공기조화방식

[그림자]

5-1  개  요

공기조화방식의 원형은 그림5-1에 나타낸 바와 같이, 기계실 내에 공조기를 설치해서 이것에 의해 조화된 공기를 덕트를 통해 각 실로 이끄는 형식의 것이다. 이 방식은 공기조화가 발명된 이래 오랫동안 사용되어 왔고, 현재도 이 형식을 사용하고 있는 예가 가장 많다. 그러나, 이 방식은 점차 변화되어 현재는 다른 종류의 방식도 많이 사용되고 있으며, 앞으로도 더욱 여러 가지 방식이 나타날 경향에 있다. 그 이유는 열을 운반하는 물질로 공기를 이용할 경우에는 그 비중이 적기 때문에, 단위체적당 열운반량이 물과 비교해서 현저히 적게 되기 때문이다.

 한편, 수증기 및 냉매는 그 증발잠열을 이용할 수 있으므로 이들의 열운반량은 비교적 크다. 지금 각종 열매의 열운반 능력을 비교하기 위해, 일정 열량을 운반하기 위한 배관경을 고려하면, 동일 실을 공조하는 데 열의 운반을 공기대신에 물로 하는 경우 그 관경은 공기의 1/20정도로 된다. 그러므로, 공기 대신에 물을 이용하는 편이 덕트스페이스를 절약할수 있는 점에서 아주 여건이 좋다.

그림 5-1  공기조화사이클

5-2  공조방식의 분류

공조장치의 기본 방식은 열에너지의 운반방식에 따라 전공기식, 물-공기식, 전수방식 및 냉매방식으로 분류되는 것이 일반적이지만, 이 외에도 기기의 집중 및 분산에 따라 중앙식, 개별식으로 나눌수 있고, 또 제어의 정도에 따라 전체의 제어, 존의 제어 및 개별 제어방식 등으로도 분류하고 있다. 여기에서는 열수송 매체의 종류에 따른 분류로서 각각의 특징을 설명한다.

1. 전공기 방식

 실내의 열을 공급하는 매체로 공기를 사용하는 것이 전 공기방식이다. 그림 5-2 에서와 같이 외기와 실내환기의 혼합공기를 공조기로 이끌어 제진한 후, 열원장치에서 만든 냉수와 증기 또는 온수와 열교환시켜, 냉풍 또는 온풍으로 해서 덕트를 통해 실내로 송풍한다.

그림 5-2  전공식 방식

공기조화는 온습도를 조정하는 것 외에 공기의 정화도 필요한 요소이므로, 탄산가스·세균·냄새 등의 희석과 산소의 보급을 위해 외기를 도입하는 것이 효과적인 방법이다. 대체로 집회실이나 회의실과 같이 사람이 많이 모이는 장소에는 아주 많은 양의 외기를 필요로 한다. 전공기 방식은 이러한 경우에 적합한 방식이다.

 이 방식에는 다음과 같은 것이 있다.

 ① 단일덕트 방식

 ② 멀티존유닛 방식

 ③ 이중덕트 방식

 ④ 각 층 유닛방식

2. 수-공기 방식

 열의 매체로서 물과 공기를 병용하는 방식이다. 이 방식은 그림 5-3 에 나타난 바와 같이 열원장치에서 만든 냉수, 온수 또는 증기를 실내에 설치한 열교환 유닛으로 보내서 실내공기를 냉각또는 가열한다. 또한, 전 공기방식과 마찬가지로 공조기에서 냉각감습 또는 가열가습한 외기를 실내로 송풍한다.

그림 5-3  물-공기 방식

물의 경우에는 동일한 열량을 처리하는데 공기에 비해 단면적이 매우 적게 든다. 따라서, 실내의 열을 처리하기 위해서는 공기보다 물이 스페이스를 절약할 수 있는 유리한 점이 있다. 그러나, 공기조화의 요소 중 공기의 환기를 할 수 없으므로, 필요최소량의 외기는 실내로 송풍해야만 한다.

 이 방식에는 다음과 같은 것이 있다.

