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열원 계의 에너지 절약 제어
공기조화설비의 부하는 100~0%까지 크게 변동되는데 이것은 공기조화설비가 다른 공업 플랜트와 비교할 때 갖는 제어 상의 커다란 특징이다. 이처럼 크게 변동되는 부하에 대응시키기 위해 공기조화설비에는 자동제어기기의 사용이 불가피하다.
열원기기의 설비용량 성능 기준값(온도, 유량, 압력 등)은 최대부하를 기준으로 선정된다. 그러나 실제 운전에서는 최대부하가 되는 일은 드물며 대부분의 시간은 부분부 하 운전이 된다. 따라서 열원설비의 에너지 절약 제어가 필요하며 이는 주로 댓수제어 로 실현한다.
댓수제어는 설비(또는 외기) 부하량과 열원 군의 출력이 일치하도록 댓수를 제어하는 것을 말한다. 특히 열원 시스템의 댓수제어는 직접 코일 특성과 관련되기 때문에 그 특성에 맞는 열량 즉, 냉온수 온도를 공급하는 것이 중요하다. 따라서 열원의 댓수제어 이외에도 개별 용량 제어, 펌프제어, 냉온수 급수/환수 헤더 차압제어 등에도 함께 고려되어야 한다.
가. 펌프 댓수 제어
그림 5-10은 동일 특성인 펌프의 병렬운전에 대한 운전곡선을 나타낸 것이고, 병렬운전 곡선은 각각의 양정에 대해 토출량 Q를 가산한다. 관로저항 R과 교차점이 운전 상태를 나타낸다. 또한 2대가 모두 동일 특성일 때 실양정이 Ha인 경우를 나타내고 있다.
이 병렬 운전 시의 펌프 댓수 전환 방법은 유량 검출에 의한 것과 압력검출에 의한 것이 있다. 펌프의 특성이 플랫에 가까울수록 유량 변화에 대한 압력변화 폭이 작아지기 때문에 압력검출에 의한 방법은 곤란하며 유량 검출에 의한 방법이 바람직하다.
나. 냉동기 댓수 제어
냉동기 시스템의 댓수제어는 실내(또는 외기) 부하량과 냉동기 군의 출력이 일치하도록 냉동기 운전댓수를 제어하는 것을 말한다. 특히 냉동기 시스템의 댓수제어는 직접 냉수 코일 특성과 관련되기 때문에 그 특성에 맞는 열량 즉, 냉수 순환량과 냉수 온도를 공급하는 것이 중요하다. 따라서 냉동기 댓수제어 이외에는 냉동기 개별 용량 제어, 냉수 펌프제어, 냉수 급수/환수 헤더 차압제어 등을 함께 고려해야 한다.
냉동기 댓수제어 종류와 그 특성은 다음과 같다.
가) 열량(칼로리)에 의한 제어
부하 계통으로 흐르는 냉수 유량 및 급수 측과 환수 측의 온도를 검출하여 부하량을 구하고 그 부하량에 맞도록 냉동기의 운전 댓수를 제어하는 것으로 가장 정확한 제어가 가능하다. 이 방식은 유량이 정상 시보다 적을 경우(저부하 운전 시) 유량계의 정도가 나빠지므로 계측 열량의 정도도 나빠진다. 따라서 정밀한 유량계의 선정(레인지어빌리티가 큰)이 필요하다. 그리고 냉동기를 병렬로 배치했을 경우 댓수 절환 시 냉수 공급자 측과 환수 측의 온도변화에는 시간적 지연이 있으므로 타이머 등에 의한 댓수 절환 신호의 유지회로가 필요하다. 그러나 열량을 직접 연산하기 때문에 시운전 또는 장비 점검 시 댓수제어 계통의 조정이 용이하여 가장 많이 사용되고 있다.
나) 온도 차에 의한 제어
부하 계통을 흐르는 냉수 유량이 일정하거나 단계적으로 변화하는 조건의 냉동기 시스템에서 냉수의 공급자 측과 환수 측의 온도 차에 의하여 간접적으로 부하량을 구하여 그 부하량에 적합하도록 냉동기의 운전 댓수를 제어하는 것이다. 그러나 보통 냉수 공급 및 환수 헤더의 차압이 변화하기 때문에 냉수 유량은 일정하지 않다.
다) 환수 온도에 의한 제어
환수 온도에 의한 냉동기 댓수제어는 공급 냉수량이 일정하거나 단계적으로 변화하고 냉동기 출구 온도가 일정한 조건을 갖는 시스템에서 환수 온도를 계측하여 간접적으로 냉수 코일 부하를 구하여 냉동기 댓수제어를 한다. 이 방식은 냉동기 댓수가 적고 댓수제어의 정도 요구가 높지 않은 경우에만 이용할 수 있다.
라) 유량에 의한 제어
유량에 의한 제어는 부하량의 변화와 유량의 변화가 같은 비율로 변화하는 경우에만 이용할 수 있으나 일반적으로 직선 관계가 아니기 때문에 댓수제어 방식으로는 부적합하다.
냉동기 댓수제어를 통해 냉동기 부하의 20% 정도 에너지 절감이 가능하다.
공기 반송계의 에너지 절약 제어
공기반송계의 동력은 금기 팬과 환기팬이다. 급기량은 공기조화기에서 열 교환된 열을 실내로 운반하는 데 필요한 양에 따라 결정되는 때가 많다. 그 밖에 실내의 온도 불균형을 적게 하기 위해 공기를 휘저어 섞는 역할이라든가 공기조화기의 필터에 의해 실내의 오염된 공기를 여과하는 역할, 외기를 실내로 공급하기 위한 목적 등에 따라 각기 필요한 환기량이 있다. 이들 목적 가운데 열을 운반하는 데 필요한 풍량이 가장 중요하다.
운반되는 열량은 온도 차, 풍량, 비열의 곱이므로 부하 열량이 감소되었을 때에는 온도 차를 줄이거나 풍량을 줄이거나 또는 양쪽을 동시에 줄이는 방법 중 어느 한 방법을 취하게 된다.
공기를 매체로 하여 공간의 온도를 유지하는 방법에는 기본적으로 두 가지 방법이 있는데 그 하나는 실내 열부하의 변동에 따라 송풍온도를 변화시키고 송풍량을 일정하게 유지하는 방법 즉, 정풍량(Constant Air Volume ; 이하 CAV라 함) 공조방식과 다른 하나는 송풍량을 변화시키고 송풍온도를 일정하게 유지하는 방법 즉, 변풍량 (Variable Air Volume ; 이하 VAV라 함) 공조방식이다.
VAV 공조방식에 대한 관심이 증가하면서 많은 중대형 빌딩에 이런 시스템의 도입이 꾸준히 이어지고 있다. 이러한 VAV 방식은 동시 부하율을 적용하기 때문에 팬 동력을 30% 이상 줄일 수 있어 에너지 절감에 큰 효과를 볼 수 있다.