공조(HVAC) 시스템

시스템 개요

공조(HVAC) 시스템

공기조화의 목적은 대상 건축물의 기능성과 일체화시켜 임의의 주어진 공간에 온도, 습도, 기류, 청정도 등을 만족시키도록 공기를 조정하는 것임. 건축물의 공조설비는 건축비, 에너지 소비량, 최대부하시의 에너지량, 시스템의 공간구성, 열원의 공급시스템 및 자동제어, 정보관리를 수반하는 관제방식 등이 건물의 제반조건과 균형이 이루어져야함. 공기조화방식에는 전공기방식, 수-공기방식, 전수(全水)방식, 복사 냉난방방식, 개별공조방식, 특수공조 방식 등이 있음.

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시스템 구성도
공조(HVAC) 시스템 시스템 구성도
실내환경
  • 열환경

    공조시스템은 실내의 환경을 인위적으로 제어하는 시스템으로 실내에 거주하는 인체의 온열이 시스템의 큰 변수로 작용됨. 인간의 쾌적조건은 여러 가지 환경조건에 따라 변화하고, 상호 작용하므로 여러 가지 변수를 적절하게 고려하여 실내환경을 제어해야 함. 고려되어야 하는 변수는 온도, 습도, 기류속도, 평균복사온도, 착의량 및 인체의 활동량 등이 있음.

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  • 열환경
    쾌적지표

    공기조화를 하고자 하는 실내환경의 쾌적범위를 정의하기 위해서 여러 가지 지표로 열환경을 결정하는 여러 가지 변수의 조합으로 정의됨. 효과온도(OT), 유효온도(ET), 수정유효온도(CET), 신유효온도(NET), 표준유효온도(SET), 예상평균 온열량(PMV), 예상불만족율(PPD) 등이 있음.

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  • 공기환경

    실내 공기오염물질에 의한 실내 공기 환경의 정도를 말하며, 온도, 습도, 기류속도 및 공기 청정도에 의해 결정됨. 공공장소는 법적으로 실내환경을 규제하고 있음. 또한 산업용 공조는 각 공정의 특성에 따라 실내조건의 제어요소가 달라짐.

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부하계산
  • 개요

    부하란 실내공간을 일정한 온습도를 유지시켜주기 위해서 제거하거나 공급하여 주어야 할 에너지로 부하계산을 통해 공기조화 시스템의 장비 및 용량을 선정할 수 있음. 부하는 실내공간에서의 열취득에 의한 실내부하, 실내부하와 외기의 도입, 기기등의 운전에 의한 부하등을 포함하는 공조기부하, 공조기 부하에 배관등의 열손실을 더하여 열원의 용량을 결정하는 열원기기 부하 등이 있음.

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  • 부하계산
    프로그램

    공기조화 시스템의 설계 및 운영, 건물의 에너지 소비를 예측하고 평가하기 위하여 다양한 방법의 부하계산 법이 있음. 기간부하는 공조설비의 계획와 연간운전비를 산출하기 위하여 표준기상자료를 이용하여 계산하는 1년동안의 총 부하임. 최대부하는 공조설비의 용량을 결정하기 위해 연중 가장 부하가 큰 날로 가정된 설계용 외기온도를 이용하여 계산함. 해외에서는 DOE-2, TRNSYS, SESP-r, energy plus 등을 이용하여 계산하고 있으며, 국내에서는 RTS-SARK을 이용하여 계산함.

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  • 난방부하

    동절기 실내의 난방을 행하기 위한 난방부하 계산방법임.

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  • 냉방부하

    하절기 실내의 냉방을 행하기 위한 냉방부하 계산방법임.

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  • 공기선도

    공기조화에서 다루는 대기는 수증기를 일정량 포함하고 있는 공기로, 공기의 상태를 정확하게 파악하여야 정확한 부하계산이 이루어 질 수 있음. 수증기를 일정량 포함하고 있는 상태의 공기를 습공기라 하고, 습공기의 상태를 건구온도, 습구온도, 노점온도, 엔탈피 등의 각 상태를 도시한 선도임. 공기의 상태는 2개의 변수만으로 나머지 변수를 파악할 수 있으며, 공기의 상태점을 이은 선으로 공기의 상태변화 및 에너지의 흐름을 파악 할 수 있음.

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요소설비
  • 공조기
    공조기

    공기조화를 필요로 하는 공간의 요구에 따라서 온도, 습도, 청정도, 기류 등을 동시에 조절하기 위한 기기임. 열교환기, 송풍기, 가습기, 에어필터 등으로 구성되며, 형상에 따라 횡형, 입형, 멀티형 등으로 조합이 가능함.

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  • 가습기
    가습기

    공기조화기의 상대습도를 조절하기 위한 장치의 하나임. 증기분무식, 수 분무식, 기화식이 있음. 각 방식에 따라 적용되는 장소나 적용 방법이 다름. 공조기를 제외하고 실내의 습도조절 용으로만 개별로 적용 되기도 함.

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  • 제습기
    제습기

    다습한 공기의 습기를 제거하여 적절한 습도를 유지할 수있게 하는 장치로 가습기와 더불어 습도를 조절하는 장치임. 공기를 감습하는 방법은 냉각, 압축, 흡수, 흡착 등이 있으며 이들 방식을 단독 혹은 결합하여 사용하기도 함. 대부분의 공조기에서는 냉수코일 또는 냉각코일을 이용하여 추가 설치 없이 제습을 행함.

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  • 열원설비
    열원설비

    공기조화 시스템에서 공기의 냉각과 가열을 담당하는 설비로, 냉열원과 온열원이 안정성 있게 확보되는 것이 중요함.
    열원방식은 에너지원(전력,도시가스)의 종류, 설비비, 유지보수비, 시스템의 용량 및 환경 문제 까지 고려하여 결정하는 것이 바람직함. 열원의 용량은 최대부하 및 연간 부하에 의해 결정되며, 부하의 변동 및 부분부하의 운전의 적용 등을 고려하여 용량 및 대수를 결정함. 대표적인 장비로는 흡수식 냉온수기, 냉동기, 보일러 등이 있음.

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제어방식
  • 공기조화의
    자동제어
    공기조화의
    자동제어

    공기조화 시스템의 자동제어 변수은 풍량, 온도, ,습도 등이 있으며, 각각의 변수들을 단독 또는 복합하여 제어함. 대표적인 풍량 제어 방법은 환기의 CO2의 농도에 의한 제어와 외기의 엔탈피에 의한 제어가 있음. 온도제어는 실내 온도센서 만으로 냉온수량을 비례제어하거나 실내온도와 급기나 외기의 상태를 비교하여 복합제어 하는 방법이 있음. 습도 및 필터 전후의 압력에 의한 제어 방법도 사용됨.

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  • 제어방식의
    표준 diagram
    제어방식의
    표준 diagram

    공기조화 시스템의 자동제어 흐름도 및 계통도를 예로 제시함.

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  • BEMS
    BEMS

    빌딩 내 에너지 관리 설비의 다양한 정보를 실시간 수집ㆍ분석해 에너지 사용 효율을 개선하는 시스템임. BEMS의 구현으로 전력수요 및 건물부하 예측에 따른 예측제어와 시스템 실시간 제어에 따른 실시간 제어, 에너지 수요 및 설비관리에 의한 에너지 관리, 건물관리자의 시스템 운영에 의한 에너지 운영등이 가능해지고, 나아가 건물에너지의 소비성능이 최적화 되도록 자동운전을 지원 제어하는 방식으로 발전되고 있음.

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