공기조화란
공기조화란 실내에 있는 사람 또는 물건에 대하여 실내의 온도, 습도, 기류, 박테리아, 먼지, 냄새, 유독가스 등의 조건을 좋은 조건으로 유지하는 것을 말합니다.
공기조화를 줄여 '공조'라고 부르며 그 대상에 따라 보건용, 산업용 2종류가 있습니다.
보건용 공조는 일반 공조로도 불리며 실내에 머무르는 사람에 대하여 쾌적한 환경을 만드는 것을 목적으로 합니다. 주택, 사무실, 쇼핑몰, 호텔, 병원 등의 공기조화를 말하며,
산업용 공조는 실내에서 생산 또는 저장되는 물품 또는 실내에서 운전되는 기계에 대하여 가장 적당한 온도와 습도 등의 실내조건을 유지하고, 부차적으로는 그 실내에 머무르는 사람에 대한 쾌적 성 유지도 목적으로 합니다. 공장, 창고, 전산기계실 등의 공기조화가 이에 속합니다.
공조설비의 구성
1) 공기조화기(Air handling unit- 줄여서 '공조기', 'AHU')
2) 송풍기 및 덕트
3) 열원장치
4) 펌프 및 배관
5) 자동제어 장치
1) 공조기는 공기의 흐름 순으로 에어 필터링, 냉각, 가열, 가습을 기본 구성으로 하여 실내의 열부하를 처리하고 실내 공기를 청정하게 유지하게 됩니다.
사람이 머무르고 있는 실내의 공기를 순환시키게 되면 이산화탄소의 농도가 올라가게 되므로 공급되는 공기량의 20~35%에 대해 외부공기(outdoor air/Fresh air- 줄여서 'OA', 'FA', '외기')를 도입하게 됩니다. 이 도입되는 외기로 먼지를 걸러주는 에어 필터링 만으로 해결되지 않는 냄새 등으로 오염된 실내공기를 청정하게 합니다.
2) 송풍기 (Fan/Blower )는 공기를 이송하는 역할을 합니다. 그리고 송풍기를 통과한 공기는 덕트를 따라 이동하게 됩니다. 덕트를 따라 이동한 공기는 그 끝에 있는 취출구(Diffuser 디퓨져)를 통해 실내로 공급되게 됩니다(Supply air, 급기).
공급된 실내에서 공기는 실내의 열부하를 처리한 뒤 흡입구에서 덕트를 통하여 다시 공조기까지 돌아오게 됩니다(Return air, 환기).
3) 열원장치로는 공급될 공기를 냉각하거나 가열하기위한 열매체를 공급하기 위해 냉동기, 보일러, 히트펌프, 흡수 식 냉온수기등을 사용하게 되고 이 들의 운전을 위해서 냉각 탑, 버퍼탱크, 펌프 등이 이용됩니다.
4) 펌프는 열원에서 공급된 열매체를 이송하는 역할을 하고 그 열매체가 이동하는 경로가 배관입니다. 열원 기기에서 생성된 열매체인 냉수, 온수 또는 증기는 배관을 통하여 공조기로 공급되며, 공조기 내부로 돌아온 환기의 열부하를 처리하고 다시 열원 기기까지 돌아오게 됩니다. (참고로 가열을 위한 증기는 돌아오지만, 가습을 위한 증기는 돌아오지 않습니다.)
5) 자동제어 장치는 부하량에 따라 냉수 온수 유량을 조정하고, 공급되는 공기의 온도와 습도를 사용자가 원하는 상태로 맞추고 때로는 풍랑과 외기 도입량을 제어하게 됩니다. 열원 장치에 대해서는 냉수, 온수의 온도를 유지함과 동시에 부하량에 따라 운전대수나 용량을 제어합니다. 이와 같이 공조설비 전체가 실내의 온습도를 최적으로 유지하면서 경제적인 운전을 하기위한 장치가 바로 자동제어 장치입니다.
