1. 개요
바닥에 온수파이프나 전열선 등을 설치해 바닥을 가열하고 복사되는 적외선으로 난방하는 방식. 라디에이터와 같은 복사난방방식에 속한다.
2. 역사
1800년대 현대적 보일러가 개발되었고, 1900년 초에 파이프에 온수를 흐르게 하는 복사난방 장치가 개발된다. 현재 라디에이터와 바닥 난방 보일러의 공통 선조 뻘에 해당한다.1930년 영국의 건축공학자 오스카 페이버(Oscar faber)가 구리로 된 온수 파이프를 이용한 복사 냉난방 빌딩을 설계하였다. 다만, 이때는 지금과 같이 바닥을 데우는 것이 아니라 동파이프를 큰 건물 천장에 매입하는 방식이었다.링크 바닥에 파이프를 매입하여 난방을 한다는 개념(Underfloor heating)을 생각해내고 적용한 것은 1937년 프랭크 로이드 라이트가 허버트 제이콥스의 주택(Herbert Jacobs house)을 지을 때였는데, 이는 가정집에서 최초로 온수 파이프를 이용하여 만든 복사 난방이었다. 1945년에는 개발업자 윌리엄 레빗에 의해 현대적인 동파이프 온수 난방이 폭발적으로 보급된다.
당시의 동파이프 난방 광고. <복사난방과 냉방 체계의 역사 > PDF 파일 참조.
본격적으로 바닥난방이 널리퍼지게 된 것은 가격이 저렴하고 생산성이나 가공편의 등 여러 면에서 더 유리했던 폴리에틸렌 파이프가 도입되고나서 부터였다. 1965년에는 토마스 엔젤(Thomas Engel)이 흐물흐물 거리는 폴리에틸렌을 분자단위로 결합 가공하여 단단한 형태로 안정화시켰고, 이 특허를 파이프 제조업자들에게 판매하면서 폴리에틸렌 소재 파이프가 보급되었다. 이를 토대로 최초의 바닥난방 시공표준안이 1980년 유럽에서 개발되었고, 이후 한국에서 적극적으로 보급된다. 현재 세계적으로 많이 참고하는 시공기준안은 유럽 것을 따르고 있다.
프랭크 로이드 라이트는 온돌을 접했을 가능성이 높은데 1905년 처음으로 일본 방문 후 1916년 일본 제국호텔의 설계를 맡아 일본을 방문했을 때 일본 귀족이 조선관으로 모셨다. 이 조선관은 원래 경복궁의 동궁(세자궁)인 자선당 건물이었다. 일제강점기에 당시의 일본 귀족 부호였던 오쿠라 키히치로가 뜯어가 자기 집에 세웠던 것. 이후 자선당은 관동대지진으로 소실된 뒤 1996년에야 주춧돌이 다시 한국으로 돌아와 원래 자리에 두어 자선당 복원에 활용하려고 하였으나 훼손 상태가 너무 심하여 그러하지 못하고 건청궁 권역 옆에서 보존되고 있다. 프랭크 로이드 라이트가 이 자선당에서 온돌을 체험한 뒤 제이콥스 주택을 설계한 것이 1937년이다.
사실 우리나라에 근대적 형태의 보일러가 도입된 것은 조선총독부에 의해서였다. 당시 보일러는 대부분 서양에서 들여온 증기보일러였으며, 대형건물이나 백화점, 영화관, 호텔, 공장에서 쓰이는 대형 보일러였다. 대개 석탄을 주 연료로 사용했으므로 내식성이 강한 주철 보일러가 주종을 이뤘다.
일제강점기 이후 일본인들이 국내에서 운영하던 공장을 인수하거나 불하 받아 소규모의 보일러공들이 운영됐으나 여러가지로 미약했던 당시의 산업적 여건 탓에 전근대적 형태에서 쉽게 벗어나지 못했다. 대부분 일제가 남기고 간 중고보일러를 수리하는 정도의 기술 수준에서 머무르다 점차 여건이 개선되고 산업용 보일러의 수요가 증가하면서 자체적인 보일러 개발의 노력이 나타나기 시작했다. 본격적인 산업화가 시작된 1960년대에 이르러서는 강압통풍식 Z형 보일러(연관식) 개발 등으로 성장의 발판을 마련하지만, 일반 가정에까지 보일러가 보급되는 것은 아직 요원한 일이었다. 당시 대부분의 가정은 재래식 아궁이를 통해 난방을 했다.
