4.1 공조계획

(1)

1. 換氣 (환기, 바꿀 환) - Ventilation – 환기(외기도입) 2. 環氣 (환기, 되돌릴 환,일본어) - Return Air – 리턴에어

3. 給氣 (급기) – 공급하는 량- 보통 리턴에어 량과 같음

4.1 공조계획

4.1.1 총 설

(2)

(1) 계획 설계의 순서

<표 4.1> 건축 계획 설계순서

단 계 성과물

공조계획의 대응

목 표 주요 결정사항 주요 검토사항 유의사항

기획 사업 기획서 사업지원 기획서 조건확인

부지주변조사 관련법규/규격확인 사업성 검토

개발 규제 지역/지주 규제 기반시설조사

기본구상 기본 구상서 기본구상확립 기본계획조건확인

등급설정

설계조건의 결정 조닝의 골격 시스템의 골격 스페이스 계획 경로 계획 개산 시공비

임대기준 설계기준

시스템 비교검토 기계실 배치계획 샤프트 계획

플로어 임대/소구획임대 등의 수준 중앙식/분산 방식별

지하층/저층의 급배기 경로의 확보

기본설계 기본 설계도서 기본설계안확립 실시설계조건확인

온습도 조건등 조닝 결정 시스템 선정 장치 계락용량 기계실 배치 덕트/배관 경로 개산 시공비

임대기준 설계기준 개략부하계산 시스템 상세검토 주요부 마무리검토

장래 확장성

쾌적성/에너지절약/경제성 반출입

유지관리/갱신시 액세스의 용이성

실시설계 실시 설계도서

발주용도서작성 예산서

계산서

장비 시방 기기 배치 덕트/배관 설계 자동제어 설계

부하 계산 기기 선정 덕트/배관계산

(3)



건축의 기본적인 구상이 검토되는 단계



전체 기본 개념에 의거하여 목표의 설정이나 이에 대응하는 시스템의 기본적인 구상을 함



기본구상에 의해 기본계획 조건이 확립



공조 시스템이 구비해야 할 성능 결정 이에 의거한 조닝이 시스템의 골격을 형성함



환기, 열원시스템 선정



기계실 배치계획, 덕트 배관 경로 등 골격에 관한 스페이스 계획실시

(3) 기본계획

(4) 기본설계 , 실시설계



기본설계 단계에서는 기본계획 단계에서 결정된 골격을 섬세하게 수정 하고 확정하는 단계



실시설계 단계에서는 기본설계에서 결정된 내용을 도면화 함



시공자에 대한 발주를 준비

(2) 기본구상

(4)

□ 계획 설계

- 설계 목표 설정

- 건물의 종합적인 계획수립 - 건물의 규모. 형태. 기능.

- 구조. 재료 및 환경계획.

개 요

설 계 단 계 업 무

기 획 설 계 (Conceptual)

기 획 단 계

건설 가능성, 사업성 및 건설규모 등을 검토하는 단계 로서 사전 조사된 자료를 바탕으로 자료를 분석하고, 사업개요 및 규모를 정하여 건축주와 설계자간의 계약이 이루어진다

구 분

국내 설계사의 설비계획 및 설계단계분류 및 과정 예

(5)

□ 기본 설계

- 설계설명서/개략부하 계산 - 주요 장비 일람표

- 열원 흐름도/ 기계실 배치 - 계통도 및 기준층 평면도 - 설비 스페이스 계획

설계 단계

□ 계획 설계

설계 기본목표와 방향 설정

□ 기본 설계

기본 구상이 구체적 지침으 로 결정되는 단계

□ 실시 설계

실제공사가 가능한 세부적인 도면을 완성하는 단계 계획/기본/실시설계

(6)

시공 / 준공도면 (Shop/As built Dwg)

□ 시공 도면

실제 공사에 필요한 제작 및 설치를 위한 도면

□ 준공 도면

실제 시공된 상태를 건물준공시 시공자가 작성하여 건축주에게 납품하는 단계

시공 단계

□ 실시 설계

- 설계 설명서

- 부하 및 장비 계산서 - 시방서 작성

- 물량산출 및 내역서

- 장비일람/계통도/평면도/특수설비/상세도 등 일체

(7)

^{기본 설계}

□ 기본설계 설명서

설계 기준, 적용 시스템 및 Zoning 등 기본계획 내용을 발전, 확정시킴.

- 개략 부하계산서 - 개략 장비 선정서 - 추정 공사비 계산서 - 에너지 심의 서류 - 소방설비 계획서

□ 시방서

-주요 시방서(초안)

□ 기본 설계 도면 - 주요 장비 일람표

- 열원 흐름도/ 기계실 배치 - 계통도 및 기준층 평면도 도 서

계획 설계

□ 기계설비 계획서

- 법규 검토

- 건축주 요구사항 검토 - 설계방침의 확정

- 설계 기준 (내,외부조건) - 개략 부하 산정

- 개략 용량 및 장비 선정 - ZONING 분석

- 적용 SYSTEM의 비교 검토 - 경제성 비교 검토

(SYSTEM, 장비, 배관재질 등) - 개략 공사비 추정

- LCC 검토

- 유지보수 관리 계획 구 분

설계 단계별 도서 작성 기준

(8)

실시 설계

□ 시방서

- 일반 및 특기시방서

□ 내역서

□ 부하 및 장비 용량 계산서

□ 설계설명서

기획 설계부터 실시 설계까지 진행되어오는 동안 발전 확정된 내용을 기술

□ 실시 설계 도면 - 도면 목록표/범례

- 장비 일람표/열원 흐름도 - 옥외 배관 평면도

- 기계실/공조실 평면, 단면 - 장비 기초도

- 각 설비 계통/평면/확대도 - SHAFT 상세도

- 수조 배치 및 상세도

- 특수 설비 (소음, BAS 등)

(9)

1) 중앙식 또는 개별식의 선정

2) 공조방식의 선정 ① 공기방식

• CAV / VAV 단일 덕트 방식

• 2중 덕트 방식 (CAV 또는 VAV)

• 바닥 공조방식 ② 수․공기 겸용방식

• FCU + CAV 방식, FCU + VAV방식

• 수열원 HP + VAV 방식, 콘벡타 + VAV 방식

• 팬파워유니트 + VAV 방식

• 인덕션유니트 겸용 VAV 덕트방식

• 재열기 겸용 CAV 방식 또는 VAV 방식

• 팬파워유니트 겸용 저온 급기방식 ③ 공조기 설치 방식

• 중앙 / 각층 / 개별 공조기 방식 ④ 공조방식 선정요소

• 설비비, 운전비, 설치면적 및 공간.

공기조화설비 계획

공기조화 방식

(10)

1) 개별온도 제어성능 ① 온도제어 존 구획의 크기

• 고급 : 30~40 ㎡, - 중급 : 200~ 500 ㎡

• 통상 : VAV Zone은 100㎡ 미만이 바람직.

② 외주부의 제어 존 (스팬)의 길이

• 고급 : 4.5 ~ 6 m, - 중급 : 방위별.

③ 내.외부 구획

• 고급 : 내주부와 외주부의 공조 존 구획.

• 중급 : 내.외부를 동일계통 (6~12m 이내).

