2.2.1 차광에 따른 온도변화

배전반의 경우 구성조건이나 작동조건이 광범위하기 때문에 배전반 내부 과도한 온도상승의 원인은 여러 가지가 있으며 대표적인 것을 간추리면 ① 과도한 외부온도 상승 ② 적정 설치용량 초과 ③ 단락 또는 과부하 ④ 연결부위 느슨함 ⑤ 협소한 통전부 횡단면 ⑥ 부적절한 부품 및 배전반 내 위치배분 등이다. 이러한 요인으로 말미암아 배전반 내부온도가 과도 상승하게 되어 내부 부품의 절연열화 및 손상을 일으키고 전체 배전반 수명 및 안전성에 영향을 미치게 된다.

본 논문에서는 태양광에 따른 외부온도 상승을 가정하여 직사광선에 노출된 배전반의 차광 전후의 온도변화를 측정하기 위해 축소 모형배전반을 선정하였다. 모형배전반의 색상은 Munsell 5Y 7/1, 크기는 200mm(W)×300mm(H)×160mm(D)의 1.6T 스틸 재질이다. 하절기 외부기온이 약 31℃에서 복사열 및 축열에 의한 배전반의 내부 온도변화를 측정하기 위해 모형배전반을 옥외에 배치하여 차광막으로 차광 전후 약 2시간 동안 온도 데이터 로거(CENTER 306)를 활용하여 관측하였다. 모형배전반 내부 중앙 지점에 온도센서를 부착하였으며, 모형배전반의 도면과 온도 데이터 로거의 성능을 Fig. 1과 Table 1에 나타내었다. 차광막은 폴리에틸렌 재질 차광도 95%이며, 치수는 400mm(W)×400mm(H)×400mm(D)이다.

Fig. 1. Model switchboard and test set up

2.2.2 색상에 따른 온도변화

태양 반사율은 태양에너지가 표면에 의해서 반사되는 비율을 말하며 알베도(Albedo)라고 한다. 일반적으로 태양 반사율은 흰색이 높고 흑색은 낮은 것으로 알려져 있다. 열 방사율은 재질이 가지는 고유한 값으로 0에서 1까지 나타내며, 1에 가까울수록 흡수된 열을 많이 방사하게 된다. 금속을 제외한 대부분의 지붕은 1에 가까운 값을 가진다. 쿨 루프는 기존 일반적인 지붕과 표면에 비해 높은 태양 반사율과 열 방사율을 가지고 있는 지붕을 말하는 것으로 일반적인 지붕에 비해 표면온도를 낮게 유지할 수 있다^[12-14]. 특히 쿨 루프는 옥상녹화와 달리 추가되는 시스템 없이 페인트칠을 통해 일반 지붕이 높은 태양 반사율과 열 방사율을 가지게 함으로써 건물의 지붕 표면온도와 실내온도가 낮게 유지될 수 있도록 한다^[15-17]. 따라서 배전반이 설치되는 옥외, 옥상 바닥과 배전반 표면, 지붕을 상정하여 흰색, 회색, 녹색 판의 색상에 따른 온도변화를 적외선 온도계(FLUKE 561, FLUKE 62 MAX+)로 비교하였다. 색상 판의 재질과 규격은 칼라 포맥스 297mm(W)×420mm(H)×2mm(T)이며, 적외선 온도계 각각의 성능은 Table 2와 같다. 또한 일반적인 회색 배전반의 표면과 비교하여 흰색 표면 배전반의 색상에 따른 온도변화를 데이터 로거로 비교 측정하였다.

2.3.1 차광에 따른 온도변화

김해 한림면 지역에서 차광 전후 모형배전반의 내부 온도변화 측정 결과를 Table 3에 나타내었다. 직사광선에서 1시간여 동안의 내부 최고 온도는 약 46℃이었으며, 결과는 Fig. 2와 같다. 또한 차광 전후 온도변화를 비교하기 위해 차광막으로 약 1시간 차광 후 내부 최고 온도는 Fig. 3과 같이 약 34℃로 측정되었다.

특히 온도 데이터 로거를 가동 후 15분 이내 배전반 내부온도가 약 10℃ 이상 급격히 상승하였고, 점차 비교적 안정된 온도상승 분포를 나타내었다. 여름철 태양의 직사광선에 의한 배전반 내부 온도상승 저감을 위해 차광막 설치 효과에 대한 기초실험으로 Fig. 4의 온도측정 데이터 그래프를 보면 차광막이 없을 때는 평균 44℃ 차광막이 있을 때는 평균 34℃로 약 10℃ 이상의 온도 저감효과를 확인할 수 있었다.

Fig. 2. Temperature before shading

Fig. 3. Temperature after shading

Fig. 4. Result graph before and after shading

2.3.2 색상에 따른 온도변화

부산 남부민동 지역에서 색상에 따른 적외선 온도변화를 Table 4와 Fig. 5∼6에 나타내었다. 배전반이 설치되는 옥외, 옥상 바닥 및 배전반 표면, 지붕을 상정한 실험으로 밝은색, 높은 태양 반사율 영향으로 흰색 40.8℃, 회색 48.2℃, 녹색 판은 47.5℃로 측정되었다. 동일한 조건에서 가장 높은 회색에 비해 흰색 판은 약 8℃가량 온도가 낮게 관측되었다.

또한 Fig. 7∼8은 바닥으로부터 약 0.6m 이하의 높이에서 녹색, 흰색 페인트 지붕을 비교한 것으로 녹색 페인트를 칠한 곳은 63℃, 흰색 페인트를 칠한 곳은 38℃로 측정되었다. 직사광선에 의한 복사열, 축열 영향으로 녹색, 회색 페인트를 칠한 지붕은 햇빛과 열을 대부분 흡수하지만, 흰색 지붕은 85% 이상을 반사시키므로 인접 건물의 지붕에서 색상 변화에 따른 온도가 무려 25℃ 차이가 발생하였다.

교육기관을 비롯하여 중·소규모 제조사업장의 옥상에 설치한 회색 일체형 배전반의 경우, 아침부터 저녁까지 낮 시간대에 태양의 직사광선에 직접 노출되어 디지털 계기, 계전기류의 액정부분 고장 및 변색과 배전반 내부온도 상승으로 구성품의 과열 사고와 내구연한 단축을 초래하게 된다. 따라서 색상에 따른 배전반 온도변화에서 회색 표면온도는 51.4℃, 흰색 표면온도는 43.6℃로 약 8℃의 온도 저감효과를 Fig. 9와 Table 5에서 확인 할 수 있다. 흰색, 회색 판 측정결과와 동일한 약 8℃ 온도 편차를 확인할 수 있었다.

Fig. 5. Plate of White, Gray and Green color

Fig. 6. Temperature of color plate

Fig. 7. Green roof temperature

Fig. 8. White roof temperature

Fig. 9. Temperature measurement by Gray and White color