KR101653413B1 - 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템 - Google Patents

디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101653413B1
KR101653413B1 KR1020100028814A KR20100028814A KR101653413B1 KR 101653413 B1 KR101653413 B1 KR 101653413B1 KR 1020100028814 A KR1020100028814 A KR 1020100028814A KR 20100028814 A KR20100028814 A KR 20100028814A KR 101653413 B1 KR101653413 B1 KR 101653413B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air
air conditioning
conditioning system
supply
air supply
Prior art date
Application number
KR1020100028814A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110109204A (ko
Inventor
정재원
Original Assignee
세종대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 세종대학교산학협력단 filed Critical 세종대학교산학협력단
Priority to KR1020100028814A priority Critical patent/KR101653413B1/ko
Publication of KR20110109204A publication Critical patent/KR20110109204A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101653413B1 publication Critical patent/KR101653413B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F12/00—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening
    • F24F12/001—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air
    • F24F12/006—Use of energy recovery systems in air conditioning, ventilation or screening with heat-exchange between supplied and exhausted air using an air-to-air heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/0001—Control or safety arrangements for ventilation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/12—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling
    • F24F3/14—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the treatment of the air otherwise than by heating and cooling by humidification; by dehumidification
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F7/00—Ventilation
    • F24F7/04—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation
    • F24F7/06—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation with forced air circulation, e.g. by fan positioning of a ventilator in or against a conduit
    • F24F7/08—Ventilation with ducting systems, e.g. by double walls; with natural circulation with forced air circulation, e.g. by fan positioning of a ventilator in or against a conduit with separate ducts for supplied and exhausted air with provisions for reversal of the input and output systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F2221/00—Details or features not otherwise provided for
    • F24F2221/34—Heater, e.g. gas burner, electric air heater

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air Conditioning Control Device (AREA)

Abstract

본 발명은 전외기 공조시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC)와 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil)과 그리고 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)가 설치되어지며, 배기측에는 가열코일(Heating Coil) 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)가 설치되어지는 디커플드 시스템(decoupled system)의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템을 제공함으로써, 실내 공기질 및 온열환경을 쾌적하고 건강하게 유지하면서 우리나라와 같이 고온다습한 여름철 기후에도 적용 가능할 뿐만 아니라, 국가적 차원에서 대폭적인 탄소배출 저감이 필요한 시점에서 시스템 운전에 필요한 최소한의 에너지를 바탕으로 물과 공기만을 이용하여 최상의 실내 온열환경 및 공기환경을 제공할 수 있는 친환경적인 공조시스템에 관한 것이다.

Description

디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템{THE ECO-FRIENDLY 100% OUTDOOR AIR CONDITIONING SYSTEM BASED ON DECOUPLED SYSTEM}
본 발명은 전외기 공조시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC)와 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil)과 그리고 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)가 설치되어지며, 배기측에는 가열코일(Heating Coil) 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)가 설치되어지는 디커플드 시스템(decoupled system)의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템을 제공함으로써, 실내 공기질 및 온열환경을 쾌적하고 건강하게 유지하면서 우리나라와 같이 고온다습한 여름철 기후에도 용이하게 적용가능할 뿐만 아니라, 국가적으로는 대폭적인 탄소배출 저감이 필요한 시점에서 공조시스템 운전에 필요한 최소한의 에너지를 바탕으로 물과 공기만을 이용하여 최상의 실내 온열환경 및 공기환경을 제공할 수 있도록 하는 친환경적인 공조시스템에 관한 것이다.
2007년 12월 유엔 기후변화협약 13차 당사국 총회에서 채택된 소위 “발리 로드맵”에 따라 온실가스배출 세계 9위인 우리나라도 2009년 내에 국가단위 온실가스 감축량을 설정하고 2013년부터 실제 감축에 들어가야 할 상황에 놓이면서, 거의 모든 산업분야에 걸쳐 에너지 절약 및 탄소배출 저감기술 개발과 실용화를 위해전력을 기울이고 있다. 특히 우리나라 전체 에너지 소비의 30%이상을 차지하고 있는 건물분야에 있어서도 환기 및 냉난방에 소비되는 에너지를 대폭 줄임으로써 건물분야 온실가스 배출량을 획기적으로 저감시킬 수 있는 고효율, 고성능 시스템 개발을 위해 노력하고 있는 실정이다.
