습도, 기류, 청정, 환기 등 의 조건을 최적의 조건으로 유지하는 것

공기조화시스템

 공기조화(Air conditioning): 실내 온

^.

습도, 기류, 청정, 환기 등 의 조건을 최적의 조건으로 유지하는 것

 냉난방도 일종의 공기조화임

 완전한 의미의 공기조화설비

HVAC (Heating, Ventilation, and Air conditioning)

공기조화시스템이란?

 공조기의 4대 요소

 온도, 습도, 기류, 공기 정화

구 분 적정 범위

온 도 20-23℃(겨울), 23-26℃(여름) 습 도 50-60%(겨울 30% 이상)

기류속도 0.2-0.5m/s

공조기의 역할

습도조절

제습 가습

기류속도

공기정화

공조기

구조

공조기

- 여름철

공조기

- 겨울철

■ 공조기 구조

■ 열 교환기

■ 가습 및 제습 방법

냉난방기

구조

냉방/난방 부하량 산정법

▶ 열의 흐름 방향이 반대라는 것 외에는 냉방부하와 난방부하를 구하는 방식은 동일

1. 설계조건의 선정

▶ 외기조건

- 기상대에서 과거에 기록한 최고상태보다 5% 정도 낮은 값을 근거로 실내공간의 부하가 최대로 되는 시각의 외기조건을 사용

▶ 실내조건

- 주어진 외기조건 하에서 쾌감온도선도를 참고로 하여 실내조건이 결정 - 일반 공기의 경우 건구온도로 25~26℃, 상대습도로 50% 전후 값을 채택

2. 유리창에서의 복사열 산출

▶ 태양복사

- 직접 태양에서 일사로서 도달하는 것

▶ 천공복사

- 천공이 먼지나 오존 등에 부딪힌 태양광선이 반사하여 지상에 도달하는 것

3. 외벽이나 지붕에서의 전도열량 산출

▶ (외벽이나 지붕의) 면적 × (상당외기온도-실온) × (외벽이나 지붕의) 열통과율

※ 상당외기온도란???

- 태양으로부터의 복사열은 건물의 외벽에 부딪쳐 외벽의 온도를 높이므로 외기와 실내온도의 차이를 더욱 크게 함. 실제의 외기온도에 태양복사열에 의해서 외벽면에 생기는 온도 상승분을 가미하여 만든 것

4. 벽, 지붕이외의 전도열량 산출

▶ (유리, 칸막이 등의) 면적 × (실내외의) 온도차

× (유리, 칸막이 등의) 열통과율

5. 틈새 바람의 부하량 산출

▶ 여름철 실내의 부하가 최대로 되는 시각의 바깥 풍속은 보통 크지 않아 일반적으로 생략

▶ 적용 사례

- 실제 크기에 비해 창 면적이 넓은 실내에서 틈새바람의 부하가 점유하는 비율이 높을 것이라 예측되는 경우

- 회의실 등에서 담배연기 등을 강제적으로 배기하면 급기량보다 배기량이 많아 실내가 부압이 형성되는 경우

6. 도입외기량 산출

▶ 1인당 필요한 외기량에 재실인원수를 곱해서 구한 값과

도시에 따라 법규로서 정해진 최소외기량의 값을 비교한 뒤에 큰 쪽을 채용

7. 내부발생열 산출

▶ 실내에 있는 모든 발열체에서 발생되는 현열부하만을 계산

8. ②-⑦ 항의 소계 산출

▶ 지금까지 구해온 열 부하는 모두 현열

9. 안전율을 계산에 고려

▶ 덕트의 내외 온도차

▶ 시공불량에 의한 덕트의 공기누설 ▶ 예상치 못하게 발생한 부하

▶ 일반적으로 ⑧의 소계값에 안전율로서 10% 전후의 여유를 둠

10. 바이패스외기의 현열부하량 산출

▶ 바이패스 외기

- 외기 중 냉각코일에 접촉되지 않고 코일 사이를 그대로 통과하는 공기

▶ 바이패스팩터 (B.F.)

