우리나라의 공동주택은 1970년대 이후 고도 경제성장에 따른 개발도상국의 특징인 팽창 일변도의 양적 성장단계를 거쳐, 1990년대 후반부터 본격적인 시장경제 개념이 적용되고 있다. 이러한 변화는 경제수준의 향상과 함께 주거환경 개선에 대한 수요자의 요구에 기인한 것으로, 공동주택이 기존의 단순한 주거개념에서 벗어나 삶의 질을 결정짓는 중요한 요소 중의 하나로 자리 잡게 되었음을 의미한다. 최근 국내뿐만 아니라 국외에서도 관심이 높아지고 있는 건축물의 에너지절약 및 친환경성에 대한 요소와 결합되어, 온실가스의 배출이 적고 화석연료의 사용량이 적은, 에너지비용에 대한 절감요소가 적용된 공동주택에 대한 설계가 요구되고 있으며, 국내 건축물에 적용되는 신재생에너지 의무적용 기준(서울시 환경영향평가 심의기준)을 살펴보면, 신재생에너지 사용량이 총 에너지사용량의 5%로 향후 2023년에는 10%까지 확대되는 등 공동주택 단지 내 신재생에너지의 이용 패러다임이 변화하고 있다.
이런 패러다임을 고려하여 최근 공동주택의 냉난방시스템은 개별 냉난방시스템에서 중앙 냉난방시스템으로의 변경이 고려되고 있다. 기존의 중앙 냉난방시스템은 단지 내 세대를 제외한 공용시설 냉난방을 위해 냉온수를 공급하는 방식이 주로 적용되었으나 최근 고려되고 있는 사항으로는 단지 내 공용시설 뿐만 아니라 모든 세대의 냉난방을 위해 냉온수 공급 시스템 적용이 논의되고 있다. 이렇게 중앙 냉난방시스템을 적용하고 지열 히트펌프 시스템과 같은 열에너지를 신재생에너지로 공급하는 방안에 대한 협의가 이루어지고 있으며, 에너지절약적이고 친환경적인 시스템을 구현하는 것을 목표로 하고 있다.
이에 본 연구에서는 공동주택을 대상으로 중앙 냉난방시스템을 적용하기 위한 기계설비 분야의 적용방안, 고려사항 등을 검토하여 적용 가능한 시스템을 선정하고, 선정된 시스템의 초기투자비를 통한 경제성 분석을 수행하여 보았다.
본 연구는 공동주택을 대상으로 중앙 냉난방시스템을 적용하기 위한 기계설비 분야의 적용방안, 고려사항 등을 검토하여 적용 가능한 시스템을 12개 선정하고, 선정된 시스템의 초기투자비와 유지관리비에 대한 경제성 분석을 수행하여 보았다.
공동주택의 사용패턴을 검토해보았을 때, 공동주택 중앙 냉난방시스템으로 적용가능한 모델을 구분하여 선정할 수 있었으며 결론은 다음과 같다.

1) 비축열방식은 축열방식에 비해 지열원 히트펌프를 제외한 열원설비의 용량이 다소 증가하는 것으로 나타났지만, 실제 장비 용량에 따른 규격이 세분화되지 않아 큰 차이가 발생하지 않았다. 또한 장비의 초기투자비용 또한 큰 차이가 발생하지 않았으며, 설비 및 배관 등의 단순화와 유지관리성을 위해서는 비축열 방식이 유리한 것으로 판단된다.

2) 축열방식을 적용할 경우 24시간 동안 부하가 발생하는 공동주택의 특성으로 인해 비축열방식에 비해 다소 불리한 것으로 판단되며, 초기투자비 또한 과다하게 발생하여 경제성 측면에서 불리한 것으로 판단된다.

3) 일반적으로 축열방식은 업무시설 등과 같이 건물의 운영시간과 비운영시간이 구분되고, 비운영시간에 저렴한 심야전기 등을 이용하여 열을 저장하여 주간에 사용하는 것으로, 24시간 동안 부하가 발생하는 공동주택의 경우 축열이 제대로 이루어지지 않으며, 이렇게 저장한 열로 주간부하를 감당할 수 없어 장비의 연속적인 운전으로 수명의 감소, 효율의 저하 등의 문제점이 발생할 것으로 판단된다.

4) 소형열병합발전기의 경우, 초기공사비에 비해 열적인 측면에서의 기대효과는 미미하였으며, 전력 생산으로 인한 운영비, 전기 사용요금에 대한 부분이 추가적으로 검토되어야 할 것으로 판단된다. 또한, 기계실 면적의 상승으로 인한 주차장 등의 면적 감소, 외기량 확보를 위한 환기탑 계획, 기존 시스템에 비해 복잡한 배관 등으로 인해 시스템의 적용성은 다소 낮은 것으로 평가되었다.

