[스크랩] 건물에너지절약기술-공조제어기술

◈ 개요 및 목적 압축기, 팬, 펌프등의 전동기에 인버터를 이용한 고효율 속도제어 방식을 선정하여, 에너지 절약화를 도모한다. ◈ 설계원리 및 효과 일반적으로 전동기기는 초기 구동시 정해진 속도로 가속하기 위하여 부하가 필요로 하는 토크가 발생되어야 한다. 낮은 부하 운전시 에는 on-off 제어보다는 속도제어방식이 에너지가 절약되므로, 기존의 on-off 방식의 제어를, 인버터를 이용한 속도제어 방식으로 변경하여 에너지 절약을 도모한다. 또한 속도제어를 통해 연속운전을 수행하여 쾌적성도 향상시킬 수 있다. 그러나 인버터의 제어기술(주파수 변환에 따른 최적 사이클의 형성), DC 모터의 사용(AC 모터의 경우 저속운전에서 효율이 급격히 저하되는 경향이 있다.), 진동, 소음제어기술(회전수 변환에 따른)등의 단점도 있다는 것을 유의한다. ◈ 인버터의 종류와 원리 인버터란 전기적으로 DC(직류)를 AC(교류)로 변환하는 장치이며, 상용 전원(AC110/220V)으로부터 공급된 전력을 입력받아 전압과 주파수를 가변시켜 전동기(Motor) 에 공급함으로써 전동기의 속도를 제어하는 장치이다. 인버터는 상용 교류전압을 직류전압으로 변환시키는 컨버터부와 그 직류전압을 교류전압으로 변환시키는 인버터부로 구성되며, 컨버터와 인버터의 출력전압 파형에 의해 PWM제어방식과 PAM제어방식으로 분류된다. 현재 널리 쓰이는 인버터는 PMV(Pulse Width Modulation)방식이다(사인파 PWM방식). 그림은 PWM제어방식의 인버터의 구성도를 나타낸다. [PWM제어 인버터의 구성] 사인파 PMV방식은 부등 펄스폭 변조방식이라고도 하며, 컨버터부와 콘덴서로 정전압이 일정한 직류를 만들고, 인버터부에서 초핑하여 주파수를 변환시킴과 동시에 펄스의 폭을 부등간격으로 제어하여 전압을 변화시킨다.

◈ 개요 및 목적 fan·pump의 대수제어를 효율적으로 하여 전력소모를 감소시킨다. ◈ 설계원리 및 해설 (1) 대수제어 시스템의 제어 특성에 대해서 점검한다. (2) 대수제어를 하지 않아도, zoning이 많고 운전 시간대가 다르기 때문에, 장치를 복수로 설정하는 경우가 있다. 이 경우에 3방밸브를 2방밸브로 사용해서 변유량율을 크게 하면 좋다. (3) 가변속도 제어펌프(회전수 제어, 극수변환 등)와 정속 펌프의 조합인 경우, 아래그림과 같은 경우에는 펌프의 cavitation 특성(저양정·대유량에서는 펌프가 cavitation을 일으켜 불안정한 운전이 되며 펌프 수명을 줄이는 일도 있다. 이 그림에서는 양정-유량 곡선이 그려져 있는 범위가 cavitation이 일어나지 않는 운전범위 이다) 때문에, 원래의 저항곡선 그대로는 1대만의 단독운전은 할 수 없고, 2대의 연합 운전인 경우에도 변속기의 속도 한계 n2가 생기므로 밸브제어가 필요하게 된다. 이와 같이 단독운전시의 운전 특성(과부하특성 포함)을 체크하고, 불안정한 운전이 있으면 원인을 찾아서 대책을 세운다. [밸브 제어 병용을 필요로 하는 변속+정속 펌프 대수제어] (4) 회전수제어에 있어 압력·양정이 부족해지지 않도록 충분히 주의한다. 토출측의 적절한 위치에서 압력을 제어하게 되는데, 이 때문에 에너지 절약 효과가 줄어드는 것은 어쩔 수 없다. (5) 자동제어 없이도 펌프를 복수대로 해서 계절의 부하에 대응해 수동으로 대수를 선택해도 에너지 절약 효과가 있다.