우리나라에서 최초로 가정용 보일러가 도입된 주택은 1961년에 건설된 마포아파트였다. 마포아파트에 도입된 보일러는 연탄을 이용하여 만들어진 40~60˚C의 온수를 각 방의 패널코일과 방열기(放熱器)에 공급하여 난방효과를 얻는 방식이었다. 방을 순환하면서 냉각된 물은 다시 보일러로 환수되어 재가열됐다. 마포아파트의 보일러는 처음에는 연탄가스의 유출 위험이 크다는 등의 비판을 받았으나 차츰 그 편리함과 안정성이 인정되어 일반 가정까지 연탄보일러가 확산되는 계기를 마련했다.
1980년대 들어서는 유럽식 바닥난방 시스템이 도입되어 전국적인 보급이 이루어졌다. 재미있는 점은 미국이나 유럽에서 바닥난방 방식은 병원 등 공공건물이나 빌딩에서 주로 사용하는 데 비하여 온돌 난방의 전통으로 인하여 한국 가정의 난방 방식은 온돌식 온수 보일러 난방으로 통일되어 있다. 오히려 서양권과 정반대로 학교나 병원, 식당 등 공공건물에서나 온풍 난방을 사용한다는 이미지가 강하다.
서구에서는 공정이 복잡하기도 하고, 하중문제 때문에[1] 주로 '퍼니스'(furnace)[2]를 이용한 온풍 난방을 선호한다. 캐나다 북부 같은 아주 추운지역에서는 한국처럼 바닥난방을 한다.
3. 난방용 보일러
보일러 본체, 난방 배관, 분배기, 온수관이 주된 구성이다.아래 기준에 따라 구분한다.
3.1. 설치 형태
- 벽걸이형: 보일러 몸체를 벽면에 설치하는 형태, 용량이 적고 저탕량이 적어 보일러의 무게가 적게 나갈 경우 주로 사용한다. 대부분의 순간식 보일러가 이런 형태이다.
- 바닥설치형: 보일러를 받침대 또는 바닥면에 설치하는 형태, 저탕량이 많거나 용량이 커서 무게가 많이 나가는 경우 사용한다.
3.2. 온수 공급방식
- 순간식: 열교환기에서 온수를 가열해 바로 공급하는 방식
- 저탕식: 저탕탱크에 온수를 저장하였다가 필요 시 공급
3.3. 난방수 순환 방식
- 대기개방식(하향식)
난방수가 순환할 지면이 보일러보다 낮을 때 사용한다. 가장 흔하다. 난방수 탱크가 개방되어 있어 대기압 이상으로 수압을 줄 수 없다. - 대기밀폐식(상향식)
난방수가 순환할 지면이 보일러보다 높을 때 사용한다. 2층 이상의 단독주택이나 보일러실이 지하에 있는 건물에서 볼 수 있다. 난방수 순환 계통이 폐쇄 회로라 강한 수압을 줄 수 있다. 보일러에 압력계가 달려있다면 밀폐식이다.
3.4. 흡·배기와 연통
- 강제배기(FE): 배기만 연통을 이용한다.
연통을 통해 배기 가스만 실외로 배출한다. 연소에 필요한 산소를 보일러가 설치된 공간에서 끌어다 쓰기 때문에 환기는 필수. 법으로 전용 보일러실에 설치하게 규정되어 있으며, 실내 설치는 금지되어 있다. - 강제흡배기(FF): 흡기, 배기 모두 연통을 이용한다. '강제급배기'라고도 부른다.
