건물분야에서 탄소중립을 위한 에너지효율기준·정책이 강화되고 있지만 냉동·냉장창고의 경우 24시간 온도를 유지해야 함에도 오히려 예외를 적용, 관리의 사각지대가 되고 있다. 특히 냉동·냉장창고 에너지소비량의 대부분을 차지하는 냉동기, 유니트쿨러 등은 냉매배관을 통해 다량의 에너지손실이 우려됨에도 배관단열에 대한 에너지관리는 더욱 요원한 실정이다.
단열 또는 보온은 물체 사이에 존재하는 열의 이동을 막는 것을 의미하는데 열의 이동은 내·외부 온도차나 경계가 되는 배관 및 단열재의 열전도도가 클수록 많아진다. 특히 배관 내 흐르는 유체는 외부와 온도차가 크기 때문에 손실 또는 획득되는 열량이 건축물의 경우보다 매우 크다.
물류창고는 냉동·냉장 등 온도에 민감한 다양한 물품을 저장하고 유지하기 위한 기계설비와 그에 부속된 배관시스템들이 많아 노출된 배관을 통해 낭비되는 에너지는 없는지를 보다 면밀히 설계하고 유지관리할 필요성이 있다.
그러나 현재 국내의 배관단열 기준은 배관의 관경, 주변온도 이하 등 정해진 조건에서 정해진 두께를 적용토록 하는 사양적인 기준에 그치며 이마저도 예외규정이 많아 고려되지 않고 있다.
환경이 서로다른 다양한 공간을 지나는 배관의 경우 특정구간에서 손실되는 열량이 다르므로 열방출 또는 획득량의 기준을 정하고 이를 바탕으로 엔지니어가 합리적인 두께를 설계하도록 바꿀 필요가 있다.
이번 기획에서는 그간 에너지효율화 측면에서 주목받지 못한 냉매배관과 관련된 국내 기준을 점검하고 개선방안을 모색한다.
콜드체인, ‘단열조치 예외’
정부는 오는 2030년 온실가스 감축목표를 2018년대비 40% 줄이기로 결정했다. 건물부문은 탄소중립을 위해 제로에너지건축물(ZEB)을 확산하고 점차 증가하는 ZEB인증 수요에 대응하고 있다.
앞서 2017년부터 냉난방에너지를 획기적으로 절감할 수 있는 패시브하우스 수준의 설계기준을 적용하고 있으며 2020년에는 1,000㎡ 이상 공공부문 건축물의 ZEB의무화가 시작됐다.
오는 2023년 500㎡ 이상으로 공공부문 의무화가 확대되며 2025년 1,000㎡ 이상 건축물에 민간부문 의무화가 예정되는 등 지속적으로 수요가 증가, 모든 신축 건축물에 대해 ZEB 수준으로 의무화되는 에너지절약 계획을 추진해나가고 있다.
현재 건축물은 녹색건축물조성지원법 법령에 따라 에너지절약계획서를 의무적으로 제출해야 하지만 냉방 또는 난방설비를 설치하지 않는 건축물은 예외대상으로 분류한다. 즉 기계설비부문의 경우 냉난방, 급탕관련 기기배관 및 덕트 보온단열공사가 이에 해당되나 소화설비 배관과 냉매설비 배관의 경우에는 해당사항이 없다.
특히 콜드체인 냉동냉장 물류창고의 경우에는 냉매용 배관이 주된 배관설비임에도 배관·덕트 보온단열공사가 면제되는 것이다.
또한 건축물에너지절약설계기준은 제2조 제3항 제1호를 통해 창고, 차고, 기계실 등으로서 거실의 용도로 사용하지 않고 냉난방설비를 설치하지 않는 건축물 또는 공간은 열손실방지 조치를 강제하지 않고 있다.
냉동·냉장창고는 물품을 저온상태로 보관하는 공간으로 거주, 집무, 작업, 집회 등 거실의 목적으로 사용할 수 없으며 냉동·냉장창고에 설치되는 설비는 건축물의 용도 및 개별실 특성에 맞는 온도를 유지하기 위해 용량이 산정되는 냉난방설비로 해석하지 않을 수 있어 이러한 냉매배관의 보온단열공사는 열손실방지 조치 예외대상에 해당된다.
기계설비 배관단열 ‘진일보’
냉동·냉장창고의 배관단열이 관리되지 않고 있어 일반 건축물에 적용되는 기계설비 배관단열기준에 부합하는 수준으로 관리해야 할 필요성이 크다.