 ① 유인유닛 방식

 ② FCU 방식(1차공기 병용식)

 ③ 복사냉난방 방식(1차공기 병용식)

 3. 전수 방식

 이 방식은 물만을 열매로 해서 실내 유닛으로 공기를 냉각·가열하는 것으로써, 실내의 열은 처리가 가능하지만 외기를 공급하지 못하기 때문에 공기의 정화 및 환기를 충분히 할 수 없다. 따라서, 이 방식은 문의 개폐 등에 의해서 공기가 실내로 유입되는 경우와 적은 인원이 단시간 재실하는 경우에 사용되며, 겨울철의 가습도 공조기로 하기에는 부적합하다. 이 방식에는 FCU 방식이 있다.

그림 5-4  전수 방식

4. 냉매 방식

 이 방식은 냉매에 의해 실내의 공기를 냉각·가열하는 방법으로, 옥외의 공기나 물과 열교환해서 배열 또는 흡열한다. 여름에는 냉매의 직접팽창에 의해 실내 공기를 냉각감습하지만, 겨울에는 열펌프로서 가열하는 경우와 다른 열원장치에서 만든 증기, 온수 또는 전열에 의해 가열하는 경우가 있다.

그림 5-5  냉매 방식

냉매 방식에는 송풍기·코일·냉동기 등의 전체 기능을 케이싱 속에 모은 것과, FCU를 실내의 설치하고 콘뎅싱유닛을 옥외에 설치해서 양자를 냉매배관으로 접속한 스플릿(split)형이 있다.

 이 방식에는 다음과 같은 것이 있다.

 ① 패키지유닛 방식

 ② 룸쿨러 방식

5-3  단일덕트 방식

1. 단일덕트·일정풍량방식

 이 방식에는 다른 공조방식에 비해 가장 일반화된 것이며, 각 공조방식의 근원이 되고 있다. 중앙기계실에는 다른 기기와 함께 AHU를 설치해서 냉각감습 및 가열가습한 공기를 덕트를 통해 각실로 송풍하는 방식이다. 보통의 경우는 그림 5-6에 나타난 바와 같이, 외기와 실내환기의 혼합공기를 공조기에서 제진한 후, 냉각감습 혹은 가열가습해서 각 실로 하나의 덕트를 통해 일정량의 공기를 송풍한다 각 실에는 그 실의 최대부하를 처리할 수 있는 만큼의 공기를 송풍한다.

 단일덕트·일정풍량 방식에서는 각 실로 보내는 송풍량이 언제나 일정하고, 열부하에 따라서 송풍온습도를 변화시켜 실내의 온습도를 조절한다. 이 방식의 내용은 풍량이 일정하고 소풍덕트가 하나라는 것이 요지이지만, 부하특성이 다른 여러 개의 실을 이 방식으로 공조하기 위해 동일한 부하변동을 하는 구역마다에 공조기를 분할하는 방식도 채택될 수 있다.

그림 5-6  단일덕트 · 일정풍량 방식

이 방식에서 실내 공기의 온습도 제어는 대표가 되는 실 또는 환기덕트 속의 공기온도 및 상대습도를 검지해서, AHU의 냉각코일 또는 가열코이로 들어온 냉수와 온수 또는 증기의 유량을 가감하고 가습량을 조정해서 송풍온도와 습도를 조절하는 것이 보통이다. 그러므로, 이 방식은 사무실의 내부와 홀(Hall)등과 같이 부하변동이 적은 실이나 동일한 부하변동을 하는 실의 공조에 적합하다. 또한, 극장·공장 등의 대규모 공간과 건물의 내부, 식당, 회의실, 및 엄밀한 온습도를 요구하지 않는 곳에 주로 채용될 수 있다. 표 5-1은 이 방식의 장·단점을 나타낸 것이다.

표 5-1 단일덕트·일정풍량 방식의 특징

2. 단일덕트·재열 방식

 단일덕트·일정풍량 방식에서는 동일 공조계통 내에서 부하변동이 있을 경우 제어할 수 없으므로, 중앙공조기를 분할하는 조닝의 방법이 있다. 그러나, 기계실 스페이스와 장치용량의 관계 등으로 공조기의 분할이 불가능한 경우에는 여러 개의 존에 공통인 공조기를 두고, 각 존별로 나누어지는 덕트 속에 재열기를 설치하여 각각 개별제어 한다.

 냉방시에는 중앙공조기로부터 냉풍을 급기하여 현열부하가 적게 된 존은 재열해서 실온의 과냉을 방지할 수 있다. 난방시에는 중앙공조기의 가열코일에서 1차로 가열하고, 필요에 따라 덕트 속의 재열기에서 2차 가열을 한다. 이와같은 공조방식을 단일덕트존리히트 방식이라 한다.

