초록 ▼

현재 중앙공조방식 (Central AHU System)중 많이 사용하고 있는 전공기방식(All Air System)은 냉난방에 필요한 열량을 공기를 이용하여 공조실로부터 각 공조존까지 수송해야 하기 때문에 물을 열매로 이용할 경우에 비하여 열매수송용 에너지소비량이 적게는 수배엣 십수배까지 증가한다. 이와 같이 에너지소비량 측면과 공조시스템의 설치 및 각 존별로 효율적인 운전의 어려움으로 기존의 전공기 방식 공조시스템에서 탈피하여 수$cdot$공기 겸용 공조 방식(AIR and Water System)의 사용이 필요

현재 중앙공조방식 (Central AHU System)중 많이 사용하고 있는 전공기방식(All Air System)은 냉난방에 필요한 열량을 공기를 이용하여 공조실로부터 각 공조존까지 수송해야 하기 때문에 물을 열매로 이용할 경우에 비하여 열매수송용 에너지소비량이 적게는 수배엣 십수배까지 증가한다. 이와 같이 에너지소비량 측면과 공조시스템의 설치 및 각 존별로 효율적인 운전의 어려움으로 기존의 전공기 방식 공조시스템에서 탈피하여 수$cdot$공기 겸용 공조 방식(AIR and Water System)의 사용이 필요하다. 수$cdot$곡ㅇ기 겸용 공조방식은 열의 매체로서 물과 공기를 병용하는 방식으로, 열원장치에서 만든 냉수와 온수 또는 증기를 실내에 설치한 열교환유니트로 보내서 실내공기를 냉각 또는 가열하고, 필요신선외기량의 공급을 위하여 외기처리용 공조기에서 냉각감습 또는 가열가습한 외기를 실내로 송풍한다. 즉 건물에서 발생하는 냉난방 부하를 처리하기 위한 열매체로서 주로 물을 사용함으로서 반송동력을 크게 줄일 수 있으며 또한 공기수소용 덕트의 설치면적이 감소되어 건물층고를 낮출 수 있다.
본연구에서는 건물 공조부분에 대한 에너지 사용량이 크게 증가되고 고층건물이 증가되고 있는 시점에서 수$cdot$공기 겸용 공조시스템의 장점을 최대화하고 단점을 해결할 수 있는 효과적인 에너지절약 및 증고저감형 공조시스템의 개발과 사용화를 목표로 설정하고 다음과 같은 내용의 연구를 수행하였다.
1차년도에는 국내공기조화시스템 기술현황을 조사하고, 공조시스템 설계기술 실태 및 신공조시스템 개발도향을 살펴보았다. 그리고 에너지절약 및 층고저감형 공조시스템의 개요와 특징을 정리하였으며, 시스템 설계용 프로그램을 도출하였다. 또한 공기역학적 해석수단을 이용하여 개발공조 시스템의 천장설치형 실내 공조유니트인 IAV UNIT의 기본구조를 도출하였으며, 40%의 유인성능을 갖는 IAV Unit의 표준모델을 제작하여 서능평가를 수행하였다.
2차년도에는 IAV 공조시스템의 실제 운전$cdot 제어특성을 측정하고 현장 적용성을 파악하기 위해 한국건설기술연구원 부속 건축물 안전성능 실험센터를 대상으로 하는 IAV 공조시스템의 시범건물 설치를 완료하였다. 또한 IAV Unit의 성능？거화를 위하여 Unit내 구조변경과 Blower, Motor등의 요소기기 변경에 따른 IAV Unit 유인성능과 소음저감특성을 파악을 수행하였으며, 이로부터 사용화된 IAV 공조시스템에 사용된 보급형 IAV Unit 의 개발을 이끌었다. 한편 IAV 공조시스템의 적용성과 경제성을 평가하기 위하여 동일한 모델건물에 대하여 IAV 공조시스템과 기존의 공조시스템을 적용한 설계를 수행하여, IAV 공조시스템의 적용효과에 대한 정량적 분석을 수행하였다.
3차년도에는 시범건물에 설치된 IAV 공조시스템에 대한 에너지 측정시스템을 설치하고 IAV 공조시스템을 운전하면서 냉난방 성능 및 에너지 소비량을 측정하였다. 3차년도 연구기간 중 IAV 공조시스템을 운영하여서 유지관리방안을 수립하였으며, IAV 공조시스템의 표준 설계 및 생산방안을 검토하엿다. 이러한 개발내용 및 시범운전결과를 바탕으로 참여기관이 사용화를 위한 전략을 마련하여 연구결과가 실제 적용될 수 있도록 협력하고 있다.