④ 온도제어 편차

• 고급 : 0.2 ~ 0.5 ℃,

• 중급 : 1 ~ 2 ℃.

⑤ 공조배관

• 고급 : 4 – Pipe,

• 중급 : 2 – Pipe.

2) 공조 운전시간 ① 년간 운전

• 고급 : 년간 공조.

• 중급 : 기간 공조.

② 일간 운전

• 고급 : 업무개시 45분전 운전시작.

• 중급 : 업무개시 15분전 운전시작.

공조설비 등급

(11)

3) 환기 성능 ① 급기량

• 고급 : 급기량 20~25 CMH/m² 이상 확보 (환기회수 : 8-10 회/시간)

• 중급 : 급기량 12~15 CMH/m² 이상 확보 (환기회수 : 5-6 회/시간) ② 외기 도입량

• 고급 : 외기량 36 CHM/인 이상 확보 (CO2 농도 : 600-800 PPM)

• 중급 : 외기량 25 CHM/인 이상 확보 (CO2 농도 : 800-1,000 PPM) ③ 공기여과 성능

• 고급 : 분진농도 0.1~0.13 mg/m³

• 중급 : 분진농도 0.15 mg/m³이하 ④ 급기구 및 환기구

• 고급 : 천정모듈 3 × 3m 또는 4.5 × 4.5m 마다 급기구 및 환기구 설치

• 중급 : 천정 조명기구 모듈에 따라 기구 설치

(12)

1) 공기조화 방식의 검토

• 건물 부하특성에 적합한 공조방식 선정 여부

• 건물 등급에 맞는 공조방식의 선정 여부

• 각 부위별 온.습도 조절 성능의 확보 여부

• 공조 방식의 경제성, 유지관리의 편이성 검토

2) 공기조화 설비 등급 검토

• 내.외부 공조 구획 여부

• 급기 및 온도조절 구획 크기

• 공조 배관 조닝 (2파이프 / 4파이프)

• 공조 운전 기간 (연간공조 / 기간공조)

• 공조 운전 시간 (예열운전시간)

• 공조 급기 환기회수 검토

• 외기 도입량 검토

• 비공조 공간의 환기방식 검토

• 실내 발열이 있는 실의 환기

• 취기 또는 분진 발생 부분의 배기 (주방, 오수처리장, 쓰레기처리장, 화장실등)

• 취기 발생, 유해 또는 유독가스 발생실 배기량 및 옥상으로의 별도 배기 확인 (주방, 오수처리장, 쓰레기처리장 배기)

공조 계획 검토

(13)

조사 대상

1) 공급가능 에너지원의 파악 : 전력, 오일, 가스, 지역난방열원.

2) 자연 에너지원의 이용가능성 파악 : 태양열, 지하수, 온천수.

3) 배열 이용 가능성 파악 : 목욕탕 배수, 변전소 및 발전기배열, 공업용 냉각수.

□ 검토대상

- 심야전력 이용 빙축열방식 + 증기보일러.

- 2중효용 흡수식 냉동기 + 증기보일러.

- 가스직화식 냉온수기.

- 지역난방 열원이용 흡수식 냉동기.

- 열병합 발전시스템 등.

□ 검토 기준

- 시설규모, 설비비, 운전비.

- 용량제어성, 설치면적.

- 유지관리성, 소음, 진동.

- 법적 규제에 대한 적법성.

□ 온도차 : 동력 절감을 위해 대온도차 선정 - 온수 : △t = 5℃, 10℃, 15℃, 20℃

- 냉수 : △t = 5℃, 7℃, 8℃, 10℃

□ 열매의 종류

- 증기 : 고압, 중압, 저압.

- 온수 : 고온수, 중온수, 저온수.

- 냉수 : 브라인, 5℃, 7℃.

□ 열원공급실 (POWER PLANT)의 위치

- 지하기계실, 지상기계실.

- 옥상기계실, 별동기계실.

□ 냉/온 열원기계실의 분리설치여부

□ 대수분할기준

효율적인 운전을 위하여 사용시간 대 및 용도별 최대부하와 저부하를 고려 적정한 대수분할.

- 병열식, 직열식, 직․병열 혼합

열원설비 계획

(14)

(2) 조닝 계획



건축주의 요구 조건, 법적 계약조건, 조달상 제약조건이나 사회적 동향들을 고려하여 조건 확립.



기본계획을 거쳐 기본설계, 실시설계를 추진 하기 위한 보다 세부적인 설계조건의 확립.



요구되는 온습도 조건, 부하의 특성 등에서 공조계통을 여러 개로 나누어 계획하는 것을 조닝 계획이라고 함.



조닝 계획의 적합성 여부가 공조 성능에 절대적인 영향을 미침. 4.2절 에 따라 조닝계획을 추진.

4.1.2 기본계획시의 중요 계획사항, 유의 사항

(1) 계획 설계조건의 정리와 확인

(15)

(3) 공조 방식의 검토와 선정



공조 방식에는 4.3절에 설명하는 바와 같은 많은 방식이 존재.



기본 계획 단계에서 실내 환경의 유지성능, 안전성, 편리성, 경제성, 에너지 절약성, 필요 스페이스 등을 감안하여 방식 선정.



공조 방식의 선정은 건축계획(기계실 배치,배관 덕트 경로) 과 밀접한 관계.



계략적인 산정이나, 시험계산, 스케치에 의하여 적절한 시스템선정과 공간확보에 유의.

(4) 열원 방식의 검토, 선정



열원 방식에는 4.4절에 표시한 것과 같이 여러 방식이 존재.



기본계획 단계에서 안전성, 신뢰성, 운전의 용이성, 공해 방지성, 경제성, 에너지 절약성, 필요 공간 등을 감안하여 방식 선정.



부분 부하의 추종성능도 중요한 검토 사항.



열원방식의 선정은 기계실 배치, 굴뚝이나 배관경로 등과 같은 건축계획과 밀접한 관계를 가짐.

(16)

(5) 기계실 및 샤프트 배치 계획



열원 기계실, 공조 기계실, 배관이나 수직 덕트를 위한 수직 샤프트 경로 등은 공조설비용 장비 배치와 함께 건축계획에 막대한 영향을 줌.



중,대규모 사무실에 필요한 기계실의 데이터;<표 4.2>



설비용 공간은 건축계획상 매우 큰 중요성을 가짐.

<표 4.2> 필요 기계실 면적 (기계실+공조 기계실 등)

연 면 적(㎡)

사 례 (A) (㎡) 사 례 (B) (㎡) 사 례 (C) (㎡) 단일 덕트 방식

각층 유닛 방식

이중 덕트 방식

유인 유닛 방식 단일 덕트 방식(1계통) 1000

3000 5000 10000 15000 20000 25000 30000

- - 350(7%) 600(6%) 850(5.7%) 1100(5.5%) 1300(5.2%) 1500(5.0%)

- 200(6.7%) 290(5.8%) 470(4.7%) 590(3.9%) 700(3.5%) 750(3.2%) 900(3.0%)

50(5%) 130(4.3%) 220(4.4%) 350(3.5%)

- - - -

(17)

(6) 급배기 경로의 계획

(7) 방음, 차음 계획



신선한 공기의 도입, 오염공기의 배출을 위한 급배기 경로는 중요한 계획 사항.



