공기조화

(1)

공기조화 설비 III

공기 조화 설비 방식

(2)

1. 열원 방식

1.1 열원방식의 분류

• 열원 에너지의 종류 : 화석연료, 도시가스, 전기, 소각열, 건물 배열 등이 사용

• 일반열원 방식, 특수열원 방식으로 분류 1.2 열원 방식 선정시 고려사항

• 운전, 관리

• 실적, 신뢰성

• 효율, 제어성

• 설치, 공간

• 에너지원

• 경제성

(3)

2. 공조 방식

2.1 공조방식의 선정

• 공조설비 : 실내의 쾌적한 공기환경 유지를 목적

• 공조방식의 요구사항

- 에너지 절약을 위한 외기냉방 - 외기량 취입제어

- 변풍량(VAV)

- 배열회수(전열교환기) 등

(4)

• 공조방식 선택시 고려사항

- LCC - 요구 공기환경 - 안정성

- 신뢰성 - 유연성 - 유지관리 성능 - 시공성 - 제어성 - 외관

- 스페이스

- 온습도, 청정도, 소음 등을 고려한 실내환경조건 - 실의 열 부하 특성

- 운전시간 등에 따른 건물 조닝 - 공조시스템의 배치방식

(5)

출처; 건축설비계획, 서승직저, 일진사, p 290

(6)

출처; 건축설비, 김재수저, 서우, p 374

(7)

2.2 공조 방식의 분류

중앙방식

전공기방식

정풍량 단일덕트방식

변풍량 단일덕트방식

이중덕트방식

공기-수방식

팬코일유닛 덕트병용

인덕션 유닛방식

복사 냉난방방식

수방식 팬코일 유닛방식

개별방식 냉매방식

룸에어컨

패키지 유닛방식(중앙식) 패키지 유닛방식(터미널 유닛방식)

히트펌프

(8)

1) 중앙방식 – 열반송 매체에 의한 분류 (1) 전공기 방식

(9)

1) 중앙방식 – 열반송 매체에 의한 분류 (2) 공기 - 수 방식

(10)

1) 중앙방식 – 열반송 매체에 의한 분류 (3) 수 방식

(11)

1) 중앙방식 – 열반송 매체에 의한 분류 (4) 냉매 방식

(12)

출처; 건축설 비계획, 서승 직저, 일진사, p 294

(13)

2.3 정풍량 단일 덕트 방식(CAV)

• 가장 기본적인 공조방식

• 방식 : 중앙에서 air handing unit, 패키지형 공조기 사용 -> 실내, 환기덕트 내의 thermostat, humidistat에 의한 각 실의 조건에 맞는 냉풍, 온풍을 덕트, 취출구를 통해 각 실로 보내는 공조 방식

• 송풍량이 일정, 실내의 열부하 변동에 따라 송풍온도를 조절하는 방식

• 부하특성이 비교적 고른 사무소 건물의 내부존 - 극장, 스튜디오, 클린룸에 적합

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장 점 단 점

① 온습도 조정, 공기청정,냄새제거 등 은 높은 효율로 처리

② 중앙의 기계실과 실내가 분리되므 로 방음, 방진처리가 가능

③ 외기의 도입만으로 외기냉방이 가 능 ④ 냉난방의 최대부하시 외기 도입이 증대시킨 경우 전열교환기를 사용하여 실내의 배기로부터 열회수

⑤ 설비비는 일반적으로 계통수가 적 은 경우 다른 방식보다 적음

⑥ 재열에 의한 에너지 손실, 혼합손실 이 없으므로 운전비가 적게든다.

⑦ 공조기가 중앙에 집중되므로 보수 관리가 용이

① 부분적 부하 변동에 대처하기가 어 렵다. ② 재열계통이 없을 경우 실내습도가 문제가 된다.

③ 중앙기계실의 소요면적은 수공기방 식, 전수방식보다 넓은 면적이 필요

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• 각층 유닛 방식 : 1차 공조기를 통해 공조된 공기가 각 층, 각 존마다 설치된 2차 공조기를 통해 적정한 풍량 및 온도로 급 기하고 리턴시키는 방식

- 각 층별로 공조실을 설치해야 하기 때문에 소음 진동에 유의 해야 함.