Abstract ▼

All Air System, which is the most common in central AHU systems, requires energy for conveying a heat medium as much as several times or dozens of times, rather than when using water for a heat medium because the system should convey the required heat amount for air conditioning from the control roo

All Air System, which is the most common in central AHU systems, requires energy for conveying a heat medium as much as several times or dozens of times, rather than when using water for a heat medium because the system should convey the required heat amount for air conditioning from the control room to air­conditioning zone. As this, it is recommended to use a combined air & water system beyond the existing all air system, considering energy consumption and difficulty of system installation and efficient operation by zones. The combined air & water system using water and air as its heat media sends cold water, hot water or steam that is produced in a heating system to heat exchange units to cool down or heat up ambient air while it ventilates external air to be cooled with less humidity or heated with humidity into room in order to supply the required fresh external air. In other words, using water as a heat medium to control air­conditioning load generated from a building may reduce conveyance energy significantly and save spaces to install air duct, lowering the floor height.
The study set a goal to develop and commercialize an energy-saving & height-reduction air­conditioning system, which can maximize advantages of the combined water & air system and overcome several disadvantages at the moment when more energy is gradually being consumed for building’s air conditioning system and high­rise buildings increase and performed the following research.
In 1st year of project, the present status of the domestic technology related with air conditioning system was surveyed and it was reviewed new airconditioning system’s development tendencies. Then, the description and features of an energy­saving & height reduction air­conditioning system were rearranged, after which a program of system design was produced. In addition, the basic structure of IAV Unit, an indoor air­conditioning unit intended to be installed on ceiling in the developing air­conditioning system by using pneumatic interpretation methods was produced while a standard model of IAV Unit with 40% induction performance was manufactured and evaluated for the actual performance, with which a model application method of the system was detailed while the data sheet of air conditioning system to be commercialized was prepared.
In 2nd year of project, IAV air-conditioning system was installed in the model building of experimental center which belongs to Korea Institute of Construction Technology to measure the feature of system's operation and control and to estimate the applicability of IAV air-conditioning system. And for optimization of IAV Unit, experiments on induction performance and noise reduction of IAV Unit were carried out according to structural change and elements like blower and motor. Based on experimental results, distribution model of IAV Unit was presented for commercialization.
In 3rd year of project, the energy measuring system for IAV air-conditioning system in model buildng was installed and the air-conditioning performance and energy consumption rate of IAV air-conditioning system were measured. And appropriate maintenance method was established and standardization of design and manufacture was examined. Based on development technologies and results of operation in model buliding, each organizations involved in study were working together to establish the strategy for commericalization of IAV air-conditioning system.

목차 Contents

• 제출문 ...1
• 요약문 ...2
• SUMMARY ...6
• 목차 ...11
• 표목차 ...13
• 그림목차 ...15
• 사진목차 ...20
• 제1장 서론 ...22
• 1.1 연구개발의 필요성 ...22
• 1.2 연구목표 및 내용 ...23
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...26
• 2.1 공조시스템 설계기술 실태 ...26
• 2.2 신공조시스템 개발동향 ...28
• 2.2.1 저온급기 공조방식(Cold Air Distribution System) ...29
• 2.2.2 바닥취출공조시스템 (Under Floor Air-Conditioning System) ...33
• 2.2.3 반송동력 저감 공조시스템 (Conveyance-Energy Lowering System) ...38
• 제3장 연구개발 수행내용 및 결과 ...40
• 3.1 에너지절약 및 층고저감형 공조시스템 ...40
• 3.1.1 기존공조시스템의 문제점 ...40
• 3.1.2 IAV(Increasing Air Volume) 공조시스템 ...44
• 3.1.3 IAV 공조시스템 장비용량선정 프로그램 ...58
• 3.2 IAV Unit 개발 ...81
• 3.2.1 개요 ...81
• 3.2.2 유인구조 설계 ...82
• 3.2.3 유인비 도출을 위한 시뮬레이션과 해석실험 ...108
• 3.2.4 표준 IAV Unit 제작 및 성능평가 ...124
• 3.3 IAV Unit 성능최적화 ...159
• 3.3.1 IAV Unit 유인성능 개선 ...159
• 3.3.2 IAV Unit 소음저감 ...171
• 3.3.3 보급형 IAV Unit 제작 및 성능평가 ...179
• 3.4 IAV 공조시스템과 기존 공조시스템과의 비교 ...193
• 3.4.1 모델건물에 대한 IAV 공조시스템 적용 ...193
• 3.4.2 기존 공조시스템에 의한 설계 ...105
• 3.4.3 IAV 공조시스템과 기존 공조시스템의 설계결과 비교 ...212
• 3.5 IAV 공조시스템 시범건물 설치 ...216
• 3.5.1 시범건물 개요 ...216
• 3.5.2 IAV 공조시스템 시범설치 설계 ...218
• 3.5.3 IAV 공조시스템 시범설치 시공 ...220
• 3.5.4 IAV 공조시스템 운영 및 소요에너지 측정 ...236
• 3.6 IAV 공조시스템 표준설계방안 ...256
• 3.6.1 IAV 공조시스템 표준제작 방안 ...256
• 3.6.2 IAV 공조시스템 표준시공 방안 ...262
• 제4장 연구성과 및 활용방안 ...268
• 4.1 평가의 착안점 ...268
• 4.2 연구목표 달성도 자체평가 ...268
• 4.3 연구결과 활용방안 ...269
• 4.3.1 개발 공조시스템 상용화 방안 도출 ...269
• 참고문헌 ...273