우리나라의 대표적인 지방자치단체인 서울시의 경우 연간 이산화탄소(
Figure 112010020355998-pat00001
) 배출량은 약 32,027천톤/년으로 추산되며, 이중에서도 건물 냉난방에 의한 이산화탄소(
Figure 112010020355998-pat00002
) 배출량이 15,648천톤/년으로서 서울시 전체 이산화탄소(
Figure 112010020355998-pat00003
) 배출량의 49%를 차지하고 있는 것으로 볼 때(서울시정개발연구원, 2001), 건물분야 온실가스 배출량 저감기술을 개발하기 위해서는 건물의 냉난방 에너지소비를 절감하는 것이 무엇보다 중요한 핵심과제라 할 수 있다.
미국 에너지성(U.S. DOE)의 건물에너지 관련된 연구개발 동향(http://www.eere.energy.gov/) 및 국내의 관련 연구들을 분석해 보면 건물분야 에너지저감을 위한 연구 및 기술개발 투자는 크게 다음의 3가지 영역을 중심으로 이루어지고 있다.
- 신재생에너지 적용기술 개발: 태양광, 태양열, 지열, 풍력, 바이오메스, 연료전지 등의 건물 적용기술
- Passive 요소기술 개발: 자연채광, 고성능 외피, 창호, 단열재 및 내외장재 기술
- 고효율 HVAC 시스템 기술 개발: 제습냉방시스템, 지열원 또는 수열원 히트펌프, 다양한 폐열회수, 최적 시스템제어 및 유지관리 기술
상기 3가지 영역의 기술들은 궁극적으로 상호 결합되어 건물에서 사용되는 에너지를 스스로 자급하는 에너지자립형 건물(Net-zero energy building)을 실현하거나, 또는 건물이 방출하는 이산화탄소의 양 만큼을 다양한 에너지 절약기술 적용을 통해 절감하는 탄소중립 건물(Carbon-neutral building)을 구현하는데 필요한 핵심기술들이다. 특히 고효율 HVAC(Heating Ventilation and Air-conditioning) 시스템 기술분야는 건물의 환기 및 냉난방에 들어가는 에너지 소비를 최소화하면서도 최상의 쾌적하고 건강한 실내 환경을 확보할 수 있는 차세대 HVAC 시스템 개발에 초점이 맞춰져있다. 이것은 매우 높은 초기투자가 요구되는 신재생에너지 기술을 건물에 적용할 때 현실적인 수준의 경제성을 확보하기 위해서는 저에너지 고효율 HVAC 시스템 개발이 무엇보다 필수적이기 때문이다.
현재 우리나라에서는 친환경 고효율 HVAC 시스템과 관련하여 다음과 같은 연구들이 진행되고 있다.
- 저에너지친환경공동주택연구단: 제습냉방시스템, 지열원 바닥복사냉난방시스템의 공동주택 적용기술
- 한국에너지기술연구원(KIER) 태양열지열연구센터: 지열 및 지하수, 버려지는 하수, 또는 하천수 열원 고효율 히트펌프 시스템 개발
- 한국과학기술연구원(KIST) 열유동제어연구센터: 재생형증발식냉방기, 고효율 제습냉방시스템 개발
상기와 같은 종래의 우리나라 연구들 중에서 제습냉방시스템은 제습로터 또는 전열교환기를 이용하여 여름철 급기 포함된 잠열을 일정 수준까지 미리 제거함으로써 냉방시스템의 필요 용량을 줄임과 동시에 효율적인 운전을 통해 에너지 소비를 절감시키는 기술로써 현재 사무용 건물 및 초고층 주상복합 공동주택들을 중심으로 실용화 단계에 접어들어 있다. 또한 지열이나 하천수 등을 열원으로 사용하는 히트펌프 시스템도 지속적인 연구개발을 통해 친환경적이면서 고효율의 냉난방시스템으로 상용화되어 2000년대에 접어들어 우리나라에서도 빠르게 확대되어가고 있다.