 이 존 리히트(zone reheat) 방식도 일정풍량 방식과 마찬가지로 존의 제어가 가능하지만, 각 실마다 부하변동이 생기는 경우 개별제어가 가능하므로, 호텔과 같이 개실이 많은 건물에서는 이 방법을 사용해도 좋다. 이와같은 공조방식을 단일덕트 터미널 리히트(terminal reheat) 방식이라고 한다.

 이들 재열방식은 냉방시에는 냉각한 공기를 재열하므로, 열경제적으로는 유리한 방법이 아니다. 난방시에는 중앙공조기의 가열코일에 1차 가열하고 필요에 따라 재열기로 2차 가열을 해서 실내로 송풍하기 때문에, 열의 혼합손실없이 실온을 조정할 수 있다.

 재열기의 열원으로 전열·증기·온수가 사용되지만, 전열 경우에는 온도조절을 하기 위해서 만이 아니고 공기의 과열방지를 위한 보안장치를 반드시 설치해야만 한다. 증기 또는 온수를 사용하는 경우에는 배관과 제어밸브 등이 천장 속에 설비되기 때문에, 수량을 조정할 때의 발생소음과 누수에 주의해야한다.

 그림 5-7 에는 단일덕트 존리히트 방식과 터미널 리히트 방식의 일례들을 조합해서 구성한 시스템 계통도를 나타낸다.

그림 5-7  단일덕트 · 재열 방식

3. 단일덕트·가변풍량 방식

 단일덕트·일정풍량 방식에서는 송풍량을 일정하게 하고 송풍온도를 바꾸어 실온을 제어하지만, 가변풍량 방식(VAV)은 송풍온도를 일정하게 하고 송풍량을 변경해 부하변도에 따라 실온을 소정의 상태로 유지하는 방식이다.

 이 VAV방식은 다음과 같이 분류된기도 한다.

 ① 급기온도일정의 VAV방식: 이것은 실내존(interior zone)과 같이 부하변동의 폭이     적은 부분에 적합하다.

 ② 급기온도가변의 VAV방식: 부하변동의 폭이 큰 외주부(perimeter zone) 환기의  요구 정도가 큰 곳에 적합하며, 터미널유닛(VAV유닛이라고도 한다) 등을 사용하여 2차적으로 온도를 변화시켜 공조하는 방법이다.

 이 VAV 방식에서 덕트계통은 각 터미널의 최대부하에 대처할 수 있는 능력을 갖게 되지만, 열원 및 공조기의 용량은 동일시각에 대해서 각 터널부하의 합계가 최대로 될 때의 용량을 갖추면 좋다. 냉방시에는 실내부하가 가볍게 되면 그에 따랄서 VAV유닛이 작동해서 냉풍량이 지나치게 냉각된는 것을 방지한다. VAV유닛에 관해서는 후술하는 7-2절을 참조하길 바란다.

그림 5-8  단일덕트 · 가변풍량 방식

또한, 난방시에는 냉방을 할 때와 마찬가지로 부하가 가볍게 되는 경우 실온이 지나치게 상승을 하지 않도록 풍량을 조절한다. 전체적으로 실내부하가 감소하면 터미널에서 조여지는 풍량도 많아지며, 덕트속의 정압이 상승해서 가변풍량 장치의 발생소음이 커지게 되는 원인이 된다. 또, 송풍기가 불안정한 운전상태로 들어가는 일이 있으므로 정압의 조정이 필요하다.

 정압의 조정법은 송풍기 토출측 댐퍼에 의해 토출량을 조정하는 법, 입구측 송풍기의 개폐에 의해 조절하는 법, 송풍기 회전수를 변경시키는 법이 보통 고려되는 제어방식이다. 이들 방법으로 풍량을 감소시키면 송풍기의 동력도 감소하지만, 제어법에 의해 감소율이 달라진다. 제어방식을 결정할 때에는 조정범위, 동력의 절약량, 설비비 등을 검토한 뒤 결정한다.

 큰 실이라든가 부하변동이 동일한 존에서는 각 출구마다 가변풍량 장치를 설치해서 실내로의 급기량을 각각 조정하는 경우와 여러개의 취출구의 급기량을 모아서 조정하는 경우가 있다.

