KR20010076478A - 외기유인 기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및이를 이용한 공조 시스템 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야

외기유인 기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조 시스템

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 요지

본 발명은 공조시스템에 사용되는 송풍기에 노즐과 벤츄리관과 같은 공기유인장치를 구비하도록 하고 냉난방열원의 반송매체를 물로 대체함으로서 공기반송에 따른 동력을 절감하여 건물의 유지관리비를 절감할 수 있는 외기유인 기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

3. 발명 해결방법의 요지

본 발명은 건물의 천장 슬래브 하부에 설치되며, 그 일측이 외기 반송덕트와 연결되어 외기도입 기능을 가지며, 그 타측이 직접 실내환기와 연결된 케이싱; 상기 케이싱의 일측에 장착되어 그의 내부로 유입되는 실내환기를 정화하는 공기정화수단; 상기 케이싱의 내측에 장착되어 상기 공기정화수단을 통과한 실내환기의 온도를 조절하기 위한 열반송매체를 물로 사용하는 온도조절수단; 상기 온도조절수단의 단부에 장착되어 실내환기의 반송에 필요한 동력을 공급하기 위한 공기송풍수단; 상기 공기 송풍수단의 단부에 구비되며, 상기 실내환기의 정압을 강하함으로써 상기 외기반송덕트로부터 상기 공기조화기내로 유입되는 외부공기를 유인하여 반송동력을 절감시키기 위한 반송동력 절감수단; 및 상기 반송동력 절감수단 출구측에 장착되어 환기를 필요로 하는 각 실내로 청정공기를 수송하기 위한 급기덕트를 포함하는 외기 유인기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 외기 공기조화기 및 이를 이용한 공조시스템을 제공한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 건물의 천장의 빔사이의 빈공간에 설치되는 공기조화기에 관한 것임.

Description

외기유인 기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조 시스템 {AN AIR CONDITIONING APPARATUS HAS A FUNCTION TO ENTICE THE OUTSIDE AIR AMD AIR CONDITIONING SYSTEM}

본 발명은 업무용 빌딩, 호텔, 병원등과 같은 일반건물에 설치되는 공조 시스템에 관한 것으로, 특히 건물의 천장에 공조기를 설치하여 공조실을 없애고, 환기용 외기만을 중앙공조실에서 처리하여 덕트를 통해 반송함으로써 덕트치수를 최소화할 수 있는 시스템이며, 또한 상기 공조 시스템에 사용되는 송풍기(급기팬)에 유인장치를 장착하여 상기 공조 시스템내의 공기 반송에 필요한 동력을 절감시킬 수 있는 외기유인 기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조 시스템에 관한 것이다.

산업화의 급속한 진전에 따른 생활 수준의 향상으로 쾌적한 생활환경의 확보에 대한 욕구가 증대되면서 에너지 소비량이 모든 분야에서 급격히 증가하고 있다. 이러한 에너지소비량의 증가는 부존자원의 고갈과 함께 에너지의 변환과정에서 배출되는 환경오염물질로 인하여 지구의 환경오염이 국제적인 문제로 부각되고 있다.이에 따라 최근에는 기후변화 협약과 같은 강력한 국제협약의 체결을 추진하여 모든 분야에서 오염물질의 배출량을 억제하는 정책을 추진하면서 공조시스템의 고효율화가 건물의 설계에서 가장 중요한 분야로 자리잡고 있다. 또한, 상기 공조시스템은 건물의 LCC(Life Cycle Cost)에서 가장 커다란 비중을 차지하는 에너지 비용과 직접적인 관련이 있기 때문에 설계 초기단계에서부터 건물의 특성에 적합한 시스템이 선정되도록 신중하게 고려되어야 한다.

