기존 공조시스템 에너지절약

한 줄 정의

기존 공조시스템 에너지절약은 설치된 공조설비의 구조는 유지하는 방식이다.

운전과 제어를 개선하고, 필요하면 설비를 교체·보완해 공조에너지를 줄인다.

리모델링 현장에서는 설비를 전면 교체하지 않고 운전 방식과 제어를 바꾸는 방안을 요구받는다.

공조시스템의 세 부분

공조시스템은 열원, 반송, 제어의 세 부분으로 이루어진다.

열원은 열을 만들고, 반송은 공기나 물을 보내며, 제어는 실내 상태를 맞춘다.

기존 건물에서는 이 세 부분 중 낭비가 큰 곳을 찾아 고치는 것이 핵심이다.

정풍량과 변풍량

정풍량 방식은 공급 풍량을 일정하게 두고 공급 공기 온도를 바꿔 부하에 대응한다.

변풍량 방식은 공급 온도를 대체로 일정하게 두고 실별 풍량을 조절한다.

정풍량은 부분부하에서도 송풍기가 정격 풍량을 계속 보내 동력이 낭비된다.

중대형 건물에서는 변풍량 방식이 송풍기 동력 절감에 더 많이 쓰인다.

상사법칙과 동력

팬과 펌프의 소요동력은 회전수의 세제곱에 비례하는 상사법칙을 따른다.

축동력 L은 회전수 N의 세제곱에 비례한다. 그래서 회전수를 조금만 낮춰도 동력은 크게 줄어든다.

회전수를 80%로 낮추면 동력은 0.8의 세제곱, 즉 0.512가 된다.

동력은 약 51%로 줄어든다. 이 원리가 인버터 제어 절감의 바탕이다.

인버터 적용 계산 예제

가상의 예로 정격 송풍기 동력이 30kW인 정풍량 공조기를 가정한다.

평균 부하가 정격 풍량의 60%이므로 인버터로 풍량비 0.6을 적용한다.

상사법칙 P = P0 × r³에 대입하면 P = 30 × 0.216 = 6.48kW가 된다.

정격 대비 약 21.6%이므로 동력이 약 78% 줄어든다. 실제 절감량은 전동기 효율과 정압에 따라 달라진다.

개선 방향과 우선순위

정풍량 단일덕트의 개선은 송풍기 가변풍량화와 인버터 제어가 1순위다.

이어서 외기 엔탈피 제어와 열회수, 재열 손실 감소, 야간·공실 시간 제어를 적용한다.

열원 설비는 무조건 교체하지 않는다. 진단으로 유지할 것과 교체할 것을 나눈다.

제어 개선을 먼저 하고 설비 교체는 진단 결과에 따라 선택한다.

정리와 확인

정리하면, 정풍량 단일덕트는 송풍량이 일정해 송풍기 동력과 재열 손실이 낭비된다.

개선의 핵심은 VAV 전환과 인버터 제어로 송풍기 동력을 줄이는 것이다.

외기 엔탈피 제어, 열회수, 야간 운전 정지도 빠뜨리지 않아야 한다.

다음 문제로 직접 확인해 보자.