한편, 최근 들어 북미 및 유럽의 여러 선진국들이 물의 증발잠열만을 이용하여 냉방을 공급하는 무공해 냉방시스템에 관한 연구들을 적극적으로 수행함에 따라, 우리나라에서도 최근 증발냉각을 이용하여 환경보존과 에너지 절약을 동시에 추구하는 친환경적인 냉방시스템에 대한 관심이 고조되고 있다. 이에 따라 지난 2004년 KIST에서는 소형 재생형증발식냉방기 기술을 개발하였으며, “물 에어콘”이라는 별칭으로 소개되면서 기존의 에어컨을 대체할 가능성 있는 자연친화적 냉방기술로써 많은 관심을 받았다. 또한 최근에는 증발잠열을 이용한 현열교환 개별 환기시스템의 초고층 공동주택 적용에 대한 연구(정수연 등. 2008)도 수행되고 있다.
한편 물의 증발잠열을 이용한 냉방시스템은 여름철 외기의 온도는 높으나 습도는 상대적으로 낮은 유럽지역, 또는 건조한 기후지역에서만 사용가능한 시스템으로 여겨져 왔다. 그러나 급기측 공기와 증발냉각을 위해 분사되는 물이 직접적으로 접촉하지 않는 간접증발냉각방식(indirect evaporative cooling)을 사용할 경우 우리나라와 같이 여름철 고온다습한 기후지역에서도 경제성 있는 냉방효과를 얻을 수 있다는 사실이 알려지면서 (Maheshwari et al. 2001; Gasparella et al. 2003; 정용호 2008) 증발냉각을 이용한 냉방시스템이 새롭게 주목 받고 있다. 또한, 제습로터 등을 추가로 결합시켜 사용할 경우 (Zhang et al. 2005; 장영수 et al. 2004) 더욱 우수한 냉방효과와 함께 에너지소비 절감을 통한 탄소배출 감소, 그리고 기존 냉매들과는 달리 환경파괴의 우려가 없는 물을 사용한다는 뛰어난 친환경적인 특성으로 인해 증발잠열을 이용한 냉방시스템에 대한 연구개발은 앞으로 더욱 힘을 얻게 될 전망이다.
그러나, 상기와 같이 지금까지의 연구들을 통해 개발된 증발냉각시스템은 여름철 급기온도가 23~26℃ 범위 내에서 결정되는 경우가 대부분이어서 급기량이 매우 크지 않다면 일반적인 건물에서는 충분한 냉방효과를 기대하기 어렵다는 심각한 문제점이 있다. 이러한 제약으로 인해 현재까지는 실내의 쾌적한 공기질을 유지하기 위해 필요한 최소 환기량만을 실내온도에 가까운 중립온도(neutral temperature)로 공급하는 외조기 또는 실내의 현열부하 발생량이 크지 않은 경우에 사용 가능한 소형 냉방기로만 개발되고 있는 실정이다. 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 제습로터를 조합하여 증발냉각효과를 증가시키는 제습증발냉방시스템에 대한 연구도 진행되고 있으나, 시스템 성능의 현실화 및 실용화를 위해서는 보다 폭넓은 실증연구가 필요하다는 문제점이 있다.
한편, 실내 공기질 향상을 위해 100% 외기만으로 실내환경을 조절하는 전외기공조시스템(100% outdoor air system)에 대한 연구가 선진국들을 중심으로 활발히 진행되고 있는데, 이는 기존 공조시스템에서 에너지절약을 위해 오염된 실내 공기의 70% 이상을 실내로 재순환 시키면서 발생한 sick building syndrome이나 실간 교차오염(cross contamination)과 같은 공기질 관련 문제들이 매우 심각해졌기 때문이다. 즉, 오염된 실내 공기는 모두 외부로 배기시키고 신선한 외기만으로 공조를 함으로써 쾌적하고 건강한 실내 공기질을 확보하는 기술이라는 점에서 전외기공조시스템에 대한 기대가 더욱 커져가고 있는 것이다.