본 연구에서는 신재생에너지를 기반으로 하는 12가지 열원시스템을 선정하고 각 모델별 특징을 알아보았으며, 초기투자비와 유지관리비용을 통한 시스템 비교검토를 수행하여 공동주택에 적합한 중앙 냉난방시스템을 도출할 수 있었다. 그 결과 시스템의 시공성, 경제성, 유지관리성에 따라 일반 열이용방식의 중앙냉난방시스템이 공동주택에 적합한 모델임을 알 수 있었다.
본 연구의 결과는 향후 신재생에너지를 이용하는 중앙냉난방 시스템 공동주택을 건립할 때 유용한 자료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

Since the 1970s, apartment houses in Korea have undergone quantitative growth stages of expansion, which is a characteristic of developing countries due to high economic growth, and the concept of market economy has been applied since the late 1990s. This change is due to the demand of the consumer for the improvement of the residential environment along with the improvement of the economic level, which means that the apartment house has become one of the important factors that determine the quality of life from the existing simple housing concept. Recently, it has been combined with elements of energy saving and eco-friendliness of buildings that are increasingly interested not only in Korea but also abroad, and it is required to design apartment houses with low greenhouse gas emissions, low fossil fuel usage, and energy cost savings. Looking at the new and renewable energy mandatory application standards applied to domestic buildings, the paradigm of using renewable energy in apartment complexes is changing, as the amount of renewable energy used is 5% of total energy consumption and 10% in 2023.
Considering this paradigm, the cooling and heating system of apartment houses is being considered to be changed from individual cooling and heating system to central heating and cooling system. The existing central heating and cooling system mainly applied to the supply of chilled water and hot water for the cooling and heating of public facilities except for the internal household. Recently, it is being discussed not only for internal public facilities but also for the application of chilled and hot water supply system for cooling and heating of all households. The central cooling and heating system is being applied and discussions are being held on how to supply heat energy to renewable energy. The goal is to implement an energy-saving and eco-friendly system.
In this study, we reviewed the application plan and considerations of the machinery and equipment field to apply the central cooling and heating system to apartment houses, selected the applicable system, and conducted economic analysis through the initial investment cost of the selected system.
This study reviewed the application methods and considerations of the machinery and equipment field to apply the central cooling and heating system to apartment houses, and selected 12 applicable systems and conducted economic analysis on the initial investment cost of the selected system. When we examine the usage pattern of apartment houses, we can select three models that can be applied as a central heating and cooling system for apartment houses. The conclusion is as follows.

1) The non-thermal storage method showed that the capacity of the heat source equipment except the geothermal heat pump increased slightly compared to the thermal storage method, but there was no big difference because the specification according to the actual equipment capacity was not subdivided. In addition, the initial investment cost of equipment did not differ greatly, and it is considered that the non-thermal storage method is advantageous for simplification and maintenance of facilities and piping.

2) When the thermal storage method is applied, it is judged to be somewhat disadvantageous compared to the non-thermal storage method due to the characteristics of the apartment house where the load is generated for 24 hours.

3) Generally, the thermal storage system distinguishes the operation time and the non-operating time of the building, such as the office, and stores the heat using the low-cost night electricity during the non-operating time and uses it during the daytime. In the case of apartment houses where loads occur for 24 hours, the heat is not properly stored. It is believed that the weekly load can not be covered by the stored heat, and the continuous operation of the equipment will cause problems such as reduced life span and reduced efficiency.

4) In the case of small cogeneration generators, the thermal effect was insignificant compared to the initial construction cost, and the operating cost and electricity usage fee due to power production should be further reviewed. In addition, the application of the system was evaluated to be somewhat low due to the decrease of the area of parking lot due to the increase of the machine room area, the ventilation tower plan for suppling the outside air, and the complicated piping compared to the existing system.

In this study, 12 HVAC systems based on renewable energy were selected and the characteristics of each model were examined. In addition, we were able to derive a central cooling and heating system suitable for apartment houses by conducting system comparison review through initial investment cost and maintenance cost. However, the actual economic feasibility study can be a more reliable review if energy use analysis is carried out for apartment houses built as a central cooling and heating system using geothermal energy. Therefore, if the economic feasibility evaluation is carried out based on the analysis of the energy consumption of the central cooling and heating system apartment house in the future, it will be possible to confirm the energy saving effect and the feasibility of the system.