- 대규모 건물의 용도가 다목적인 경우 공조기가 너무 대형화되 고 비효율적인 덕트 공간이 생겨 각 층, 각 존마다 제어성이 나빠짐 -> 공조계통을 세분하여 각층마다 중소형의 유닛화 된 공조기를 배치하고 단독조정이 가능하게 한 공기-수병용 - 장점 : 방식

① 외기용 공조기가 있을 경우 습도제어가 용이 ② 각층 부하변동에 대처하기 쉽다.

③ 각층 부분부하운전이 가능

④ 중앙기계실의 면적을 적게 차지하며, 송풍기 동력도 적게 ⑤ 전공기 방식의 장점을 모두 가지고 있다. 든다.

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- 단점 :

① 각층에 공조기를 설치해야 하므로 관리가 불편 ② 각층에 공조기 설치면적이 필요

③ 공조실 소음진동으로 인해 인근 사무실의피해가 우려 ④ 초기 투자비가 높다.

⑤ 각층에 수배관을 설치해야 하므로 누수의 우려

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• 단일 덕트 재열방식

- 단일 덕트 정풍량 방식의 단점을 보완한 것

- 단일 덕트방식이 다실공조에 채용된 경우, 각실의 부하 변동에 대응하는 방법으로 고안된 것

- 제어되는 각실, 각존마다 재열기(Reheater)를 설치, 실내 의 서모수탯으로 실온을 제어함

- 재열코일의 열매로 증기, 온수가 일반적으로 사용 - 일반건물에 사용 안함.

병원의 수술실, 제약공장, 반도체공장, 연구소 등과 같은 청정공간에 있어서는 재열방식으로 각 실을 제어하는 것 이 적당

- 열회수 방식을 채용하는 경우 이외에는 에너지절약적인 측면에서는 불리

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- 장점 :

① 각실, 구역별로 개별온도제어가 가능

② 부하패턴이 다른 여러 개의 공간, 존의 공조에 적합 ③ 보건용, 산업용 공조에 모두 적용가능

④ 설비비는 단일덕트 방식보다 조금 높지만, 2중 덕트 방식보다 는 낮다.

⑤ 온도, 공기정화, 환기효과 등에 대하여 고도의 처리가 가능 ⑥ 일정량의 급기량이 확보되므로 실내의 기류분포가 양호 - 단점 :

① 재열기의 설치공간이 필요

② 운전경비는 재열기의 재열손실이 상당하는 양만큼 증가

③ 재열기의 보수관리가 증가, 단말 유닛에서 소음발생의 우려 ④ 과냉각 후 재가열 되므로 에너지 손실이 크다.

⑤ 송풍동력 및 온수순환동력이 필요하므로 운전비가 크다.

⑥ 덕트 및 배관설비가 필요, 재열기구가 설치되므로 설치비가 높 다.

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2.4 가변 풍량 단일 덕트 방식(VAV)

• 공조대상실의 부하변동에 따라 송풍량을 조절하는 전공기식 공조 방식

• 구성요소 : 중앙의 공기조화장치, 공기 반송장치, 가변풍량 유닛 등

• 형식 : 바이패스형, 스로틀형, 인덕션형

• 정확한 부하분석, 건물의 용도, 제어등급 등을 고려

• 건물의 위치, 방향에 따라 프로젝트 별로 시스템을 설계

• 교축형 : 부하변동에 따라 송풍량을 변동시켜 동시에 팬 제어를 하 므로 매우 에너지 절약형

• 바이패스형 : 부하변동이 있더라도 취출풍량이 일정하여 팬제어에 의한 에너지 절약을 기대할 수 없다

• VAV 시스템은 송풍량 변화로 개별 공조가 가능

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장 점 단 점

① 동시 부하율을 고려하여 공조기 및 관련 설비 용량을 작게 하여 설비비를 줄일 수 있다.

② 실내 부하 변동에 따라서 송풍량이 감소되므로 송풍동력이 절약

③ 부하변동에 대한 제어성이 신속하여 쾌적성이 높다.

④ 개별제어가 가능

⑤ 외기 냉방이 가능하고 연간 공조가 용이 ⑥ 기기 설비를 중앙화하여 공기필터 점 검이 간단하며 고도의 공기 청정화를 유 지 ⑦ 칸막이 변경, 부하변동시 유연성이 있다. ⑧ 취출구의 풍량 조정 작업이 간편하며 시운전 및 air balancing 실시가 용이

⑨열 회수 시스템 조합이 가능

① 저 부하시 송풍량이 감소하여 기 류 분포가 나빠진다.

② 환기 성능이 떨어질 경우가 많다.