기본 계획 단계에서 신중한 검토와 협의를 거쳐 정확한 급배기경로를 확보 하여야 함.



공조 장치도 소음원임.



냉각탑이나 급,배기구에서 소음이 전파하므로, 인근과의 관계를 고려하여 장비 배치를 결정하고 차음벽을 설치함.



야간 공조 운행시에 각별한 주의 필요.



실내 환경 유지에 있어서 요구되는 실내 소음 레벨 등에 비추어 공조 기계실의 배치를 계획.

(18)

(9) 갱신 계획에 대한 대응

(8) 유지 관리를 배려한 배치 계획



공조 시스템은 정확한 유지 관리에 의해 좋은 성능 발휘.



유지 관리를 위해 기기등의 보수가 용이해야 함.



기본 계획 단계에서 보수경로 확보를 위해 노력.



공조 설비의 수명은 건축 구조체에 비해 짧은 수명.



준공 후에 수년에서 수 십 년 후 기기나 배관을 교체.



교체를 가능하게 하기 위해 주요 기기의 교체용 공간 및 주배관 갱신용 예비 공간 등의 확보도 필요.

(19)

^{존의 구성}

- 레스토랑 내부존 - 사무실 내부존 - 사무실 외주존 - 전자계산기실 존 - 은행홀 내부존 - 은행홀 외주존 - 지하점포 존 - 회의실 존

4.2 조닝계획

(20)

4.2.1 실내 환경 조건별 조닝

(1) 온습도별 조닝

(2) 공기 청정도별 조닝



실마다 요구되는 온습도가 다른 경우 각각 조닝하는 것이 원칙.



세밀한 조닝은 설비비가 고가로 될 염려가 있음.



습도가 그다지 엄밀하지 않은 경우, 온도 제어를 우선으로 함.



습도에 대한 허용도가 온도에 비해서 비교적 넓음.



건축기준법이나 빌딩관리 기준에서 거실의 먼지 농도, 이산화탄소 농도, 일산화탄소 등의 농도를 일정한 수준 이하로 유지하도록 규정하고 있음.



특별히 분진, 유해가스 발생원이 있는 경우 국소환기 등의 특수 환기를 적용하거나 조닝을 바꾸는 조치가 필요.



공기 청정도별 조닝을 필요로 하는 시설의 대표적인 사례; 병원 <4.4.8> 참조.

(21)

(3) 개별실 제어 조닝



비교적 좁은 개별실 (임원실, 회의실)에서는 개별 제어가 가능한 공조 조닝이 요구됨.



개별실은 페리미터 부하 요구가 크고, 다른 대형실과는 다른 특성을 보임.



대형실과 개별실은 사용시간이나, 인원 밀도도 다름.

(22)

(1) 페리미터 조닝 , 인테리어 조닝



건물의 외주부( 페리미터와) 내부 (인테리어)를 구분해서 조닝하는 것이 일반적임.

-페리미터와 인테리어부의 현저히 다른 특성 때문



페리미터부는 외부의 일사나 외기의 온습도 영향을 많이 받고 냉난방 피크부하의 변동 이 큼.



인테리어부에서는 조명, OA기기, 인체 등의 발열부하가 주요 대상이며 연간냉방이 필요함.

부하변동이 작고 안정된 부하로 간주함.

4.2.2 열부하 특성별 조닝

<그림 4.1> 방위별 조닝

(23)



최근에는 Air flow형 윈도우<그림 4.2>를 적용하여 페리미터를 고려하지 않는 조닝방법도 일부 등장(페리미터 레스 방식) .

<그림 4.2> 에어 플로 윈도우

(24)

(2) 방위별 조닝



페리미터부에는 일반적으로 방위별 조닝이 채용됨 <그림 4.1>에서 보이는 바와 같이 방위 별 열부하 특성이 현저히 다름에 기인



<그림 4.3>과 같이 동측 존은 아침, 서측 존은 저녁에 일사부하가 높음



일사가 높은 존에서는 다른 존의 난방시, 냉방하는 경우가 발생



방위별 존을 구성하지 않는 경우에는 페리미터부의 실온이 적정치에서 크게 벗어날 염려가 있음.

<그림 4.3> 방위별 일사부하 특성 설명도

(25)

(3) 내부 인원 밀도, 내부부하 밀도별 조닝



인테리어부에서는 인원밀도나 내부기기 밀도에 의거하여 조닝이 설정됨.



사무실용 빌딩의 경우 공조 존은 통상 사무실 존, 회의실 존, 전산실 존 등으로 구분함.



인원밀도의 차이는 필요 신선 공기량에도 영향을 미침



현저하게 인원밀도가 다른 실을 동일 공조 존으로 하는 경우 과잉 신선 공기를 도입하는 실이 발생하며 과잉 에너지 소비 초래에 유의 하여야 함.

(26)

4.2.3 용도별 조닝

4.2.4 사용 시간별 조닝



용도마다 구분되는 환경 등급이나 인원밀도, 부하밀도가 다른 것이 보통 임.



원칙적으로 용도가 다른 실은 공조 존을 별도로 하는 것이 좋음.



건물에는 사용시간이 다른 실이 존재.



사무실의 경우 10 시간 정도의 사용이 보통.



중앙 감시시설이나 경비실은 24시간 사용.



식당 등은 주간 2~3시간 정도 사용.



원칙적으로 시간마다 공조 존을 구성하는 것이 좋음.

(27)

4.3 공조 방식의 분류

4.3.1 총설

<표 4.3> 공조방식의 분류

(28)

<그림 4.4> 열수송 매체에 의거한 공조방식의 분류

(29)



공조기에서의 공기로 실을 공조하는 방식



모든 것에 대해 공기로 실을 공조하는 방식



단일덕트 정풍량방식 (4.4.1 참조), 단일덕트 변풍량방식 (4.4.2 참조), 이중덕트방 (4.4.3 참조) 등이 이에 속함



급기 공기량이 많아 실내청정도를 높이는데 바람직한 시스템



공기의 낮은 열용량 특성으로 인해 덕트의 치수가 커지고 이로 인해 공간상의 제약이 많음



반송 에너지 소비 증대

4.3.2 열수송 매체에 의한 분류

(1) 전공기 방식

<그림 4.4a 전공기 방식>

(30)

(2) 공기-물 병용방식



일부는 공조기의 공기에 의해, 일부는 열원기에서 수송된 냉수나 온수에 의해 실을 공조하는 방식.



단일덕트 방식과 실내설치의 팬 코일 유닛과 병용방식이 대표적인 방식 (그림 4.4b 참조).



국소 열부하 대응에 우수한 방식.



패리미터를 팬 코일 유닛 방식으로, 인테리어부를 단일 덕트 방식으로 대응하는 것이 전형적인 사례.

<그림 4.4b 공기-물 병용방식>

(31)



실까지의 열수송의 모든 것을 물을 매체로 하는 시스템.



팬코일 유닛 방식이 대표적인 방식 (그림 4.4c )



공기 청정도 유지 목적으로는 일반적으로 전공기 방식이나 공기-물 방식에 비해 뒤떨어짐.

