건축기계설비기술사/131회 기출문제 풀이

2-3. 공조용 전열교환기(Total Heat Exchanger)에 대하여 설명하시오. 1) 종류별 특징 2) 설치시 장·단점

onha09 2025. 5. 1. 23:01
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전열교환기(Total Heat Exchanger)는 환기 시스템에서 실내의 오염된 배기 공기가 가지고 있는 열(현열)과 습도(잠열)를 외부의 신선한 외기로 전달하여, 외기를 실내 조건에 가깝게 미리 조절(예열 또는 예냉 및 가습 또는 제습)하는 에너지 회수 장치입니다. 이를 통해 외기를 직접 도입하는 경우보다 냉난방 부하를 크게 줄여 에너지 소비를 절감할 수 있습니다.

 

1) 종류별 특징

전열교환기는 열과 습도를 교환하는 방식에 따라 크게 두 가지 대표적인 종류가 있습니다.

  • 판형 전열교환기 (Plate Type Total Heat Exchanger):
    • 구조: 얇은 투습성(Permeable) 소재의 평판을 여러 겹 쌓아 배기 공기와 외기가 각 판의 양면을 지나가도록 하여 열과 습도를 교환합니다. 공기 흐름이 분리되어 있습니다.
    • 특징:
      • 움직이는 부품이 없어 고장이 적고 유지보수가 비교적 용이합니다.
      • 공기 흐름이 분리되어 있어 배기 공기의 오염 물질이 외기 측으로 넘어갈 위험(혼입, Carryover)이 매우 낮습니다.
      • 누기(Air Leakage)가 적어 초기 성능 유지가 용이합니다.
      • 동일 용량 대비 회전형보다 부피가 클 수 있습니다.
      • 소자(Element)가 막히거나 파손될 가능성이 있습니다.
  • 회전형 전열교환기 (Rotary Type Total Heat Exchanger):
    • 구조: 제습제 등이 코팅된 벌집 모양의 휠이 배기 공기 통로와 외기 통로 사이에서 회전하면서, 배기가 가진 열과 습기를 흡수하여 외기 측으로 이동시켜 방출합니다.
    • 특징:
      • 판형 대비 단위 부피당 열교환 면적이 커서 장비가 소형입니다.
      • 현열 및 잠열 교환 효율이 모두 높습니다.
      • 휠이 회전하면서 자정(Self-cleaning) 효과가 일부 있습니다.
      • 움직이는 부품(모터, 휠)이 있어 유지보수가 필요하며, 휠의 회전이나 기밀 불량으로 인해 배기 공기가 외기 측으로 일부 넘어가는 공기 혼입(Carryover)이 발생할 수 있습니다.

2) 설치 시 장·단점

공조 시스템에 전열교환기를 설치할 경우 얻을 수 있는 장점과 고려해야 할 단점은 다음과 같습니다.

  • 장점:
    • 에너지 절약 효과: 외기를 직접 도입하는 대신 배기 공기의 열과 습도를 회수하여 외기를 예냉/예열 및 제습/가습하므로, 냉난방 부하 및 가습/제습 부하를 크게 줄여 에너지 소비를 절감할 수 있습니다. 이는 전열교환기를 설치하는 가장 주된 이유입니다.
    • 냉난방 설비 용량 감소: 에너지 부하가 줄어들기 때문에 냉동기, 보일러, 가습기 등 냉난방 및 공조 장비의 용량을 줄일 수 있습니다. 이는 초기 설치 비용 및 운영 비용 감소로 이어집니다.
    • 실내 환경 쾌적성 향상: 외기를 실내 조건에 가깝게 미리 조절하여 공급하므로, 외기 온도나 습도 변화가 크더라도 실내 온습도 변동 폭이 줄어들어 쾌적한 실내 환경을 유지하는 데 기여합니다. 겨울철 과도한 건조나 여름철 과도한 습기 유입을 완화할 수 있습니다.
    • 환기량 확보의 용이성: 에너지 부하 증가 부담을 줄여주므로 필요한 환기량을 충분히 확보하는 데 유리합니다.
  • 단점:
    • 초기 설치 비용 증가: 전열교환기 장비 자체의 구매 및 설치 비용이 추가됩니다.
    • 추가적인 유지보수 필요: 필터 교체, 열교환 소자/휠 청소 등 전열교환기 자체에 대한 주기적인 점검 및 유지보수가 필요합니다. (종류별 유지보수 특성 다름)
    • 압력 손실 발생: 전열교환기를 통과하면서 공기 흐름에 대한 저항이 발생하여 송풍기 운전 동력이 일부 증가할 수 있습니다.
    • 장비 설치 공간 필요: 전열교환기 장비를 설치할 공간이 필요합니다.
    • (회전형의 경우) 공기 혼입 가능성: 배기 공기의 오염 물질이나 냄새가 외기 측으로 일부 넘어갈 가능성이 있습니다 (민감한 시설에서는 판형이 선호될 수 있음).
    • (동절기) 소자 내 결빙 가능성: 외기 온도가 매우 낮고 실내 습도가 높을 경우, 열교환 소자 내부에서 결빙이 발생하여 효율 저하 및 파손을 유발할 수 있습니다. (바이패스 제어, 예열 등으로 방지)

종합적으로, 전열교환기는 초기 설치 비용과 유지보수 부담이 추가되지만, 장기적으로는 상당한 에너지 절약 효과와 쾌적성 향상을 가져오므로, 환기량이 많거나 냉난방 부하가 큰 건물에서는 필수적인 에너지 회수 장비로 널리 활용됩니다.

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