항온, 항습의 자동제어

[그림자]

항온, 항습의 자동제어

항온 항습장치는 일반공조에 비교해 다음과 같은 특징이 있다.
1) 흡입 취출의 온도차가 작고 풍량이 많다.
- 실내온도 편차를 작게 하고 환기횟수를 증가시켜 부하의 변동을 신속히 없앤다.
2) 송풍량에서 외기의 비율이 작다. 따라서 외기/환기 비율이 작다.
3) 겨울에도 냉각 장치가 필요한 경우가 많다.
- 항온항습제어에서는 제어정도를 높이기 위해 가열과 가습으로 제어하는 경우가 많다.
가열과 가습으로 제어하기 위해서는 가열코일과 가습기에 들어가기 전의 상태가 급기의 온, 습도 이하로해야 하지만, 외기 비율이 작기 때문에 대부분의 경우 외기의 혼합만으로는 이 상태를 만들 수 없고냉각 코일로 냉각할 필요가 생긴다.
4) 현열비(SHF)가 1에 가깝다. (잠열부하가 작다)
- 크린 룸이나 시험실에는 재실자가 적기 때문에 실내부하는 거의 현열부하로 된다. 제습부하가 작게 됨으로써 송풍량 전부를 노점온도 이하까지 내려 재열할 필요가 없고 냉각 코일에 바이패스(By-Pass) 덕트를 설치하여 냉각 코일을 통과하는 풍량을 줄일 수 있는 장치를 연구해 보는 것이 중요하다.
5) 24시간 운전한다.
- 항온 항습실은 안정 상태를 얻는데 긴 시간을 필요로 하는 것이 보통이다. 실내의 기계, 기구 등이 안정상태가 되는데는 더욱 더 긴 시간을 필요로 하기 때문에 높은 정밀도를 요구하는 항온항습실은 24시간 연속 운전을 한다.
- 소규모 항온 항습장치에서는 에너지원으로 항시 공급하기 쉬운 전기를 사용하는 경우가 많고 가열, 가습원으로 전기를 사용하는 장치는 증기 보일러에 비해 에너지 소비가 3~4배 증가하기 때문에 에너지 절약대책을 강구해야 한다.

 3. 자동제어 방식과 제어기기의 종류

3-1. 자동제어 방식

항온 항습 장치의 시스템 설계 및 기기 선정과 함께 이러한 장치를 어떻게 제어(control)하며 요구되는 실내 조건을 유지시킬 수 있는가를 생각하여야 한다. 자동제어 시스템의 성능에 따라 최종적으로 장치 전체의 정밀도나 운전비를 좌우하게 된다.
그러므로 자동제어 시스템은 공조의 기본 시스템을 계획하는 시점에서부터 검토, 선정되어야 한다. 제어 기기는 다양하고 각각의 특성도 다르나 공조시스템은 설계하기 위해 필요한 최소한의 사항에 대해 서술하기로 한다.
(1) 피드 백(Feedback)제어

'피드 백에 의해 제어량과 목표 값을 비교해서 그것들을 일치시키도록 정정동작을 행하는 제어로서 예를 들면 공조장치에서 실내온도(제어량)를 검지해서 설정된 온도(목표 값)와 비교해서 차이(제어편차)가 있으면 그것이 0(ZERO) 되도록 기기 제어용 출력(조작량)을 낸다. 공조장치의 제어는 대부분 피드백제어이다.

           
[그림1] 공조장치 블록도 [그림2] 피드백 제어

(2) 피드 포워드(Feedforward)제어

외란을 측정하여 그 영향이 제어계에 나타나기 전에 필요한 정정 동작을 행하는 제어로서 블록도로 표시한 것이 그림3이다.

(3) 캐스 캐이드(Cascade) 제어

피드백 제어계에서 하나의 제어장치 (1차 조절계)의 출력신호에 의해 다른 제어장치(2차 조절계)의 목표값을 변화시켜 행하는 제어를 말하며 캐스 캐이드 제어계를 구성하는 목적은 2차 조절계에 의해 2차 제어루프에 들어가는 외란이 1차 프로세스테 주는 영향을 없애는 것이다.