연통을 통해 흡·배기를 실외에서 한다. 대다수의 보일러가 이런 방식으로 설치되어 있다. 그러나 이 형식이라고 해도 법률 개정으로 설치에 제약이 있다. 따라서 부엌 등에 이런 보일러가 설치돼 있다면 창문을 열어놓고 써야 한다.밀폐식 보일러(FF)는 방, 거실 그 밖에 사람이 거주하는 곳과 목욕탕, 샤워장 그 밖에 환기가 잘 되지 않아 배출가스가 누출될 경우 사람이 질식할 우려가 있는 곳에는 설치하지 않아야 한다.KGS GC208 '주거용 가스보일러의 설치·검사 기준'. 2023년판 부록 D2.4
3.5. 동작 모드
대부분의 보일러는 온수기를 겸한다.- 난방: 바닥 난방이 동작한다. 보통 이 기능을 켜면 온수기 기능도 같이 동작한다.
- 외출: 배관과 보일러가 동파되지 않을 정도로 난방수와 실내온도를 유지한다.[3] 온수 기능은 정상 동작한다.
- 예약: 정해진 시간 간격마다 설정한 시간으로 보일러가 동작한다. 난방과 외출의 중간 정도라 생각할 수 있다. 예를들어 1시간마다 20분씩 난방하는 식.
- 온수: 난방 기능을 중지하고, 온수기 역할은 유지. 난방 배관에 온수를 아예 공급하지 않는다. 겨울을 뺀 나머지 계절에 주로 쓴다.
난방기준 온도의 측정방식에 따른 분류
- 실온: 실내 온도를 기준으로 삼아 유지시킨다. 실내온도와 희망온도가 같거나 비슷하다면 화력을 줄여서 온도를 유지할 정도의 열만 공급한다. 단열이 잘 되지 않는 집은 한겨울에는 잠깐의 외기 유입으로도 쉽게 실내 온도가 춤을 추기 때문에 연료비 낭비가 심하다.
- 온돌: 난방수 온도를 측정하여 유지시킨다.
4. 건식과 습식 구분
몰탈 사용 여부로 나뉜다. 습식이란 이름은 물이 니온다는 게 아니라 몰탈을 만들 때 시멘트에 물을 부어서 개야 하기 때문에 붙는 것.- 습식난방: 바닥에 단열재를 깔고 난방 배관을 시공한 뒤, 몰탈을 부어 마감하는 방식. 일반적인 바닥난방 시공법이다.
- 건식난방: 시멘트 바닥 위에 열원 모듈을 깔고 그 위를 알루미늄 판 등으로 마감하여 바닥으로 쓰는 방식. 2020년대가 돼서야 개발된 시공법이다. 열에너지 공급방식에 따라 전기 판넬/필름[4]참고영상, 온수판넬[5]참고영상 등이 있다.
5. 쇠퇴한 바닥난방 방식
- 전기를 활용한 난방 방식은 대한민국에서 2010년대 이후 가정용으로는 쇠퇴하였다. 전기요금이 매우 비싸기 때문이다.
- 심야전기 보일러
온도 조절이 힘들고 낮에는 추워지기 쉽다. 게다가, 온수저장탱크의 온수를 다 쓰면 찬물만 나온다. ( ...) 비싼 전기료를 감수하고 낮에도 보일러를 돌릴 수 있으면 차라리 나은데, 보일러가 작동되는 시간이 밤에서 아침까지로 정해져 있어서 안 되는 곳이라면? 시베리아가 당신을 기다린다. 원래 심야전기 난방이 등장한 이유가 1990-2000년도 초반 도시가스에 비해 심야전기 난방비가 더 저렴했었기 때문이다. 보온 처리만 잘 된다면 도시가스보다 경제적이었고, 대학가 등 많은 원룸들이 이런 방식을 이용하여 건물을 짓곤 했다. 하지만, 2010년대에는 전기요금이 많이 오르면서 심야전기 보일러는 점차 외면받고 있고 이 방식은 점차 쇠퇴하는 중이다. 특히 이 보일러로 겨울을 겪어봤다면, 자연스럽게 피하게 된다. ( ...) 그런데 실거주자가 아닌 건축주 입장에선 쓸만한 모양인지, 심야전기 이용자들이 하도 늘어나서 24시간 시동이 켜져있는 원자력발전소와 석탄화력발전소가 감당할 용량을 넘어 값비싼 LNG 발전소를 켜야하는 악영향으로 심야전기 신규 신청을 폐지했다고 한다.