- 코일을 통과하는 공기 중 실제로 코일의 표면에 접촉하는 공기와 그대로 접촉하지 않고 지나쳐 버리는 공기와의 비율

예) 0.1 : 코일을 통과하는 공기 중 10%가 그냥 통과한다라는 의미

▶ (⑥에서 구한) 외기 × B.F. × (실내외의) 온도차 × 정수(0.29)

※ 정수, 즉 0.29의 의미

- 공기의 비열 0.24 kcal/kg • ℃를 표준공기(기압 760mmHg, 온도 20℃의 공기)의 비체적 0.83m³/kg로써 나눈 것

※ ①-⑨의 합계

☞ “실내현열부하”

※ ①-⑩의 합계

☞ “유효실내현열부하”

11. 실내잠열 부하량 산출

▶ 이제까지 계산에서 제외한 잠열부하를 모아 계산

가. 틈새바람의 열부하 : 보통 생략

- 열부하 = 틈새바람장 × (실내외의) 절대습도차 × 정수(720)

※ 정수, 즉 720의 의미

: 물의 증발 잠열 597 kcal/kg(물)을 표준공기의 비체적 0.83m³/kg (공기)로 나눔

나. 인간의 부하

- 사람 수를 기준으로 함 다. 기계 부하

- 실내의 기계기구로부터 발생하는 모든 잠열을 산출

12. 안전율을 계산에 적용

▶ 보통 5-10%의 안전율을 계산에 적용

13. 바이패스 외기의 잠열부하량 산출

▶ 열부하 = 바이패스 외기량 × (실내외) 절대습도차 × 정수(720)

14. 유효실내전열 부하량 산출

▶ 유효실내현열부하 (①-⑩의 합계)

+ 유효실내잠열부하 (⑪-⑬의 합계)

15. 콘택트외기 부하량 산출

▶ 냉각코일에 의해 처리해야만 되는 장치부하

- 현열부하 = 외기량 × (1-B.F.) × (실내외의) 온도차 × 정수(0.29) - 잠열부하 = 외기량 × (1-B.F.) × (실내외의)절대습도차 × 정수(720)

※ 1-B.F. : contact factor

* 냉방부하의 소계

= 유효실내전열부하 + 장치부하

16. 그 외의 잡부하를 계산에 넣어 최종 냉방부하 산출

▶ 15에서 구한 냉방부하의 소계에 5%의 잡부하를 고려한 최종적인 냉방부하합계 산출

▶ 이것이 곧 냉방부하

● 송풍량 산출

유효실내현열부하 정수(0.29) × (실온-송풍온도)

유효실내현열부하

정수(0.29) × (1-B.F.) × (실온-장치노점온도)

※ 장치노점온도 : 냉각코일의 평균표면온도

=

=

● 왜 부하를 구하는 것일까?

▶ 실내의 부하 상태(현열과 잠열과의 비율)를 알기 위해 ▶ 실내에 송풍하는 공기의 양과 송풍온도를 알기 위해

▶ 송풍공기의 온도를 만족하도록 냉수 ․ 온수 혹은 증기를 공기조화기에 보내는 양을 구하기 위해

▶ 냉동기 ․ 보일러 ․ 냉수펌프 ․ 온수펌프 ․ 공기조화기 등 기기의 크기(용량)를 구하기 위해

▶ 송풍공기를 실내까지 보내기 위한 덕트의 크기를 알기 위해

▶ 냉동기 혹은 보일러로부터 공기조화기에 송수하기 위한 배관의

크기를 알기 위해

공기조화기의 종류

분 류 종류 세부 방식

열에너지 운반방식

전공기식 • 단일덕트 방식, 멀티존유닛 방식, 이중덕트 방식, 각층유닛 방식

전수 및 냉매

방식 • FCU (Fan Coil Unit) 방식 : 외기 공급되지 않고 열만 입,출입됨

공기-물 병용식 • 유인유닛방식, FCU 방식, 복사냉난방 방식

기기의 집중 및

분산 • 중앙식, 개별식 동시제어 규모

(온^.습도 제어) • 전체(General) 제어, 존(Zone)제어, 개별(Local)제어

공기조화(AHU) 방식의 종류

■ 전수방식 (실내 환기 없음)

■ 냉매방식(실내 환기 없음)

■ 전공기 방식 (실내 환기 가능, 외기 유입정도)

■ 병용식 (공기-물)

■ 전공기 단일덕트 방식 – 일정풍량 방식

■ 전공기 단일덕트 방식 – 재열방식

■ 전공기 각층 유닛 방식

CO ₂ 센서를 이용한 실내 공조

: 유해물질의 제어

 CO2 는 실제 생활에서 CO, 미세분진의 발생과 밀접한 관계가 있음

 비교적 다른 물질 센서에 비해 감도가 우수함

㎥/hr

ppm

■ 전공기 – 가변풍량(VAV: Variable Air Volume) 방식

 제어공간별 오염물질 발생량에 따른 제어는 가능함

 하지만 온도 제어는 어려움

 사무실 공조용으로 적합함

S S S

S

■ 전공기 멀티존(Multi-zone) 유닛 방식

• 각 존의 온도 설정값에 따라 냉온풍의 혼합비를 바꾸어 공급 가능 (온도 조절 가능)