  
[그림3] 피드 포워드 제어 [그림4] 캐스 캐이드 제어

3-2. 제어 동작(Control Action)

다양하게 요구되는 제어 응답을 얻기 위해 아래의 몇 가지 제어동작이 사용된다.
(1) 2위치 동작

이것은 ON-OFF 제어라고 불려지며 그림5와 같이 편차의 극성에 따라 출력을 ON 또는 OFF 한다.
실제의 2위치 제어에서는 동작 간격이 없으면 목표 값 부근에서 빈번하게 ON/OFF를 되풀이 하여 관련 기구의 수명이 짧아진다. 2위치 제어는 항온항습 장치의 제어에서는 외란요소가 되기 때문에 그 영향을 충분히 검토하고 나서 사용해야 한다.
실내의 열용량이 큰 경우나 그다지 정도를 필요로 하지 않는 경우에만 이용할 수 있다.

   
[그림5] 2위치 제어

(2) 단속도(Floating 제어) 동작

제어량의 편차의 +(plus), -(minus)에 따라 제어밸브용 모타등의 조작단을 일정속도로 시계방향 또는 반대방향으로 움직이게 하는 동작이다.
편차가 미리 설정되어 있는 범위 내에 있을 때에는 조작단은 동작하지 않고 이 범위를 넘을 때에만 조작단을 일정한 속도로 편차를 줄이는 방향으로 정정 동작을 계속하며 정정 동작에 따라 편차가 설정 범위 내로 돌아가면 조작단은 그 위치에서 정지한다. 이 동작은 일종의 적분제어이고 무용시간이 적은 제어계에서 사용할 수 있다. 항온항습 장치에서는 정압제어에 많이 사용되어지고 있지만 조작단의 동작속도가 일정한 것이 조건이기 때문에 급격한 부하변동에 대해서는 추종(追從)시간이 늦어지는 결점이 있다.

  
  [그림6] 단속도 제어 [그림7] 단속도 제어 정압제어기

(3) 단속도 (Floating 제어)동작

입력에 비례하는 크기의 출력을 내는 제어동작을 비례동작이라 부른다. 비례동작에는 위치비례동작(Position Proportional Action)과 시간 비례동작(Time Proportional Action)의 두 가지 방식이 있다.
위치 비례동작은 조작기의 위치가 제어량 편차의 크기에 비례한 위치로 되는 동작이다. 시간비례동작은 조작기가 일정한 주기로 ON-OFF를 반복하는 2위치 동작으로 주기내의 ON 시간 비율이 편차에 비례하는 동작이다. 위치비례동작은 비례제어밸브나 STEP 콘트롤러 제어에 시간 비례제어는 전기 히터의 SCR(반도체 제어 정류기)의 제어 등에 사용되지만 어느 쪽도 제어 대상에 대해서는 비례제어이다.
비례제어의 경우 어떤 외란에 의해 편차가 생기면 조절부는 이것이 비례하는 정정 동작을 한다. 그렇지만 외란이 일정한 크기로 지속하는 경우 예를 들면 외기 온도가 떨어져 실내온도의 검출치에 편차를 발생시키는 경우에는 새로운 부하에 알맞은 조작량을 필요로 하기 때문에 조작량의 차이만큼 온도 편차가 있는 상태에서 평형을 이룬다. 이 편차를 잔류 편차(Offeset)이라 한다.
따라서 비례제어에서는 잔류편차에 의해 생긴 오차가 요구한 허용범위에 들어가는지 주의하여야 한다.

[그림8] 비례제어 동작(안정) [그림9] PI제어동작

(4) 비례+적분동작(Proportional plus Integral)

비례제어 동작은 부하의 변동에 의해 잔류편차가 발생하기 때문에 높은 정밀도를 요구하는 제어는 할 수 없다. 그래서 편차가 발생했을 때에, 편차의 크기에 따라 조작량 변화속도가 비례하는 동작을 비례동작에 더한 것이 비례+적분동작이다.
적분동작은 입력의 시간적분 값에 비례하는 크기의 출력을 낸다. 편차가 없어질 때까지 출력은 증가 또는 감소를 계속하므로 비례제어에서 생기는 잔류 편차(Offset)를 제거할 수 있는데 이것 때문에 reset 동작이라고 불려진다.
비례동작의 신호출력과 적분동작에 의한 신호출력이 동일하게 되는 시간을 적분시간, Reset time이라고 하는데 적분동작의 크기는 적분시간으로 나타내고 적분시간이 짧을수록 적분동작은 강해진다. 단위는 보통 분이나 초가 사용된다.