 이 방식의 특징 및 유의해야 할 점을 표 5-2에 나타낸다.

표 5-2 단일덕트·가변풍량 방식의 특징과 유의사항

 

5-4  각층 유닛 방식

이 방식은 단일덕트 방식의 변형으로서 각 층마다 공조기를 분산 설치한 것이며, 각 층마다 또는 각 층의 존마다 운전이 가능하고 온도제어도 가능하다.

 각 층 유닛 방식에도 여러 가지 방법이 있지만, 그림 5-9(a)에서와 같은 경우에는, 외기용 공조기(1차조화장치)를 설치하고 이것으로부터 필요한 외기를 도입해서 조화한 1차공기로 한다. 냉각감습 혹은 가열가습된 1차 공기는 덕트를 통해 각 층 또는 각 존에 설치된 2차조화장치로 송풍한다. 2차조화장치에서는 복도 또는 수평덕트에 의해 실내환기를 흡입하여(2차공기), 이것과 1차 공기를 혼합·조화한 뒤 취출한다. 이 방식에서는 외기용 덕트가 각 층을 관통하고 있지만, 단일덕트 방식보다 덕트스페이스가 적게 된다. 또 각 층 단독운전이 가능하지만 외기용 공조기는 전체 계통분의 용량을 갖고 있을므로, 단시간 운전이면 외기용 공조기는 정지시키고 실내공기를 순환해서 급기해도 좋다, 여기에서, 이중덕트형 공기조화기의 구조에 대해서 7-2절을 참조하면 된다.

그림 5-9  각층유닛 방식

또 한가지의 경우는 그림 5-9 (b)에 나타난 바와 같이 옥상에 1차 조화장치를 설치하고, 각 층의 환기를 공용의 환기 팬을 이용해서 이 공조기에 되돌려 보내서 외기와 혼합하고 조화시킨 뒤 각 층의 2차 조화장치로 송풍한다. 각 층의 공조기에는 필요한 온도까지 냉각 또는 가열해서 실내로 송풍한다. 중간기에는 환기를 1차 공조기로 되돌려 보내지 않고 전량을  옥외로 배출하고, 실내로는 외기만을 제진한 후 송풍하면 열원의 절감을 도모할수 있다. 이 경우는 제진장치를 1차 공조기에서만 모아서 설치할 수 있으므로 고도의 제진이 가능하고 유지관리 면에서도 유리하다.

 일반적으로, 2차 조화장치는 각 층이 2,000㎡ 이상일 경우 각 층마다 2대 이상, 500㎡ 이하에서는 2층마다 1대의 비율로 설치한다. 또한, 건물의 방위에 의한 조닝을 하기 위해 방위마다 설치하는 경우도 있다. 이 방식은 신문사나 방송국과 같이 각 층마다 사용시간과 사용조건이 다르고, 백화점과 같이 각 층에 따라 부하가 다른 건물에 적합한 방식이다. 또 각 층이 다른 회사에 속하는 임대사무소 건물이나 일부 연장운전을 해야 할 경우 사용하는 층만 운전할 수 있어서 경제적이다.

 이 방식의 특징은 표 5-3에 나타낸 바와 같다.

표 5-3  각 층 유닛 방식의 특징

5-5  멀티존 유닛 방식

 공조기(AHU)에 냉온 양열원 코일을 설치하고, 각 존의 부하상태에 따라 냉온풍의 혼합비를 빠꾸어서 송풍공기를 필요 온습도로 유지하여 가 존별 덕트에 공급하는 방식이다. 즉, 이 방식은 그림 5-10 에 나타낸 바와 같이 송풍기의 토출측에 냉각코일과 가열코일을 병렬로 설치한 멀티존 유닛(mult-zone unit)이라 부르는 중앙식 공조기를 사용하는 방식이며(7-2절 참조), 공조기로부터 덕트는 여러 개의 존으로 분할되어 있다.

그림 5-10  멀티존 유닛 방식

이 방식에서는 가 존별 제어댐퍼(control damper)에 의해 냉풍·온풍의 혼합비가 바뀌며, 그에 따라 송풍온도가 변화면서 실내로 송풍된다. 또, 각 존의 대표실 내에 설치한 써머스탯에 의해 존 마다의 소정온도로 조정해서 송풍하기 때문에 실내온도는 터미널 리히트 방식과 마찬가지의 제어성이 얻어진다. 그러나, 존이 아주 많은 경우에는 덕트의 분할수에 한도가 있으므로, 중소규모의 공조 스페이스를 조닝하는 경우에 사용된다.

