이것 저것

복사난방에 대해서

2 gklee 10 334 05.06 13:17

복사난방의 열 전달 개념이 영 와닿지가 않습니다.

 

제가 궁금한건 만약 건물을 지을때 복사난방 파이프를 안깔고 지은뒤 파이프가 그냥 노출되어 깔려있어서 열이 공중으로 퍼지면 난방 효율이 달라지는건지, 파이프가 깔리고 위에 스킵플로어처럼 위로 띄워진 목재 데크같은게 쫙 깔리면 그 공간이 제대로 난방이 안되는건지 모르겠습니다. 

Comments

M 관리자 05.07 10:51
바닥몰탈+난방파이프 : 복사난방 + 축열 = On Off에 따른 온도변화가 적다. 초기온도상승이 어렵다.
공기 중의 난방파이프 : 복사난방 = 온도변화가 크지만, 초기 온도 상승이 쉽다. (빠른 난방)
목재 바닥 하부의 난방파이트 : 복사난방 + 그 위에 얇은 단열재 = 이도 저도 아니다.
입니다.

하지만, 집이 건전해지면 질 수록 이 차이는 줄어 듭니다.
2 gklee 05.08 00:27
답변 감사합니다.

바닥몰탈+난방파이프 vs 공기중에 노출된 난방파이프를 비교하면 왠지 몰탈에 파묻혀 구조체와 일체화된 전자가 에너지 효율적인 측면에서 막연히 유리할것같습니다. 즉 같은 실내온도를 유지함에 있어서 더 적은 에너지를 사용할것같은데 맞을까요? 전자는 한번 난방 시작했을때 열을 느낄때까지 에너지를 많이 사용하는 대신 유지를 위해 더 적은 에너지를 사용할것같고 후자는 난방열기를 금방 느끼는 대신 자주 껐다켰다 하거나 혹은 설치배관길이를 줄이거나 보일러를 전자 대비 비교적 저온으로 꾸준하게 돌려줘야할것같구요.

하지만 이 차이가 자동차 운행방식과 비교하면 바닥몰탈/난방파이프는 탄력주행이라고 말하는 속도를 높였다가 줄어들면 또 높였다가를 반복하는 방식이랑 비슷한것같고 공기노출된 파이프를 사용해 비교적 낮고 일정하게 보일러를 꾸준히 돌리는게 크루즈컨트롤처럼 컴퓨터가 엔진을 일정한 속도로 유지시키는 방식과 비슷해보이는데 일반적으로 후자의 경우가 연비효율이 더 좋지 않습니까? 아무리 생각해도 상상만으론 모르겠습니다.
3 홍도영 05.08 01:13
그래서 전자는 피크부하(동이나 알루미늄과 연동)를 후자는 기본부하를 커버하기위해 (구조체에 매립)주로 사용이 됩니다.
G 지배철 05.08 08:02
무척 신선한 비유입니다.

자동차 엔진의 구동력은 실시간으로
마찰력을 통해 지면에 전달되어
자동차가 달립니다.

난방은 꾸물거리는
공기나 물을 통해
슬그머니 전달됩니다.

그 차이 아닐까요?
아님 말고리즘~~~
3 HVAC 05.08 14:37
예전의 기억을 불러보면 복사 대류 전도 라는 세가지를 배웠었었죠.

전도는 금속등 열에너지의 고체 전달이고 : 삽겹살집에서 젓가락에 여러번 데셨죠?? 이겁니다.

대류는 유체의 밀도차이에 의한 전달이고: 난로 중에 바람나오는 난로있죠. 아님 집에 마루마다 있는 에어컨. 이겁니다! 바람(=공기) 이던 물이든 유체의 에너지를 통한 열전달.

복사는 음...
태양하고 지구있죠.. 이겁니다. 지구에 여름 겨울 계절이 바뀌는게 지구 마그나 영향도 아니고 태양에서 오는 에너지죠. 지구와 태양 사이에 공기가 있나요? 없죠. 복사는 중간 매개체 (전달)이 없습니다. 그래서 지구까지 숭 와서 여름 겨울을 만드는 에너지의 근원이죠..