(5) 비례+적분+미분동작(Proportional Plus Integral Plus Derivative)

미분동작은 D동작 또는 rate동작이라 하며 입력의 시간미분 값(입력변화 비율 즉 rate)에 비례하는 크기의 출력을 낸다. 미분동작은 입력의 변화속도에 비례한 출력을 내는 동작이므로 단독으로 사용될 수 없고 반드시 비례 또는 비례+적분동작과 조합해서 사용된다. 이 동작은 외란에 의해 편차가 발생할 때 초기에 그 편차가 발생하는 속도에 대응하여 정정동작을 하면 응답의 지연이 감소하여 빨리 정정할 수 있다. 이 동작을 비례+적분동작에 더 함으로써 외란 초기에 있어서 큰 정정 동작을 시킬 수 있다.
무응답시간이 큰 공조설비 등의 경우에 효과를 발휘한다.

[그림10] PID 제어동작 [그림11] 설정 값 변경에 대한 제어응답

(6) 급기보상 동작

공조장치에서 외란은 실내 부하 변동, 외기 부하 변동 이외에 냉수온도 송수압력의 변동 등 여러 가지가 있다. 실내 부하의 변동은 실내의 검출단에서 감지하는 것 이외에 적당한 방법은 없지만 외기 부하나 냉수온도, 송수압력등 열원장치에서의 변동은 실내가 변화되어 감지하기 전에 반드시 급기 온도가 변화하기 때문에 이 급기 온도의 변화를 감지하여 즉시 정정 동작을 행하면 실내에 대한 외란의 영향을 최소화 할 수 있다.
급기온도를 검출하여 그 변화량에 맞춰 조작량을 정정하는 동작이 급기보상 동작이다. 이 급기보상 동작은 공조제어의 방법에서 실내가 변화하기 전에 정정을 행하는 방식으로 Feedforward 제어이며, 환기 횟수가 클수록 보상동작을 강하게 결정한다.

3-3. 자동제어 기기의 종류와 특징

공조용 자동기기는 동작원리, 구조 등에서 전기식, 공기식, 전자식, Digital식으로 크게 구별할 수 있다.
전기식 계기는 Thermostat, Humidistat이라고 하는 검출부와 조절부가 기계적인 기구에서 일체화되어 만들어져 있는 것을 말한다. 제어동작은 On-Off 동작과 비례동작이 있고, 가장 저가이지만 원래 일반 공조용으로 만들어진 것이기 때문에 정도는 낮다. 외기처리 등 보조적인 제어 이외에는 사용하지는 않는다.
공기식 계기는 엘리먼트 부분이 전기식과 같은 모양이지만, 노즐(Nozzle), 플래퍼(Flapper)에서 증폭하여 공기압 출력을 하는 기구로 되어 있고, 전기식보다도 정도가 높다.
제어동작은 P동작, P I동작, P I D동작을 할 수 있다. On-Off 동작은 그 용도의 공기식 Relay가 더 필요하게 된다. 공기식 계기는 방폭사양인 경우, 또 조작부가 많을 때 등에 이용된다.
전자식 계기는 측온저항체,(백금, 니켈, 구리), 써미스터(Thermistor)등의 온도 검출기나 고분자, 세라믹 등의 습도 검출기에 의해 온·습도를 전기저항으로 입력해서 [브릿지]를 이용해 편차를 검출하고, 증폭시켜 전기적신호를 전동조작부 또는 SCR 등에 출력하는 방식으로 감도, 정도가 높은 항온 항습 제어용으로서 가장 많이 사용되어지고 있다.
조절부까지를 전자식 계기로 처리하고, 출력을 전자/공기 변환하여 공기식 조작기를 사용하는 전자-공기식도 대규모 Clean Room 등에 많이 채용되는 방법이다.
Digital식 계기는 비교적 새로운 조절기로 온도, 습도 등의 제어량을 Analogue/Digital 변환 (A/D 변환)하여 컴퓨터에 입력하고, 제어동작을 소프트웨어에 의해 처리하고, 연산결과(출력)를 D/A변환해서 조작부로 명령하는 것이다.
제어동작은 소프트웨어로 작성할 수 있기 때문에 전자식이나 공기식 계기에서는 곤란한 보정연산이나 스케쥴 제어 등을 간단하게 짜넣을 수 있다. 또 중앙감시장치 등으로의 통신이 가능하다는 것 등 많은 장점이 있다.