그러나, 현재까지 제안된 증발냉각시스템들은 전외기공조시스템 개발에 대한 세계적인 흐름에서 다소 벗어나 여전히 기존 공조 시스템에서와 마찬가지로 실내 공기의 재순환에 기반을 두고 있기 때문에 실내 공기환경이 크게 개선되기를 기대하기 어렵다는 근본적인 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC), 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil), 및 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)가 설치되어지며, 배기측에는 가열코일(Heating Coil) 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)가 설치되어지고, 상기 급기된 외부공기는 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공조공간으로 보내지는데, 상기 두 개로 분기된 급기덕트 중 두 개로 분기된 급기덕트 중 한쪽 급기덕트는 상기 IEC와 냉각코일에 의해 처리된 저온건조한 급기가 지나지며, 다른쪽 급기덕트는 배기덕트와의 사이에 설치된 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)를 통해서 실온에 가까운 중립온도로 재열되는 급기가 지나가는 것을 특징으로 하는 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템을 제공함으로써, 실내 공기질 및 온열환경을 쾌적하고 건강하게 유지하면서 우리나라와 같이 고온다습한 여름철 기후에도 적용 가능할 뿐만 아니라, 국가적 차원에서 대폭적인 탄소배출 저감이 필요한 시점에서 시스템 운전에 필요한 최소한의 에너지를 바탕으로 물과 공기만을 이용하여 최상의 실내 온열환경 및 공기환경을 제공할 수 있는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC), 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil), 및 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)가 설치되어지며, 배기측에는 가열코일(Heating Coil) 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)가 설치되어지고, 상기 급기된 외부공기는 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공조공간으로 보내지는데, 상기 두 개로 분기된 급기덕트 중 두 개로 분기된 급기덕트 중 한쪽 급기덕트는 상기 IEC와 냉각코일에 의해 처리된 저온건조한 급기가 지나지며, 다른쪽 급기덕트는 배기덕트와의 사이에 설치된 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)를 통해서 실온에 가까운 중립온도로 재열되는 급기가 지나가는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 배기측으로부터 회수된 열만으로는 요구되는 중립온도를 얻기 어려울 때 배기측에 설치된 가열코일(Heating Coil)을 통해서 부족한 열의 추가적인 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하며, 상기 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공급되는 서로 다른 온도의 급기는 공조공간에 공급되기 이전에 터미널박스(Terminal Box)에서 실내의 부하조건이나 재실자의 선택에 필요에 따라 저온측 또는 중립측 공기가 선택적으로 급기되거나, 또는 소정의 필요온도로 혼합되어 급기되어지는 것을 특징으로 한다.
즉 본 발명은 앞서 살펴본 기존 공조시스템 및 증발냉각시스템에서 나타난 문제점들을 기술적으로 극복하고, 100% 외기만을 공급하여 실내 공기질 및 온열환경을 쾌적하고 건강하게 유지하면서 우리나라와 같이 고온다습한 여름철 기후에서도 적용 가능한 증발냉각 기반 고효율 전외기공조시스템을 제공하는 것으로서, 본 발명은 현재 미국 및 유럽의 여러 선진국들을 중심으로 친환경적이면서 높은 에너지소비 절감을 통해 탄소배출을 최소화 할 수 있는 새로운 공조시스템 개발을 위해 증발냉각효과를 이용하는 시스템에 관심이 높아지고 있는 세계적 추세로 볼 때 그 파급효과 매우 높을 것으로 판단된다.
본 발명에 따른 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 다음과 같이 종래의 HVAC 시스템과 차별화된 장점을 가지고 있다.
(1) 실내의 온도조절과 습도조절을 독립적으로 수행하는 decoupled system의 개념을 효과적으로 실현함으로써 어떠한 운전조건에서도 항상 쾌적한 실내환경을 제공할 수 있다.
(2) 기존 HVAC 시스템에서 나타나는 부분부하 운전 시 실내 습도조절의 어려움을 극복할 수 있다.