특히, 기존의 공조방식은 냉동기, 보일러, 공조기등을 기계실에 집중적으로 설치하여 공조에 필요한 공기를 덕트를 통하여 소요처측으로 수송하거나, 공조구역을 적절히 구획한 후 적정한 위치에 공조기를 설치하고 냉동기와 보일러가 설치된 중앙 기계실로부터 냉온수기를 공조기에 공급하여 이로부터 덕트를 통해 실내에 공급하는 바닥설치형 공조시스템이 주류를 이루고 있다. 상기 공조시스템은 크게 열원설비, 반송설비 및 제어설비로 구분할 수 있다. 공기조화용으로 소비되는 에너지량은 건물의 용도에 따라 차이가 있지만, 현대식 건물의 경우 건물 전체 에너지소비량의 40~50% 정도이고, 이중에서 송풍 동력이 차지하는 비율이 약 40% 정도로서 전체 건물 에너지 소비량의 약 16~20%에 이르고 있다. 최근 초고층 건물등 대규모의 건물이 활발하게 건설되면서 에너지의 반송시스템을 개선하여 유지관리비를 절감하고 공조 시스템 설치에 필요한 공간의 축소를 통해 건물의 경제적인 가치를 향상시킬 수 있는 새로운 개념의 공조시스템 개발이 요구되고 있는 실정이다.

상기와 같은 종래의 공조 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 기존 공조기의 경우 실내 환기와 외기를 공조기에서 혼합하여 공조구역에 공급하는 방법을 사용하고 있기 때문에 반송풍량이 증가하여 덕트의 치수가 커짐으로써 공사비가 증가하고 시공성이 낮아지는 문제점을 내포하고 있다.

둘째, 대형 건물의 경우 덕트설비, 전기설비, 소방설비 등을 위하여 보통 70 ~ 90cm의 공간이 필요하게 되는데, 이중 50 ~ 60cm는 대부분 덕트를 설치하기 위해 소요되는 공간이다. 특히, 최근 철골 구조물이 증가하면서 덕트가 빔을 가로지르는 경우 현장 조건에 따라서는 빔의 표면으로부터 덕트를 설치하기 위해 필요한 공간을 확보해야 되므로 건물의 층고가 종래의 철근구조에 비해 훨씬 높아지는 문제점을 안고 있다.

셋째, 공조용 에너지를 실내에 공급하는데 필요한 반송동력을 저감시키고, 덕트(배관)의 단면적을 축소시키기 위해서는 반송 기기의 단위 동력당 수송에너지량을 높일 필요가 있는데, 이를 위해서 고속 덕트화 하거나 층별로 공조기를 분산배치 하는 등의 방법을 사용하고 있다. 이러한 방법은 소음 발생이 심하여 실내 환경에 커다란 영향을 미치고, 특수한 기기의 사용에 따른 초기 투자비의 증가와 기술적인 문제로 확대보급에 한계가 있어 널리 이용되지 못하고 있다. 또한, 덕트시스템을 저저항형 구조로 설계하거나 재질을 개선하는 방법을 고려할 수 있으나 한정된 공간과 가용 재질의 한계 때문에 적용에 한계가 있는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상기 공조시스템에 사용되는 송풍기에 노즐과 벤츄리관과 같은 공기유인장치를 구비하도록 하고 냉난방열원의 반송매체를 물로 대체함으로써 공기반송에 따른 동력을 절감하여 건물의 유지관리비를 절감할 수 있는 외기 유인기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 건물 천장의 불용공간을 활용하여 공조기를 설치함으로써 덕트의 설치공간을 최소화하여 건물의 층고를 낮추고, 공조기설치 공간을 없애므로써 가용공간을 확충하여 건물의 부가가치를 높일 수 있으며, 건물공사의 초기투자비를 대폭적으로 절감할 수 있는 외기 유인기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 외기유인 기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조 시스템의 일실시예 구성도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 외기유인 기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기의 정면도 및 측면도,

도 3은 본 발명에 의한 외기유인 기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조 시스템의 주요부인 노즐과 벤츄리의 상세도.

도 4는 본 발명에 의한 외기유인 기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조 시스템의 다른 일실시예 구성도.