[그림12] 전기식 제어기기 [그림13] 공기식 제어기기



[그림14] 전자식 제어기기


[그림15] 전기식 패케이지 공조기 [그림16] Digital 조정기에 의한 패케이지 공조기

 4. 항온 항습의 자동제어 예

4-1. 패케이지 공조기

항온항습 장치로서 패케이지 공조기는 설비비가 싸고 콤팩트하기 때문에 소규모 시스템에 많이 사용되며, 이미 풍량과 냉동능력의 조합이 결정되어 있는 것을 이용하므로 취출온도차, 냉각 능력 제어의 단수(段數)등 능력 특성에 제약이 있고 온,습도의 허용 범위가 ±1.5℃, ±10%RH로 비교적 엄격하지 않은 조건일 경우에 사용되어진다.

(1) 전기식 패케이지 공조기 제어

◇ 온도제어
- 실내에 설치된 비례식 Thermostat에 의해 가열밸브를 비례제어
- 가열밸브의 전동 모터축에 부착된 보조스위치(QS)에 의해 가열밸브 전폐부근에서 Compre-ssor를 ON/OFF 시킨다.
◇ 습도제어
- 제습 : 실내에 설치된 제습용습도조절기에 의해 습도가 설정치 이상으로 되면 Compressor를 운전한다. 이것에 의해 온도가 내려가기 때문에 가열밸브가 열려져서 재열된 실내습도는 내려간다.
- 가습 : 실내에 설치된 가습용 습도조절기에 의해 습도가 설정치 이하로 떨어지면 가습기를 작동시켜 가습한다.
◇ 단점
- 환기횟수가 많은 경우 Compressor의 기동/정지가 빈번해지므로 수동으로 기동, 정지시키는 편이좋다.
가장 단순한 제어방식으로서 냉각부하시 안정이 나쁘기 때문에 일반공조정도의 완만한 조건일 때외에는 사용할 수 없다.

(2) Digital 조정기에 의한 패케이지 공조기 제어(DDC방식)

다음 그림은 패케이지공조기에 의한 CleanRoom 제어 방식이다.
크린 룸에서는 환기횟수가 많기 때문에 환기량 모두를 공조기로 처리하는 것은 열량의 낭비가 생기고 동시에 패케이지 공조기가 상당히 크게되어 설치비가 비싸진다. 이 때문에 공조기에 BY-PASS를 설치하여 환기량과 열부하의 처리를 나누어서 설계하는 방법이 쓰인다. 즉, 열부하의 처리에 필요한 풍량을 패케이지 공조기에 통과시키고 환기를 위해 필요한 풍량과의 차는 환기를 그대로 재순환 시키는 것이다.
◇ 온도제어
- 실내온도 검출기에 의하여 설정온도 이하일 때는 가열밸브를 PID 제어한다.
- 실내온도 검출기에 의하여 설정온도 이상일 때는 Compressor를 Step 제어.
- Compressor의 제어는 PID 연산출력을 Step출력으로 변환하고 또 Compressor
   를 보호하기 위해 기동에서 정지, 정지에서 재기동 하는 최소 시간의 보정을 행한다.
◇ 습도제어
- 가습 : 실내습도를 검출하여 설정습도 이하일 때는 가습기를 작동시킨다.
가습기가 전기히터에 의한 증기발생기인 경우에는 ON/OFF 제어 또는 시간비례제
어를 하며 시간비례제어인 경우 제어 동작은 PID 제어를 행한다.
- 제습 : 실내습도가 설정습도 이상일 때는 Compressor를 Step 제어한다.
◇ 원격 운전 가능(내장된 Time Schedule에 의한 제어)
Digital 조절기에서는 장비의 기동, 정지제어가 가능하며 내장된 Time Schedule
과 Event에 의한 자동 수행 프로그램제어나 중앙감시반에서 키보드나 마우스 등에 의한 운전, 정지 명령을 할 수 있다. 또한 온,습도의 원격 계측, 원격 설정도 가능하다.

4-2. Air Handling Unit

패케이지 공조기에 비해 설계의 자유도가 크다.
그러나 별도의 열원장치가 별도로 필요하므로 대규모의 항온 항습 장치나 다른 공조 장치와 병설되는 곳에서 넓게 사용된다.

