VAV 방식

왜 배우는가: VAV 방식은 건물 에너지 절약과 실별 온도 제어를 동시에 만족하는 대표적인 공조방식이어서 실무 설계에서 가장 많이 채택된다. 시험에서는 장단점, 설계 고려사항, 에너지 절약 원리를 묻는 문항으로 반복 출제된다.

출제 이력: 제137회 4교시 1번, 제125회 3교시 2번, 제110회 4교시 5번, 제92회 2교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의: VAV 방식은 존의 부하 변동에 따라 취출 풍량을 가변시키고 공급 온도는 거의 일정하게 유지하는 전공기 방식이다.

핵심 키워드

• 변풍량(VAV)
• VAV 유닛
• 풍량 제어
• 가변속 송풍기
• 부하 추종
• 정풍량(CAV)
• 재열 손실
• 에너지 절약

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 방마다 필요한 만큼만 공기를 보내고 공기의 온도는 그대로 두는 방식이다. 방이 덜 더우면 공기를 적게 보내고, 더우면 많이 보낸다.

정식 정의는 다음과 같다. 공기 공급 온도를 일정하게 두고, 각 존의 실내 부하에 따라 VAV 유닛이 취출 풍량을 조절하는 공조방식이다. 실온 센서 신호를 받아 댐퍼 개도나 송풍기 회전수를 바꾼다.

핵심 용어를 풀이한다.

VAV 유닛은 덕트 분기부에 설치되는 변풍량 장치다. 내부 댐퍼가 열리고 닫히면서 해당 존의 풍량을 조절한다. 온도 제어는 유닛 자체가 하는 것이 아니라 실온 신호에 따른 풍량 변화로 이루어진다.

정풍량(CAV)은 풍량을 일정하게 두고 공급 온도를 바꿔 부하에 대응하는 방식이다. VAV와 대비되는 개념이므로 함께 설명할 수 있어야 한다.

재열(Reheat)은 냉각 코일에서 과하게 냉각된 공기를 다시 가열하는 과정이다. 정풍량 방식에서는 존별 부하가 작을 때 재열 에너지가 많이 소비된다. VAV 방식은 풍량을 줄여 이 재열 손실을 줄인다.

최소 풍량은 풍량을 아무리 줄여도 유지해야 하는 하한 풍량이다. 실내 환기량과 기류 분포를 확보하기 위해 필요하다.

원리는 송풍기 법칙으로 설명한다. 송풍기 축동력은 회전수의 3제곱에 비례하고, 풍량은 회전수에 비례한다. 따라서 풍량을 절반으로 줄이면 동력은 대략 1/8 수준까지 떨어진다. 송풍기 동력은 풍량의 3제곱에 비례한다는 점이 VAV의 에너지 절약 원리의 핵심이다.

3. 등장 배경과 필요성

정풍량 방식은 건물 전체 부하가 작아져도 송풍량을 일정하게 유지한다. 이 때문에 송풍기가 필요 이상의 동력을 쓴다. 존마다 부하 편차가 큰 대형 건물에서는 과냉각 후 재열하는 낭비도 커진다.

건물이 대형화되고 존 구획이 다양해지면서 존별 독립 제어에 대한 요구도 늘었다. 방위별 일사와 내부 발열이 시간대마다 달라 한 가지 송풍량으로는 모든 존을 맞추기 어렵다. 이런 배경에서 풍량을 부하에 맞춰 가변시키는 방식이 등장했다.

에너지 절약 정책도 이 흐름을 뒷받침한다. 「건축물의 에너지절약설계기준」은 공기조화기 팬에 부하 변동에 따른 풍량제어가 가능하도록 가변익축류, 흡입베인, 가변속 제어 같은 에너지절약적 제어방식을 채택하도록 권장한다. VAV는 이 기준을 충족하는 대표적인 시스템 구성이다.

VAV의 장점은 여러 방면에 걸친다. 실온 제어 정밀도가 높아지고, 송풍기 에너지가 줄어든다. 송풍량이 줄면 소음도 감소한다. 또한 냉각 코일 운전 조건이 부분 부하에서 완화되어 냉동기 부담이 줄어든다. 이런 효과가 누적되어 대형 건물의 표준 방식으로 자리 잡았다.