(3) 물방식

<그림 4.4c 물방식>

(32)



프레온 등의 냉매를 직접 공기-냉매 (직팽코일) 열교환기로 유도해 냉각 또는 가열하는 시스템.



가정용 윈도우 쿨러나 유닛형 히트펌프가 대표적 (4.4.6 참조).



빌딩용 멀티라 칭하는 방식이 중규모 빌딩 등에 적용됨.



개별운전이 가능하며 사용이 편리.

(4) 냉매방식

<그림 4.4d 냉매방식>

(33)

4.3.3 공조기 분산도에 의한 분류



대형 공조기에 의해 여러 층에 걸친 대상면적을 대상으로 하는 공조 방식.



용도, 사용시간등 동일존으로 볼 수 있는 대상을 전제로 하는 집중도가 높은 공조방식.



전공기 방식의 특성을 지니고 있음.



수천 ㎡에 1대의 공조기가 설치되는 것이 보통.



열부하 특성 등이 대상면적 전역에 대해 동일하다 고 볼 경우 경제적으로 우수한 방식.



실마다 온습도의 편차가 있을 경우 변풍량장치를 도입하여 열부하에 대응함.

(1) 중앙방식

<그림 4.5a> 중앙방식

(34)

(2) 각 층 유닛 방식



각 층마다 공조기를 분산 설치하는 방식.



공조기 설치 단위는 대체로 수백 ㎡에 1대 단위로 설치.



내부부하가 증대될 시 부하특성이 층마다 다른 경우, 사용 시간대가 층마다 다른 경우에 적용.



초기의 정풍량 방식에서, 최근 부하의 국소적 편재에 대응해 변풍량 방식도 많이 사용.

<그림 4.5b> 각 층 유닛 방식

(35)

여러가지 각층 유닛방식-1

(36)

여러가지 각층 유닛방식-2

(37)

(3) 분산방식



수십~수백 ㎡ 단위로 소형 공조기를 분산 배치하는 방식.



OA기기 보급에 수반하는 국소부하 급증에 대응하기 위해 도입.



온,습도에 대한 설정 단위의 세분화가 요구됨.



운전시간을 소구획 단위로 변경 가능한 것이 에너지 절약 측면에서 유리함.

<그림 4.5c> 분산방식

(38)

(4) 개별식



개실 단위마다 공조기 유닛을 설치, 제어하는 방식.



증기압축식 열원기와 공조기가 통합, 완결성이 높은 시스템.



열원기능이 없다라도 개별적으로 온습도 제어가 가능한 시스템을 개별방식에 포함.

- 한국형 시스템 에어컨

<그림 4.5d> 개별식

(39)

4.3.4 열의 이동거리에 의거한 분류



취출구나 기기에서 냉풍 또는 온풍을 강제적으로 취출해 실을 냉난방하는 방식.



실의 온도유지뿐만이 아니라 습도나 공기청정도 유지를 겸하는 경우가 많음.

(1) 대류식

(2) 복사식



물체 표면에서 방사되는 에너지를 사용하여 냉난방하는 시스템.



복사형 스토브에 의한 국부난방, 바닥 패널 히팅 등이 전형적.



본 방식은 냉난방을 대상으로 설치되며, 습도나 공기청정도 유지는 다른 방식으로

<그림 4.6> 열 이동거리에 의한 공조방식의 분류

(40)

4.4 각종 공조 방식

4.4.1 단일 덕트 정풍량 방식

-보통 “CAV (constant air volume)방식” 으로 지칭- (1) 구성



전공기 방식의 전형적인 공조방식 <그림 4.7>.



공조기, 급기덕트, 실, 환기덕트로 구성.



공급공기는 항상 일정한 풍량.



에너지 절약 관점에서 열교환기나 환기 팬을 설치함.

<그림 4.7> 단일덕트 정풍량 방식

(41)

(42)

(2) 특성



습도, 공기 청정도 유지가 용이.



열부하의 편차분포가 있는 경우, 국부적으로 실온에서 크게 벗어나는 등의 불합리를 초래할 수 있음.



반송에너지가 큼.



환기 팬 설치시 외기 냉방에 의한 에너지 절약이 가능.

(3) 적용



중앙방식, 각 층 유닛 방식이나 개별방식 모두에 적용.



대상 존부하의 분포나 특성이 장소에 따라 비교적 동일함을 전제로 하는 시스템.



홀, 대회의실, 식당 등 인원밀도가 높고 신신한 공기를 많이 필요로 하는 곳에 적용.

(4) 응용방식



재열기 추가 부착 정풍량 방식도 있음.



단말 재열기에 의해 국부적으로 급기를 가열하고 실온을 조정.



개별실 마다 실온을 제어할 수 있지만 에너지 낭비가 발생.

(43)

4.4.2 단일 덕트 변풍량 방식

-보통 “VAV (variable air volume)방식” 으로 지칭-

<그림 4.8> 단일덕트 변풍량 방식

(44)

<그림 4.9> 변풍량 유닛의 구조

(45)

Venturi형 변풍량유닛

(46)

(47)



단일 덕트 시스템방식의 단말에 변풍량 유닛을 추가 설치.



변풍량 유닛을 이용하여 실에 공급되는 공기량을 부하에 따라 변동시키는 시스템.



댐퍼제어, 흡입 베인제어, 회전수제어 등의 풍량제어 방식이 이용.



변풍량 유닛은 10㎡ ~100㎡ 단위 정도로 건물등급에 따라 배치.

(2) 특성



단일 덕트 정풍량 방식과 거의 특성은 같지만 정풍량 방식에 비해 실온 추종성능이 높음.



송풍량의 축소로 반송 에너지가 대폭 절약됨.



공기 청정도는 비교적 낮고, 설비비는 정풍량 방식에 비해 상당히 높음.

(3) 적용



단일 덕트 정풍량 방식의 적용처와 원칙적으로 같음.



최근 공조방식중에 가장 광범위하게 적용.

(1) 구성

(48)

(4) 응용방식



재열기 부착 변풍량 방식이 있음.



변풍량 방식의 단말기에 재열기를 설치한 시스템 <그림 4.10> 송풍량으로 실온을 조정하므로 급기량이 적어지는 경우, 재열기가 작동하여 온도를 상승시킴



오피스 빌딩의 회의실이나 임원실 등에 사용되는 고급 시스템

<그림 4.10> 재열형 변풍량 유닛

(49)

4.4.3 이중 덕트 방식

(1) 이중 덕트 정풍량 방식

<그림 4.11> 이중덕트 정풀량 방식

MBX; 혼합유닛, mixing box

(50)



냉풍용 공조기, 온풍용 공조기, 냉풍 덕트, 온풍 덕트, 환기 덕트 및 냉풍과 온풍의 혼합 유닛 (MBX, mixing box)<그림 4.12> 등으로 구성.



혼합 유닛은 실마다, 존 구획 마다 설치됨.



실의 공급 풍량은 항상 일정하며 때에 따라 열교환기나 환기 팬이 설치됨.

① 구성

<그림 4.12> 혼합 유닛의 구조

(51)

② 특성



전공기 방식의 특성을 지니며 실온유지 기능이 높음.



습도 및 공기 청정도 유지기능이 높음 (고급 공조 방식).



덕트가 이중이므로 큰 덕트 스페이스가 필요.



큰 반송 에너지 필요.