(3) 100% 외기만을 이용하여 공조를 함으로써 종래의 시스템에서 경험하는 환기량 부족과 오염된 실내공기의 재순환에서 발생되는 다양한 공기질 문제, 실간 또는 층간 교차오염 문제 등을 해소함으로써 재실자들의 건강과 업무능률 향상을 기대할 수 있다.
(4) 하나의 공조기를 사용하더라도 각 공조공간마다 가지고 있는 서로 다른 냉난방 및 환기수요에 따라 독립적으로 급기량과 급기온도를 조절 것이 가능하여 오늘날 하나의 건물 안에 다양한 기능, 또는 매우 다른 성격의 공간들이 함께 공존하는 대형 복합건물들이 늘어가는 추세에 아주 적합하다는 장점이 있다.
(5) 최근 사무용 건물을 중심으로 널리 적용되고 있는 바닥급기(underfloor air distribution, UFAD) 또는 치환환기(displacement ventilation, DV)시스템의 경우 기존의 냉방시스템에 비해 비교적 높은 온도의 급기를 충분히 제습하여 공급하여야만 하는데, 본 발명에 따른 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템의 폭 넓은 급기온도 조절기능과 습도조절기능은 UFAD 및 DV 시스템의 운전 특성에 가장 적합한 급기조건을 제공할 수 있다.
(6) 본 발명에 따른 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 물의 증발잠열에 의한 냉각효과와 폐열회수시스템을 기반으로 한 친환경적 HVAC 시스템으로써, 향후 지열, 태양열, 태양광, 풍력과 같은 신재생에너지를 통해 시스템 운전에 필요한 열원과 동력을 조달할 경우 실질적인 탄소배출 제로(zero carbon emission)를 달성할 수 있다는 장점이 있다.
(7) 기존의 VAV 공조시스템과 본 발명에 따른 차세대 친환경 전외기 공조시스템을 소규모 건물에 가상으로 적용하여 연간 에너지소비량을 예측/비교해 본 결과, 본 발명에 따른 차세대 친환경 전외기 공조시스템을 사용할 경우 기존 시스템에 비해 연간 30% 이상의 운전 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 Decoupled system의 개념도
도 2는 본 발명의 선호적인 실시예에 따른 시스템 구성도
2013년부터 국제기후협약에 따라 국가적 차원에서 대폭적인 탄소배출 저감이 필요한 시점에서, 본 발명의 선호적인 실시예에 따른 시스템 운전에 필요한 최소한의 에너지를 바탕으로 물과 공기만을 이용하여 최상의 실내 온열환경 및 공기환경을 제공할 수 있는 친환경적인 공조시스템을 제공하는 것은 건물부문 탄소배출량 및 환경부하를 저감하는 기술을 확보하는 것으로서 국가적 차원에서도 매우 중요한 기술이라 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 Decoupled System의 개념도를 도시하고 있는데, 최근 쾌적하고 건강한 실내환경과 공기질을 유지하기 위하여 실내의 습도조절과 온도조절 기능을 서로분리시켜 담당하는 Decoupled System 개념에 기반을 둔 새로운 공조시스템을 개발하는 것은 1990년대 이후 선진국들을 중심으로 나타나고 있는 기술적 흐름이다. 또한, 실내에서 발생된 다양한 오염 물질을 포함하고 있는 실내 공기는 재순환 시키지 않고 모두 외부로 배기시키고 신선한 100% 외기만을 공급하여 실내 공기질 및 온열환경을 항상 쾌적하게 유지하면서도 기존 시스템에 비해 에너지 소비를 현저하게 낮춘 고효율 전외기공조시스템을 개발에 관심이 높아지는 것도 오늘날의 추세이다.
따라서 본 발명은 기존의 공조시스템을 통해 얻지 못한 실내 온도 및 습도의 분리조절 기능과 100% 외기만을 사용하여 실내 온열환경을 조절하는 두 가지 핵심기능을 모두 실현할 수 있는 증발냉각시스템 기반 전외기공조시스템을 제공함으로써, 우리나라 건물 HVAC 산업분야의 기술력 향상과 국가의 저탄소 녹색성장 기술개발 정책에 부합하는 새로운 성장동력 창출에 상당한 기여를 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 선호적인 실시예와 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.