(1) 전자식 콘트롤러에 의한 제어

◇ 온도제어

[그림17] 전자식 콘트롤러에 의한 공조기

- 실내온도를 검출하고 온도 조절(TC)에 의해 PID 연산한 온도 제어출력을 분할하여 가열밸브 및 냉각밸브로 신호를 보낸다.
실내온도 ＞설정 값 → 온도제어 출력증가
실내온도＜ 설정 값 → 온도제어 출력감소
[표1]

온도제어출력	가열밸브	냉각밸브	비 고
50%시	0%	0%
50~100%	0%	0~100%	제습 명령과 비교하여 큰 쪽에 의해 냉각 밸브 작동
50~0%	0~100%	0%

이 예에 있어서 온도의 설정치는 1개이고 항상 가열밸브 또는 냉각밸브를 작동시켜 실온을 설정치와 일치하도록 제어한다. 만약 가열과 냉각의 설정치를 다른 값으로 설정하고 싶을 때에는 온도조절기를 2대 사용해서 따로 제어한다. 이 경우 2대의 설정치가 역전되지 않도록 하기 위해 설정치를 0.5℃이상 떨어뜨려 설정한다.
◇ 습도제어 : 온도제어와 같다.
- 제습 : 실내습도 검출기에 의해 제습명령이 증가하고 과냉각 상태가 되면 온도가 내려가는 경향이 있기 때문에 온도제어에 의해 가열밸브가 열려 재열된 습도가 내려간다. 따라서 제습시에는 일단 온도가 내려가고 그 만큼 상대습도는 올라 제습명령이 더욱 증가한다. 온도제어가 작동하여 온도가 돌아오면 그 만큼 상대 습도가 내려가고 제습명령이 감소되어 온도가 올라가게 된다. 이와 같이 제습 동작시에 있어서는 습도제어와 온도제어가 정귀환(正歸還)으로 간섭을 일으키기 때문에 제어 Parameter의 설정을 매우 안정되게 하여야 한다. 구체적으로 비례대를 넓게 설정한다. 그러나 이론적으로 안정점이 없기 때문에 긴 주기로 진동을 반복하게 된다.
이 진동을 없애려면 냉각밸브제어를 제어계로부터 분리하면 된다. 그 방법으로는 냉각코일 후의 온도로 냉각밸브를 제어하는 방식이 있다. 설정치는 실내 온,습도조건에서 구한 노점 온도로 한다.
이 방식은 항상 냉각과 재열을 행하기 때문에 운전비가 높아진다. 특히 정밀한 온,습도제어가 요구 되는 경우(±0.5℃ 이내 또는 ±2%RH 이내)에 사용되는 방식이다.
◇ 정압제어 : Clean Room, 무균실에서는 온, 습도와 함께 실내정압제어가 매우 중요하다.
- 자력식(증력식) Damper에 의해 실내에서 배출한 공기량을 제어하는 방식 : 실내에서의 배기량이 거의 일정한 경우에 사용되며, 간편하며 저가이므로 폭넓게 사용되어 진다.
- 정압조절기에 의해서 외기 Damper를 제어하는 방식 : 배기량이 많고 또한 변동이 큰 경우 사용 되어 진다.
- 실내외의 차압을 검출하여 설정치 이하인 경우에는 외기 Damper의 개도를 증가시켜 실내를 가압 하며 설정치 이상인 경우에는 외기 Damper의 개도를 감소시켜 실내정압을 떨어뜨린다. 실내에서 의 배기량이 감소함에 따라서 외기량이 감소하기 때문에 공조부하가 경감되는 효과가 있다.

(2) DDC에 의한 제어

전자식 콘트롤러의 사용시와 제어동작은 같으나, Controller의 기능, 각종 신호변환의 기능, Interlock Relay의 기능등 대부분의 기능이 소프트웨어에서 처리되므로 다이어그램에서는 DDC에서 센서와 조작기가 접속되는 것만 나타나게 된다.

[그림18] DDC제어에 의한 공조기

- 환기횟수가 많아짐으로 취출 온도차가 작아지기 때문에 Bypass량을 증가시킴으로써 실내 온도 조건에 접근시킨다. 코일을 통과하는 풍량은 변하지 않기 때문에 코일에 대한 공급열량은 변하지 않는다.
- Clean Room 등에서는 청정도에 의해 환기 횟수를 변화시키는 운전을 하는 경우가 있지만, 이와 같은 경우에는 송풍기의 회전수와 Bypass Damper의 개도를 연동하여 변화시킨다.
연동 Schedule을 편성할 수 있게 해놓고 운전결과에 의해서 송풍기 회전수와 Bypass Damper 개도의 관계를 몇 개의 점으로 설정하고 그 사이를 직선 보간한 것으로 손쉽게 그 공조기에 맞춰 비선형 Schedule제어를 할 수 있다.