혼합에 의하여 에너지 손실(*혼합손실)을 초래할 우려가 있음.



^{설비비 고가.}

*혼합손실 : 냉방시 최대부하 이하(부분부하)를 요구하는 실에 있어서는 취출 온도를 설계온도 이상으로 하기 위하여 온풍을 혼합할 필요가 있다. 이 경우 온풍 혼합량 만 큼 냉동기 부하는 상승하며, 이를 손실로 본다.

(52)

④ 응용사례



본 방식의 응용사례는 이중덕트 변풍량 방식 <그림 4.13>.



단말의 혼합유닛에 변풍량 장치가 설치된 시스템.



단말 유닛에 의해 송풍량과 급기 온도를 조정하고 부하변동에 추종하는 시스템.



정풍량 방식에 비해 송풍량이 감소되므로 반송에너지 절감 가능.



송풍량이 감소되는 경우, 공기 청정도는 비교적 뒤떨어 짐.

③ 적용



비교적 큰 면적을 대상으로 함.



존 내 부하 특성이 존재하는 경우에도 추종성이 높게 대응 가능.

환기; 리턴에어

<그림 4.13> 이중덕트 변풍량 방식

(53)

(54)

(2) 멀티존 유닛 방식

① 구성



공조기, 급기덕트, 환기덕트로 구성.



공기측 덕트가 2개로 나뉘고, 각각의 공기는 냉각, 가열 코일을 거처 댐퍼 등에 의해 혼합된 후, 실로 급기됨.

환기; 리턴에어

<그림 4.15> 멀티존 유닛 방식

(55)

② 특성



이중 덕트 방식의 변형된 형태.



전공기 방식의 특성인 공기 청정도 유지성능은 높음.



부하특성이 다른 존을 1대의 공조기로 처리.



기계실 소요 면적은 크지 않지만 덕트 공간의 확보가 필수적.



반송 에너지가 크고, 혼합에 의한 에너지 손실 초래 가능.

③ 적용



그다지 세밀한 공조계통을 분할 하지 않는 경우에 적용.



그러나 현저하게 특성이 다른 존을 동일 공조 계통으로 하는 것은 삼가해야 함.

(56)

4.4.4 팬 코일 유닛 방식 (Fan coil Unit , FCU)

(1) 구성

 물 방식의 전형적인 공조방식.

 실내부에 팬 코일 유닛이라는 팬부착 방열기가 설치.

 관수에 따른 구분.

• 2관식 : 계절에 따라 냉수와 온수를 전환하여 사용하는 방식

• 4관식 : 냉온수관을 별도로 설치, 연간 수시 냉,난방이 가능한 시스템

 FCU는 창 하부나 천장부 또는 인테리어부 천장에 설치.

 천장부에 설치하는 경우 천장내 은폐형과 카세트형이 있음.

• 천장내 은폐형 : 덕트 병설형, 팬코일 본체는 천장내에 설치 취출구, 흡입구, 점검구 등은 천장 표면에 설치

• 카세트형 : 일체화된 카세트가 천장표면에 직접 설치

 신선한 공기 유입을 위해 다른 공조방식 사용, 최근에는 벽 관통형으로 신선한 공기를 직접 FCU에 도입하는 방식도 등장.

(57)

<그림 4.16> 팬 코일 유닛 방식

(58)

(2) 특성

(3) 적용



국부적인 부하대응에 우수하며 임의선택이 좋음.



부분적인 운전이 가능.



^{작은 공간 소요.}



습도, 공기 청정도 유지 성능은 전공기 방식에 비해 낮음.



반송에너지 소비가 작으며 에너지 절약 운전이 가능.



오피스빌딩 등에서는 페리미터부의 공조방식으로 가장 많이 적용되는 시스템으로 인테리어부는 단일덕트 방식 등의 병용이 통상적임.



부가적인 열부하에 대응하는 방법으로도 많이 사용.



오피스빌딩 이외에도 호텔 객실이나 병원 병실 등에 많이 사용되고 특히 병원의 경우에는 병원균의 온상이 되지 않도록 유의.



천장내에 설치시 누수에 대한 배려가 필요.

(59)

FCU 수배관 방식

<그림 4.17> 2관식, 4관식 팬 코일 유닛

(60)

기타; 유인유닛 (Induction unit)

(61)

4.4.5 복사 냉난방 방식

(1) 저온복사 냉난방 방식

① 구성



바닥면이나 천장면 등의 열방사부와 온수관이나 냉수관으로 구성.



바닥에 설치된 온수관 또는 전선을 통해 방사 전열.



열 손실 감소를 위해 바닥 하부 방향에 단열재를 설치.



신선한 공기처리는 다른 시스템이 담당.



최근에는 천장 챔버내에 냉기를 충만시키고 이것에 의해 냉방효과를 얻는 저온냉방도

<그림 4.18> 저온방사 바닥난방 방식 HEX; heat exchanger

(62)

② 특성



방열기등이 노출되지 않아 안전성이 높음.



인체의 온열 쾌적성에 대해 방사는 큰 요소를 차지.



방사냉난방은 냉난방효과에 따른 쾌적도가 높은 시스템.



방사 원리에 의해 천장의 높은 공간에도 효과적으로 냉난방 효과를 가져올 수 있음.

③ 적용



안전성과 쾌적도가 높은 시스템으로 보육시설에 적용 사례가 많음.



주택 거실에 대해 가장 쾌적한 난방으로 바닥면을 이용하는 방사난방이 널리 도입됨.



현관, 홀 등 외부공기가 침입해, 난방이 어려운 장소에 바닥 난방이 채택되는 경우도 있음.

(63)

(2) 고온복사 난방 방식



열 복사 패널과, 증기 또는 고온수 배관으로 구성.

① 구성

② 특성



패널 면적이 작아도 고온이므로 높은 난방효과를 얻을 수 있음.



지향성이 강한 난방 효과.



공장이나 체육관처럼 바닥면에 난방기구를 설치할 수 없는 공간에도 높은 위치에 고온방사 패널을 설치, 거주역 국소 난방 가능.

③ 적용



높은 천장의 체육관, 풀이나 공장의 거주역 난방 또는 국소 난방에 사용됨.

<그림 4.19> 고온복사 난방방식

(64)

(1) 유닛형 히트펌프 방식

4.4.6 개별 방식

<그림 4.20> 창문형 쿨러의 구조 <그림 4.21> 분리형 쿨러

(65)

② 특성

③ 적용



개별로 단독 운전이 가능.



운전이 용이하며 안정성이 높은 시스템.



습도조정이나 공기 청정도 유지를 위해 기타 시스템이 병용됨.



실온 조정을 주로 하는 시스템.



드래프트 현상에 주의.



일체형 또는 분산형 공기열원 히프펌프 유닛을 실마다 또는 소구획 마다 설치하는 방식.



실외기, 실내기, 압축기, 냉매관으로 구성.



창문형 쿨러와 분리형 쿨러 등이 있음. <그림 4.20> <그림 4.21>



히트펌프 기종에서 실외기는 여름에는 응축기, 겨울에는 증발기로 작용.



실내기는 위 동작의 역동작 수행.