 또한, 이 방식에서는 냉난방부하가 최대일 때는 댐퍼의 누설 이외에 냉풍과 온풍의 혼합이 없으므로 열의 혼합손실은 비교적 적지만, 냉풍과 온푸의 혼합량이 같은 양에 가깝게 되면 혼합손실도 많아진다. 소형 건물 등에서 복열원이 없는 경우에는 바이패스 외기에 의해 온도의 조정을 하는 수도 있다. 또, 이 방식에서 혼합량의 조정은 댐퍼에서 행하기 때문에, 어떤 존댐퍼의 조이는 정도에 따라서 다른 존의 풍량에 영향을 미치게 하는 수도 있다.

 이 방식의 특징은 표 5-4에 나타낸 바와 같다.

표 5-4 멀티존 유닛 방식의 특징

5-6  이중덕트 방식

이중덕트 방식은 중앙기계실에 설치된 AHU에서 냉온풍이 각각 전용의 덕트를 통해 공급되고, 이것이 혼합상자(혹은 혼합기)에서 각 실의 부하상태에 따라 냉온풍을 혼합해서 소정 온도의 공기가 되어 송풍되는 것이다. 즉, 이 방식은 그림 5-11에 나타난 바와 같이 공기의 냉각장치와 가열장치 및 2개의 전용덕트로 되고, 이 덕트에 의해 냉풍과 온풍을 별도로 보내서 혼합상자(mixing unit or mixing box)에서 적당한 비율로 혼합하여 각 실이나 혹은 각 존에 보내는 것이다(혼합상자에 관해서도 7-2절을 참조할 것).

그림 5-11  이중덕트 방식

멀티존 방식에서는 각 존에서 요구하는 송풍온도로 하기 위해 공조기로 냉풍과 온풍의 혼합비를 바꾸어 단일덕트를 송풍하지만, 이중덕트(dual duct) 방식에서는 공조기에서 처리한 냉풍과 온풍을 각각 별개의 덕트로 송풍해서 필요한 장소에 설치한 혼합상자에서 혼합한다. 이때 혼합공기는 실내의 써머스탯의 지령에 의해 혼합비를 바꾸어 소정의 온도로 해서 실내로 송풍한다.

 이중덕트 방식의 경우에도 멀티존 방식과 마찬가지로, 냉난방부하가 최대로 될 때 이외에는 냉풍과 온풍이 혼합되기 때문에 열으 혼합손실이 생긴다. 그러나, 제어상으로는 혼합상자의 설치장소에 의해서, 존리히트 또는 터미널 리히트 방식의 경우와 마찬가지로 존제어 또는 개별제어가 가능하다. 또, 존 전체가 냉난방 어느쪽인가 한편으로 좋은 때는 다른 편의 덕트는 실내 환기를 순환시킨다. 이 경우 냉온풍의 송풍기, 덕트, 조화장치의 용량은 각각 최대부하에 대응하는 것이어야 한다. 이 방식에 의하면 하계 냉방시에 일부 난방을 필요로 하는 경우에도 가능하다.

 이 방식의 특징은 표 5-5에 나타낸 바와 같다.

표 5-5 이중덕트 방식의 특징

5-7  유인유닛 방식

이 방식은 실내에 유인유닛(induction unit)를 설치하고, 그림 5-12에 나타낸 바와 같이 1차 공조기로부터 조화한 1차 공기를 고속 덕트를 통해 각 유닛에 송풍하면, 1차 공기가 유인유닛속의 노즐을 통과할때에 유인작용을 일으켜 실내 공기를 2차공기로 하여 유인한다. 이 유인된 실내 공기는 유닛 속의 코일에 의해 냉각 또는 가열된 후, 1차·2차의 혼합공기로 되어 실내로 송풍되는 방식이다. 유인유닛의 구조에 대해서는 7-2절을 참조하길 바란다.

