지역난방의 원리

[하얀돌]

추운 겨울 찬바람이 옷깃을 파고들면 따뜻한 방바닥이 그리워지곤 한다. 따끈따끈한 방바닥에 배를 깔고 누워 군밤을 까먹으며 책을 보는 재미는 그 무엇과도 바꿀 수 없으리라. 이렇게 우리에게 따뜻함을 가져다주는 난방기술은 여러 가지가 있다. 옛날에는 나무를 때서 난방을 하였으나 점차 연탄으로, 석유로, 도시가스로 난방을 하는 방법이 달라져왔다. 최근에는 대단지 아파트나 빌딩에서 개별세대별로 난방을 하는 것이 아니라 단지자체에 난방시설이 있어서 각 세대에 난방을 공급하는 방식으로 점차 변화하여 왔다. 이렇게 중앙에서 난방을 할 수 있는 온수를 각 세대에 공급할 때 물을 데우는 방법에도 여러 가지가 있다. 아파트 자체에서 연료를 이용하여 온수를 만든 후 공급할 수도 있고 지역난방처럼 한국지역난방공사 에서 관리하는 열 생산시설에서 공급된 중온수를 열원으로 온수를 만들어 공급할 수도 있다. 최근 들어 많은 대단지 아파트나 지역에서 지역난방 방식으로 난방이 이루어지고 있다. 지역난방이란 도대체 어떤 방법과 절차를 걸쳐 각 세대에까지 난방을 공급하는 것일까?

지역난방이란?

지역난방이란 전기와 열을 동시에 생산하는 열병합발전소, 쓰레기 소각장 등의 열생산 시설에서 만들어진 120℃이상의 중온수를 도로 하천 등에 묻힌 이중보온관을 통해 아파트나 빌딩 등의 기계실로 공급하고 일괄적으로 온수와 급탕을 공급하여 난방을 할 수 있도록 하는 난방방식이다. 중온수란 100℃이상으로 가열된 물을 말한다. 보통 물은 1기압일 때 100℃에서 끓지만 기압이 높아지면 100℃이상이 되어야 끓는데 이렇게 높은 압력에서 100℃ 이상의 온도를 유지하는 물을 중온수라 한다. 이 중온수는 매우 온도가 높기 때문에 바로 세대로 공급되지 않고 일단 아파트 단지 혹은 건물 내에 설치된 중간기계실에 공급된다. 공급된 중온수는 기계실에 설치된 열교환기를 통하여 건물 내의 물로 열을 전달해 주고 그렇게 데워진 온수가 각 세대로 연결된 배관을 통하여 난방수 및 급탕수로  최종 공급된다. 발전소에서 공급된 중온수는 열교환을 마친 후 다시 회수관을 통하여 처음에 가열해서 출발한 열병합발전소 등으로 다시 돌아오며 재가열되어 사용된다.

지역난방은 각 건물이나 개별세대에 난방시설을 따로 설치할 필요가 없으므로 안전하고 쾌적하며 편리하다는 장점을 가지고 있어 입주자들이 가장 선호하는 난방방식이며 또한 일부러 연료를 사용해서 온수를 만들어내는 것이 아니라 다른 발전 등 다른 작동과정에서 발생한 열을 이용하는 것이기 때문에 경제적이면서도 환경오염이 적게 일어나는 난방방식이다.  

열 교환과정

열교환은 어떻게 일어날까?

지역난방공사의 발전소에서 건물로 공급되는 중온수는 건물의 시설 2m밖에 설치되어있는 최초차단밸브까지이며, 그 이후부터는 건물의 관리사무소에서 중온수를 관리하게 된다. 이때 건물에 공급되는 중온수의 온도는 약 115℃이상이며 열을 전달해주고 회수되는 물의 온도는 65℃이다. 건물에서는 45℃의 물을 통과시켜 60℃까지 온도를 높여서 각 세대의 난방수로 공급해주고 있으며 급탕의 경우는 최대 55℃의 물로 각 세대로 보내준다.

열을 교환하는 과정에서 발전소의 물과 건물의 물은 서로 섞이지 않고 열만 교환된다. 발전소에서 온 뜨거운 물과 건물을 돌고 나온 물은 판형열교환기를 서로 반대방향으로 통과하며 열만 주고받는다. 위 그림에서 붉은 색으로 표현된 뜨거운 물은 열병합발전소에서 온 중온수이며 파란색으로 표현된 물은 건물에서 공급되는 온도가 낮은 물이다. 열교환기를 거치면 발전소에서 온 물은 열을 빼앗겨서 온도가 낮아진 상태로 회수되며 건물 쪽에서 공급된 물은 열을 얻어서 온도가 높아진 상태로 각 세대에 공급될 수 있는 것이다.

판형열교환기와 열의 교환과정

전열판은 판형열교환기에서 가장 중요한 핵심부품이다. 전열판은 스테인레스를 기본재료로 하여 크롬, 니켈, 철, 몰리브덴 등이 함유되어 있으며 두께는 0.6mm로 16기압, 150℃의 고압, 고온에서도 견딜 수 있도록 만들어져 있다. 전열판은 다양한 난류가 형성되어 효율적으로 열을 전달할 수 있도록 여러 가지 각을 이루는 파형이 새겨져 있다. 주름진 각을 적절히 혼합하여 열전달 효율을 최대한으로 높이고 있다.