① 구성

(66)

(2) 멀티유닛형 히트펌프 방식

<그림 4.22> 멀티유닛형 히트펌프 방식

① 구성



1대의 실외기에 여러 대의 실외기가 냉매관으로 연결.



압축기는 실외에 설치.



실내기는 여러 실내에 분산 배치.

(67)

② 특성

③ 적용



앞의 기술한 유닛형 히트펌프 특성과 유사.



하나의 실외기로 여러 개의 실내기를 작동.



설비비가 비교적 저렴.



초기에 냉난방 전환형이였지만 최근에 하나의 실외기에 연결되는 몇 개를 냉방, 나머지는 난방으로 운전하는 시스템 (3-WAY) 방식이 등장.



주택 냉난방에 널리 보급.

(68)

(3) 벽관통형 히트펌프 방식

① 구성



페리미터부에 히트펌프 유닛의 실외기 실내기, 압축기가 일체적으로 설치.



외벽을 관통하는 형태로 개구부가 설치, 이를 통해 열원 매체인 외기가 실외기부에 유통하는 구조.



필요한 신선외기를 외벽 개구부를 통해 도입하는 시스템.



외벽 개구부를 통해 침입하는 빗물의 배수나 결로대책에 주의.

<그림 4.23> 벽관통형 히트펌프 방식

(69)

② 특성

③ 적용



유닛형 히트펌프 특성과 유사.



외벽 개구부를 통해 신선공기를 도입하는 방식은 기타 시스템을 병용할 필요도 없고 쾌적성 높은 시스템.



덕트가 필요 없으며 층고를 낮게 할 수 있음.



중, 대규모 빌딩 페리미터부 공조시스템으로 채용되는 경우가 많음.

(70)

(4) 패키지형 공조기 방식

① 구성



냉동기나 히트펌프를 구성하는 압축기, 증발기 또는 응축기를 하나의 패키지 안에 탑재하는 방식.



응축방식이 수냉일 경우에 냉각탑이 필수적.<그림 4.24>



응축방식이 공냉일 경우에 냉각탑 대신 실외기가 옥상에 설치.



비교적 소용량 콤팩트로 간편한 시스템.



국소적인 냉난방 운전이 용이하며, 독립성이 높은 시스템.



주열원의 기계실이 필요 없으므로 공간부담도 크지 않음.



설비비는 저렴하나, 내구성 및 실내환경 유지성능은 높지 않음.



통상 최소 외기량을 일정하게 하는 경우 외기냉방을 채용하기 어려움.

② 특성

(71)

<그림 4.24> 수냉식 패키지형 공조기 방식

(72)

(5) 폐회로식 수열원 유닛형 히트펌프



소형의 수열원 히트유닛 펌프, 열원수 배관, 열원수 순환 펌프, 보일러, 냉각탑 등으로 구성.



실내기는 히트펌프 유닛이며, 창하부나 천장내에 설치.



냉방시 열원수는 냉각수로 작용하여 실내열을 냉각탑에서 대기에 방열.



난방시에 열원수는 보일러에 의해 가열되어 고온수가 됨.



단말 히트펌프 유닛은 고온수의 열을 흡수하고 실내를 가열.

① 구성

② 특성



^{개별운전이 가능.}



기계실 면적이 작아도 되며, 운전이 용이.



내구성이 높지 않고, 유지 보수의 요소가 많음.



외기 냉방이 어려움.

③ 적용



중규모의 사무실 빌딩이나 호텔에 많이 적용.

(73)

<그림 4.26> 폐회로식 수열원 히트펌프 유닛 방식

(74)

4.4.7 기타 공조 방식

(1) 바닥 취출 공조 방식

① 구성



Down Flow 공조기, 바닥 급기 챔버, 바닥 취출구, 천장 리턴챔버 등으로 구성.



바닥 취출구의 구분.

• 팬형 : 가압 챔버내에 가압이 필요 없음.

• 팬이 없는 형 : 가압 챔버내에 가압이 필요.



바닥 챔버 내에 압력분포를 균등하게 하고 어디서나 필요한 풍량을 도입할 수 있도록 유의.

<그림 4.27> 바닥 취출 공조 방식

(75)

② 특성



덕트리스(ductless) 시스템.



부하의 증대나 변경에 취출구 추가나 위치 변경이 용이.



배열 효율이 높고, 취출 온도를 높일 수 있으며, 에너지 절약 운전이 가능.



환기 효율의 향상이나 오염물질의 제거에도 비교적 유리



퍼스널 공조와의 조합이 비교적 좋음.



그러나 온도 성층화, 즉 발 밑과 머리 위치와의 온도차이에 의해 심한 불쾌감을 느낄 염려가 있음.

③ 적용



인텔리전트 빌딩의 공조방식으로 적용.

(76)

(2) 퍼스널 공조 방식

① 구성



가구 등에 팬, 혼합 유닛, 취출구나 방사 패널을 구성.



개인의 기호에 맞게 공조하는 시스템.



등급에 따라 취출 풍량만 변하게 하는 것, 급기 온도를 변하게 하는 것, 양자를 변하게 하는 것이 있음.



사용자의 의사를 반영하기 위해 사용자 인터페이스를 갖추는 것이 통상.



퍼스널 공조의 경우 * 엠비엔트 공조에 의하는 것이 통상.

*엠비엔트 공조 : 실 전체의 공조를 말하며, 기기 주위만 공조하는 데스크 공조에 대한 용어.

<그림 4.28> 퍼스널 공조 방식

(77)

② 특성



쾌적성이나 에너지 절약성으로 볼 때 이상적인 시스템.



건축과 공조의 통합, 가구와 공조의 통합 등 용이주도한 계획 필요.



바닥 취출 공조를 퍼스널 공조로 취급하는 경우 가구와 통합의 번잡성이 해소.

(78)

(3) 외조기+단말 공조기 조합방식

① 구성



단말기의 공조기와 외조기로 구성,<그림 4.29>는 기본적 구성사례.



단말 공조기는 냉수코일 또는 냉온수코일로 구성.



외조기는 냉각-가열 코일, 가습기 등으로 구성.



외조기는 필요 최소외기량만을 처리하여 단말공조기에 공급하는 것이 통상이지만 외기 냉방을 고려하여 최소 외기량의 2배 정도를 공급할 수 있도록 한 경우도 많음.

<그림 4.29> 외조기+단말 공조기 방식

(79)

② 특성

③ 적용



기능 분담형의 시스템.



단말공조기는 실부하를 처리, 외조기는 외기부하, 습도조정을 분담.



단일 덕트 시스템에 생기는 제습, 재열과정을 해소할 수 있음.



내부부하가 높은 인텔리젼트 빌딩에 적용되는 경우가 많음. 인텔리젼트 빌딩에서는 제습, 재열을 해소할 수 있는 본 시스템이 매우 유효.

(80)

4.4.8 각종 건물에 대한 공조 방식의 적용

(1) 사무실 건축



연바닥면적이 10,000㎡ 를 넘는 대부분의 경우

• 페리미터부와 인테리어부를 나누어 조닝.

• 페리미터부는 FCU방식을, 인테리어부는 변풍량 또는 정풍량방식 이용.

• 최근에는 에어플로우 윈도를 채용하고, 페리미터 시스템을 설치하 지 않는 경우도 있음.

