2000년대는 고유가 문제와 더불어 청정연료에 대한 선호, 도시가스망 구축 등으로 가스보일러가 주거용 건물에 주를 이루고 있었다.

현재 국내 보일러 시장은 공급의 포화 상태로 거의 성숙기에 접어들었으며, 최근에는 경기 침체와 더불어 건축 시장 역시 불황기를 겪게 됨에 따라, 보일러에 대한 신규 수요도 정체되어 있는 실정으로 국내 보일러 제조업체들이 내수시장 점유율 확보에 이어 해외 시장 수출에 주력하고 있다.

한편, 정부에서는 녹색성장 정책 및 저탄소 정책의 일환으로 가스보일러에 에너지 소비비용을 표시함으로써 효율이 더 높은 제품을 구매하도록 유도하고, 보일러 소비효율이 92%[소비효율등급부여지표(R)=(전부하+부분부하)/2×변환인자-4p] 이상, 소비전력이 3.0W 이하가 되어야 효율 등급 1등급을 받을 수 있도록 하는 정책을 제시하였으며, 2013년부터 시행하겠다고 밝혀 보일러 시장에 변화가 일어날 것으로 예상되고 있다.

국외의 경우, 유럽연합은 2005년 7월 가장 근본적이고 광범위한 제품관련 환경규제로 에너지 사용기기에 대하여 제품 설계단계부터 친환경성과 에너지 효율성을 강제하는 Eco-Design지침(2005/32/EC, EuP 지침)을 발효시키면서 가장 에너지 소비를 많이 하는 보일러를 Lot1으로 지정하여 관리하고 있다.

EuP 지침의 핵심은 제품 전과정적 사고로서 제품의 전과정에 걸쳐 환경성과 환경영향의 지속적인 개선을 목표로 하고 있다. 그 중 에너지 효율성이 가장 핵심적인 요소이며, CO2 배출량 및 발생 저감도 우선적으로 고려하는 요소이다.

지금까지는 보일러 기술력이나 기능이 주된 경쟁력으로 작용되었다면, 앞으로는 고효율 및 친환경성을 갖춘 제품이 시장을 주도할 것으로 전망됨에 따라, 업체들은 에너지 효율을 높일 수 있는 기술 개발에 주력하고 있으며, 마케팅도 고효율과 친환경을 강조하는 전략을 내세우고 있다.

또한, 미래 천연가스 공급측면에서는 천연가스 도입선 변화에 따라 저열량 천연가스가 공급될 수 있도록 연소기기 호환성 범위 선정 연구가 수행되었으며, 천연가스의 효율적 사용으로는 기존 LNG배관망에 대체천연가스를 혼입할 수 있도록 시설 및 기술기준이 제정되고 있다.

이와 같이 최근 가스보일러 개발의 핵심은 친환경, 초고효율, 저열량 천연가스 및 대체천연가스 등 실 환경 적용 가능한 연소시스템 개발이다. 이러한 국가 에너지 환경에서 가스보일러의 안전성 평가를 위하여 우리공사 연구원에서 수행한 연구내용을 소개하려고 한다.

1.대체천연가스의 가정용 연소기 안전성 실증연구(대체천연가스 품질기준 공동연구)

 □ 연구 필요성
 ○ 바이오가스, 석탄기반의 합성천연가스(SNG) 등 대체천연가스를 주입 공급할 경우, 가정용 연소기의 열효율, 불완전연소 등 안전성 검증이 필요함.

 □ 가정용 연소기 안전성 실증시험 결론

가. 가스보일러 배기가스, 열효율, 화염상태분석
 ○ CO, NOx 농도분석
  전반적으로 차이가 미소하며, 콘덴싱보일러의 경우 바이오가스 적용시 CO농도가 높으나 정상연소 범위임.

 ○ 열효율분석
    열효율 분포가 0.3∼1.3% 범위 내에 있으므로 문제는 없을 것으로 사료됨

 ○ 화염상태분석
    바이오가스 경우 화염형상이 불투명하고, CO농도가 약간 높은 경향이 있음.