◈ 개요 및 목적 공조부하의 약 1/3을 차지하고 있는 외기부하를 경감하기 위해 외기 도입에 관한 total control을 도입한다. ◈ 설계원리 및 효과 외기부하의 control diagram을 아래그림에 나타낸다. [외기부하의 control diagram] 실제로 실험에 의하면, 실내 탄산가스 농도를1,000ppm에 대해서 도입 제어를 하면 1인당 외기 도입량은 5∼10m3/h로 충분하고, 따라서 30m3/h·人을 항상 도입하는 경우와 비교해서 탄산가스 제어만으로 약 1/4, 더욱 전열교환기로 충분히 열회수하는 것으로 하면, 1/4×1/4=1/16로 된다. 다만 앞의 계산은 이상적인 경우이고 ① CO2 농도제어기의 정도(오동작을 방지) ② 도입 댐퍼의 정도 (no leak, 적절한 저항치) ③ 극간풍, 연돌효과에 의한 외기 침입, 누설 ④ 열회수 가능 배기량 비율의 온도레벨 등에 의해서 효과가 감소할 수 있으므로 유의한다. ◈ 제어의 간략한 flow 아래그림에 제어의 간략한 flow를 나타낸다. [외기제어의 total flow]

◈ 개요 및 목적 거주인원에 비례하는 외기 도입으로 필요 이상의 외기도입을 줄여 공조부하를 감소 시켜 에너지를 절약한다. 탄산가스 농도를 감시하면서 거주인원수에 맞는 외기량을 계속적으로 조정(자동 또는 수동)하여 외기부하를 절감한다. ◈ 설계원리 및 해설 (1) 외기도입량의 기준은 실내 탄산가스 농도, 냄새 제거 등에 기인한다. CO2 농도 1,000ppm에서는 1인당 20m3/h, 2,000ppm에서는 1인당 8.2m3/h로 되고, 이것을 기준으로 조정한다. CO2 허용농도 필요외기량[m3/h·人] 0.5%(5,000ppm) 0.4 (4,000ppm) 0.3 (3,000ppm) 0.25(2,500ppm) 0.2 (2,000ppm) 0.1 (1,000ppm) 2,98(3.83)* 3.78(4.86) 5.19(6.66) 6.36(8.50) 8.24(10.57) 20.00(25.67) [1Met에서의 탄산가스 허용농도에 따른 필요 외기량] (2) 외기는 외기도입구 이외에 틈새바람에 의한 침입이 크기 때문에(특히 동절기에), 도입 댐퍼 개도와 CO2 농도와의 실제적인 관계를 파악해 둔다. 댐퍼 자체도 누설이 많은 것은 전폐하여도 상당량의 외기가 빨려 들어간다. (3) 특히 환기량이 적은 실, 흡연이 많은 실이 있는 경우에, 그에 맞춰 다량의 외기도입을 생각해야 한다. 실의 용도 변경, 환기량 증가 수단, 흡연의 금지, 실내 필터의 설치 등의 수법을 운용해서 국소적으로 해결한 뒤에 전체 외기량을 절감시켜야 할 것이다. (4) CO2 농도를 지표로 하는 의미는 온·습도, 분진 청정도는 타 수단으로 처리·조정되고 있기 때문이며, 남은 CO2에 의한 유해도에 대해서 외기도입량을 도입하는 것에 있다. (5) CO2 농도 검출·지시·제어기는 간이형이 시판되고 있다. 사용시에는 제조업체의 지시에 따라 교정을 충실히 하지 않으면, 정확성을 보증할 수 없으므로 주의할 필요가 있다.