- 전기 판넬
열선을 방바닥 아래에 깔아놓는 방식으로 시공이 편리하다는 장점이 있지만, 다른 에너지를 가공하여 만든 전기를 난방에 사용하는 것은 효율적이지는 않아서 요금폭탄이 자주 날아온다. 그리고 미숙한 시공자가 설치하면 바닥의 습기 차단 등 마무리 작업을 소홀히 해서 누전이나 감전사고가 일어나는 경우도 있다. 다만, 시공비가 저렴하기에 보일러를 놓기 애매한 작은 건물이나 누진세가 없는 상업용 건물에서는 아직도 많이 사용된다.
- 전통 온돌 방식(구들)
불을 때어 더운 공기를 바닥으로 통과시키는 방식을 의미한다. 연기로 인한 유독가스 중독과 연료수급의 어려움, 주방의 현대화 등으로 오래된 한옥을 제외하고는 사용되지 않는다.[6] 현재는 한옥이라도 수배관을 이용한 바닥난방으로 개조된 주택도 많다. 애초에 온돌 구들장을 보일러로 개조하던 사례는 이미 1960~1980년대부터 있었던 일이라, 새로운 변화라고 할 것도 없다. 엄밀히 따지자면 온돌 난방 방식의 변화에 더 가깝다. 전통 구들장→시멘트 구들장→바닥난방 보일러의 형식으로 온돌이 변화하였기에, 현대 한국어에서는 온돌은 한국식 바닥 난방을 총칭하는 표현이기도 하다. 이때 전통 온돌과 현대식 바닥난방을 구분하려고 하면 전자는 구들이라는 표현을 써서 구분하곤 한다.
6. 같이 보기
6.1. 난방/온수 기구
6.2. 사용/관리
6.3. 가정용 보일러 제조 회사
아래의 제조회사는 일부 사례이며 히터 방식까지 포함할 경우 더 있을 가능성이 매우 높습니다.
- 경동나비엔
- 귀뚜라미그룹
- 대성그룹
롯데기공- 2021년 1월 21일 보일러사업본부가 대성쎌틱(대성그룹)으로 매각되었다.- 알토엔대우
- 린나이 - 일본의 보일러 제조 업체로 그 외에 가스기기 등을 제조하고 있다.
바일란트- 독일의 보일러 제조업체로 상당히 유서깊다. 80억원을 넘게 한국 시장에 투자했으나 본전도 못 건지고 4년만에 총판 및 사업권을 알토앤대우로 넘기며 철수.- 오코펜 - 오스트리아의 보일러 제조업체. 자세한 것은 링크 참고.
[1] 서양권에서는 목조 단독주택이 일반적이고, 공동주택이라도 기둥식 구조로 지어지는 특성상 하중이 무거운 바닥난방을 시공하기 어렵다. 이는 일본도 마찬가지다. 특히 서양식 목조주택은 19세기까지는 외벽을 2층 크기로 지어놓고 1층 천장(=2층 바닥)은 그냥 나무벽인 구조였다. 이러다보니 21세기 현재에도 낡은 목조주택 2층에서 (주로 결혼식 등) 파티를 벌이다가 참가자들이 흥에 겨워 단체로 춤을 추면 하중을 못 이기고 바닥이 꺼져 1층으로 추락하는 사고가 자주 발생한다.[2] 보일러처럼 생겼으나 물이 아닌 공기를 덥히는 장치다.[3] 그러나 기온이 매우 떨어지면 동파될 수 있다.[4] 전기장판과 비슷하다.[5] 난방 배관을 특수 모듈에 끼워 쓴다.[6] 난방과 조리를 분리할 수 없다는 점도 쇠퇴 요인 중 하나이다. 시골에서 여름철에 방 안이 아닌 마당에 평상을 놓고 자는 문화가 생겨난 이유이기도 하다.