도 5는 본 발명에 의한 외기 유인 기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조 시스템의 주요부인 유인장치의 일실시예 구성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 공기조화기 2 : 케이싱

3 : 필터 4 : 냉온수코일

5 : 송풍기 6 : 노즐

7 : 벤츄리덕트 8 : 챔버

9 : 급기주덕트 10 : 급기분지관

11 : 디퓨저 12 : 외기반송덕트

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 건물의 천장 슬래브 하부에 설치되며, 그 일측이 외기 반송덕트와 연결되어 외기도입 기능을 가지며, 그 타측이 직접 실내환기와 연결된 케이싱; 상기 케이싱의 일측에 장착되어 그의 내부로 유입되는 실내환기를 정화하는 공기정화수단; 상기 케이싱의 내측에 장착되어 상기 공기정화수단을 통과한 실내환기의 온도를 조절하기 위한 열반송매체를 물로 사용하는 온도조절수단; 상기 온도조절수단의 단부에 장착되어 실내환기의 반송에 필요한 동력을 공급하기 위한 공기송풍수단; 상기 공기 송풍수단의 단부에 구비되며, 상기 실내환기의 정압을 강하함으로써 상기 외기반송덕트로부터 상기 공기조화기내로 유입되는 외부공기를 유인하여 반송동력을 절감시키기 위한 반송동력 절감수단; 및 상기 반송동력 절감수단 출구측에 장착되어 환기를 필요로 하는 각 실내로 청정공기를 수송하기 위한 급기덕트를 포함하는 외기 유인기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 외기 공기조화기 및 이를 이용한 공조시스템을 제공한다.

이하, 첨부된 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 슬래브 하부 설치형 외기 유인 공기조화기 및 이를 이용한 공조 시스템은 송풍기의 출구에 유인효과를 얻을 수 있는 노즐을 구비하고 물을 열수송용 기본매체로 이용함으로써 공기반송에 필요한 동력을 절감하여 건물의 유지관리비를 절감할 수 있으며, 공조기를 건물내의 불용공간에 설치함으로써 건물의 가용공간을 최대한으로 확보하도록 하고, 덕트의 설치공간을 최소화하여 층고를 낮출 수 있도록 구현된 것으로, 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 공조기(1)의 케이싱(2)과, 상기 케이싱(2)의 상측에 장착되어 상기 공조기(1) 내부로 유입되는 실내환기를 정화시키기 위한 필터(3)와, 외부의 기계실에 설치된 냉동기와 보일러에서 제조된 열매체인 냉온수가 순환되면서 상기 필터(3)를 통과한 공기와 열교환이 이루어지면서 가열 또는 냉각시키는 냉온수코일(4)과, 상기 냉온수코일(4)의 하부에 설치되어 가열 또는 냉각된 공조용 공기를 실내의 소요처로 공급하기 위한 송풍기(5)와, 상기 송풍기(5)의 토출부에 장착되어 외기를 공조기(1)내로 유인하여 외기 반송에 필요한 소요동력을 절감할 수 있도록 하기 위한 유인효과를 발생할 수 있도록 하는 노즐(6)과, 상기 노즐(6)의 배출구 단부에 장착되어 그로부터 분출된 공기에 의하여 외기를 원활하게 유인하도록 하고 노즐(6)을 통과하면서 감소된 공기의 정압을 회복시키기 위한 벤츄리 덕트(7)와, 상기 벤츄리 덕트(7)의 출구측에 구비되어 상기 실내환기와 외기를 적절히 혼합하여 균일한 상태로 조성하기 위한챔버(8)와, 상기 챔버(8)에서 혼합된 공기를 반송하는 급기용 주덕트(9)와, 상기 급기용 주덕트(9)를 통하여 반송된 급기를 공조가 필요한 실내의 세분화된 영역으로 유도하는 분지관(10)과, 상기 분지관(10)을 통해 유도된 공기를 실내로 분산.공급하는 디퓨저(diffuser)(11)로 구성되어 있다.

미 설명한 번호 12는 실내 공기의 질을 일정한 수준으로 유지하기 위하여 중앙기계실의 공조기에서 별도로 처리된 신선외기를 각 공조기에 공급하기 위한 외기반송용 덕트를 도시한 것이다.

여기에서, 상기 노즐(6)은, 그 외주면에 다수의 구멍(13)을 축방향과 10。∼30。의 경사를 이루도록 가공하거나 원추형태로 하여 급기의 동압을 증가시켜 정압을 감소시키므로써 외기를 유인하도록 하고 있다.