③ 다량의 VAV 유닛이 필요

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2.5 이중 덕트 방식

• 냉풍, 온풍의 2개의 덕트를 설비

• 말단에 혼합 유닛으로 냉풍, 온풍을 혼합해 송풍함으로 써 실온을 조절하는 전공기식 조절방식

• 개별 제어가 필요한 건물, 냉난방 부하 분포가 복잡한 건 물, 전풍량 환기가 필요한 곳(회의실, 병실, 연구실, 식당 등), 장래 대폭적인 변경 가능성이 많은 건물 등

• 혼합 유닛의 제어는 실내의 온도조절기로 부하에 따라 혼합비가 결정, 취출풍량은 유량제어 댐퍼에 의해 제어

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장 점 단 점

① 개별 조절이 가능

② 냉난방이 동시에 가능하여 계절마 다 냉난방의 전환이 불필요

③ 전공기식 방식이며, 공조기가 중앙 에 설치되므로 운전 보수가 용이

④ 중간기, 겨울철에도 외기 냉방이 가 능 ⑤ 칸막이이나 공사비의 증감에 따라 서 계획을 임의로 바꿀 수 있다.

⑥ 열매가 공기이므로 실온 변화에 대 한 응답이 빠르다.

① 설비비, 운전비가 많이 든다.

② 덕트가 이중이므로 차지하는 면적 이 넓다.

③ 습도의 완전한 조절이 힘들다.

④ 혼합유닛이 매우 비싸다.

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• 멀티존 유닛 방식

• 하나의 공조기에서 여러 개의 냉온풍 덕트를 만들어 각 존의 온도조건에 따라 혼합하여 각 존별로 하나의 덕트 로 공급하는 방식

• 열적 특성이 이중덕트방식과 동일한 중간규모 이하의 건 물에 채용

• 하나의 유닛만으로 여러 개의 지역을 조절할 수 있기 때 문에 배관이나 조절장치를 한 곳에 집중시킬 수 있음

• 비교적 소규모 존수에 적합

• 에너지 소비가 커서 잘 채택하지 않음

• 장점 : 소규모 건물의 이중 덕트방식과 비교하여 초기비 용이 싸다.

- 이중 덕트 방식용의 덕트 스페이스가 천장속으로 취하 지 않을 때 유효

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• 단점 : 혼합손실이 생기고 에너지 소비량이 많게 됨.

- 동일 존은 내부부하변동, 외부부하가 거의 균일하게 되 지 않으면 안된다.

- 각 실의 부하변동의 상태가 현저히 다를 때는 각 실로의 송풍량에 언밸런스를 발생시킬 염려

출처; 건축설비계획, 서 승직저, 일진사, p 299

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2.6 팬코일 유닛 방식

• 실내형 소형 공조기를 각 실에 설치하여 중앙 기계실로 부터 냉수, 온수를 공급하여 공기조화를 하는 방식

• 호텔의 객실, 아파트, 주택, 사무실 건물의 외주부에 적용 - 직접 난방을 채용하고 있는 기존 건물의 공기조화에도

적용

• 대공간(극장, 공장), 청정도와 온습도 조건이 엄격한 곳 (병원 수술실, 클린룸 등), 저소음 레벨이 요구되는 곳(방 송국 스튜디오)은 부적당

• 팬코일의 배관방식 - 2관식 : 냉온수 겸용

- 3관식 : 냉수공급관, 온수공급관, 냉온수 환수관 - 4관식

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장 점 단 점

① 각 유닛마다 조절이 가능하여 각 실 조절에 적합

② 전 공기식에 비해 덕트 면적이 적다. ③ 장래의 부하증가에 대하여 팬코 일 유닛의 증설만으로 용이하게 계 획이 가능

① 외기 공급을 위한 별도의 설비가 필요 ② 유닛이 실내에 설치되므로 건축 계획상의 지장을 초래한다.

③ 다수 유닛이 분산 설치되므로 보 수관리가 곤란

④ 중간기나 겨울의 효과적인 외기 냉방이 힘들다.

⑤ 소량의 송풍으로 능력이 적으므 로 고성능 필터를 사용하기 힘들다.

