[건축설비기사 실기] 1. 공기조화시스템 개념설명
[건축설비기사 실기] 공기조화시스템 설명
출제기준 체계: 1. 설비시스템 검토 > 1. 공기조화시스템 검토하기 (세세항목 1 - 5 통합)
1. 개념완성
여러분, 반갑습니다! 건축설비기사 실기 합격을 위한 첫 번째 시간입니다.
실기 필답형 시험지를 펼쳤을 때 가장 먼저 마주치게 되는 단골 주제가 바로 '건물 용도에 따른 공조방식 선정'입니다. 암기만 하려고 하면 헷갈리기 쉽지만, 건축물의 환경적 특성을 이해하면 답안 작성이 자연스러워집니다.
1. "한겨울에도 에어컨을 튼다고요?" - 건물 용도별 부하와 공조방식
사무실 공간을 떠올려 보면 창가 쪽과 중앙 복도 쪽은 환경이 완전히 다릅니다.
외주부(창가 쪽, Perimeter):
햇빛이 비치면 덥고 겨울엔 외풍 때문에 춥습니다.
사계절 외기온 변동이 극심하므로 창문 밑에 팬코일 유닛(FCU)을 깔거나 4관식 배관을 설치하여 유연하게 냉난방을 전환해 줍니다.
내주부(중앙 복도 쪽, Interior):
창문이 없어 외부 기온의 영향을 거의 받지 않습니다.
대신 수많은 사람, 컴퓨터, 복합기, 조명이 하루 종일 열을 뿜어냅니다.
즉, 내주부는 한겨울에도 실내 열을 식혀야 하는 연중 냉방 부하가 발생합니다.
VAV 단일덕트의 해결책:
저온의 냉풍을 보내되, 실내 재실 인원 변동에 따라 댐퍼를 조절해 바람의 양만 바꿔주는 변풍량(VAV, Variable Air Volume) 방식을 적용합니다.
팬의 반송동력은 풍량의 3승에 비례하여 줄어들기 때문에 송풍 에너지를 획기적으로 아낄 수 있습니다.
병원 공조의 핵심은 단 하나, '교차 오염 방지'입니다.
수술실:
환자의 환부가 열려 있으므로 복도의 먼지나 균이 절대 들어오면 안 됩니다.
실내 공기가 밖으로 밀려 나가도록 양압(+)을 유지하고, 100% 외기를 고성능 헤파(HEPA) 필터로 걸러 수직 하향 층류로 급기합니다.
음압격리병실:
전염병 환자의 바이러스가 외부로 새어 나가면 안 되므로, 외부 공기가 안으로 빨려 들어오도록 실내를 음압(-)으로 유지합니다.
배기구에는 HEPA 필터를 장착해 무균 정화 후 배출합니다.
그 외에 호텔 객실은 투숙객마다 체질이 달라 언제든 냉방과 난방을 개별 선택할 수 있어야 하므로 냉수 배관 2선, 온수 배관 2선이 들어가는 4관식 FCU 방식을 채택합니다. 전산실/데이터센터는 컴퓨터만 가득해 습기는 거의 없고 열만 나므로 현열비(SHR)가 0.90 - 0.98에 달하며, 정밀 항온항습기를 적용합니다.
2. 중앙식 vs 개별 분산식(멀티 EHP), 무엇이 다를까요?
중앙식(Central System):
지하 기계실에 대형 보일러, 냉동기, 공조기(AHU)를 설치하고 덕트와 배관망으로 건물 전체에 공급합니다.
정격 운전 시 고효율 대형 기기를 쓸 수 있고 공기질 관리가 철저하지만, 야근자 1명을 위해 거대한 중앙 시스템을 가동하면 부분부하 효율이 급격히 떨어지고 기계실 면적을 많이 차지합니다.
개별식(Multi-EHP/VRF):
천장형 시스템 에어컨처럼 구획별로 24시간 독립 운전이 가능해 에너지 절약에 유리합니다.
단, 에어컨 냉매 배관만 순환하므로 자체적인 환기(외기 도입)가 불가능합니다.
따라서 반드시 **전열교환기(환기유닛)**를 병설해야 한다는 점이 실기 서술형의 핵심 감점 방지 포인트입니다.
3. 소음과 진동, 시험에 나오는 4대 방진·방음 대책
기계실의 대형 송풍기와 펌프가 돌면 진동이 건축 구조체와 덕트를 타고 실내로 전달됩니다.
방진스프링(Spring Mount) & 콘크리트 관성베이스(Inertia Block): 펌프·송풍기 바닥에 설치하여 진동을 건축 구조체와 물리적으로 절연합니다.
캔버스 이음(Flexible Canvas Joint): 송풍기 토출구와 금속 덕트 사이에 질긴 캔버스 천을 넣어 진동 전달을 끊어줍니다.
플렉시블 조인트(Flexible Joint): 배관 연결부에 주름관을 시공합니다.