• 인테리어부의 단일덕트 방식에는 부분운전을 가능하게 하기 위해 각층 유닛 방식 또는 분산방식이 채용함.



연바닥면적이 2,000㎡ 이하의 소규모인 경우

• 페리미터존을 분리하는 경우가 비교적 적음.

• 멀티유닛 히트펌프 방식, 관통벽형 히트펌프 방식, 패키지형 공조 기 방식 등이 사용됨.



2,000~10,000㎡의 중규모의 경우 등급에 따라 대규모 또는 소규모의 경우에 준하는 경우가 많음.

(81)

(2) 병원



열부하 특성이나 사용 별 특성에 따른 조닝 외에 공기 청정도에 따른 조닝이 필요.



수술실, 신생아실, ICU 등의 청정구역은 독립된 존으로 구성.



위의 실에는 FCU설치가 불가능 하므로 <그림 4.30>과 같이패키지와 재열기를 사용, 취출구 직전에 고성능 필터 설치.



이러한 부문은 심야에 공조가 필요하므로 단독운전이 가능하게 패키지 또는 축열조를

① 수술실 <그림 4.30> 병원의 공조 방식

(82)

② 병동부



병동부 창문에 FCU를 설치하여 스킨로드 처리.



환기는 3~4 회/h 정도로 함. (외기는 1/3~1/2 회/h 비율)



겨울철의 심야운전 정지시 굴뚝효과에 의해 하부의 공기가 상층으로 올라가고 이로 인해 병원내 감염을 유발한 예가 있음.



이를 방지하기 위해 각 층 유닛 방식이 적합.

③ 외래부문



창측에는 FCU 또는 VAV 방식, 인테리어는 단일 덕트 정풍량 방식으로 공조.



실내 취출풍량, 흡입풍량을 조절하고 처치실진료실대기홀 순으로 공기를 흐르게 함.



5~10회/h의 청정공기를 가능한 다수의 천장 취출구서에 송풍해 공기의 청정도를 유지.

(83)

(3) 극장 , 공회당



관객석의 공조는 단일덕트 정풍량 방식을 사용, 최근에는 변풍량 방식도 사용.



공기의 청정도 확보에 유의.



5,000 ㎡를 넘는 대규모의 경우 무대의 공조는 관객석과 별도계통으로 함.



관객석의 취출 방식으로 1층 좌석은 천장면에 소형 노즐 등을 사용하여 취출하고 좌석 밑 흡입구에서 리턴시키는 것이 일반적.



2층 좌석은 천장면에 아네모형 취출구 등을 사용하는 것이 일반적.



여름과 겨울철에는 취출구에서의 도달거리를 가변으로 하여, 콜드 드래프트나 온풍 도달거리 확보에 유의.



관객 로비, 식당, 리허설실, 분장실은 별도의 존으로 구성하고, 유리창이 있는 실내에는 FCU를 설치.

(84)

(4) 호텔



객실은 각 실마다 FCU를 설치하는 동시에 50~150㎥/h 정도의 신선한 공기를 송풍, 배기는 욕실에서 행함.



3,000 ㎡ 이하의 소규모 온천 호텔과 같은 경우는 PAC에 의한 각 층 유닛 방식이나 공기 열원 유닛형 히트펌프 방식을 사용.



연회장, 식당 또는 현관 로비 등은 정,변풍량 단일덕트 방식을 사용.



객실은 심야에도 공조가 필요하므로 운전이 편리한 축열조를 설치하여 공조.

(5) 백화점, 슈퍼마켓



각 층의 매장마다 조명부하와 인원부하의 변동이 심함.



잦은 매장의 배치 변경이나, 방재성능 향상의 관점에서 각 층 유닛 방식의 채용이 바람직함.



겨울철에도 냉방 필요가 발생하므로, 외기냉방이 가능한 시스템의 적용이 요구됨.



각 층의 AHU에 축냉을 이용한 방식이 널리 채용.



중, 소규모 운전이 용이하며 설비비가 저렴하므로 패키지를 사용.

(85)

(6) 공장



실내 온습도 조정은 일반 건축에 비해 엄격.



예) 합성섬유 공장, 인쇄, 사진 필름 등의 공장.



전자관, 제약 등의 분야는 청정도에도 유의해야 함.

(86)

4.5 공조용 열원 방식

4.5.1 공조용 열원 방식의 분류

O : 비교적 널리 사용되는 조합

*수 : 냉각수, 우물물, 지하수, 하천수, 바닷물 열원종별 열원방식 사이클

진행원리

히트 싱크,

히트 소스 연료 또는 구동력

비고

* 수 공기 오일 가스 전기

온열원 방식 보일러 방식 연소 O O O

관류식, 노통연관식 ,수관식보일러

냉온열원 방식

냉온수기 방식 연소 O O O

압축식 히트펌프

방식

왕복동식 원심식 회전식

O O O

O O O 흡수식

히트펌프 방식

흡수

사이클 O O O O

냉열원 방식

압축식 냉동기 방식

왕복동식 원심식 회전식

O O O

O O O 흡수식

냉동기 방식

일중효율 흡수식 이중효율

흡수식

O O

(87)

(1) 전동 냉동기 방식



냉열원에 전동 압축식 냉동기를 사용하는 방식.



왕복동 냉동기는 중규모 시설에, 터보 냉동기는 대형시설에 사용.



COP가 높은 고효율 냉열원 방식으로 냉열수요가 높은 시설에 적합.



냉매로는 R-11을 사용하는 것이 통상이였지만 오존층 파괴 문제로 인하여 최근에는 R-134a , R-123 을 사용하는 터보냉동기나 R-22 를 사용하는 스크류 냉동기로 바 뀌는 추세.

4.5.2 보일러 + 냉동기 방식

<그림 4.31> 보일러+전동 냉동기 방식

(88)

(2) 흡수 냉동기 방식

<그림 4.32> 보일러+흡수 냉동기 방식

(89)



보일러에서 발생된 증기나 고온수 등을 구동원으로 하는 냉동기.



보일러의 연료로는 도시가스나, 중유가 사용됨.



보일러를 대신해서 소각시설이나 각종 배열시설의 증가나 온수를 사용하는 경우도 있음, 태양열 집열기의 온수를 사용하는 경우도 있음.



흡수식 냉동기는 고온 증기 등을 구동시키는 이중효용 흡수식 냉동기와 저온의 온수를 구동시키는 일중효용 흡수식냉동기가 있음.



이중효용 흡수식 냉동기는 대형 시설에 많이 사용됨. (지역 냉난방)



일중효용 흡수식 냉동기의 COP는 크지 않지만 배열이나 태양열을 이용하여 종합 효율을 향상.

(90)



흡수식 냉동기와 온수기를 통합한 시스템.



이 기기 한대로 냉난방이 가능.



연료로는 도시가스, LPG, 중유, 등유 등이 사용됨.



본 방식은 기계실 면적이 작아도 되며, 운전 자격자가 필요 없음.



대· 중규모 빌딩에 많이 사용됨.