그림 5-12 유인유닛 방식

유인유닛 방식에는 전공기식과 물-공기식이 있고, 전공기식의 경우에는 노점제어와 재열제어를 조합시켜 노즐로부터 취출한 1차 공기로 천장내의 공기를 유인해서 조명기구로 부터의 폐열로 재열하는 방식과, 재열기를 내장시켜 실내 부하에 따라서 증기·온수·전기 등으로 재열하는 방식이 있다. 어느 경우에나 1차 공기로 실내 잠열과 현열을 처리한다.

 물-공기식의 유인유닛(그림 5-12의 (a))에는 냉온수 코일이 배관되어 있고, 중앙식 공조기로부터 보내진 1차 공기가 유닛마다 설치되어 있는 소음챔버(plenum chamber)의 노즐로 분출될 때 실내 공기도 유인되어 함께 실내로 취출된다. 1차 공기에 유인된 2차 공기는 유닛 속의 냉온수 코일을 통과해서 냉각 또는 가열된다.

 1차 공기의 송풍온도는 하기에는 실내의 잠열을 제거하기 위해 감습된 공기를 송풍하고, 동기에는 외기온도가 저하됨에 따라서 송풍온도를 높혀 송풍한다. 실내 유닛은 실내의 부하변동에 따라서 써머스탯 또는 수동으로 2차 냉온수를 제어하는 수량제어 방식과 2차 냉온수는 일정량을 흐르게 하고 바이스댐퍼에 의해 2차 코일을 통과하는 2차 공기량을 조정하는 방식이 있다.

 유인유닛의 배관방식은 2차 코일의 냉온수량을 조절하기 위한 2관식·3관식·4관식이 있으며, 각각 자동밸브가 설치되어 있고 써머스탯의 지령에 의해 자동밸브가 작동해서 급수량을 바꾸어 준다. 일반적으로는 2관식이 많이 사용되지만, 인접 건물의 음영 등 때문에 동시에 냉방과 난방이 필요한 부분이 생길 경우에는 기기 용량을 크게 하든가 또는 4관식을 쓰는 일도 있다.

 유인유닛 방식은 일반적으로 건물의 페리미터 부분에 채용해서 외주부 부하에 대응하도록 하고 동시에 실내존 부분에서는 단일덕트 방식을 병용하는 방식이 가장 많이 사용되고 있다. 이 외에 내부부하의 상태에 따라서 이중덕트 방식 혹은 멀티존 방식 등도 병용된다. 이와 같이, 창측 부분을 유인유닛으로 하고 중심부분을 별도 계통의 덕트로 공기조화하는 방법을 페리미터(perimeter system)이라고 한다. 이 방식의 특징은 표 5-6에 나타낸 바와 같다.

표 5-6 유인유닛 방식의 특징

5-8  팬코일유닛 방식

이 방식은 물-공기 방식의 공조방식 중 가장 많이 사용되는 것이며, 송풍기·냉온수 코일 및 공기정화기 등을 내장시킨 유닛(FCU)을 그림 5-13에 나타낸 바와 같이 실내에 설치하고, 냉수 또는 온수를 공급해서 내장된 코일 등의 작용으로 실내 공기를 냉각·가열해서 공조하는 방식이다.

 FCU방식은 실내 유닛의 형식, 사용 방법, 외기도입 방식 등에 따라 여러 가지 종류가 있으며, 일반적으로 다음과 같이 분류된다.

그림 5-13  FCU 방식

그림 5-14  외기도입형 FCU

① 직접 외기를 유닛에 도입하는 방법(그림5-14)

② 중앙의 1차 조화장치에서 조화시킨 외기를 덕트를 통해 취출시키고, 실내 유닛으로부터는 2차 공기만을 재순환시키는 방법(그림5-15의(a))

③ 1차 조화장치에서 조화된 공기를 덕트를 통해 실내 유닛에 보내서 2차 공기를 유인·조화해서 취출하는 방법(그림5-15의(b))

④ 전혀 외기를 도입하지 않고 2차 공기만을 재순환시키는 방법(그림5-15의(c))

그림 5-15  FCU 방식의 응용

외벽면으로부터 직접 실내 유닛에 외기를 도입하는 경우에는, 옥외의 풍압으로 인해 도입량이 변동되기도 하고 외기의 제진을 충분히 할 수 없기 때문에 코일이 오염되기 쉽다. 또 빗물을의 침입에 대한 대책도 필요하다.