4-3. 복수 Zone 시스템

대규모의 Clean Room에서는 1개의 Clean Room내를 열부하 특성의 차이에 의해 복수 zone으로 나누어 제어해야 되는 경우가 많다.
구성 : 공조기전에 각 zpne별 재열코일과 가습기가 있고 zone별로 제어된다.

[그림19] 복수ZONE 시스템 공조기

(1) 온도제어

- 공조기의 출구온도를 검출하여 가열밸브 및 냉각밸브를 PID 제어한다.
- 각 zone의 실내온도를 검출하여 재열밸브를 PID제어 한다.
- 각 zone의 재열밸브 중 어느 1개라도 전폐(Full close)되어 있을 경우 그 zone의 온도가 높아져도 재열밸브에서는 제어할 수 없기 때문에 공조기의 급기온도를 내려 준다. 따라서 재열밸브 중 어느 것이라도 1대가 전폐되어 있을 때에는 공조기의 급기온도 설정치를 내리는 제어를 하여야 한다.
- 반대로 재열밸브 중 어느 1개라도 전개(Full open)되어 있을 경우 그 zone의 온도가 낮아져도재열밸브에서는 이 이상으로 가열할 수 없기 때문에 공조기의 급기온도 설정치를 올려서 제어 한다.
- 재열밸브가 부하가 항상 적당한 부하가 되도록 공조기의 급기온도 설정치를 바꾸어 주는 제어를 Load Reset 제어라고 한다.
- 공조기가 냉각부하의 경우 : 재열밸브가 작동하고 있는 것은 에너지 손실이 되기 때문에 가능한 재열밸브는 개도가 조금만 되도록 제어한다.
- 공조기가 제습부하일 경우 : 재열이 필요하기 때문에 공조기의 가열코일로 재열하는 것이나, 각 zone의 재열코일로 재열하는 것이나 에너지 소비는 같다.
- 공조기의 급기온도의 변화는 각 재열재에 있어 외란으로 되기 때문에 Load Reset 제어는 서서히 설정치를 바꾸도록 설정치의 변화율도 제어한다.

(2) 습도제어

- 공조기 출구의 노점온도를 검출하여 설정 노점 온도 이상일 때는 냉각밸브를 제어하여 냉각 제습 한다.
- 각 zone의 실내습도를 검출하여 zone 가습기를 PID제어한다.
- 실내습도 조건에 여유가 있을 경우에는 상한값을 기준으로 공조기 출구 노점온도를 설정하고 하한 값을 기준해 실내습도를 설정하며, 실내습도 조건에 여유가 없을 경우에는 공조기 출구 노점온도의 설정치는 실내조건의 노점온도를 기준으로 약간 낮게 설정하고 항상 ZONE 가습기로 습도제어 한다.

(3) 정압제어

- 항온실내의 장치에서는 배기량이 항상 일정하지 않고 사용상황에 따라 변화하는 것이 많다. 장치 배기량이 감소할 때는 실내정압이 상승하므로 외기 Damper를 닫아 외기부하를 경감시켜야 한다.
- 실내정압을 검출하여 외기댐퍼를 PID 제어 또는 Floating 제어한다.
- 장치 배기의 변화는 ON/OFF 동작형태이고 외기 Damper의 동작이 느리면 따라가지 못하고 정압이 크게 변동해 버릴 경우가 있으므로 자력식의 정압 Damper를 병용하여 추종 지연을 자력식 정압 Damper에서 흡수시키는 방법이 검토되어야 한다.

