4-4. 열회수형 환기장치 중 판형열교환기에 대하여 다음 사항을 설명하시오. 1) 열교환 원리 2) 냉방 시 온도변화 효율 3) 에너지계수 4) 현열교환기가 아닌 전열교환기를 많이 사용하는 이유

판형열교환기는 열회수형 환기장치에 사용되는 대표적인 열교환기 형태로, 급기(외기)와 배기(실내 공기)가 얇은 판을 사이에 두고 흐르면서 열을 교환하는 장치입니다.

 

1) 열교환 원리

판형열교환기의 열교환 원리는 전도와 대류를 이용합니다. 여러 겹으로 이루어진 얇은 판(주로 알루미늄, 플라스틱, 코팅된 종이 등) 사이로 급기와 배기가 각각 흐릅니다. 이때, 온도차가 있는 두 공기 사이에서 열이 판을 통해 이동하게 됩니다.

• 겨울철 난방 시: 따뜻한 실내 배기가 차가운 외부 급기를 데워줍니다. 배기가 가지고 있는 열에너지가 판을 통해 전달되어 급기의 온도를 상승시킵니다.
• 여름철 냉방 시: 시원한 실내 배기가 더운 외부 급기를 식혀줍니다. 배기의 낮은 온도가 판을 통해 전달되어 급기의 온도를 낮춥니다.

이러한 열교환 과정에서 급기와 배기는 물리적으로 섞이지 않으므로 실내의 오염된 공기가 외부로 배출되고, 신선한 외부 공기가 실내로 공급되는 동시에 에너지 손실을 최소화할 수 있습니다.

판의 재질에 따라 현열(온도)만 교환하는 현열교환기와 현열뿐만 아니라 잠열(습도)까지 교환하는 전열교환기로 나뉩니다.

 

2) 냉방 시 온도변화 효율

냉방 시 온도변화 효율(또는 현열교환 효율)은 외부에서 들어오는 더운 공기가 실내에서 배출되는 시원한 공기에 의해 얼마나 효과적으로 냉각되었는지를 나타내는 지표입니다. 일반적으로 다음과 같은 식으로 계산됩니다.

냉방 시 온도변화 효율 (%) = [(외기온도 - 급기온도) / (외기온도 - 배기온도)] × 100

• 외기온도: 열교환기 유입 전 외부 공기의 온도
• 급기온도: 열교환기를 거쳐 실내로 공급되는 공기의 온도
• 배기온도: 열교환기 유입 전 실내에서 배출되는 공기의 온도

예를 들어, 외기온도가 35℃이고 배기온도가 25℃일 때, 열교환기를 거친 급기온도가 28℃라면 냉방 시 온도변화 효율은 다음과 같습니다.

[(35 - 28) / (35 - 25)] × 100 = (7 / 10) × 100 = 70%

이는 외부에서 들어오는 공기가 열교환기를 통해 70%만큼 냉각되었다는 의미입니다.

 

3) 에너지계수

에너지계수란, 사용전력 대비 에너지회수율을 나타내는 개념이다. 냉방 시 에너지계수는 8이상, 난방 시 에너지계수는 15이상이어야 한다.

 

4) 현열교환기가 아닌 전열교환기를 많이 사용하는 이유

현열교환기 대신 전열교환기를 많이 사용하는 이유는 다음과 같은 장점 때문입니다.

• 습도 조절 기능: 전열교환기는 현열뿐만 아니라 잠열(습도)까지 회수하여 실내 습도를 적절하게 유지하는 데 도움을 줍니다.
  • 겨울철: 실내의 습기를 외부로 배출되는 공기로부터 회수하여 실내 건조를 완화하고 쾌적성을 높입니다. 가습기 사용 빈도를 줄여 에너지 절약 효과도 얻을 수 있습니다.
  • 여름철: 외부의 습한 공기가 실내로 유입될 때, 실내에서 배출되는 건조한 공기로부터 습기를 일부 제거하여 실내 습도를 낮추는 데 도움을 줍니다. 제습기 사용 빈도를 줄여 에너지 절약 효과를 얻을 수 있습니다.
• 쾌적성 향상: 적절한 습도 유지는 실내 거주자의 쾌적성에 큰 영향을 미칩니다. 전열교환기는 온도뿐만 아니라 습도까지 조절하여 더욱 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있습니다.
• 에너지 절약 효과 증대: 습도 조절을 통해 냉난방 부하를 줄여 에너지 절약 효과를 더욱 높일 수 있습니다. 특히 여름철 냉방 시 습도 제거는 체감 온도를 낮추는 데 효과적이므로 에너지 절감 효과가 큽니다.
• 곰팡이 및 결로 방지: 적절한 습도 유지는 곰팡이 발생 및 결로 현상을 예방하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

물론 전열교환기는 현열교환기에 비해 구조가 복잡하고 초기 비용이 더 높을 수 있지만, 습도 조절이라는 중요한 장점 때문에 최근에는 전열교환기를 더 많이 사용하는 추세입니다. 특히, 실내 쾌적성과 에너지 효율을 중요하게 생각하는 건축물에서는 전열교환기가 필수적인 설비로 여겨지고 있습니다.