질문하신 바닥 난방이 뭐냐? 는 답은 이 세가지 다 입니다  만 복사라고 표현하죠.
볼까요. 보일러에서 온수 80도를 만들어서 펌프를 통해 바닥 코일로 흐릅니다. 흔한 표현으로 돕니다. 바닥 엑셀 파이프 내부는 80도 (대략)이 흐르고 온수 80도는 파이프에 열을 전도합니다. 정확히는 전달인데요. 암튼 ㅍ데워진 파이트 표면은 바닥 몰탈로 열을 전도 합니다. 고체와 고체간의 열전달이니 전도가 맞고요.

이제 우리 방바닥은 따듯해집니다. 따듯해진 방바닥은 바닥면의 공기에 열전달을 하죠. 열전달은 고체와 유체간의 이동을 뜻하죠. 이렇게 데워진 하부의 공기는 상부로 상승합니다. (대류)
그럼 복사는 없지 않냐? 하는 의문이 들죠.
이때 과학자들은 표면 온도가 절대 영도까지는 모든 표면은 가진 온도에 비례해서 복사파를 방출한다는걸 발견했습니다. 이 법칙을 슈테판 볼츠만의 법칙이라고 하고
Q=KT^4 이란 대략의 식으로 표현합니다.

무슨 * 소리냐고 하시겠지만
한예로 지금 한국엔 사무실에 천정형 시스템 에어컨을 겨울철 난방용으로 많이 설치했었습니다.
머리는 더운 바람을 불어 눈이 아픈데 무릎은 시린 경험 많으실겁니다.
또는 겨울에 바닥이 찬 냉골인 방에 들어가면 난로를 써도 무언가 쏴한 기분이 들때있죠.
이때 우리 몸에서 나오는 복사파가 바닥으로 쫘악 빨리는 겁니다. 온도차가 크면 쓸수록 복사에너지는 더 커지죠..

난방으론 바닥 복사 난방이 짱이라고 봅니다. 위에서 얘기한 층고가 높아도 무리가 없고...
대공간의 로비같은 곳은 층고가 굉장히 높죠. 그래서 바닥 복사 판넬을 많이 디자인하고 있습니다.
천전 디퓨져로는 난방은 고속에는 한게가 있고 바닥면까지 대류로는 난방에 무리가 있어서요.
3 HVAC 05.08 14:57
한가지만 더 하자면 2m 2m 2m 의 공간 공기를 가장 빨리 적은 에너지로 데우는 방식은:

대류입니다. 왜냐면 공기는 비열이 0.29kcal / M^3 C 라서
1kg 공기는 0.24 kcal 만 있으면 1도 올리거든요.
그럼 가로2,세로2,높이2m 인 방에서 공기는 2x2x2미터이면 8m^3 입니다.
8m^3 의 실내공기를 1도 올리는데는
0.24 * 1.2 * 8 = 2.32kcal 뿐이 되질 않습니다.
이것뿐인데 이걸 보일러로 물의 가열해서 그 온수가 펌프를 거쳐서 바닥면 을 돌고 대류와 복사를 통해서 방안에 1도 올리는데까지는 시간이 걸립니다.

그래서 미국은 덕트를 통해 대류냉난방을 하고 바닥면은 복사열 때문에 추우니 카펫을 깔아서
복사에너지가 바닥으로 빨리는걸 막아주는 디자인을 하고 있게 된거죠.

그러면 대류가 좋지 않냐? 라고 생각하지겠지만 공기 이동으로 공조를 하기 때문에 열원에서의 오는덕트가 무척 커집니다. 미국집은 에어컨도 난방 퍼니스도 다 덕트를 통해니 기본적으로 덕트가 큽니다.