앞서 기술한 바와 같이 도 1은 본 발명에 따른 Decoupled system의 개념도를 나타내고 있다. 본 발명에 따른 Decoupled system은 기존 공조시스템에서 환기기능과 온열환경 조절기능을 분리한 것이며, 기존 공조시스템에서 현열조절기능과 잠열조절기능이 분리된 시스템을 말한다.
도 2는 본 발명의 선호적인 실시예에 따른 시스템 구성도를 도시하고 있다. 즉 본 발명의 선호적인 실시예에 따른 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 간접식증발냉각기(indirect evaporative cooler, IEC, 10), 냉각코일(cooling coil, 20) 및 직접식증발냉각기(direct evaporative cooler, DEC, 30), 그리고 열코일(heating coil, 40) 및 현열교환기(sensible heat exchanger, 50)를 주요 구성요소로 포함하고 있다.
본 발명의 주요 구성요소에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC, 10), 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil, 20), 그리고 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC, 30)가 설치되어지며, 배기측에는 가열코일(Heating Coil, 40) 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger, 50)가 설치되어진다.
한편 상기 급기된 외부공기는 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공조공간으로 보내지는데, 상기 두 개로 분기된 급기덕트 중 두 개로 분기된 급기덕트 중 한쪽 급기덕트는 상기 IEC와 냉각코일에 의해 처리된 저온건조한 급기가 지나지며, 다른쪽 급기덕트는 배기덕트와의 사이에 설치된 현열교환기(Sensible Heat Exchanger, 40)를 통해서 실온에 가까운 중립온도로 재열되는 급기가 지나가게 된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 배기측으로부터 회수된 열만으로는 요구되는 중립온도를 얻기 어려울 때 배기측에 설치된 가열코일(Heating Coil)을 통해서 부족한 열의 추가적인 공급이 이루어질 수 있다. 또한 상기 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공급되는 서로 다른 온도의 급기는 공조공간에 공급되기 이전에 터미널박스(Terminal Box, 60)에서 실내의 부하조건이나 재실자의 선택에 필요에 따라 저온측 또는 중립측 공기가 선택적으로 급기되거나, 또는 소정의 필요온도로 혼합되어 급기될 수도 있다.
다음으로 본 발명에 따른 차세대 친환경 전외기 공조시스템은 100% 외기만으로 실내의 온열환경을 조절하는 전외기 변풍량(variable air volume, VAV)방식의 공조시스템으로써, 하계 운전방식을 바탕으로 본 발명에 따른 시스템의 운전특성을 간단히 설명하면 다음과 같다.
다만 본 명세서에서는 본 발명을 설명하기 위한 선호적인 실시예로서 하계 운전방식을 대상으로 본 발명에 따른 시스템의 운전특성에 대한 설명이 진행될 것이지만, 본 발명에 따른 시스템은 사용자의 필요에 따라서 계절에 관계없이 사용될 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자들에게 자명한 사실이라 할 것이다.
본 발명에 따른 증발냉각기반 고효율 전외기 공조시스템을 이용한 공조방법은, (a) 먼저 여름철의 고온다습한 공기는 급기측에 설치된 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC)를 통과하면서 1차적인 냉각과 제습이 이루어진다. (b) 다음으로 급기측에 설치된 냉각코일(Cooling Coil)에서 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지고, (c) 다음으로 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공조공간으로 보내지는데, 두 개로 분기된 급기덕트 중 한쪽 급기덕트는 상기 IEC와 냉각코일에 의해 처리된 저온건조한 급기(예, cold deck)가 지나지며, 다른쪽 급기덕트는 배기덕트와의 사이에 설치된 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)를 통해서 실온에 가까운 중립온도로 재열되는 급기(예, neutral deck)가 지나가는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 (c)단계는 배기측으로부터 회수된 열만으로는 요구되는 중립온도를 얻기 어려울 때 배기측에 설치된 가열코일(Heating Coil)을 통해서 부족한 열이 추가적으로 공급될 수도 있다. 또한 상기 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공급되는 서로 다른 온도의 급기는 공조공간에 공급되기 이전에 터미널박스(Terminal Box)에서 실내의 부하조건이나 재실자의 선택에 필요에 따라 저온측 또는 중립측 공기가 선택적으로 급기되거나, 또는 소정의 필요온도로 혼합되어 급기되어질 수도 있다. 나아가 외기가 온도는 높지만 비교적 건조한 시기에는 물의 증발잠열을 직접 이용하여 급기온도를 낮출 수 있는 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)도 함께 운전함으로써 냉각코일 부하를 저감할 수 있다.