국내에서 단열에 관한 용어 및 시공방법 등 내용은 한국산업규격 KS F 2803(보온·보랭시공표준)에서 규정하고 있다. 이 규격은 연료공업 제반장치, 공조설비 및 급·배수 위생설비 등 보온·보랭공사에 대해 규정한다.
현재 배관단열 현장에서는 용어의 정의 및 내용들이 혼재돼 사용되고 있으나 KS는 보온단열에 대해 열의 흐름 즉, 열이동이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동되는 것을 방지하는 구조재를 총칭한다. 이에 따라 어떤 물체로 대류가 일어나지 않는 공기층을 만들 수 있으면 단열재가 된다.
보온이란 상온 이상 약 1,000℃ 이하의 물체를 피복해 열방산을 최소로 하거나 피복 후 표면 온도를 저하시키는 것을 목적으로 하는 조치를 말하며 보온재는 보온을 목적으로 사용하는 재료로 통상 사용온도에 대한 열전도율이 0.15W/mk 이하인 것을 가리킨다.
보랭은 상온 이하 물체를 피복해 침입열량을 최소로 하거나 피복 후 표면온도를 이슬점 이상으로 해 표면결로를 발생시키지 않는 것을 목적으로 하는 조치를 말하며 보랭재는 보랭을 목적으로 사용하는 재료. 통상 낮은 열전도율 또는 낮은 투습률인 것을 사용한다.
방로는 보랭의 일부로 주로 0℃ 이상, 상온 이하 물체표면에 결로를 발생시키지 않기 위한 조치를 말하며 방로재는 방로를 목적으로 사용하는 재료를 말한다.
또한 배관단열의 경우에는 크게 플랜트배관, 기계설비배관, 소화설비배관, 냉매설비배관 및 각종 기기류의 배관으로 나뉜다.
기계설비배관부문은 기존 건축기계설비표준시방서에서 각 재료에 따른 단열두께를 별도로 적용토록 정한 기준에 따라 오랜 세월에 걸쳐 기준서 역할을 하며 실무에 적용돼왔다. 2000년 이후 건축물의 단열기준은 급격히 상향된 반면 기계설비 배관관련 기준은 오랜기간 개정없이 답보상태에 있었다.
대한기계설비산업연구원은 연구를 통해 기계설비배관 및 장비 단열기준에 관한 개선안과 함께 ‘KRIMFI 배관 및 장비 단열기준’을 제시, 2021년 6월7일 기계설비법에 따라 ‘기계설비기술기준 보온설비의 설계 및 시공방법 등 세부 기술기준’을 개정했다.
건설기준코드 KCS 31 20 05 보온설비(구 기계설비 표준시방서, 이하 보온설비기준)는 2021년 2월19일 기존의 미네랄울, 유리섬유 등 재료 위주의 단열재 기준에서 건축단열과 동일한 열전도도 기준으로 변경됐으며 동시에 동일성능의 단열재임에도 적용 두께를 다르게 적용받는 역할을 했던 표면온도 기준이 삭제됐다. 이러한 내용이 기계설비 기술기준 별표 10으로 고시된 것이다.
보온설비기준은 건축물에너지절약 설계기준 상 EPI와 에너지절약형 친환경주택 건설기준에서 인용하고 있다. 이중 EPI는 건축허가를 신청하거나 용도변경 허가신청 또는 신고하는 연면적 500㎡ 이상 모든 건축물에 대해 배관 및 덕트 단열두께를 KCS 대비 20% 이상 두께를 상향하는 경우 2점을 부여한다.
에너지절약형 친환경주택 건설기준은 30세대 이상 공동주택, 50세대 이상 도시형생활주택, 300세대 이상 주상복합아파트 등 주택법상 사업계획승인 대상에 대해 보온설비기준을 적용토록 하고 있다.
이처럼 올바른 배관 보온단열공사의 적용두께를 열전도율 값에 따라 통일했으며 보다 상향된 단열두께를 적용, 한 단계 보강된 단열두께를 적용하게 됐다. 이는 현재 시행 중인 ZEB 취지에도 부합하는 것으로 건물에너지성능 강화에 적합한 단열두께 기준안을 제시했다는 의미가 있다.
콜드체인 배관단열 주류 ‘냉매배관’
보온단열 제도·기준 정비필요
이밖에 녹색인증기준과 건축물에너지효율등급, ZEB인증제도에는 배관단열 관련 별다른 언급은 없다. 다만 ZEB인증제도는 냉난방, 급탕, 조명, 환기 등 단위면적당 1차 에너지소요량 산출을 위해 ECO2 프로그램을 사용하고 있는데 기계설비 배관단열 입력정보는 배관구간 길이와 단위길이 배관의 열관류율 등 두 가지 정보를 제한적으로 입력할 수 있다.