⑥ 실내용 소형 공조기이므로 고도 의 공기처리가 불가능

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• 팬코일 유닛 공조방식 종류

- 팬코일 유닛 단독 : 가습이 되지 않아 습도의 제어가 곤 란, 모든 부하(실부하, 외기부하)를 팬코일로 처리

- 팬코일 유닛 + (중앙공조기 + 단일덕트) : 외피부하를 팬코일 유닛이 담당

외부존의 인체현열, 잠열부하, 조명부하, 신선한 공기의 공급은 내부존의 덕트를 연장하여 담당

대형 건물의 내외부 존을 구분하여 공조하는 시스템에 편리

외부 존의 팬코일 유닛으로 건물의 운전개시 초기에 예 열용으로 사용하면 에너지 사용이 적어지고 합리적인 운 전이 가능

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(30)

2.7 유인 유닛 방식

• 중앙 공조기로부터 공급되어진 고압의 1차 공기를 노즐에서 토출 시켜 실내공기를 유인하여 1차 공기와 혼합 후 실내에 토출 시키는(2차공기) 방법

• 필요에 따라 2차 공기를 냉온수코일을 통과시켜 냉가, 가열함

• 실이 많은 건물의 외부 존에 적합한 방식, 부하의 변동에 따라 실온 제어가 가능

• 구성 : 1차 공기 소음챔버, 노즐, 2차 코일, 응축수 받이판, 공 기여과기, 케이싱

• 고층 사무실 건물, 호텔, 회관 등의 외부존에는 채용 불가

• 공기-수방식 유인 유닛 : 유인된 공기를 냉온수 코일에 의해 냉각, 가열한 것

- 공기식 유인 유닛 : 유인된 공기의 가열만 행하는 것

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출처; 건축설비계획, 서승직저, 일진사, p302

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2.8 복사 냉난방 방식

• 일명 패널 에어 방식

• 천장 패널 및 바닥 등에 매설된 배관에 냉수, 온수를 보 내어 실내 현열 부하의 50~70%를 처리하고 동시에 외기 를 포함한 공기를 냉각감습하거나 가열감습하여 송풍함 으로써 잔여 실내 현열, 잠열부하를 처리

• 고층건물의 고급사무실에 이용

장 점 단 점

① 쾌감도가 높다

② 전공기 방식에 비하여 덕트면적을 적게 할 수 있다.

③ 조명발열이 클 경우 수냉식의 조 명기구로 처리가 가능

④ 복사 부하를 직접 제거함으로써 실온의 제어성을 향상시킬 수 있다.

① 방열면, 배관설비, 제어설비가 필 요 ② 제어가 부적당하면 냉각면에 결로 가 발생

③ 잠열부하가 많은 공간은 부적당

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2.9 개별 방식

1) 패키지 유닛 방식

• 소용량의 직팽형 냉동기와 송풍기, 에어필터, 가습기, 자동제어기 등이 내장된 표준 공조기

• 공장생산품을 이용하는 방식

• 냉방전용(수냉식, 공랭식), 열펌프식(히트 펌프)(수열원식, 공기열원 식)으로 구분

• 룸 에어컨디셔너

• 전기열원 사용 : 소비에너지가 큰 건물에서는 열원을 집중화시켜 보다 안정된 에너지 이용이 가능

• 사무소 건물, 점포, 회관, 24시간 계통의 실내에 부분적 사용, 대규 모 사무소 건물, 병원에 사용

• 종류 : 덕트병용방식, 개별분산방식

- 개별분산방식 : 룸 에어컨디셔너, 멀티 유닛 에어컨디셔너, 패키지 유닛 방식, 폐회로식 수열원 히트펌프 방식

- 룸 에어컨디셔너 : 창문형, wall through형, 분리형 등

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장 점 단 점

① 공장에서 다량생산이므로 가격이 저렴하고 품질이 보증

② 설치와 조립이 간편하고 공사기간 이 짧다.

③ 취급이 간편

④ 증축, 개축, 유닛의 증설이 유리

⑤ 유닛별 단독 운전과 제어가 가능

① 열원 전체 용량은 중앙열원보다 커 지게 되는 경향이 있다.

② 중앙식에 비해 냉동기, 보일러의 내 용년수가 짧다.

③ 압축기, 팬, 필터 등의 부품수가 많 아 보수비용이 증대

④ 온습도 제어성이 떨어진다.

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2) 룸 에어컨디셔너

• 소규모 사무실, 상점 등에서 사용

• 소형의 패키지형 공조기

• 창문형, 월 스루형, 분리형 (1) 창문형

• 과거 많은 빌딩, 주택의 냉방전용으로 사용.