공조시스템의 운전
1) 연간 공조와 기간 공조
2) 간헐 공조와 연속 공조
3) Office Automaion화에 의한 영향
1) 4계절이 뚜렷한 곳에서 1년 동안 AHU를 운전할 때, 여름에는 냉방만 겨울에는 난방과 가습만 할 것 같지만, 겨울에 남측의 따듯한 햇빛에 의해 냉방 부하가 발생할 때에는 냉 열원 기기를 운전하고, 여름철에도 너무 차가워진 급기온도를 적정온도로 데워주기 위해 재열이 필요한 난방부하가 생기때에는 온 열원 기기를 운전 합니다. 이와 같은 운전 방식을 연간 공조(year round air conditioning)이라고 하며, 주로 산업용(공업용) 공조에 적용되는 사례가 많습니다. 일반 공조에서는 병원이나 고급 오피스 빌딩 등 특별한 경우를 제외하고는 에너지, 운전 비 절약을 위해 적용하지 않습니다.
일반 공조의 경우 여름에는 냉 열원 기기만을 겨울에는 온열원기기만을 운전하는 것이 대부분 이여 이를 기간 공조라고 합니다.
2) 간헐 공조는 오피스 빌딩처럼 업무 시간에는 공조를 하고 그 외 시간에는 운전하지 않는 것이고, 연속 공조는 말 그대로 24시간 내내 실내 온습도를 설계 조건으로 유지하는 것입니다. 우리의 일상에서는 간헐 공조가 대부분이며, 산업용이나 공업용 또는 일반 공조 중에서도 꼭 필요한 곳에만 연속 공조를 하게 됩니다. 간헐 공조의 경우 공조를 하지 않는 시간동안 열부하가 축적되는 축열 부하 때문에 공조기 설계 시 최대 열부하가 증가하여 기기 용량도 약간 증대되지만 운전시간이 단축되므로 연간 에너지 소비량 측면에서는 절감이 됩니다.
3) 사무 자동화(Office automation)에 의한 실내에서 발생되는 열의 증가는 냉방부하를 크게 하고 난방부하를 작게 하고 있습니다. 때문에 냉방을 필요로 하는 기간이 길어지고 있습니다. 이는 단순히 부하의 증가에만 국한된 것이 아니라 간절기나 겨울철에 있어서는 부하가 가벼운 상태로 장시간 운전되는 것이 되어 공조 시스템으로서는 역효과 운전을 강요하게 될 수 있습니다. 따라서 공조계획(외부의 차가운 공기를 실내로 끌어들여 실내의 열부하를 처리하는 방법 등)과 열원계획(부하가 적을 경우 열원기기가 정격 운전이 아닌 부분 운전으로 부분 부하에 대해 대응하도록 하는 방법 등)을 세밀하게 검토할 필요가 있습니다.
공조시스템의 에너지 절약
건물 내에서 에너지 소비가 가장 많은 것은 건축 설비입니다. 하지만 에너지 절약이 전적으로 건축 설비만의 몫은 아닙니다. 실내를 쾌적한 환경으로 유지하기 위해서 건축과 건축 설비는 하나가 되어 건물 전체의 에너지를 절약하는 것이 중요합니다. 그를 위해서는
1) 적절한 조건 설정: 실내 열 환경 뿐만 아니라 밝기(조도), 제실 인원 수, 실내 운전되는 장비 등을 모두 포함하여 적절한 조건을 설정해야 합니다.
2) 부하를 작게 하는 설계: 통풍 채광 등 자연 에너지를 사용하거나, 단열, 직사광선의 차단 등을 계획하여 열부하를 경감할 수 있도록 하고, 외기 냉방, 폐열회수 드을 통해 열원 장치에 부하를 낮출 수 있도록 합니다.
3) 적정한 공조설계: 운전 효율을 고려하여 공조설비를 계획합니다.
