1. 머리말

2050년 탄소중립을 실현하기 위한 건축물의 ZEB 기준 에너지절감 성능 확보가 추진되면서 공조 분야에서도 대폭적인 에너지절감화가 요구되고 있다.

공조 분야에서는 기술혁신보다도 공조기 자체의 COP와 APF가 해마다 계속 향상돼 왔는데 공조기 단독의 현열뿐만 아니라 잠열을 처리할 필요가 있기 때문에 이제 효율성 향상의 한계에 와 있다. 이에 쾌적성을 유지하면서 한층 더 에너지절감을 지향하는 방법의 하나로 기대되고 있는 것이 ‘잠열·현열 분리 공조’다.

예를 들면 중소규모 빌딩에서 많이 채택하고 있는 빌딩용 멀티에어컨과 전열교환기의 조합 시스템을 고(高)현열형 빌딩용 멀티에어컨과 데시칸트 외기처리기로 잠열·현열 분리공조를 수행함으로써 효율성 향상을 기대할 수 있다.

빌딩용 멀티에어컨의 효율 향상에 장애가 되고 있는 요인 중 하나는, 최소한의 제습(잠열처리)을 고려해야 하기 때문에 냉매 증발온도를 높게 설정할 수 없다는 점이다. 그런 가운데 냉매 증발온도를 높게 설정해 제습(잠열처리)량은 떨어지지만 고(高)COP에서 운전 가능하게 하는 고현열형 빌딩용 멀티에어컨이 출시됐다.

이 같은 고현열형 빌딩용 멀티에어컨을 환기장치에서 충분히 제습(잠열처리)하는 토프레(주)의 데시칸트 외기처리기<사진 1>와 조합하면 잠열 및 현열을 각 기기에서 효율적으로 개별 처리해 쾌적성을 저해하지 않고 시스템 전체의 소비전력을 대폭 삭감할 수 있다.

2. 상품의 특징 

2.1  천장 매입형이고 열원을 필요로 하지 않는 히트펌프식

건축물에서 데시칸트 시스템의 대부분은 잉여열이나 폐열을 이용한 센트럴 방식이 일반적으로 채택돼 왔는데 시스템을 채택함에 있어서는 기기 설치 공간과 초기비용에 더해 시스템 설계 전문성이 도입의 큰 장애 요인이 되고 있다.

본 시스템은 데시칸트 기술을 빌딩용 멀티에어컨과 전열교환기 환기에 시스템을 편입하는 식으로 중소규모 빌딩에서도 도입하기 쉽도록 천장에 매입하는 기기의 높이를 450mm로 줄이고 히트펌프 열원을 내장해 냉온수라든가 실외기와 접속할 필요가 없는 일체형 Stand-alone 기기로 했다.  

2.2  3단계 제습에 의한 충분한 제습 성능

본 제품에는 <그림 1>에 나타내는 바와 같이 “전열교환기” “히트펌프” “데시칸트 로터”가 내장돼 있고 각 기기가 효율적으로 작동하도록 직렬 배열돼 3단계로 제습한다.

<그림 2>에 나타내는 바와 같이 제습운전 흐름은 다음과 같다. 

① 도입된 외기는 ‘전열교환기’를 통과해 실내 배기 공기와 전열교환하면서 어느 정도까지 제습한다.

② 그 다음에는 ‘히트펌프’가 효율적으로 운전할 수 있는 범위까지 냉각 제습한다.

③ 마지막으로 냉각 제습이 까다로운 곳을 데시칸트 로터가 흡착 제습하고 실내에 공급한다.

히트펌프의 배기열은 데시칸트 로터의 재생열로서 유효하게 이용된다. 그러나 ‘냉각 제습열량>데시칸트 로터의 재생 배기열량’으로 배기열이 부족하기 때문에 데시칸트 로터 재생출구의 온도가 낮아진 공기를 이용해 열을 배기할 수 있도록 최적의 배분으로 냉매를 제어한다<그림 3>.

제습 성능에 대해서는 잠열·현열 분리공조 방식의 도입을 의식해 <표 1>에 나타내는 바와 같이 외기잠열뿐만 아니라 실내 발생 잠열도 처리할 수 있는 제습량으로 했다. 또한 전열교환기를 탑재함과 동시에 히트펌프를 효율적으로 운전하고 있기 때문에 COP도 높게 유지할 수 있다.

2.3  겨울철에는 무(無)급수 가습 가능 

겨울철에는 히트펌프를 역사이클(난방)로 운전함으로써 무급수 가습 운전이 가능하다. <그림 4>에 나타내는 바와 같이 도입된 외기는 전열교환기를 통과해 실내 배기 공기와 전열교환하면서 수분이 어느 정도 회수된다. 그 다음에는 히트펌프 응축기에서 가열함으로써 실내 배기 공기의 수분을 흡착한 데시칸트 로터가 수분을 탈부착시켜 가습, 급기를 실시한다.

<표 1>과 같은 조건 하에서는 외기를 실내습도 이상의 절대습도까지 가습하는 것도 가능하다.

그리고 증발기에서 이루어지는 냉각 제습이나 동결을 방지하기 위해 데시칸트 로터 전후에서 냉매를 최적의 배분으로 제어한다.

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본 원고는 일본공업출판주식회사 발행하는 ‘建築設備と配管工事’잡지에서 발췌하여 번역한 것입니다.

전체 기사는 2023년 6월호 ‘월간 설비기술’에 게재되어 있습니다.(월간지 구입문의(02)2633-4995)

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