중앙집중냉방 의무대상

왜 배우는가: 중앙집중냉방설비는 대형 건축물의 냉방 전력 피크를 좌우하므로, 설계 단계에서 의무 대상 여부와 방식(축냉식 또는 가스식)을 먼저 판단해야 한다. 이 기준은 기계설비 설계 실무와 인허가 검토에서 반복해 적용되고, 시험에서도 대상과 기준 수치를 묻는 방식으로 자주 출제된다.

출제 이력: 제132회 1교시 11번, 제109회 1교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

일정 규모 이상 건축물의 중앙집중냉방설비를 축냉식 또는 가스식으로 설치하도록 정한 대상과 기준이다.

• 중앙집중냉방
• 축냉식
• 가스식 중앙집중냉방
• 주간 최대냉방부하
• 빙축열
• 축열조
• 의무대상 건축물
• 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 큰 건물은 여름 낮에 냉방 부하가 한꺼번에 몰린다. 이때 전기 냉동기만으로 냉방하면 설비 용량과 전력 피크가 커진다. 그래서 밤에 만든 냉열을 저장했다가 낮에 쓰는 축냉식이나, 가스를 연료로 쓰는 방식을 일정 건물에 의무로 정하였다.

정식 정의로는 중앙집중냉방설비가 한 곳의 열원설비(냉동기, 냉각탑 등)에서 만든 냉수를 배관으로 여러 실에 보내 냉방하는 설비이다. 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」 제23조 제2항은 제2조 제3호부터 제6호까지의 건축물 중 기후에너지환경부장관이 국토교통부장관과 협의하여 고시하는 건축물에 중앙집중냉방설비를 설치하는 경우, 기후에너지환경부장관이 협의하여 정하는 바에 따라 축냉식 또는 가스를 이용한 중앙집중냉방방식으로 하도록 규정한다. 즉 의무의 주체는 설비를 설치하는 건축물이고, 의무의 내용은 냉방방식의 형식이다.

의무대상 건축물은 용도와 연면적 기준으로 나뉘며, 예컨대 연면적 1만㎡ 이상의 중앙집중식 냉난방 건물이 포함된다. 의무대상 건축물에 중앙집중냉방설비를 설치하는 경우 설치 규모는 건축물의 주간 최대냉방부하의 60% 이상을 축냉식 또는 가스식 설비로 수용하는 것이다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 축냉식은 야간의 저렴한 전력으로 얼음이나 찬물을 만들어 축열조에 저장하고, 주간에 꺼내 냉방에 쓰는 방식이다. 대표적인 형태가 빙축열이다.
• 가스식 중앙집중냉방은 도시가스 등 가스 연료로 흡수식 냉동기 등을 구동하여 냉수를 만드는 방식이다. 주간 전력 사용을 줄이는 효과가 있다.
• 주간 최대냉방부하는 낮 시간대에 건물이 요구하는 냉방 열량의 최댓값이다. 의무 설치 규모의 기준이 된다.

3. 등장 배경과 필요성

여름철 낮 시간에 냉방 전력이 집중되면 발전 설비와 송배전 설비의 여유가 줄어든다. 이 문제를 줄이려고 야간에 남는 전력을 냉열 형태로 저장하는 축냉식이 도입되었다. 축냉식은 주간 전력 피크를 낮추고, 야간 기저부하를 활용하는 효과가 있다.

축냉식 설비는 초기 투자비가 일반 냉방설비보다 높아서 보급이 느렸다. 설계자와 건물주가 기술 신뢰를 얻고 투자비를 회수할 수 있는 조건이 마련되어야 확산될 수 있다. 법정 의무화는 이런 초기 장벽을 제도로 넘기 위한 장치이다.

가스식 중앙집중냉방은 전력 피크를 분산하는 또 다른 수단이다. 가스를 연료로 쓰면 주간 전력 사용을 줄이고, 설비 구성에 따라 에너지 이용 효율을 높일 수 있다. 두 방식 모두 건축물 단위의 에너지 절약과 온실가스 저감 정책과 맞물려 있다.

공공기관 에너지이용 합리화 규정도 같은 방향이다. 계약전력이 큰 건축물에 에너지저장장치(ESS)를 설치하도록 하는 등 전력 피크 저감 조치를 함께 요구한다. 중앙집중냉방 의무대상의 기준은 이런 정책 흐름 속에서 설계 단계의 방식 선택을 규정한다.

4. 구성요소·원리·절차

중앙집중냉방설비는 열원(냉동기·축열조·가스흡수식 냉온수기)에서 만든 냉수를 배관으로 여러 실에 보내는 방식이다. 이 절은 설비를 구성하는 요소와 운전 원리, 의무 설치 대상을 판단하는 순서를 정리한다.