• 설치상 문제와 미관상의 문제로

근래 사용 안함. 출처; 건축설비, 김재수저, 서우, p 396

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(2) 월 스루형

• 외주부에 Air Conditioner를 설치하여 거주자를 우선으 로 하는 개별 및 개인공조 시스템의 일종

• 호텔, 소규모 사무소, 대규모 빌딩의 패리미터 처리 등

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(3) 분리형 룸 에어컨디셔너

• 실내 유닛으로 증발기와 팬, 실외 유닛은 압축기, 응축기, 팬을 내장하고 냉매배관에 의해서 실외와 실내가 접속

• 실내 유닛의 발생소음이 적고 실내가 조용

• 현재 주거용으로 채용, 공기를 열원으로 한 히트 펌프형

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3) 멀티 유닛형 에어컨디셔너

• 실외 유닛에서 냉매배관 1계에 복수대의 실내 유닛을 접속한 것

• 중소빌딩 공조의 에너지 절약, 개별제어운전에 적합

• 장점

① 열반송 동력이 적고, 냉매의 변유량 제어로 에너지 절약

② 실내 유닛마다 제어가 가능, 증설, 칸막이 변경으로의 대응이 가능 ③ OA기기의 보급 등에 의한 실내발열량이 큰 빌딩의 연간 냉방수요에

대응하기 위해 외기 -5°C까지 운전이 가능

④ 실외 유닛은 모듈에 맞추어 좁은 공간에 연속배치가 가능

• 단점

① 사용수명이 짧다.

② 개별로 가습 시스템을 설치하는 경우 유닛에 조립하기 어렵다.

③ 유닛의 설치 갯수가 많고, 천장설치가 많다.

④ 유지 관리량이 증대한다.

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2.10 바닥 취출 공조 방식(UFAC)

• 실의 바닥에 설치된 Free Access Floor 하부공간을 효과적으 로 활용하여 공조공기를 급기하고 천장에서 흡입하는 방식

• 사무소 등의 OA기기의 증가로 인한 부하에 효과적으로 대응

• 대체적으로 재실자의 욕구를 크게 만족

• UFAC공조 방식의 특징

- 오염된 실내공기를 거주영역에서 빨리 배출 가능

- 인텔리전트 빌딩의 경우 기존의 Access Floor 이용가능 - 환기효율이 높아 실조건 유기시간 단축

- 개별제어 가능

- 에너지 절약 및 운전비 절약

- 대응성 용이(사무실기기, 배치, 모듈 변경) - 보수, 유지관리 편리

- 시공인력 감소(Ductless 방식)

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3. 특수 공조 방식

3.1 클린룸(Clean room)

• ICR : 전자공업, 정밀기계공업의 청정작업 환경을 목적

BCR : 식품공장, 약품공장, 병원 수술실 등의 생물입자에 대한 청 정을 목적

• 초고성능 에어 필터(HEPA, ULPA)의 사용으로 공기중의

0.1~0.3μm 크기의 미립자를 계수 99.97~99.9997% 이상 제거 성능을 발휘

• BCR의 경우 고성능 필터에서 공기를 청정시켜 무균상태로 만듦

• 청정도를 나타내는 클래스 : 1ft³의 공기 중에 0.5 μm 크기

클래스 1 : 1ft³의 공기중에 0.5 μm 크기의 입자가 1개 이상 포함 되면 안됨

• 수퍼 클린룸 : 0.3~0.1 μm 에서 클래스 10이하의 클린룸, LSI 제 조공장에 사용

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• 무균실 : 바이오 클린룸

0.01 μm보다 작은 바이러스가 포함된 부유분진을 포 집함.

• 바이오 해저드 방지의 목적 : 인간에의 감염방지를 위해 병원 미생물의 존재가 확실한지, 재차 DNA 실험 처럼 돌연변이에 의해 병원성이 생길 가능성이 있는 미생물을 제거하는 것

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3.2 전산실

• 전산실 공조계획의 특징

- 24시간 계통과 일반계통이 혼재 - 인간대상과 시스템 대상이 혼재

- 내부발열이 큰 실과 작은 실이 혼재

• 컴퓨터실 공조방식의 분류

송풍방식

① 바닥아래 송풍방식(프리액세스 취출)

② 바닥위 송풍방식(천장 덕트 취출)

③ 바닥아래, 바닥위 병용방식(프리액세스 취출, 천장 덕트 취출병용 방식)

④ 바닥위 송풍방식(직취방식)

공 조 기 ① 패키지 유닛 방식(공랭형, 수냉형)

② 에어 핸들링 유닛

설치 장소 ① 컴퓨터 실내 노출 설치 방식

② 공조기계실 설치 방식

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