한편, 직접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC)는 외기가 통과하는 건채널 (dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)이 있는데, 상기 IEC의 냉각효과는 습채널을 통과하는 공기의 노점온도가 낮을수록 향상된다. 따라서, 습채널을 통과하는 공기는 외기와 배기의 노점온도를 비교하여 낮은 노점온도를 가진 측의 공기를 사용하도록 한다.
상기에서 기술된 구성과 효과를 가진 본 발명은 다양한 방법으로 변형이 가능하며, 상기에서 기술된 내용은 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형과 수정이 가능하며, 본 발명이 속한 분야의 당업자에게 자명한 변형은 다음의 특허청구범위 범위 내에 포함되어진다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 간접식증발냉각기(IEC) 20 : 냉각코일
30 : 직접식증발냉각기(DEC) 40 : 가열코일
50 : 현열교환기 60 : 터미널박스

Claims (3)

  1. 급기측 및 배기측을 포함하는 차세대 친환경 전외기 공조시스템에 있어서,
    상기 급기측에는 외기가 통과하는 건채널(dry channel)과 물이 분사되는 습채널(wet channel)로 이루어지며 여름철 고온다습한 외부공기의 1차적인 냉각과 제습이 이루어지는 간접식증발냉각기(Indirect Evaporative Cooler, IEC), 실내의 잠열부하를 담당하는 소정의 수준까지 추가적인 제습이 이루어지는 냉각코일(Cooling Coil), 및 직접식증발냉각기(Direct Evaporative Cooler, DEC)가 설치되고,
    상기 배기측에는 현열교환기(Sensible Heat Exchanger) 및 상기 배기측으로부터 회수된 열의 온도가 요구되는 중립온도 보다 작음에 따라, 부족한 열을 추가적으로 공급하는 가열 코일(Heating coil)이 설치되고,
    상기 급기측에 급기된 외부공기는 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공조공간으로 보내지며, 상기 두 개로 분기된 급기덕트 중 어느 한쪽의 급기덕트는 상기 IEC와 냉각코일에 의해 처리된 저온건조한 급기를 통과시키고, 다른 한쪽의 급기덕트는 배기덕트와의 사이에 설치된 상기 가열 코일 및 현열교환기(Sensible Heat Exchanger)를 통해서 실온에 해당하는 중립온도로 재열되는 급기를 통과시키고,
    상기 가열 코일은, 상기 현열교환기 이전에 위치하여 상기 현열교환기에상기 부족한 열을 추가적으로 열을 공급하는 것
    을 특징으로 하는 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 두 개로 분기된 급기덕트를 통해서 공급되는 서로 다른 온도의 급기는 공조공간에 공급되기 이전에 터미널박스(Terminal Box)에서 실내의 부하조건이나 재실자의 선택에 따라 저온측 또는 중립측 공기가 선택적으로 급기되거나, 또는 소정의 필요온도로 혼합되어 급기되어지는 것을 특징으로 하는 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템.
