1-7. 공조방식 중 저온공조시스템의 장점과 주요 문제점에 대한 대안을 기술하시오.

저온 공조 시스템의 장점과 주요 문제점 및 대안

저온 공조 시스템은 일반적인 공조 시스템보다 낮은 온도(일반적으로 12~15℃ 이하)의 공기를 실내에 공급하여 냉방 효과를 얻는 방식입니다. 이러한 저온 공조 시스템은 여러 장점을 가지지만, 동시에 해결해야 할 문제점들도 존재합니다.

 

1. 저온 공조 시스템의 장점:

• 쾌적성 향상: 낮은 공급 공기 온도는 실내 온도를 빠르게 낮추고, 특히 고온 다습한 환경에서 더욱 효과적인 제습을 통해 쾌적한 실내 환경을 제공합니다.
• 송풍량 감소: 동일한 냉방 부하를 처리하는 데 필요한 송풍량이 줄어들어 팬 동력 소비를 절감하고, 덕트 사이즈를 줄여 공간 활용도를 높일 수 있습니다.
• 제습 능력 향상: 냉각 코일의 표면 온도가 낮아져 공기 중의 수증기 응축량이 증가하므로, 보다 효과적인 제습이 가능합니다. 이는 실내 습도를 낮추고 곰팡이 발생 등을 억제하는 데 도움이 됩니다.
• 에너지 절약 가능성: 송풍량 감소 및 효율적인 열교환기 사용 등을 통해 시스템 전체의 에너지 소비를 줄일 수 있는 잠재력이 있습니다.
• 공기 분포 개선: 밀도가 높은 저온 공기는 하강하는 성질을 이용하여 실내 공기 분포를 개선하고, 층류 효과를 통해 오염 물질 확산을 줄일 수 있습니다.

2. 저온 공조 시스템의 주요 문제점:

• 현열비(SHR) 조절 문제: 낮은 공급 공기 온도는 잠열 부하 처리에는 유리하지만, 현열 부하가 상대적으로 낮은 경우 과냉각을 유발할 수 있습니다. 특히 부분 부하 운전 시 온도 및 습도 제어가 어려워질 수 있습니다.
• 드래프트 발생 가능성: 낮은 온도의 공기가 직접 인체에 닿을 경우 불쾌감을 유발하는 드래프트 현상이 발생할 수 있습니다. 특히 공급구 주변에서 문제가 될 수 있습니다.
• 결로 발생 위험 증가: 덕트 표면이나 취출구 주변의 온도가 낮아져 실내 공기 중의 수증기가 응축되어 결로가 발생할 수 있습니다. 이는 곰팡이 발생 및 건물 손상의 원인이 될 수 있습니다.
• 초기 투자 비용 증가: 저온의 냉수를 생산하기 위한 고성능 냉각기, 결로 방지를 위한 단열 강화, 정밀한 제어 시스템 등의 도입으로 초기 투자 비용이 증가할 수 있습니다.
• 재열 필요성 증가: 과냉각 방지를 위해 공급된 저온 공기를 다시 데우는 재열 과정이 필요할 수 있으며, 이는 에너지 효율 저하의 원인이 될 수 있습니다.
• 제어 복잡성: 안정적이고 쾌적한 실내 환경을 유지하기 위해 온도, 습도, 풍량 등을 정밀하게 제어해야 하므로 시스템 제어가 복잡해질 수 있습니다.

3. 주요 문제점에 대한 대안:

• 현열비 조절 문제:
  • 변풍량(VAV) 시스템 및 재열: 현열 부하에 따라 송풍량을 조절하고, 현열 부하가 낮은 구역에서는 재열을 통해 과냉각을 방지합니다.
  • 냉복사 패널 또는 칠드 빔: 현열 부하를 냉복사 방식으로 처리하고, 잠열 부하는 외기 전담 처리 장치(DOAS)를 통해 분리하여 처리합니다.
  • 데시컨트 제습 시스템: 냉각 코일 전단에 데시컨트 제습기를 설치하여 외기를 미리 제습함으로써 냉각 코일의 잠열 부하를 줄여 공급 공기 온도를 높일 수 있습니다.
  • 정밀 제어 알고리즘: 온도와 습도를 동시에 고려하여 최적의 공급 공기 상태를 유지하는 고급 제어 알고리즘을 적용합니다.
• 드래프트 발생 가능성:
  • 적절한 취출구 선정 및 배치: 저온 공기 공급에 적합한 유인형 또는 와류형 취출구를 사용하여 주변 공기와 잘 혼합되도록 하고, 인체에 직접 닿지 않도록 배치합니다.
  • 유인형 디퓨저: 공급되는 저온 공기가 실내 공기를 유인하여 혼합된 후 실내로 확산되도록 설계된 디퓨저를 사용합니다.
  • 층류를 이용한 공기 분포: 낮은 온도에도 불구하고 층류 효과를 활용하여 거주 영역에 쾌적한 공기를 공급하도록 시스템을 설계합니다.
• 결로 발생 위험 증가:
  • 덕트 및 장비의 철저한 단열: 덕트 및 냉각 코일 등 저온 표면의 단열을 강화하고, 외부 습공기의 침투를 막는 방습층을 설치합니다.
  • 실내 환기 제어: 실내를 약간 양압으로 유지하고, 습한 외기의 침입을 최소화합니다.
  • 제습 강화: 시스템 제습 능력을 강화하여 실내 습도를 낮춥니다.
• 초기 투자 비용 증가:
  • 생애주기 비용 분석: 초기 투자 비용뿐만 아니라 장기적인 에너지 절감 효과 및 유지보수 비용 등을 종합적으로 고려하여 경제성을 평가합니다.
  • 표준화된 부품 사용: 저온 공조 시스템에 적합한 표준화된 고효율 부품을 사용하여 비용을 절감합니다.
  • 정부 지원 정책 활용: 에너지 효율이 높은 저온 공조 시스템 도입에 대한 정부 지원 정책을 활용합니다.
• 재열 필요성 증가:
  • 정확한 냉방 부하 계산: 다양한 운전 조건에서 발생하는 현열 및 잠열 부하를 정확하게 예측하고 시스템을 설계합니다.
  • 최적화된 시스템 설계: 냉방 부하 특성에 맞춰 시스템을 최적화하여 재열 운전의 필요성을 최소화합니다.
  • 존별 제어: 각 실 또는 구역별로 독립적인 온도 제어를 통해 불필요한 냉방 및 재열 운전을 줄입니다.
• 제어 복잡성:
  • 통합 제어 시스템: 건물 자동화 시스템(BAS)을 활용하여 온도, 습도, 풍량 등 다양한 요소를 통합적으로 제어합니다.
  • 자동 최적화 알고리즘: 실시간 부하 변화 및 사용자 요구에 따라 시스템 운전을 자동으로 최적화하는 알고리즘을 적용합니다.
  • 사용자 친화적인 인터페이스: 사용자가 쉽게 시스템 상태를 확인하고 설정을 변경할 수 있는 사용자 인터페이스를 제공합니다.

결론적으로 저온 공조 시스템은 에너지 절약 및 쾌적성 향상에 기여할 수 있는 잠재력이 크지만, 발생 가능한 문제점을 해결하기 위한 신중한 설계, 적절한 기술 적용, 그리고 정밀한 제어 시스템 구축이 필수적입니다.