◈ 개요 및 목적 계절에 상응하는 쾌적조건 범위 가운데서 가장 에너지 절약적인 실온·습도의 제약조건을 정해서 제어기의 설정 변경을 한다. ◈ 설계원리 및 해설 (1) 냉방운전시에는 상한 온습도, 난방운전시에는 하한 온습도로 하는 것이 가장 에너지 절약적이다. (2) 환절기 전후에는 거주자의 복장상태 변동과 몸의 계절 순응을 고려해서 외기 스케쥴을 참조한 온도설정으로 한다. (3) 환절기∼겨울철 남측 페리미터 등에서, 냉-난방이 부하에 따라서 전환하는 경우에, 3, 4관식 FCU 방식(3관식 FCU방식은 에너지 낭비형이므로 개조의 필요가 있다)인 경우에는 시퀀스 밸브용의 설정온도를 아래그림과 같이 부동대를 설치해서 냉방온도를 떨어뜨릴 필요가 있다. [겨울철 냉난방 스케쥴 제어온도의 설정] (4) 동기 페리미터측(난방)의 제어온도는 가급적 인테리어측(냉방)과 동일하게 근접시켜서 실내 혼합손실을 방지한다.

◈ 개요 및 목적 공조작업 구역에 상응하는 공조시스템의 설치시 작업 환경도 양호하게 유지할 수 있고, 효율 또한 가장 좋다. 국부공조의 수행으로 에너지 절약을 도모한다. ◈ 설계원리 및 해설 기존 시스템의 응용 또는 최소한의 개조조건에서는 다음과 같은 방법이 있다. ① 각층 공조방식인 경우 : 1층 1존에 한정한다(건물 규모, 작업인수에 따라서 여러 층 죤을 적용). ② 물-공기(FCU) 방식인 경우 : 구획된 1실에 한한다. ③ 패키지 방식인 경우 : 1존만 운전한다. ④ 개수하는 경우 : 패키지 공조기의 증설. 작업장소가       대규모인 경우 : 수냉식이 바람직하다.       소규모인 경우 : 공냉공열식으로 당해 실외의 공기를 heat source·heat sink로 하는 것을 검토한다.       개폐가능한 창측의 1 코너를 「옥외기」실로 하는 방법도 있다. ⑤ 축열조를 갖는 경우 : 전용의 펌프·배관계를 증설하고, 파이프 샤프트에 가장 가까운 위치에 작업실을 설치해서 FCU를 설치한다. 환기는 해당 실외와의 사이에서 하면 좋다.

◈ 개요 및 목적 열교환 코일과 에어필터에 부착하는 이물질을 제거해서, 시스템의 에너지 성능·환경 성능의 저하를 사전에 방지한다. ◈ 설계원리 및 해설 (1) 공조기 코일의 공기와 접하는 면은 에어필터에 의해 보호되고 있기 때문에 이물질이 부착되지 않는다. 그러나 튜브 내면의 물과 접하는 면에는 스케일·슬라임이 부착되어 열관류율이 적어지므로 전열량이 저하된다. 때문에 수량 혹은 풍량(또는 양쪽 모두)이 증가하므로 반송 에너지가 커지고, 냉난방 부족을 일으킬 수도 있다. (2) 에어필터는 이물질을 제거시키기 위한 설비이므로, 이것을 정기적으로 갱신하여야만 한다. 에어필터의 청소를 게을리 하면, ① 풍량 감소를 일으킨다. 변유량식에서는 소정의 풍량을 얻기 위해 회전수가 증가되고, 여분의 동력이 필요하다. 또한, 피크 부하시로 되면 냉난방 부족을 일으키게 된다. ② 분진의 재발진과 냄새를 발생시킨다. 등의 문제를 일으킨다. (3) 청소 빈도는 수질과 공기의 오염 상태, 필터의 종류에 따라 다르기 때문에, 실상에 맞게 스케쥴을 결정한다. (4) 축열방식인 경우에는 코일의 오염이 빠르다고 생각되기 때문에 꼼꼼히 점검할 필요가 있다. pH가 높을 때에는 탄산칼슘의 석출 유무를 점검한다. (5) 에어필터 전후의 압력차를 감지하여 초기저항의 대략2배를 한계로 하여 청소한다.

출처-에너지관리공단

출처 : 건축설비 SHOP-DWG

글쓴이 : 전정섭 원글보기

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