 나. 국내 바이오가스 성분분석
 ○ 바이오가스의 미소량 이질성분 분석결과 불소화합물은 1ppm 미만, 염화수소는 0.6∼4.6ppm, 총 실록산은 0.3∼33.2mg/㎥으로 분석됨

 ○ 바이오가스(매립가스, 하수가스)의 미소량 이질성분이 열교환기 부식 및  배출가스 환경문제가 예상되므로 장기 실증시험이 필요함

2. 저열량 천연가스의 노후연소기 호환성 판정법 실증연구(한국가스공사)

 □ 연구 필요성
 ○ 천연가스 도입국가의 다변화에 따라 성분·열량이 상이한 가스가 국내에 수입되어, 이에 대한 안전성 실증시험 연구 필요

 ○ 외국의 사례와 실증시험 결과, 국내의 호환성 판정 기준범위의 확대 변경 필요
       ※ 향후, 천연가스 수입국가 : 인도네시아→예멘, 탕구, 카타르, 오만, PNG

 □ 주요 실증시험 내용 및 결론
 ○ 다양한 조성으로 시험가스 제작 : 18종류, 47ℓ×100개
     - 호환성 판정 시험가스
       웨버지수-비중(11.900∼13,800㎉/N㎥, 0.55∼0.75)별 18종류

 ○ 13A 가스그룹(12,600∼13,800㎉/N㎥)에 대한 연소기기 호환성 실증시험
     - 노후가스기기(5∼10년, 보일러, 가스레인지, 가스밥솥) 구입  보일러 등 13대
     - 성능시험
       열효율, 화염안전성, 연소성(CO/CO2), 배기가스(CO, NOx)분석
     - 결론
      ·상한선 기준 : 기준가스의 CO/CO2, NOx가 1.5배 발생하는 가스
      ·하한선 기준 : 화염부상이 발생하는 시험가스
      ·시험 결론 : 13A 가스그룹보다 낮은 웨버지수의 가스들도 호환 가능

 ○ 새 가스그룹(12,200∼13,400㎉/N㎥)에 대한 연소기기 호환성 실증시험
     - 새 가스그룹으로 호환성 확인시험
        신규 제작된 연소기기로 성능시험
     - 결론
      ·13A 가스그룹과 비교하면 전체적으로 아래로 이동 됨.
      ·새 가스그룹내의 가스들은 모두 호환이 가능함.

3. 초고효율 보일러 효율시험장치 제작

 □ 연구 필요성
 ○ 부분부하 10%의 저 부하 운전 상태에서 가스보일러 효율ㆍ안전성능을 측정하는 시험장비를 개발이 필요함.

       ※ 정부는 가스보일러 효율성능을 높이고자, 30%의 중 부하 시험기준을 10% 저 부하 운전 기준으로 조정하는 것을 연구ㆍ검토 중 임.

 □ 신규 효율시험장비의 특징
 ○ 세계 최초의 저 부하 효율 시험장비(1,300㎉/h 시험가능, 현 3,900㎉/h)
       ※ 미압ㆍ미유량 측정기기의 개발에 따라 초저부하 시험도 가능토록 설계

 ○ 국제적으로 시험결과를 인정받도록 장비내 KOLAS 요건 완비
       ※ 부속장비의 소급성, 시험 값의 측정 불확도 자동계산, 검ㆍ교정 보정 값 입력 등

 ○ 세계 최고의 정밀ㆍ정확도 구현(유럽 ± 1.0%, 구매 장비 ± 0.1%)

상기의 연구들은 완료가 되었으며, 현재 진행 중인 연구내용으로는 상업시설의 에너지 효율적 사용을 위하여 가정용 보일러/온수기용 복합배기통을 설치할 수 있도록 기준을 마련하고 있으며, 또한 소비자 안전을 위하여 장기사용 가스기기인 가스보일러에 대하여 설계표준 사용시간 설정 연구를 수행 중에 있다.

마지막으로 우수한 친환경, 고효율 보일러 개발과 같이 중요하게 개발되어야 할 것은 첫 번째로 주거 난방시설의 사용효율 극대화를 위하여 바닥 난방은 물론 입체공간의 온도분배 기술개발이 필요하며, 두 번째로는 보일러 설치의 안전성을 위하여 주거 환경에 따른 다양한 배기시스템(Flue System) 개발이다.

주거용 난방시스템과 배기시스템은 국외 전시회에서도 절반을 차지할 정도로 중요성이 높아지고 있는 만큼 국내에서도 이들에 대한 연구개발이 뒤따라야 할 것이다.