건축기계 설비 설계 기준 정리 Part.1

공기조화(공조”라 한다) 부하란?

실내에서 목표로 하는 온도, 습도 및 청정 도를 유지하기 위해 냉각, 가열, 감습, 가습 및 환기 등에 필요한 열량을 총칭하는 것으로 가열이 필요한 부하를 난방부하(heating load), 냉각이 필요한 부하를 냉방부하(cooling load)라 한다.

1.2 부하계산의 목적

공기조화 부하계산의 목적은 다음과 같다.

(1) 최대 열부하 계산
열부하의 설계 최댓값을 구하여 공기조화기, 냉동기, 보일러 등의 기기용량 결정과 열매운반을 위한 덕트, 배관의 크기 결정에 사용한다.

(2) 연간 열부하 계산
1년간 365일 매 시간당의 열부하를 구하여 열원기기의 운전계획 작성, 운전 비산출 등에 사용한다.

(3) 시뮬레이션 계산
일정기간 동안의 실온과 열부하 변동을 알고자 할 때 필요한 자료를 컴퓨터에 입력하여 계산한다.
일반적으로 1)은 설계용 부하계산, 2), 3)은 동적 열부하 계산이라 부른다.

1.3 부하계산의 종류

(1) 최대 부하계산법
대부분의 설계회사에서 가장 많이 사용하는 방법으로 상당외기온도와 설계온 도와의 차를 이용하여 벽체를 통한 열취득을 계산하므로 수계산이 가능하나 축열을 제대로 고려하지 못하므로 실제부하보다 크게 산정되어 정확성이 떨 어진다.
(2) 축열계수법
1965년 Carrier사에서 개발한 방법으로 계산이 간단하며 벽체의 열취득 계산 시 축열계수를 이용하여 벽체의 축열을 고려하므로 최대 부하계산법보다는 정확한 결과를 얻을 수 있으나 TETD/TA 법, 전달함수법 그리고 CLTD/ SCL/CLF 법보다는 정확성이 떨어진다.

(3) TETD/TA법
1967년 ASHRAE Handbook of Fundamentals에 처음 소개된 방법이다. TETD(Total equivalent temperature differential)를 이용하여 벽체에서의 열취득을 구한 후 TA(Time averaging)를 통해 열부하를 구한다. 계산과정이 복잡하여 별도의 전산프로그램을 필요로 하며 비교적 정확한 결과를 얻을 수 있으나 전달함수법보다는 정확성이 떨어진다.

(4) 전달함수법(Transfer Function Method)
1972년 ASHRAE Handbook of Fundamentals에 처음 소개된 방법으로 계산 과정이 복잡하여 별도의 전산 프로그램을 필요로 하나 현재까지 알려진 부하 계산법 중 가장 정확한 방법으로 알려져 있으며, 최대 부하계산뿐만 아니라 연간 부하계산에도 이용된다. 현재 ASHRAE에서 채택하고 있는 부하계산법이다. 전달함수법에서는 특정 열원으로부터의 열취득 중에서 대류에 의해 취득 된 열량은 곧바로 냉방부하로 간주하나 복사로 취득된 열량은 구조물, 가 구 등에 축열되어 일정시간이 지난 후 다시 대류를 통하여 냉방부하로 변환된다고 본다. 그리고 전달함수법은 각 부하요소를 통한 냉방부하는 상호 독 립적이라는 가정하에 각 부하요소에 대해 냉방부하를 따로 계산한 후 그 값들의 합산을 통해 총 냉방부하를 계산한다.

(5) CLTD/SCL/CLF법
전달함수법을 단순화시켜 수계산이 가능하도록 만든 방법으로 1977년 ASHRAE Handbook of Fundamentals에 처음 소개된 방법이다. CLTD (Cooling Load Temperature Difference) 계수를 이용하여 벽체에서의 축열을 고려한 열부하를 구하며, SCL(Solar Cooling Load) 계수를 이용하여 일사에 의한 열부하를 구한다. 그리고 CLF(Cooling Load Factors) 계수를 이용하여 실내에서 발생된 는 열부하를 계산한다. 계산방법이 간단하며 건물의 공조부하 계산을 위하여 일반적으로 널리 사용되는 계산법이다.
(6) RTS법
RTS 법은 기본적으로 TFM, CLTD/ CLF 법, TETD/TA법과 같은 또 다른 모 든 단순화된 방법으로 HB(Heat Balance) 법을 효과적으로 대체한다. 이 방법 은 기본적으로 열취득 계산을 위해서 TFM의 전도전달함수와 유사하게 전도 시계열(Conduction Time Series)을 사용하고 TFM의 룸전달함수는 복사시계 열 (Radiant Time Series)을 사용하여 정밀하면서도 반복적인 계산을 요구하 지 않고, 또한 각 구성요소가 전체 냉방 부하에 미치는 영향을 정량화하기 위 하여 개발되었다.

공기조화 부하계산

1) 유리면 부하
투과일사부하와 관류열부하가 있다. 투과일사부하는 유리를 투과한 일사에 의한 부하로서 시간지연 없이 즉시 열부하로 되는 것으로 난방시의 일사 취득은 실내부하에 도움이 되므로 일반적으로 무시하나 고려하는 경우는 방 위 특성부하로서 간헐공조 시의 축열부하와 같이 방위  열부하로 취급한다. 관류 열부하는 실내․외 온도차에 의한 부하이다.