 또한, FCU와 덕트를 병용하게 되는 경우에는 유인유닛 방식과 거의 같은 특징을 갖게 되지만, FCU에 있어서 2차 공기의 순환은 소형 송풍기에 의한 것이므로, 고속덕트에 의한 노즐 대신에 송풍기를 내장하고 있는 점이 다르다. 또 FCU의 덕트는 유인유닛에서와 같이 직접 FCU에 연결·접속할 필요없이 그림 5-15의 (a)처럼 단독으로 실내에 취출하는 경우가 대부분이다. 그리고, 그림 (c)와 같이 1차 공기를 수반하지 않는 FCU방식은 환기를 충분히 할 수 없으므로, 재실인원이 적고 출입구의 개폐가 빈번한 경우나 외로부터 실내로의 유입구가 있는 경우 등에 사용된다. 이 방식은 잠열의 조정이 불가능하여 특히 겨울철에 실내 공기가 건조하기 쉬운 결점이 있다. 따라서, 이 방식은 유량제어에 으한 방법으로 행해지고 있다. 전자의 경우에는 수동으로 송풍기의 회전수를 바꾸어 풍량을 제어하는 방법과 실내 써머는 2방밸브에 의한 가변유량제어 방식과 3방밸브에 의한 일정유량제어 방식이 있다. 이 방식의 특징을 표 5-7에 나타낸다.

표 5-7 FCU방식의 특징

5-9  복사냉난방 방식

이 방식은 파이프코일(혹은 패널)을 바닥이나 천장에 설치하여 냉수 또는 온수를 보내고, 이것과 병용한 중앙의 조화장치에서 조화된 공기를 덕트로 실내에 보내 냉난방하는 것이다.

즉, 통상의 공조방식과는 달리 복사냉나방 방식은 그림 5-16에 나타낸 바와 같이, 건물의 바닥 또는 천장 속에 파이프를 매입해서 이것에 냉수 또는 온수를 보내 냉난방하는 방식이다.

 냉방시에는 표면온도를 낮추어서 벽과 천장으로 부터의 열이 실내 부하로 되는 것을 사전에 제거하는 것이므로, 천장·벽 등의 표면에 코일을 매설해서 냉각한다. 이 경우 냉수에 의해 벽면 밑 천장의 표면온도가 낮기 때문에, 실내 공기의 노점온도가 높으면 표면에 결로가 생기게 된다. 따라서, 패널 표면온도를 실내 노점온도보다 높게 해 둘 필요가 있다. 이와같은 제습조작은 별도로 냉각감습한 공기를 송풍하는 것에 의해 보충해야만 한다. 또한, 이 방식에서는 외기의 직접도입이 어려우므로 일반적으로 덕트방식과 병용하게 된다.

 우리나라의 경우에는 주로 겨울만을 대상으로 한 바닥복사난방이 성행하고 있으며, 냉수에 의한 패널방식은 천장과 벽의 표면온도가 낮아서 실온분포는 균일하게 할 수 있지만 냉각면의 설치, 배관, 제어설비가 높게 되므로 사용하지 않는다. 표 5-8에 이 방식의 특징을 나타낸다.

그림 5-16  복사냉난방방식

표 5-8 복사냉난방 방식의 특징

5-10  단일유닛 방식

1. 패키지형 유닛 방식

 이 방식은 송풍기, 가열코일(혹은 냉각코일), 공기여과기 및 냉동기 등을 내장한 공장제작의 공조기를 단독 또는 여러 개 설치하여 공조하는 방식이다. 즉, 이 방식은 중앙식에 쓰이는 것을 소형화해서 한 개의 유닛의로 한것이지만, 공조장치에 필요한 것은 모두 포함하고 있는 일종의 개별식 공조방식이다.

 패키지형 유닛(package unit)에는 그림 5-17에 나타낸 바와 같이 수냉식과 공냉식이 있으며, 일반적으로 많이 사용되고 있는 것은 수냉식 유닛이다.

그림 5-17  패키지형 유닛의 구조

또한, 이 유닛에는 냉방전용의 유닛과 냉난방 겸용의 열펌프 유닛이 있으며 실내에 설치해서 플레넘챔버로부터 송풍하는 경우와 기계실에 설치하고 덕트를 접속해서 넓은 실내와 각 개실의 공조를 하는 경우가 있다(그림 5-18 참조) 유닛을 실내에 설치하는 경우에는 필요한 실에 설치해서 각 실마다 독립해서 운전하며, 또한 독립으로 공조할 수 있으므로 중앙식에서 얻지 못하는 편리한 점도 있다. 이 유닛에 관한 상세한 내용은 7-2절을 참조하길 바란다.