또한, 상기 벤츄리 덕트(7)는 도 3에 도시된 바와같이, 외기를 원활하게 유인하고 상기 노즐(6)을 통과하며 강하된 공기의 정압을 승압시키는 기능을 수행한다. 상기와 같이 구성된 본 발명의 공조기 유니트는 거의 활용되지 않고 있는 천장의 빔 사이에 설치되며, 존에 인접하여 위치하기 때문에 덕트의 길이와 치수를 최소화할 수 있어 건물의 층고를 기존방식에 비해 250 ~ 400mm까지 크게 낮출 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

실내공기를 순환시키기 위하여 별도의 배기덕트를 설치하는 특별한 경우도 있지만, 일반적으로 천장을 배기용으로 사용하는 경우가 대부분이다. 상기 공조시스템은 건물의 철골 빔(beam)사이의 하부 슬래브에 최대한 근접하여 설치하는데먼저, 상기 급기팬(5)을 가동하면 천장내의 배기가 상기 필터(3)를 통과하면서 분진이나 기타 이물질들이 정화되어 상기 공조기(1)내로 유입된다. 상기 공조기(1)내로 유입된 환기는 온도를 조절하기 위한 냉온수코일(4)을 거쳐 요구되는 온도에 부합되게 가열/냉각된다. 다음으로, 상기 실내 환기는 상기 급기팬(5)에 의해 속도와 압력이 증가되면서 출구를 통하여 분출된다. 이때, 압력에너지를 속도에너지로 변화시키기 위하여 상기 급기팬(5)의 단부에 노즐(6)을 부착하여 상기 급기팬(5)에서 형성된 압력에너지는 속도에너지로 전환되어 상기 벤츄리 덕트(7)의 입구에서 유속이 증가하면서 정압이 낮아지게 된다. 따라서, 외부공기가 유입되는 챔버(8)의 압력이 강하하여 상기 외기 반송덕트(12)를 통하여 유입되는 외기가 상기 챔버(8)측으로 효과적으로 유인될 수 있는 환경이 조성되면서 외기의 반송에 필요한 에너지를 절약할 수 있다. 또한, 상기 급기팬(5)이 가지고 있는 정격용량외에 유인효과에 의한 외기의 유량이 가해져서 결과적으로 출구측에서는 이들이 합해진 증가된 유량이 공급되어 이에 상당하는 만큼의 에너지 절약효과를 기대할 수 있다.

이들 공기를 균일하게 혼합하기 위하여 설치한 챔버(7)로부터 토출된 혼합공기는 급기용 주덕트(9)를 통해 반송되고, 여기에 연결된 분지관(10)에 의해 존내의 급기장소로 보내져 디퓨저(11)를 통해 실내로 공급된다.

한편, 상기 외기 반송용 덕트(12)는 실내에 공급하기 위한 신선외기를 공급하는 덕트로서 중앙 기계실에서 온습도가 적절히 조절되어 각각의 공조기에 공급되도록 설치되는데, 이때의 공조기로의 유인효과는 상기한 바와 같이 케이싱에 설치된 상기 노즐(6)과 벤츄리덕트(7)에 의한 공기 유인효과를 이용하므로 반송동력을최소화할 수 있다.

상기에서 언급한 바와 같이 공조에 필요한 공기량을 확보하기 위해 외기는 중앙기계실에 설치된 공조기에서 처리하여 공급하고, 실내 환기는 실내에서 처리할 수 있도록 환기량에 해당하는 실내 환기량 만큼의 송풍능력을 갖는 급기팬(5)을 내장시킨 공조기를 분산하여 설치함으로서 반송동력과 설치공간을 크게 줄일 수 있다.

한편, 본 발명의 공조기 유니트는 전술한 본 실시예에 국한되는 것은 아니고 도 4에 도시된 바와 같이, 다양한 변형이 가능함은 주지의 사실이다. 즉, 상기 송풍기와 디퓨저의 배치에 따라 여러가지 형태를 갖게 되는데, 도 4의 도면에 도시한 바와 상기 급기팬(5)으로부터 주덕트로 이어지는 배관을 V자 형상으로 배치함으로써 설치공간을 최소화 할 수 있다. 여기서 상기 급기팬(5) 상부의 공간이 확보되어 상기 냉온수 코일(4)도 상기 급기팬(5) 상부 좌,우로 경사지게 배치하는 것이 가능하다.