그러나 기계설비산업연구원이 주거 및 비주거 각 3개 건축물 시뮬레이션에 대해 단열성능(열관류율) 변화에 따른 1차 에너지소요량 계산을 수행한 결과 기계설비 배관을 통한 열출입량을 파악할 수 없을 뿐만 아니라 배관단열 설계에 따른 차별성이 나타나지 않는 한계가 나타났다.
또한 연구에서 공동주택, 사무실, 학교, 병원, 복합건물 등 14개 현장을 대상으로 배관단열 적용 실태 등을 조사한 결과 펌프, 밸브주위 등에서의 결로 발생, 보온재 훼손 및 시간경과에 따른 유지관리 미흡 등 문제점이 확인됐다. 이에 더해 조사대상의 과반이 해당 건축물의 준공연도에 적용되는 기준에 못 미치는 단열두께를 적용한 것으로 파악됐다.
특히 냉매배관의 경우에는 공조용 에어컨냉매 배관단열에 대한 내용이 ‘기계설비기술기준-보온설비의 설계 및 시공기준’에서 가스관과 액관에 적용되는 두께 정도로 간단히 언급된다.
콜드체인 냉동·냉장 물류창고 냉매설비 배관의 경우에는 국내에 별도의 기준서 및 표준시방서가 아직 미비하다. 표준화된 품질기준이 아닌 각각의 해당 보온단열재 공급업체들에서 제시한 단열두께와 내용들로 혼용된 실정이므로 콜드체인부문의 보온단열공사 시공표준안이 빠른 시일 내 정비돼야 할 전망이다.
신선식품들에 대한 요구가 증가하고 있는 가운데 발생한 코로나19는 냉동·냉장의 필요성을 더욱 강조하고 있으며 식품품질 유지가 관건인 대형유통산업들과 함께 백신 등 각종 의약분야까지도 콜드체인 물류창고산업이 가파르게 확대되고 있는 추세 속에서 관련기준도 발빠르게 대응할 필요성이 크다.
이와 함께 관련분야인 냉매용 배관 보온단열재 업종도 신축되는 물류창고들로 인해 많은 특혜를 보고있는 시장이다. 특히 저온 냉매배관의 특성상 열린셀(Open-Cell) 구조의 소재보다 닫힌셀(Closed-Cell) 구조로 된 고무발포단열재 등 유기질발포폼 형태의 보온단열재의 수요가 크게 증가할 것으로 전망되므로 관련제도 정비를 통한 기준제시가 시급하다.
배관단열 기반 E절감 기대
건축물 기계설비 배관단열의 경우 기계설비법 제15조에 따라 신축건축물의 경우 착공 전 및 사용 전 검사제도가 동반돼 개선이 예상되는 만큼 콜드체인 물류창고 역시 이를 활용할 수 있을 전망이다.
기계설비법에 따라 배관단열 두께확인 등이 이뤄질 것이며 기존건축물 역시 기계설비 유지관리에 대한 점검 및 확인 등에 따라 배관단열의 상태 등을 지속적으로 점검해야 한다. 기계설비법에서 유지관리자는 보온설비의 외관, 운전, 안전관련 사항을 주기적으로 점검하고 성능점검업자는 1년에 1회 이상 성능을 점검해야 한다.
건축물의 경우 2000년 이후 지속된 단열기준 상향으로 30년 전 사용승인 대비 최근의 아파트는 43%, 단독주택은 31% 에너지소요량이 저감된 것으로 나타났다. 향후 기계설비 배관단열 또한 건축물에너지 절감에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대되는 대목이며 콜드체인 물류센터 역시 큰 폭의 에너지절감이 기대된다.
다만 유기질 재료들의 경우에는 저온 냉매배관에서 요구하는 결로와 결빙 방지기능에서 우수한 장점과 편리한 시공성까지도 겸비하고 있으나 화재안전 관점에서 불연화에는 한계가 있으으로 이는 여전한 과제로 남을 전망이다.
2022년 1월27일 중대재해처벌법이 시행된 상황에서 건축물의 불연화를 요구하는 추세가 증가할 것으로 예상되므로 이에 따른 화재안전성이 이슈가 될 것으로 예상된다.
각 재료들이 지닌 물리·화학적 특성이 다르므로 꾸준한 연구개발을 통해 궁극적으로는 사람의 생명과 재산을 보호할 수 있도록 화재에 강하고 안전한 불연성능 재료로의 적용이 이슈화될 전망이다.