2) 구조체 부하
외벽, 지붕, 칸막이, 지하벽 등의 구조체를 통하여 외부로부터 실내에 침입 하는 부하를 말한다. 외벽, 지붕의 냉난방부하 산출 시 주기정상계산법에 의 해 벽체나 지붕을 통과하여 안쪽으로 도달하기까지는 진폭의 감소와 시간의 지연이 있게 되며 이들을 종합 계산하여 어떤 시각에서의 침입열량을 간단 히 전도식으로 산출할 수 있도록 만든 것을 상당온도차라 한다. 난방부하에 서는 일사에 의한 영향을 무시하여 정상계산법에 의해 산출하며 지하 벽체 등의 관류 열부하는 난방 시에만 고려하며 냉방 시에는 부하에 도움이 되므로 무시한다.
3) 비공조실 부하
공조를 하는 실과 인접한 다른 실의 온도차에 의한 부하를 말한다.
4) 투습부하
벽체의 틈새로 실내외의 수증기 분압차에 의해 수분 유입 유출에 의한 부하를 말한다. 이 부하는 극히 적어 일반적인 공조에서는 무시하는 경우가 많다.
5) 극간풍 부하
극간풍 부하는 창, 출입문의 틈새, 출입문의 개폐시 공조공간으로 외기의 침입에 의한 부하이다. 극간풍의 풍량은 창, 출입문의 구조 외에 외부 풍속과 실내외 온도차에 의해 영향을 받는다.
6) 실내발열부하
실내의 조명기구와 기타 기기류, 인체로부터의 발열에 의한 부하이다. 난방 시에는 일반적으로 무시하나 24시간 공조의 경우에는 난방부하의 경감요소 로서 고려한다.
7) 간헐공조시 축열부하
간헐공조의 경우 공조운전정지 중 각 실의 열취득, 열손실이 존재하며 이는 건물 구조체, 기기류 등에 축열되어 있고, 공조 운전을 개시할 때 축열부하로 나타난다. 축열부하는 냉방 시에는 적고, 최대부하가 운전 시작시점에서 발생하는 경우가 적어 냉방부하에서는 축열부하를 무시하나 난방부하 시에 는 이를 방위 축열부하로 취급한다

공기조화설비

(2) 장치부하
실내부하에 덕트 계통에서의 손실, 외기부하, 재열부하를 더한 열량을 장치 부하라 한다. 이는 공조기 용량 산정의 근거가 되며 제습 등의 목적으로 재 열을 하는 경우 재열부하도 장치부하에 포함된다.
1) 송풍기 부하
송풍기(전동기 포함)에서 열 취득에 의한 부하로서 난방 시에는 무시한다.
2) 외기부하
일반적으로 보건공조에서는 분진, 취기, CO등을 제거하여 실내 환경을 양 호하게 유지하기 위하여 건물외부로부터 실내온습도와 다른 상태의 외기를 도입한다. 외기부하는 도입외기를 실내온습도와 동일한 상태로 만들기 위한 부하이다.
3) 재열부하
재열에 의한 습도제어를 할 경우 제습 시에는 공급공기를 과잉으로 냉각하 며 이에 의한 부하를 말한다. 재열제어는 냉방시기에 주로 진행하므로 난방 부하에는 고려하지 않는다.
(3) 덕트 통과 열부하
덕트 내 공기온도와 주위온도와의 차에 의한 부하로서 난방 시에는 무시한 다.
(4) 열원부하
장치부하에 배관계에서의 열부하, 장치 축열부하를 더한 열량을 열원부하라 한다. 이는 냉동기와 보일러 등의 용량산정 근거가 된다.

1) 펌프 부하
열매 반송펌프 부분에서의 열 취득에 의한 부하를 말하며 난방 시에는 무시 한다.
2) 배관통과 열부하
공조 설비를 구성하고 있는 배관계에서 배관 내 열매온도와 배관 주위와의 온도 차이에 의한 부하를 말하는 것으로 통상 무시하나 배관길이가 긴 경우 에는 고려한다.
3) 장치 축열부하
간헐공조 운전의 경우 운전 정지시 기기와 배관의 내부 보유 수량 등에  는 각기 다른 형태의 열에너지를 보유하고 있으며 이는 운전개시 시 장치 축열 부하로 표시된다. 이 부하는 일반적으로 무시되나 설비규모가 크고 예열, 예냉시간의 제약이 있는 경우에는 고려한다.

 

공조 조닝

조닝은 부하경향, 사용조건, 공조조건 등을 충분히 검토한 후, 다음의 분류를 참 고하여 합리적으로 한다. 코어, 무창실, 회의실 및 대기오염 지역에 있는 건물에 대해서는 중간기 환기에 유의한다.
(1) 공조조닝 기준
1) 실내의 용도 및 사용시간대는 주간, 주․야간, 24시간,  간헐운전으로  분류한다
2) 열부하 특성에 따른 조닝은 내부와 외주부 부하가 공존하는 실, 내부발열이 상대적으로 큰 실, 외주부 부하가 상대적으로 큰 실, 층고가 높은 대 공간으로 한다.
3) 실내공기 환경 조건은 청정지역, 준 청정지역, 일반지역으로 조닝한다