한편, 상기 시스템에서 사용되는 덕트의 주용도는 외기 반송용이기 때문에 기존의 공조 시스템에 비해 덕트의 치수가 훨씬 작아져 건물의 층고를 대폭적으로 축소시킬 수 있어 시공성과 건물의 부가가치를 한층 높일 수 있다. 또한, 물을 열매체로 사용하고 외부공기의 반송을 위하여 실내환기에 의한 공기 유인효과를 이용하므로 반송동력을 절감시킬 수 있어 건물의 유지관리비를 크게 낮출 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 공기를 대신하여 물을 주요한 열매체로 사용하고 덕트에 의한 공기반송을 최소화하므로써 열수송 효율이 증가되어 기존의 공조 시스템에 비하여 반송동력을 약 20 ~ 50 %까지 절감할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 건물의 빔사이 천장의 무용공간을 이용하여 공조기를 설치하고, 이에 따라 덕트의 길이와 치수를 최소화함으로써 건물의 층고를 낮출 수 있으며(250mm~400mm), 공조기 설치에 필요한 공간(특히, 층별 공조기설치방식)을 기존방식에 비해 약 50 ~ 60%까지 축소시킬 수 있는 효과가 있다.

세째, 중앙공조기에서는 외기만을 처리하고 환기는 실내의 공조기에서 직접 처리하므로 공조기가 소형화되고 경량화되어 유지관리가 용이하며, 소음과 진동이 적어 쾌적한 실내 환경을 확보할 수 있는 효과가 있다.

네째, 기존의 덕트시스템에 비해 배관설계시 계산과 설계가 비교적 단순하고 공사가 용이하여 작업능률이 크게 향상되므로 공기의 단축이 가능하고, 또한 덕트의 치수와 설비가 비교적 간단하므로 규격화가 가능하여 시공성이 높기 때문에 공사 원가절감이 가능한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 건물의 천장 슬래브 하부에 설치되며, 그 일측이 외기 반송덕트와 연결되어 외기도입 기능을 가지며, 그 타측이 직접 실내환기와 연결된 케이싱;

   상기 케이싱의 일측에 장착되어 그의 내부로 유입되는 실내환기를 정화하는 공기정화수단;

   상기 케이싱의 내측에 장착되어 상기 공기정화수단을 통과한 실내환기의 온도를 조절하기 위한 열반송매체를 물로 사용하는 온도조절수단;

   상기 온도조절수단의 단부에 장착되어 실내환기의 반송에 필요한 동력을 공급하기 위한 공기송풍수단;

   상기 공기 송풍수단의 단부에 구비되며, 상기 실내환기의 정압을 강하함으로써 상기 외기반송덕트로부터 상기 공기조화기내로 유입되는 외부공기를 유인하여 반송동력을 절감시키기 위한 반송동력 절감수단; 및

   상기 반송동력 절감수단 출구측에 장착되어 환기를 필요로 하는 각 실내로 청정공기를 수송하기 위한 급기덕트를 포함하는 외기 유인기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 공기 정화수단 일측에 설치되어 그를 통과한 정화된 공기를 실내에서요구하는 온도를 유지할 수 있도록 실내의 최단거리에서 온수와 냉수를 공급받아 공기를 가열 또는 냉각시키는 열교환방식의 개선사항을 포함하는 외기 유인기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기의 냉온수와 공기의 열교환 수단은 냉온수코일로 이루어지며, 상기 냉온수코일에 공급되는 냉난방 에너지용 열매체는 물을 이용하는 외기 유인기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 반송동력 절감수단은 열의 반송수단의 기본을 공기 대신 물을 사용하여 에너지의 수송밀도를 높이고, 송풍기의 급기를 이용하여 외기반송덕트로부터 외부공기를 유인할 수 있도록 노즐 또는 다수의 경사된 구멍이 가공된 원통으로 이루어진 유속증가 장치와 벤츄리 덕트로 구성된 유인장치를 포함하는 외기 유인기능을 갖는 슬래브 하부 설치형 공기조화기 및 이를 이용한 공조시스템.