KR1020100028814A 2010-03-30 2010-03-30 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템 KR101653413B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100028814A KR101653413B1 (ko) 2010-03-30 2010-03-30 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100028814A KR101653413B1 (ko) 2010-03-30 2010-03-30 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110109204A KR20110109204A (ko) 2011-10-06
KR101653413B1 true KR101653413B1 (ko) 2016-09-02

Family

ID=45390302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100028814A KR101653413B1 (ko) 2010-03-30 2010-03-30 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101653413B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200073505A (ko) 2018-12-14 2020-06-24 한국에너지기술연구원 제습환기 시스템

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101638524B1 (ko) 2014-09-26 2016-07-20 한양대학교 산학협력단 친환경 선박용 전외기 공조시스템 및 선박용 전외기 공조방법
KR101597748B1 (ko) 2014-09-26 2016-03-07 한양대학교 산학협력단 도입 외기 전처리를 통한 에너지 절감형 전외기 공조 시스템 및 전외기 공조방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200435915Y1 (ko) 2007-02-08 2007-03-15 (주)에이티이엔지 공기조화기
KR100902502B1 (ko) * 2008-09-23 2009-06-15 서번산업엔지니어링주식회사 폐열회수 겸용 환기용 열교환기 및 이를 이용한 공기조화기, 이 공기조화기의 제어방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10141706A (ja) * 1996-11-06 1998-05-29 Techno Ryowa:Kk 空気調和装置
KR100947615B1 (ko) * 2008-05-22 2010-03-15 엘지전자 주식회사 공기조화기

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200435915Y1 (ko) 2007-02-08 2007-03-15 (주)에이티이엔지 공기조화기
KR100902502B1 (ko) * 2008-09-23 2009-06-15 서번산업엔지니어링주식회사 폐열회수 겸용 환기용 열교환기 및 이를 이용한 공기조화기, 이 공기조화기의 제어방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200073505A (ko) 2018-12-14 2020-06-24 한국에너지기술연구원 제습환기 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110109204A (ko) 2011-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101767521B1 (ko) 노점 증발 냉각기를 이용한 친환경 전외기 공조 시스템 및 전외기 공조 방법
US11125455B2 (en) Dehumidification/evaporative cooling-based 100% outdoor air conditioning system and controlling method
Katili et al. Space cooling in buildings in hot and humid climates—a review of the effect of humidity on the applicability of existing cooling techniques
Florides et al. Review of solar and low energy cooling technologies for buildings
Jaber et al. Evaporative cooling as an efficient system in Mediterranean region
CN102705920B (zh) 双冷源热泵全热回收调湿控温新风机组及其控制方式
KR101434563B1 (ko) 데시칸트 공조기
JP3425088B2 (ja) デシカント空調システム
KR101525609B1 (ko) 제습·증발냉각을 이용한 친환경 전외기 공조시스템 및 전외기 공조방법
KR20160037028A (ko) 친환경 에너지를 이용한 전외기 공조시스템 및 전외기 공조방법
KR20190030843A (ko) 태양광열 시스템의 제습환기 시스템 및 그 제어방법
KR101525610B1 (ko) 제습·증발냉각기반 친환경 전외기 공조시스템 및 전외기 공조방법
KR101653413B1 (ko) 디커플드 시스템의 개념에 기반한 차세대 친환경 전외기 공조시스템
CN103591658A (zh) 热湿独立控制的太阳能建筑采暖空调系统及其控制方法
KR20110109209A (ko) 증발냉각기반 고효율 전외기 공조시스템을 이용한 공조방법
CN113028524B (zh) 多联机型固体除湿多功能空调系统及其应用方法
CN102563785A (zh) 燃气型转轮-露点式蒸发冷却与机械制冷联合空调机组
KR101638524B1 (ko) 친환경 선박용 전외기 공조시스템 및 선박용 전외기 공조방법
CN202403360U (zh) 燃气型转轮与蒸发冷却、机械制冷复合的空调机
CN108518769B (zh) 一种多功能新风处理机组
CN103759362A (zh) 太阳能光伏热利用与建筑空气热湿调节的耦合和实现方法
Rasouli et al. Application of a Run-Around Membrane Energy Exchanger in an Office Building HVAC System.
JP2009530587A (ja) 除湿冷房機を用いた除湿冷房システム
KR101670663B1 (ko) 친환경 전외기 공조시스템 및 전외기 공조방법
CN203907863U (zh) 一种温湿独立控制土壤自然源毛细管空调系统

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190722

Year of fee payment: 4