대신에 한국의 바닥 복사난방은 덕트가 없죠. 축열이 있어 난방이 꺼져도 지속됩니다.
예전 실낸 등유 난방기나 에어컨도 기기를 끄면 바로 덥거나 춥거나 하죠.
공기 비열로 작아 에너지도 적게 들지만 꺼지면 복귀도 무척 빠릅니다.

저같으면 바닥 난방합니다. 지금 ashrae 에도 우리나라 복사 난방을 카피하는 시도가 많습니다.
장점이 훨씬 많습니다.
1. 전체 바닥면적에 난방을 편차없이 할 수 있고
2. 복사 에너지가 있어 추가 바닥 보온을 할 필요가 없고
3. 축열의 효과가 있어 건축물의 타임랙에 대한 대처가 용이하고
4. 급탕을 겸할수 있어 열원기기를 보일러 하나면 된다
5. 무엇보다 국내 바닥 코일의 자재 시공비가 저렴하고 시공능력이 보편화되어 있다
2 gklee 05.08 17:44
몇가지 거슬리는 부분만 아니면 그냥 바닥난방을 할텐데 구조체에 뭔 설비가 내장되는것 자체가 일단 거슬려서 모든 설비 심지어 배선도 전부 노출시켜 파이프안에 집어넣고싶거든요. 저는 어떤 구조 내벽도 싫습니다. 중간중간에 한옥마냥 기둥이 있는건 상관없지만요. 아무튼 시멘트 구조체를 가열하는것 자체도 신경쓰이고 공간구획이 바뀌는것도 영향받기때문에 기본 구조체를 제외하면 어떤것도 영구하지 않은 집을 짓고싶은게 가장 큽니다. 바닥이 차가운 문제는 카펫보단 목재 평상을 바닥을 약간 띄워 설치하면(제가 지금 그렇게 살아보고있습니다) 전혀 문제없더군요. 중세시대 집처럼 아무것도 내장되지 않은 집을 짓고 맘대로 설비나 환경 등을 바꿀 수 있으면서 뭐가 잘못되도 바로 알수있고 수리나 개조가 편리한걸 원합니다. 공업/ 상업시설처럼 덕트가 노출되는것 등은 전혀 신경쓰이지 않습니다. 그렇다고 바닥난방 배제해버리기엔 딱 한가지, 이왕 패시브하우스를 짓고 사는데 난방에서의 '고효율'을 포기하는게 아닌가 신경쓰입니다. 그것만 아니면 저는 바닥난방 안하려구요. 그래서 계속 효율쪽을 질문드립니다.

홍도영님께서 기본부하를 위한 복사난방을 말씀하셨는데 효율을 생각하면 그건 필수일까요? 효율이라는건 같은 실내온도를 유지하는데 에너지가 쓰이는 정도를 기준으로 했을때요.
2 gklee 05.08 17:47
아 그런데 이때 실내온도가 같아도 복사난방이 되고있는 공간이 복사현상(?)때문에 더 따듯하게 느껴지는걸까요?
3 홍도영 05.08 23:20
radiation asymmetry 복사 불균형이라고 하는데요. 이 차이가 줄어들수록 실내의 쾌적감이 더욱 상승하게 됩니다. 그게 패시브하우스가 목표로 하는 것이기도 하구요. 실내공기의 온도가 같을지라도 이런 불균형이 줄어든 혹은 벽이나 슬래브의 표면온도가 상승해서 우리 인체로 부터 열만 뺏기는 것이 아니라 구조체로 부터 돌려 받는 것이 있다면 쾌적성은 상승하게 됩니다. 마찬가지로 여름 예를들면 온도가 에어컨의 토출온도 보다는 훨 높고 실내온도 보다는 낮을 경우 우리 몸이 느끼는 쾌적성은 비교할 수가 없지요. 몇 도가 더 낮은 아주 큰 암반이 우리 머리 위에 있다고 상상해 보시면 이해가 되실 겁니다.
2 gklee 05.09 20:48
말씀 감사합니다. 효율성과 별개로 쾌적감이 더 우수하다는 뜻인것같군요.