 냉방시에는 외기와 실내 환기의 혼합공기를 제진한 후, 냉각코일로 냉매의 직접팽창에 의해 냉각감습해서 송풍기로 실내에 보낸다. 실내 공기로부터 흡수한 열은 공냉식 응축기에서 대기증으로 방열되고 있지만, 냉각수를 개입시켜 냉각탑을 통해 대기로 배열시키는 경우도 많다.

그림 5-18  패키지방식의 계통도(수냉식)

난방시에는 냉방전용의 유닛에 가열코일을 조립시켜 증기 또는 온수를 열원으로 해서 공기를 가열한다. 열펌프 유닛에서는 물 또는 공기 열원에 의해 공기를 가열한다. 보조열원으로서 증기와 전열을 쓰는 경우도 있다. 난방운전 중의 문제로서 공기 열원식의 경우에는 외기온도가 낮은 때에 결상하므로, 실외측 코일에 서리제거 장치가 필요해지며, 수열원식인 경우에는 수측코일에 동결방지으 대책이 필요하다.

 열펌프에는 여러 가지 방식이 있지만 패키지형 유닛에서는 냉매회로교체 방식이 가장 많이 사용되고 있다. 공기 열원식 열펌프 사이클을 그림 5-19에 나타내는데, 실내측 코일은 냉방시에는 증발기의 역할로서 공기로부터 열을 흡수하고 난방시에는 응축기로서 공기로 열을 방출시킨다. 또한 실외측 코일은 그 역으로, 냉방시에는 열을 공기로 방출하고 난방시에는 공기로부터 열을 흡수한다.

그림 5-19  공기열원펌프의 사이클

패키지형 유닛에는 1냉동통 정도에서부터 100냉동톤 정도까지의 용량이 있고, 일반적으로 공냉식인 경우 5.5kW까지, 수냉식인 1.5kW이상이다. 이 유닛은 운전조작이 용이하고 설치면적도 크게 차지하지 않으므로 주택·레스토랑·다방·상점·소규모 건물 등에 주로 사용되며, 대규모 건물에서도 24시간 운전하는 수위실 등의 관리실과 시간외 운전이 필요한 회의실 혹은 특수한 온도도 조건을 필요로 하는 전산실 등에 사용된다.

 또한 이 패키지형 유닛에서 가장 큰 소음을 발생시키는 것은 압축기이다. 따라서, 이 압축기와 응축기를 실외에 내보내고, 실내에는 냉각코일과 송풍기만을 설치하여, 옥외 유닛에서 처리된 냉매를 실내로 이끌어서 실내 유닛의 냉각코일에서 증발시키도록 한 것이 스플릿 형 공조기이다. 또, 최근의 에어컨 장치는 형식·용량등이 모두 다양화되고 있다. 이 방식의 특징을 표5-9에 나타낸다.

표 5-9 패키지 유닛 방식의 특징

2. 룸에어콘

 이 방식은 원리적으로는 패키지형 유닛과 마찬가지이지만, 소형화시킨 것으로 다음과 같은 특색이 있다.

① 설치가 매우 용이하다.

② 전원(소용량은 단상 100V)을 접속하는 것만으로 운전이 가능하다.

③ 창에 직접 설치하므로 바닥면적의 이용도가 높다.

④ 외기취입과 배기가 가능한 것을 선정하면, 설치하는데 별 어려움없이 요구를 만족시킬 수 있다.

⑤ 후반부를 실외측으로 보내서 설치하므로, 외기의 이용이 불가능한 창에는 사용할 수 없다.

 이 유닛의 일려를 그림 5-20에 나타내는데, 팽창밸브로는 1-2㎜의 동제 모세관을 사용하고, 압축기는 거의 필폐식이며, 전동기는 4극인 것이 맣다. 또 환기와 배기에는 실내외 사이에 설치되는 댐퍼를 열어서 시행한다. 외기취입과 냉각을 동시에 하는 일도 가능하지만 냉각작용은 다소 저하한다. 이 유닛에 대한 보다 상세한 설명은 7-2절을 참고 하면 된다.

그림 5-20  룸에어콘