• 급기덕트에 가변 풍량이 가능한 댐퍼 설치한다면 유해물질 발생량에 따른 공기량 조절가능

• 주택별 설정온도 변화와 유해물질 발생량에 따른 공기량 변화에 동시 대처가능

• 하지만 주택이 많아질수록 덕트의 분할수가 많아져야 하기 때문에 중소규모에 적합

유해물질 센서와 연결

사무실별 설정온도 센서와 연결

■ 전공기 이중덕트(Dual duct) 방식

 각 존의 온도 설정 값에 따라 냉온풍의 혼합비를 바꾸어 공급 가능 (온도 조절 가능)

 급기덕트에 가변 풍량이 가능한 댐퍼 설치한다면 유해물질 발생량에 따른 공기량 조절가능

 주택별 설정온도 변화와 유해물질 발생량에 따른 공기량 변화에 동시 대처가능

유해물질 센서와 연결

주택별 설정온도 센서와 연결

공기조화기 관리방법



외기 유입구로 부터 고농도의 오염물질 유입



외기 유입을 하지 않음으로 인해 실내에서 발생된 오염물질이 고농도로 정체되는 경우



필터, 덕트, 냉각 코일, 가습 장치 등의 청소 미비로 미생물 성장



부적절한 필터 선택 및 필터 청소와 교체를 하지 않아 필터 자체가 실내 오염원으로 작용

공조기에 의한 오염

외기 유입구



외기 유입구를 통해 오염물질 및 악취가 유입되지 않도록 해야 함



외기의 오염물질 농도



피해야 할 장소 : 대로변, 소각로 또는 보일러 주변, 냉각탑 주변 (레지오넬라균, 습도)

공장내 사무실

외기 급기구 위치 이동



급기 취출구의 속도 및 위치가 중요



사무실에 파티션 등이 기류를 방해하기 때문에 기류 흐름을 잘 고려해야 함



급기는 설계 유량을 유지하는 것도 중요하지만, 공간 전체에 효율적인 급기가 될 수 있도록 하는 것이 더욱 중요함



연기발생기를 이용한 테스트 등을 통해 기류 흐름을 조절할 필요가 있음



오염물질 발생원인 화장실 등은 음압으로 유지하는 것이 효율적임

급 ^. 배기 방법

취출구 형태

■ 취출구와 설치위치

■ 취출구와 흡입구의 상대위치

<유니버셜형 취출구와 언더컷> <아네모형 취출구와 그릴>

■ 창문 앞에 라디에터가 설치된 이유는?

새로운 급기 방법(바닥취출)

<전통적인 천장공조시스템에 의한 실내공기환경 분포>

■ 국내 S건물의 층고절감 설계 사례

■ 일본 이토키 빌딩의 층고절감 사례

■ 바닥공조시스템에 의한 실내공기환경 분포

AHU

실외기 및 보일러 외기급기

배기

주방 배기 (수동)

욕실 및 화장실

욕실 및 화장실

급 ^. 배기 방법

급 ^. 배기 방법

주방 배기 (수동)

AHU 실외기

및 보일러 외기급기

배기

주방 배기 (수동)

욕실 및 화장실

욕실 및 화장실

급 ^. 배기 방법

주방 배기 (수동)

AHU 실외기

및 보일러 외기급기

배기

주방 배기 (수동)

욕실 및 화장실

욕실 및 화장실

일반배기

일반배기



외기에 포함된 분진을 제거



필터 : 저차압 고효율재질 선정



필터 관리 불량시 분진 재유입 및 악취 발생원으로 작용

필터 관리

일반적인 필터

필터 관리 예

완전오염 부분오염

특수 필터

2단 필터 시스템

전향 날개형 (forward curved blade fan)

특징

• 일명 sirocco fan (혹은 다익팬)이라고도 함

• 날개 깃이 회전방향으로 기울어져 있음

• 다(多)풍량 저(底)정압에 적합

• 동일 송풍량을 형성시키기 위한 임펠러 회전속도가 낮음

• 저소음

• 저가(低價) 제작

단점

• 높은 압력손실에 송풍량이 급격히 감소

• 다량의 분진 함유 공기에 적용 할 경우 효율 감소 및 소음/진동 초래

• 풍량이 증가하면 축동력이 급격히 증가하여 오버로드 (over-load) 발생

• 압력손실이 높은 경우 서어징(surging) 현상 발생

공조기용 팬

전향 날개형(시로코형)

- 필터 오염시 필터 차압이 증가하여 서징존으로 이동할 가능성이 있음



재향군인회병 (legionnaires’ disease)