 5. 제어정도(制御精度)

항온항습 제어에서 가장 중요한 것 중에 하나로 제어정도가 있다.
설계 조건으로 ±2℃, 2%RH라는 값을 나타낼 때가 있다. 이 경우 온도는 어느 정도 비슷하게 해주어도 좋지만, 습도는 고정도로 제어하는 것이 바람직하다. 그러나, 습도를 ±2%RH로 하기 위해서는 온도는 ±0.3℃ 이내로 안정시켜야 한다. 왜냐하면 동일한 수분량의 공기에서도 온도가 바뀌면 상대 습도가 바뀌어 버리기 때문이다. 게다가 습도제어는 수분량을 조작할 수 있지만, 상대 습도를 직접 조작할 수는 없다. 온도를 ±0.3℃ 이내로 안정시키기 위해서는, 냉수 온도나 급기 온도의 변동을 1℃ 이내로 제어할 필요가 있으므로, 습도보다도 온도제어의 방법이 설계의 주요과제가 된다. 공조장치도 ±0.3℃의 제어가 가능하지 않으면 안된다.
항온항습장치는 그 사용목적에 따라, 제어정도의 요구가 다른 것이 있으므로 제어시스템의 설계에 있어서는, 사용목적에 따라 여러 가지 제한을 잘 확인할 필요가 있다.
제어정도는 계기의 정도 이외에, 제어장치가 작동해도 장치의 용량 지연이나 전달 지연에 의해 수정 효과가 나타날 때까지 생기는 오차를 고려하지 않으면 안된다. 제어정도를 높이는데는 정도가 높은 계기와 추종성이 좋고, 안정한 장치를 고르는 것이 중요하다.
추종성이 좋은 장치라는 것은 일반적으로 열용량이 작고, 조작 명령에 민감하게 응답하는 장치이다. 예를 들면 온수 코일과 전열 코일에서는 전열 코일쪽이 빨리 응답한다.
안정된 장치라는 것은 외부의 영향을 잘 받지 않는 장치이다. 예를 들면, 다른 계통의 제어밸브가 변화해도 송수 압력이나 송수 온도가 영향을 받지 않는 장치등이다.

5-1. 계기정도와 교정

계기정도는 계기의 지시치, 설정치, 검출기의 출력 신호등이 기준치와 얼마만큼 차이가 있는지도 표현하는 것이 일반적이다.
항온항습에서는 일정하게 제어하는 것이 중요하기 때문에, Hysteresis(제어량의 상승시와 하강시의 편차)나, Repeatability(제어량이 상승 하강을 반복할 때의 상승 또는 하강시의 편차)가 보다 중요하다.
계장 시스템에서는 검출기, 조절기를 조합하여 사용(경우에 따라서는 검출기와 조절기 사이에 변환기를 설치하는 것도 있다)하기 때문에, 계기를 조합할 때의 정도는 각각의 계기오차의 합으로 된다. 이 때문에 각각의 계기는 정도가 좋은 것을 사용해도 조합에 의해 정도가 떨어지는 것은 피할 수 없다.
보통 이 조합 오차를 수정하기 위해서는 검출단 부분에 기준 입력을 넣어 교정을 한다. 교정에 따라서 계기 조합에 의한 오차는 없앨 수 있지만, Hysteresis나 Repeatability는 개선되지 않는다. 따라서, 계기선정에 있어서는 기준치와의 오차보다도 차라리 재현성을 중시해 선정하는 것이 중요하다.
온도 센서나 습도 센서는 현장에서 기준치를 주어 교정하는 것이 곤란하기 때문에, 미리 정도가 확인되어 있는 것을 사용한다. 교정에 있어서는 센서의 특성에 맞는 입력을 주어 교정한다.
변환기, 조절기는 주위 온도에 따라 약간의 영향과 경년(經年) 변화가 있으므로 6개월마다 점검 재교정 하는 것이 바람직하다.
습도 센서는 여러 가지 원리의 것이 있지만, 어느 것도 경년 변화는 피할 수 없고, 3~6개월마다 교정할 필요가 있다.

