냉동 및 공기조화 Chapter 10. 공조 방식 /부하 계산

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1 냉동 및 공기조화 Chapter 10. 공조 방식 /부하 계산
B. K. Park, Ph.D. Department of Mechanical Engineering

2 10.1 공기조화 설비 냉방 시스템의 구성 1) 공기조화기(air conditioner) : 공기를 여과, 가열, 냉각, 가습, 감습 등으로 조절하고 필요한 공간으로 보내는 장치. 2) 열원장치 : 공기조화기(냉각기, 가열기, 가습기 등)에 열을 공급하는 장치로서 냉각기에 공급되는 냉수를 만드는 냉동기와 가열기에 공급되는 온수를 만드는 보일러를 포함한다. 3) 열운반 장치 : 공기조화기에서 실내 공조에 필요한 열매체(공기, 증기, 온수, 냉수 등)를 운반하기 위해서 사용되는 장치임. 송풍기, 덕트, 펌프 및 배관 등이 포함됨. 4) 자동제어장치 : 실내의 온습도 조건을 일정하게 유지하며 경제적인 운전을 위하여 열매체의 온도 및 유량을 제어하는 장치임. 온습도조절기, 밸브제어장치, 댐퍼제어장치, 각종 스위치 등이 있다.

3 10.2 공기조화 방식 공조 방식 전공기 방식(all air system) : 냉풍 또는 온풍 같은 조화된 공기를 덕트에서 실내까지 송풍하여 공기조화를 행하는 방식. 쾌적공간 또는 생산공정작업 등 대부분의 공간의 공조시스템에 널리 사용됨. 2) 물-공기 방식( water-air system) : 덕트를 통하여 공급되는 공기와 개별 제어용 유니트에 공급되는 물에 의하여 공기조화를 행하는 방식. 일반적으로 실내 공간이 넓고 구역에 따라 부하가 서로 다른 건물이나 호텔의 객실처럼 각각의 개별 제어를 필요로 하는 건물에 적용함.) 3) 전수 방식(all water system) : 열매체로 물만 사용하는 방식으로서 외기 도입 및 공기순환용 덕트가 필요없기 때문에 기존건물에 비교적 설치가 용이하나 환기장치 및 가습기가 없으므로 실내공기의 요구조건을 맞추기가 힘듬. 4) 냉매방식(refrigerant system) : 냉매에 의하여 공기를 냉각하고 그 공기를 실내로 송출하는 방식으로서 공조장치 내부에 냉동기가 설치되어 있다. 공기의 가열은 온수나 증기를 이용하는 가열코일 또는 전기히터를 사용할 수도 있고 냉매회로를 역순환시켜 사용하는 열펌프(heat pump)식이 있다.

4 10.2 Cont’d 공기고 공기조화방식 전공기 방식 All air system 물-공기 방식 Water-air system
전수방식 All water system 냉매방식 Refrigerant system 단일 덕트 정풍량 방식 변풍량 방식 재열 방식 이중덕트 방식 멀티조운 유니트 방식 팬코일 유니트+ 덕트 병용방식 유인 유니트 방식 복사 패널 + 팬코일 유니트방식 (전수식) 룸쿨러 방식 패키지 유니트방식 열펌프 유니트방식

5 10.2 Cont’d 단일덕트 정풍량(constant air volume. CAV) 방식 : 공조기에서 일정 풍량을 상시 실내로 공급하는 방식으로서 실내 부하변동은 급기 온도를 제어하여 실온을 일정하게 함. 단일덕트 변풍량(variable air volume. VAV) 방식 : 실내부하의 변동에 대해서는 송풍량을 제어하여 실온을 일정하게 유지하는 방식으로서, 열부하의 특성이 달라지는 구역을 동일한 공조기로 공조하는 경우 주로 채택되는 시스템임. 정풍량 단일덕트 + 팬코일 유닛(CAV + Fan coil unit) 방식 : CAV 방식에 각 실내에 팬코일 유닛을 설치하여 개별공조하는 방식으로서 실내 부하변동은 팬코일 유닛으로 처리한다. 정풍량 단일덕트 + 재열(CVA + reheater ) 방식 : CAV 방식에 각 실내입구에 재열기를 설치하여 개별 공조하는 방식으로서 실내 부하에 따른 구역제어가 가능하도록 하는 방식이며 재열의 열원으로서는 증기, 온수 또는 냉동기의 냉각수나 전기가 사용되고 서모스탯(thermostad)에 의해 제어한다.

6 10.3 냉방 부하 계산 부하계산 공조설비에 필요한 용량을 정하기 위해 최대부하를 구하여 냉동공조 시스템을 설계하는 기초 자료로 활용함 냉방부하: 일정한 실내 공간을 쾌적한 상태로 유지하기 위하여 제거해야 하는 현열 및 잠열 부하를 합한 것 냉방 부하의 종류

7 10.3 Cont’d 열부하의 구성요소

8 10.3 Cont’d 열부하 계산 순서

9 10.3 Cont’d 지붕, 외벽을 통한 태양 복사열 및 전도열 계산 유리창을 통한 취득 열량(태양 복사열 및 전도열) 계산

10 10.3 Cont’d 벽체를 통한 전도열 계산 침입 외기열 계산
실내 거주 인원에 의해 발생하는 열, 조명으로 발생하는 열 등 내부 발생열 계산 송풍기 및 덕트로부터의 취득열 등 기타 발생열 계산 외기량 도입에 의한 외기부하 계산

11 10.3 Cont’d 이상의 부하계산을 아래와 같은 냉방 부하 계산서로 집계한다

12 10.3 Cont’d 재열 부하 계산 단일 덕트 정풍량 방식에서 실내 조건이 다른 여러 개의 방을 1대의 공조기로 조절할 경우 재열기를 이용 실내 습도 상승을 방지

13 10.4 난방 부하 계산 난방 부하 열의 흐름이 냉방과는 반대 방향 냉방 부하 계산 방법과 거의 유사

14 10.5 냉동 부하 계산 냉장부하 동결부하 제빙 및 저빙 부하 냉장실 실제 용적 (내법 용적)
물품을 실질적으로 쌓을 수 있는 공간으로, 이론 용적에서 단열이 차지하는 공간을 제외한 용적. 냉장부하 동결된 물품의 보관 또는 동결하지 앟고 순수 냉장만 하는 물품의 부하 동결부하 식품을 빙결점 이하 보관 온도까지 동결시킬 때의 부하 제빙 및 저빙 부하 물을 얼음으로 만드는데 제거해야 하는 열량을 제빙부하, 제빙된 얼음을 보관하는 데 필요한 부하를 저빙 부하라 한다.

15 10.5 Cont’d 냉동 부하의 계산 주위의 벽, 천장, 바닥을 통하여 침입하는 부하 계산 저장품을 냉각하기 위한 부하 계산
저장품을 동결하기 위한 부하 계산 실내 공기의 냉각에 필요한 부하 계산 냉동실 저장품의 호흡에 의한 열량의 부하 계산 포장 재료의 냉각 부하 계산 전동 송풍기, 조명 등에 의한 열량 부하 계산 인체에서 발생하는 열량 부하 계산 안전률 계산

16 10.5 Cont’d