4.5.3 흡수식 냉온수기 방식

<그림 4.33> 흡수 냉온수기 방식

(91)

4.5.4 히트펌프 방식

<그림 4.34> 히트펌프 방식

응축기

(실내기) 팽창밸브 증발기

(실외기) 압축기 응축기

난방

응축기

(실외기) 팽창밸브 증발기

(실내기) ^압축기 ^증발기

냉방

(92)

(2) 히트펌프의 열원



히트펌프의 작동을 위해 히트소스와, 히트싱크가 필요.



난방시 열원

• 우물물, 지하수가 주로 사용됨.

• 최근에는 미 이용 에너지의 활용 측면에서 바닷물이나 하천수가 이용되기도 함.

• 하수의 잉여 열, 변전소 배열, 지하철 배열 등 배열을 이용한 경우도 있음.



냉방시 열원으로는 실의 공가나 냉수가 사용됨.



냉매가스 압축 방식은 냉동기와 동일.



가정용 등의 소형 히트펌프에는 회전(로터리) 압축기가 사용됨.



업무용 시설에는 왕복동형, 터보형, 스크류형 압축기 사용됨.

(1) 히트펌프의 압축방식

(93)

4.5.5 축열식 히트펌프 방식



물 등의 축열체에 사전에 야간의 냉열이나 온열을 저장, 주간에 냉난방이 필요할 때 그것을 추출하여 사용하는 방식.

• 피크 억제에 유효.

• 안전운전이 가능.

• 효율이 낮은 저부하 운전을 피할 수 있어 열원기기의 고효율 운전이 가능.

• 저렴한 전기 요금 체계의 적용이 가능.

<그림 4.35> 축열식 히트펌프 방식

(94)

(1) 수축열 방식

(2) 빙축열 방식



축열체로서 물을 사용하는 시스템.



비열이 비교적 커서 안정성이나 조작성에서도 우수.



통상 건물의 지중보 등의 공간을 이용해서 설치.



축열체로서 얼음을 사용하는 시스템.



빙축열 방식은 현열과 상변화에 수반하는 잠열을 이용.



얼음의 융해열 = 80 kcal/h.



아이스 온 코일 방식 코일의 외표면에 제빙하고 그것을 녹이는 형식으로 AHU에 냉수 공급.



액체 아이스 방식, 샤베트 아이스 방식, 과냉각 아이스 방식.

• 연속적으로 제빙하면서 냉수 또는 미세한 얼음 조각으로 혼합 냉수를 수송하는 형식.

(95)

(3) 잠열 축열 방식



잠열 축열재로 여러가지 화학제품을 이용하는 방식.



여러 온도의 레벨에서 잠열을 이용한 축열 방식이 가능.

*상변화 온도 (±) 5℃를 기준함

<표 4.5> 잠열 축열재의 특성

축열온도 잠열량 현열(∆T=10℃)을

고려한 축열량 축열온도 잠열량 현열(∆T=10℃)을 고려한 축열량

-21 -18 -15 -10 -8 -6

33,900 41,000 40,000 43,000 43,400 38,400

41,600 50,000 47,700 50,500 52,700 46,300

-3 0 27 54 64

41,600 41,700 38,000 25,800 58,500

50,000

49,400

46,400

34,700

67,400

(96)



응축열을 방열하지 않고 난방 혹은 급탕열원으로 이용하는 방식.



보일러를 사용하는 경우에 비해, 난방이나 급탕을 위한 열원기기에 수반하는 화석연료 소비는 대폭적으로 삭감.



냉방부하가 큰 대형 빌딩에 매우 효과적인 에너지 절약 시스템.

(1) 열회수 히트 펌프 방식

4.5.6 열회수 방식

<그림 4.36> 열회수 히트펌프 방식

(97)

(2) 엔진 히트펌프 방식



히트펌프의 구동원인 전동기 대신 엔진의 축출력을 이용하는 방식.



엔진의 연료로는 도시가스, LPG, 중유, 등유 등이 사용.



엔진 운전중에 발생되는 배열을 가열원으로 이용 종합효율을 높임.



배기 가스를 직접 흡수식 냉동기 열원으로도 이용 가능.



히트펌프에 의해 냉난방을, 배열에 의해 풀을 가열하는 스포츠 센터(수영장) 등에 적합.

<그림 4.37> 엔진 히트펌프 방식

(98)

(3) 코제너레이션 방식



가스 터빈이나 디젤 엔진을 이용해서 전력을 발생시키는 것과 동시에 배열을 이용해서 냉방 열원이나 급탕용 열원으로 이용하는 방식.



종합 열효율은 최고 70%~80%에 달함.



코제너레이션을 고효율로 운전하기 위해서는 전력부하와 열부하가 항상 밸런스를 유지하는 것이 바람직함.



호텔이나 병원 등에서 에너지 절약, 경제성의 관점에서 도입되는 사례가 증가.

<그림 4.38> 코제너레이션 방식

(99)

(1) 태양열 이용 방식



열원으로 태양 에너지를 이용하는 방식.



집열된 태양열을 이용해 냉난방이 가능.



급탕이나 난방은 저온수로 가능하지만, 집열 온도가 적을 시에는 냉방은 불가.



태양열 급탕이나 난방은 가정용을 중심으로 보급.

4.5.7 특수 방식

<그림 4.39> 태양열 이용 난방

(100)

(2) 지역 냉난방 방식



집중된 열원 플랜트를 설치, 지역배관에 의해 냉온수 등의 열에너지 등을 각 건물에 공급하는 시스템.



온열원으로는 고압증기보일러, 히트 펌프가 사용.



냉열원으로는 압축식 냉동기나, 흡수식 냉동기가 사용.



고압증기 보일러에 의해 배압 터빈이나, 복수 터빈을 구동하고 그 축출력에의해 압축식 냉동기를 구동시키고, 잔여 증기를 이용해 흡수식 냉동기를 구동시킴.

<그림 4.40> 지역 냉난방 방식 사례

(101)

지역난방 시스템(District Heating system)

부천 열병합발전소(GS파워) ; 중온수흡수식냉동기 활용

SHP(Separete Heat and Power, 개별난방)

CHP(Combined Heat and Power Plant, 열병합발전플랜트)

HOB(Heat Only Bioler)

(102)

District Cooling

(103)

Without District Cooling With District Cooling

A Dubai Hotel Parking roof top

View from the Suites & Rooms

Shangri-la Parking Roof Top

View from Shangri-la’s Suites & Rooms

Higher Value Building

(104)

열 시설 관리

(105)

지역난방 시스템 계통도

(106)

■ 후쿠오카 Seside Momochi지구

-1993년 공급(공급구역 43.5ha/28동의 건물 연간열수요 냉열 7만Gcal, 온열 3만Gcal)

-냉수 6 ℃, 온수 47 ℃

-해수의존율; 냉열 86%, 온열 100%

-해수열펌프 3,000RT 3기

일본에서의 이용사례

(107)

스웨덴에서의 이용사례

■ 스톡홀름시 Ropstain 지역난방

▶ 1985년가동 27MW 6대/25MW×4대 총 262MW

▶ 여름 수심 5m, 동계는 15m로부터 취수(취수량 15m3/s ), 방수는 5m/취수와 방수의 온도차는 2℃

▶ 해수 취수관은 부식대책으로 목제 (2,200Ø, 150m)

▶ 열펌프로 기저부하를 감당하고 동기의 첨두부하시 전기와 유류보일러로 부담

(108)