소음챔버(Plenum Box) & 소음기(Silencer): 주덕트 내부에 흡음재를 배치해 기류 소음을 흡수합니다.
4. 계산 공식의 비밀과 단위 실수 방지법
실기 시험에서 많은 분들이 공식은 외워놓고 단위 환산에서 점수를 잃습니다.
현열량: qs = ρ × Q × c × Δt
풍량 Q가 통상 m³/h로 주어지므로, 초당 환산(m³/s)을 위해 반드시 3,600으로 나누어 주어야 합니다.
공기 밀도 ρ = 1.2, 비열 c = 1.01을 대입하면 분자는 1.21 × Q × Δt, 분모는 3600이 됩니다.
송풍기 전동기 동력:
전압 Pt의 단위가 mmAq일 때는 분모에 102가 들어가지만, Pa로 주어지면 1,000이 들어간다는 차이를 명확히 구분해야 합니다.
2. 건물의 용도별 공기조화방식 핵심 정리 (카드형 요약)
[1] 사무소 (오피스)
부하 특성:
외주부: 일사 및 외기온도 변동 큼
내주부: 조명·인체·기기 발열로 동절기 연중 냉방 부하 발생
적합 공조방식:
외주부: FCU + 외기덕트 병용, 4관식 FCU
내주부: 변풍량(VAV) 단일덕트 방식
핵심 설계 주안점:
방위별 존(Zone) 구분 제어
부분부하 시 송풍동력 절감
중간기 외기냉방(에코노마이저) 적용
[2] 병원 (의료시설)
부하 특성: 실간 교차 오염 방지 및 청정도 유지 최우선
적합 공조방식:
수술실: 100% 전외기 층류 방식
일반병실: FCU + 외기덕트
핵심 설계 주안점:
수술실: 양압(+) 유지 (오염 유입 차단)
격리병실: 음압(-) 유지 (감염균 유출 방지)
급기 및 배기 말단 HEPA 필터 설치
[3] 호텔 / 숙박시설
부하 특성: 24시간 간헐적 부하 변동, 취침 시 정숙성(저소음 NC 25 - 30) 요구
적합 공조방식: 4관식 FCU + 외기 전용 덕트(DOAS) 병용
핵심 설계 주안점:
객실별 독립적인 온습도 제어
사계절 상시 냉난방 자유 선택
[4] 극장 / 대공간 (체육관, 집회장)
부하 특성: 높은 천장고, 대규모 체적, 인체 발열 및 환기(외기) 부하 지배적
적합 공조방식: 단일덕트 정풍량(CAV), 바닥 취출 공조(치환환기)
핵심 설계 주안점:
거주역(바닥 1.5 - 2m)만 집중 냉난방
천장 상부 고온 공기 배기
온도 성층화 방지 및 에너지 절약
[5] 전산실 / 데이터센터
부하 특성: 24시간 연중 연속 냉방, 극히 높은 현열비(SHR 0.90 - 0.98)
적합 공조방식: 항온항습기(CRAC/CRAH) + 이중바닥(Access Floor) 하부 급기
핵심 설계 주안점:
Cold Aisle / Hot Aisle 차폐 분리
N+1 고신뢰성 예비기 구축
2. 중앙식 vs 개별 분산식 비교 (대비형 요약)
3. 지역냉난방(DHC) 핵심 정리
수용가 장점:
자체 보일러·냉동기·연돌 불필요하여 기계실 면적 및 건축비 절감
자체 연료 연소가 없어 화재, 가스 누출, 폭발 위험 차단
관리 인건비 및 장비 검사·보수비 절감
수용가 단점:
열원 플랜트 사고 시 자체 대체 열원 확보 어려움
1차측 고온수 배관(115℃ 이상, 고압) 감압 및 부식 방지 대책 필수
4. 공조기기 방진 및 소음 대책 4요소
방진스프링 & 콘크리트 관성베이스: 기기 진동을 바닥 구조체와 절연
캔버스 이음: 공조기 토출구와 덕트 간 진동 전달 차단
플렉시블 조인트: 배관 계통의 진동 흡수
소음챔버 & 소음기: 주덕트 내 기류 소음 및 송풍기 소음 감쇠
5. LCC(생애주기비용) 핵심
공식: LCC = 초기투자비 + 에너지운전비 + 유지관리비 + 해체폐기비 - 잔존가치
평가 주안점: 초기 설비비가 다소 높더라도 VAV 및 고효율 인버터를 적용하여 수십 년간의 에너지 운전비를 절감하는 방식 채택이 유리.
6. 필수 핵심 공식 정리
공기 현열량:
qs = (1.21 × Q × Δt) / 3600 (kW)
(단, Q: m³/h, Δt: ℃)공기 잠열량:
qL = (3001.2 × Q × Δx) / 3600 (kW)
(단, Δx: kg/kg')송풍기 전동기 동력:
P = [ (Q × Pt) / (3,600 × 102 × η) ] × (1 + α) (kW)
(단, Pt: mmAq)
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