우에 시스템의 특성상 상당한 진동이 수반되는 환경에 놓이므로 진동 및 흔들림에 큰 영향을 받지 않는 태양열구동 흡착식 냉동/냉장시스템이 추천될 수 있을 것으로 판단된다.
    선박의 종류에 따라 선박 냉동시스템의 구성이 천차만별이며, 단계적인 연구를 통해 공조중심의 냉방시스템에 1차적인 적용을 하면서 적용분야를 넓혀가는 전략이 필요한 시점이라고 할 수 있다.
    문명의 발달로 건물은 점차 초고층화 되어가고 있으며, 또한 보다 지능화되어 가고 있는 추세다. 이러한 건물의 공간들이 인간이 생활하는데 최적의 상태로 유지하기 위해서는 무엇보다도 실내환경의 쾌적성을 확보하는 것이라 할 수 있다. 쾌적한 실내환경이 되지 않을 경우 사무실 근무자의 생산성 저하와 건강의 악영향을 초래하게 된다.
    따라서 건축 계획적 요소, 시각적 요소, 환경적 요소들을 건축계획, 설계 및 시공 단계에서 고려하고 환경설비에 대하여 세심한 관심을 가져야 준공 후 추가설비 비용발생을 줄이고 쾌적한 실내환경을 제공할 수 있다. 특히 건물에서의 에너지 절약을 위해 공기조화설비의 에너지 절약 제어에 대한 기술들이 개발되어 도입되고 있는 추세이다.
    이러한 에너지 절약 제어기법은 대부분 냉난방 효율을 개선시키는 것을 목적으로 하는 것으로 엔탈피 제어, 외기의 온도보상제어, 부하 재설정 제어(Resetting Discharge), 24시간 냉난방시 주간/야간 주기(Cycle) 제어, 최적 냉난방 설비제어, 시간 스케줄(Time Schedule) 제어, 대수 제어, 제로 엔탈피 밴드 제어 등이 있다. 이러한 공기조화설비의 중앙관제 시스템은 계측 및 제어기기의 네트워크를 기반으로 운영된다.
    1990년 이후, 계측제어기기가 급속도로 디지털화 되어가고 기기간의 인터페이스 또한 아날로그 신호방식에서 디지털 통신방식으로 바뀌는 추세에서 표준화의 문제가 크게 대두되고 있는 실정이다. 이러한 상황에 대응하기 위한 개방형시스템의 도입이 필요하다. 개방형 제어 네트워크 프로토콜을 기반으로 한 제품이나 시스템은 제조회사나 설비시스템이 다를지라도 상호통신이 가능하게 되어 시스템 통합이 가능하게 된다.
    개방형 프로토콜로서는 현재 국제적으로 BACnet 및 LonWorks 등의 업계 표준(da facto standard)들이 널리 사용되고 있으며, 이를 기반으로 한 각종 센서장치 및 제어장치들이 개발 및 적용되고 있다. 그러나 일반적으로 이들 개방형 시스템들에서조차 상호호환성을 완전히 충족시키지는 못하고 있는 실정이며 이에 대한 지속적인 연구와 협의가 필요하다.

    ■ 참고문헌
    · Clarkson
    · 한국무역협회
    · 대한설비공학회
    · HNC
    · GEA
    · LHE
    · 지멘스
    · 로크웰오토메이션코리아
    · 한국그런퍼스펌프
    · 문터스코리아
    · 월간 해양과조선 2012년 1월호
    상 호: 메탈넷코리아 매체사업부문(Metal Network Korea Company)
    주 소: 서울특별시 구로구 구로 3동 212-26번지 E-Space 310호 (우편번호)152-053
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