5-2. 조작기와 유효특성

제어 시스템 중에서 조작부는 검출부, 조절부와 함께 기본 구성요소의 중요한 부분이고, 공조장치와의 접점이기도 하다. 조작부는 공조장치에 따라 설정되는 부분이 많고, 공조장치가 결정되면 제어 설계에서 선택할 수 있는 여지는 작아진다. 예를 들어 장치에 패케이지 공조기가 선택되어지면 냉각제어의 조작부는 압축기이고, 1단이든지 다단이든지의 선택도 장치에서 결정된다. 따라서 최소 조작량의 크기도 결정되어 버린다. 가열은 증기 코일, 온수 코일, 전열 코일 중의 하나가 되고, 어느 것도 비례조작이 가능하고, 최소 조작량은 3~5%까지 가능하지만, 온도 제어의 최소 조작량은 압축기의 단수(段數)에 지베되어 버려 미소열량 제어는 불가능하다. 굳이 미소열량의 제어를 하려면 운전비를 무시하고, 압축기에서 냉각한 열을 가열기에서 제거하는 제어를 하지 않으면 안된다. 장치와 제어는 균등하게 검토하는 것이 중요하다.
증기 코일의 제어에서는 트랩의 성능이 제어성에 큰 영향을 준다. 코일내에 증기가 충만해 있을 때는 코일 내부가 양압으로 되어 드레인이 배출되지만, 증기밸브가 닫힐 때에는 코일 내의 온도가 내려감과 동시에 코일 내부가 음압으로 되어 드레인이 배출되지 않고 코일 내에 머무는 경우도 있다. 이 상태일 때는 코일 상부의 증기 부분과 하부의 드레인 부분 온도차가 발생해 공기측에 온도층이 생긴다. 이 때문에 온도센서가 정확하게 온도를 검출하지 못하는 수가 있다. 드레인을 진공 펌프로 끌어당기고 있는 시스템에서는 진공압의 변동이 드레인의 끌어당김을 좌우하고, 제어밸브가 일정해도 열교환량이 증감하기 때문에 주의를 요한다.
온수코일, 냉수코일에서는 제어밸브가 닫혀 저유량이 되면 수측의 입구, 출구 온도차가 변하기 때문에, 밸브개도와 열량이 비례하지 않는다(제어밸브는 미리 밸브개도와 유량 변화율이 비례하는 등 백분율의 특성을 가지고 있다.)
항온 항습장치에서는 풍량이 많아지는 관계로 코일이 과대하게 되는 경향이 있고, 미소 유량시에 코일 내의 유속이 떨어져 층류영역으로 되기 쉽다. 층류 상태에서는 전달계수가 급격하게 떨어져 열교환량이 급감한다. 이 때문에 일반 공조에서는 5~10%까지 제어할 수 있었던 것이, 항온 항습장치에서는 20% 이하로 제어할 수 없게 되는 경우가 발생한다. 장치설계에 대해서는 최대능력과 함께 가변 최소능력에 대해서도 충분히 검토하는 것이 중요하다.

 6. 에너지 절약

항온 항습장치는 환기량이 많고, 24시간 운전되기 때문에 가열냉각 열량, 송풍기 동력 등 일반 공조에 비해 몇 배의 에너지를 소비한다. 운전비 절감을 위해 에너지 절약은 중요한 과제이다.
항온 항습장치는 그 목적에 따라 개개의 조건이 다르므로, 공통적인 에너지 절약 항목을 언급하기로 한다.

(1) 온·습도 조건에 폭을 만들 수 없는지.

- 여름과 겨울에 변화가 없는지.
- 사용하지 않을 때의 조건은 완화할 수 없는지.

(2) 과잉 제습을 하고 있지 않은지.

- 필요한 노점 이하로 하고 있지 않은지.
- 제습과 가습이 동시에 행해지고 있지 않은지.

(3) 제습시의 재열에 냉동기의 응축열을 이용할 수 없는지.
(4) 과잉 송풍을 하고 있지 않은지.

- 온·습도 제어에 필요한 풍량과 Filter 통과 풍량, 취출온도 차에 필요한 풍량을 나눠서 생각한다.
- 공조기 코일을 통과해야 할 풍량과 바이패스하여도 좋은 풍량을 나눠서 생각한다.
- 사용하고 있지 않을 때의 송풍량은 내려가지 않는지.
- 송풍기의 정압이 과잉으로 되어 있지 않은지.

(5) 외기량은 필요 최소치로 하고 있는지.
(6) 동계, 중간기의 외기를 냉각용, 제습용으로 활용할 수 없는지.

등을 체크해 보면, 많은 항목에서 에너지 절약의 여지가 있다. 계획시에는 엄격한 조건이었지만, 사용해 보면 조건을 완화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 항온 항습시스템을 설계하는데 있어서, 사용실적을 토대로 하여 개선책을 취할 수 있는 시스템으로 하는 것이 중요하다.

제어시스템을 예로 들면, 사용실적을 토대로하여 개선책을 강구한 경우에는 더욱 더 세밀하고 빈틈없는 제어가 되기 때문에, 소프트웨어의 변경으로 제어동작을 바꿀 수 있고, 복잡한 제어도 가능한 DDC 방식이 가장 적합하다고 말할 수 있다