축냉식은 야간의 저렴한 전력으로 얼음이나 냉수를 만들어 저장했다가 낮 냉방부하에 쓰는 방식이다. 이때 저장 매체를 축열조라 하고, 얼음을 쓰면 빙축열, 냉수를 쓰면 수축열이라 부른다. 가스식은 도시가스 등을 연료로 하는 가스흡수식 냉온수기나 가스엔진 구동 열원을 쓴다.

표의 열원기기와 축열조가 축냉식과 가스식을 구분하는 핵심 구성이다. 축열조 유무에 따라 축냉식 여부가 갈리고, 열원의 연료에 따라 가스식 여부가 갈린다.

축냉식의 원리는 열을 잠열 또는 현열로 저장하는 것이다. 얼음 1kg이 융해할 때 흡수하는 잠열은 약 333kJ이다. 물의 현열 1kg·1℃당 4.19kJ과 비교하면 같은 질량에서 저장 밀도가 훨씬 크다. 그래서 빙축열은 좁은 면적의 축열조로 많은 냉열을 저장할 수 있다.

축냉식은 전력 피크 시간대의 냉방부하를 야간 축열로 옮기는 방식이다

축냉식 운전 절차는 다음과 같다.

• 야간 시간대에 열원기기를 가동해 축열조에 냉열을 저장한다.
• 주간 냉방부하를 계산하고 축열량과 열원 출력을 배분한다.
• 주간에는 축열조에서 냉열을 꺼내 부하를 담당한다.
• 부족분은 열원기기가 직접 공급하고 축열량을 재계산한다.
• 축열 잔량과 부하 추이를 보고 다음 날 축열 운전 계획을 정한다.

가스식은 연료의 열에너지로 흡수식 냉동 사이클을 구동한다. 흡수식은 냉매(물)와 흡수제(리튬브로마이드 용액 등)의 흡수·재생 과정을 이용한다. 전기 구동 압축식과 달리 전력 피크를 키우지 않는 것이 장점이다. 구동 열원이 가스이므로 연소 배기와 가스 공급 설비의 안전 관리가 함께 따른다.

이 설비의 설계 순서는 다음과 같다.

• 건축물의 주간 최대냉방부하를 산정한다.
• 의무 설치 대상과 용도별 연면적 조건을 확인한다.
• 축냉식 또는 가스식 방식을 선택한다.
• 축열량 또는 열원 용량이 최대냉방부하의 60% 이상을 수용하도록 용량을 정한다.
• 열원·축열조·반송설비를 배치하고 제어 방식을 정한다.

의무 설치 용량 기준은 주간 최대냉방부하의 60%이다. 예를 들어 주간 최대냉방부하가 1,000kW라면 축냉식 또는 가스식 설비가 600kW 이상을 담당할 수 있어야 한다. 계산식은 Q_{설치} \geq 0.6 \times Q_{max} 이고, Q_{max}는 주간 최대냉방부하(kW)이다. 결과 600kW는 건물 규모에 비해 상식 범위 안의 값이다.

5. 관련 법령·기준·표준

중앙집중냉방설비의 의무 기준은 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」 제23조에 있다. 이 조문은 제2조제3호부터 제6호까지의 건축물 중 기후에너지환경부장관이 국토교통부장관과 협의해 고시한 건축물에 중앙집중냉방설비를 설치하는 경우, 축냉식 또는 가스를 이용한 방식으로 하도록 정한다. 구체 대상과 용량 기준은 같은 조문의 위임에 따른 고시가 정한다.

관리 측면에서는 「공공기관 에너지이용 합리화 추진에 관한 규정」이 공공기관에 적용된다. 이 규정은 난방 18℃ 이하, 냉방 28℃ 이상의 실내온도 기준을 정하고, 중앙집중식 냉난방 방식 중 비전기식 설비가 60% 이상인 경우 기준을 2℃ 범위에서 완화할 수 있다고 정한다. 이 규정은 개정 이력이 있으므로 최신 고시를 확인해야 한다는 메모는 본문에 쓰지 않는다.

표의 설치 방식과 설치 용량이 의무 대상 판정의 핵심이다. 실내온도 기준은 공공기관이 냉난방 에너지를 관리할 때 쓰는 값이며, 설비 설치 의무와는 별개의 규정이다.

의무 대상 판정은 용도와 연면적을 함께 본다. 업무시설·판매시설·연구소, 숙박시설·기숙사·실내수영장, 일반목욕탕은 용도별로 관련 기준이 정한 연면적 이상이 대상이 되고, 중앙집중식 냉난방을 설치하는 건물은 1만㎡ 이상이 대상이 된다. 이 기준은 공개 자료에 기재된 값이며, 적용 전 해당 고시 원문을 대조하는 것이 필요하다.