– 1976년 7월 미국 필라델피아

– 미재향군인회 참석자 중 34명 사망

– 1977년 원인균을 레이오넬라균(Legionella Pneumophila)으로 규명



^{레지오넬라 질병}

– 세균에 오염된 물방울의 흡입으로 감염

– 샤워기, 가습기, 냉각탑과 증발식 응축기 등에서 발생

– 비산중 세균생존률은 상대습도 65%이상이고, 직사광선을 받지 않으면 증가 – 예방은 냉각탑 소독이 필수적

– 소독 후 약 10일간 냉각탑 방치시 소독전 상태로 돌아감 – 주기적인 청소 및 소독이 반드시 필요함

냉각수 관리

■ 레지오넬리 질병 발생지역 및 전염원

^*

발생지역 전염원

병 원

냉각탑 음료수 계통 호흡기 치료장치

샤워헤드

호텔 등 숙박업소

냉각탑 음료수 계통

에어컨 냉각탑 에어컨 음료수 계통

식료품 상점 식료품 진열 및 보관 MIST 기계

온 천 소용돌이 물거품

주거시설(아파트, 주 택)

에어컨 샤워헤드 분무식 가습기

* 1984~1959년 사이에 미국에서 발생한 것임

대책범위 균 수 소독 기준

바람직한 범위 1×10² 미만 -

관찰을 요하는

범위 1×10² ~ 1×10³ 미만

 2~3주 후 재검사를 실시하여 균수의 상승 경향이 없는 것을 확인함

 상승할 경우 관리강화

주의를 필요로

하는 범위 1×10³ ~ 1×10⁵ 미만  균수가 상승할 때 살균 내지는 청소 등의 대책 강구

긴급처치를

필요로 하는 범위 1×10⁵ 이상  즉시 화학적 청소 실시, 약제처리를 계속 하면서 균수 감시

■ 레지오넬라균의 소독기준(CFU/100ml)

^*

* CFU : Colony Forming Unit - 레지오넬라증 방지지침, 1999년 11월, 일본 후생성감수

구분 처리방법 비고

염소처리  부식방지제와 함께 널리 사용

 온도가 높아지면 염소성분이 분해

 배관공의 부식, 발암성분 생성(THM)

 염소에 내성이 있는 레지오넬라균 발생이 가능

오존처리

 오존처리 후 염소처리 병행

 냉각수에 오존 0.2-0.3mg/L 첨가시 살균 효과

 독립 소독이 아니므로 비경제적인 방법임

자외선처 리

 탁도 및 화학성분에 따라 투과율 이 달라지기 때문에 여과후 자외 선 처리 실시

 레지오넬라균 및 기타 세균중 일부는 자외선 에 의해 손상 후 태양광에 의해 복구될 수 있음

 냉각탑 하부에 태양광 차광 기타방법  고온멸균법, 전기분해법 등

냉각탑 소독 방법

■ 레지오넬라 질병 방재를 위한 냉각탑 점검표

공조기 청소 방법

공조시스템 내부에 미생물 증식 및 필터를 통한 분진 유입 등의 문제를 해결하기 위해서는 공조시스템의

주기적인 청소 및 관리가 필요

규제완화 조치로 현재

시행되지 않고 있음

청소방법(에어를 이용)

청소 방법(솔을 이용)

청소 장비

TAB

TAB: 시험, 조정, 평가(Testing, Adjusting and Balance)기술



공기조화설비의 에너지 반송매체인 공기와 물에 대하여 시공된 설비시설에 출입하는 양이나 질이 설계 값에 합당한가를 시험 (testing)하고, 오차가 있는 경우 조정(adjusting)하여 최종적으 로 설비계통의 유량을 배분(balancing)하는 분야

시험, 조정, 평가란?

시험 (Testing) 각 장비의 정량적인 성능 판정

조정 (Adjusting) 터미널 기구에서의 풍량 및 수량을 적절하게 조정하는 작업

평가 (Balancing) 설계 치에 따라 분배 시스템 (주관, 분기관, 터미널)내에 비 율적인 유량이 흐르도록 배분

모사무실 공조 급기량 측정`

구 분 설계치(CMM) 측정치(CMM) 유량비(%)

공조급기

(AHU 095-10301)

33.6 12.3 36.6 276.7 30.2 10.9 310.0 42.5 13.7

구 분 구조물에 의해 눌림 밟혀서 찌그러짐 덕트에 의해 찌그러짐 덕트 탈락

사진

문제점

 대부분의 공조용 플렉시블 덕트가 구조물이나 가지덕트에 의해 눌러져 있어 과다 압력발생

 플렉시블 덕트가 가지덕트에서 떨어져 있음

 덕트 설계사양에 비해 효율이 14%에 불과

개선방안

 가지덕트나 급기구의 위치를 변경하여 플렉시블덕트가 눌려 과다 압력이 발생하지 않게 함

 주기적으로 점검하여 파손되거나 탈락된 덕트를 확인하여 보수

 송풍기 점검 실시

■ 공조라인 문제점 및 개선방안