각 세대에서 온도조절은 어떻게 할까?

건물 내의 기계실에서 열교환기를 거치며 따뜻하게 데워진 물은 건물에 설치된 온수관을 통해 각 세대로 공급된다. 공급된 따뜻한 온수는 각 세대에 설치되어있는 온수분배기를 거쳐 난방이 필요한 방으로 공급되고 방바닥에 깔려있는 관을 돌며 방을 따뜻하게 데우게 된다. 방을 돌고 나와서 온도가 낮아진 물은 환수관을 통해 다시 건물의 기계실로 돌아오게 되며 이 물은 다시 열교환기로 들어가 데워지게 되는 과정을 반복하게 된다.

온수분배기

각 세대에는 온도조절기가 설치되어있어서 적정한 온도로 조절할 수가 있는데 설정한 온도가 되면 온도센서에서 온도를 감지하여 물의 공급이 멈추게 되며 온도가 낮으면 다시 온수가 공급되어 자동으로 방의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 한다. 또한 각 세대에는 사용한 물의 양을 측정하기 위한 난방계량기가 설치되어 있다. 온수가 난방계량기를 통과하면서 계량기안의 미터기를 회전시켜 흘러간 물의 양을 측정할 수 있게 된다. 이렇게 측정된 물의 양은 밖에서 검침할 수 있도록 세대의 외부에 지시기가 설치되어 있어서 각 세대가 사용한 양에 따라 난방요금을 부과할 수 있게 된다. 이렇게 각 세대별로 난방계량기가 설치되어 있어서 좋은 점은 가정마다 필요한 만큼의 난방을 할 수 있을 뿐만 아니라 또 사용한 양만큼 요금이 부과되므로 절약의 효과 또한 크다.

지역난방의 열은 전기를 생산하는 과정에서 발생한 고온의 열을 이용하는 것이므로 다른 에너지에 비해 친환경적인 에너지라 할 수 있다. 에너지 원료의 97%를 수입에 의존하는 우리나라의 현실에서는 에너지를 절약할 수 있는 다양한 방법을 연구할 수밖에 없는데 이런 측면에서 지역난방은 쾌적하면서도 에너지를 절약할 수 있는 난방방법 중 한 가지이다.

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1. 한국지역난방공사

   1985년 설립된 공기업으로 집단에너지사업의 효율적 수행을 통해 기후변화협약에 능동적으로 대응하고, 에너지를 절약하며, 국민 생활의 편익을 증진하기 위함이 설립목적이다. 지역 냉·난방사업, 전력사업, 신재생에너지사업 등을 주요사업으로 하고 있다.

글 홍제남 / 오류중학교 교사, 서울과학교사모임

서울과학교사 모임은 딱딱한 과학수업을 재미있게 풀기 위해 모인 수도권 지역 과학선생님들의 모임이다. 재미있는 과학 교육을 위해 [묻고 답하는 과학 톡톡 카페1,2], [숨은 과학] 등을 출간하였다.

발행일  2010.12.20

그림 곽윤환 / 일러스트레이터

전남 진도 출생으로 홍익대학교 미술교육원에서 수묵화를 전공하고 만화, 일러스트 작가로 활동 중이다. 최근에는 동화, 교과서 삽화 등을 그리고 있으며 한국교육과정평가원의 삽화팀을 맡고 있다. http://blog.naver.com/redeye21c

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물 없이 세탁한다

냉장고의 원리

[별빛]

하얀돌님, 유익한 자료를 전해주셔서 감사합니다. 공부가 많이 되었습니다.
미도아파트의 난방방식은 종전의 중앙난방식 설비에 지역난방식 설비를 단순히 연결한 구조로서 각 가정에 필수적으로 설치되어야 할 계량기가 설치되어 있지 않습니다. 난방배관을 바꾸면서 계량기를 설치할 예정이며, 그렇게 된다면 각 가정의 사용량을 정확히 측정할 수 있고 필요에 따라 각자 실내온도를 높일 수 있으므로 맞춤형 난방의 이점에 의해 춥게 지내시는 세대의 문제점이 거의 해소될 것으로 전망합니다.

[별빛]

열량계를 설치하지 않았기에 그동안 에너지 절약에 관심이 없었던 저희들이었습니다.
배관교체와 계량기 설치에 의해 절약 정신의 미덕을 길러나가게 된다면 예상했던 것보다 난방비가 더욱 절감될지도 모르며, 보다 쾌청하고 떳떳한 마음을 지키며 살 수 있을 것 같습니다.

개스보일러 시범설치를 저지하는 한편, 정부지원에 의한 배관교체사업을 추진했던 보람을 이제야 느낄 수 있게 되었습니다.
실질적으로는 공사비를 한 푼도 지출하지 않고도 배관교체 공사가 가능하므로 한시 빨리 그 작업이 완료되어야 하겠습니다.