개별 유닛 단위 운전으로 독립적 제어성능 확보…공사 비용·공간 절감도
전기에너지 이용으로 고효율 에너지 성능 입증…추후 보급사례 급증 전망

종래 단일유닛방식은 건축물에 설치되는 중앙공급식 설비와 대비되는 개념으로서 개별식의 대표적인 방식으로 인식돼왔다. 이 방식은 단독주택, 공동주택 및 중소규모 건축물의 한정된 공간을 대상으로 하거나 중앙공급식인 건축물에서 방재실, 중앙감시실, 전산실 등과 같이 24시간 운영되는 공간과 독립적 개별운전이 필요한 공간에 적용되는 등 제한적인 용도로 이용되는 것이 일반적이었다. 그러나 현재는 이 방식이 에너지원으로서 최근 트랜드인 전기에너지를 이용하며, 열매로서는 냉매를 이용하므로, 기존 공기수방식에 비해 설치 공간과 공사비 측면에서도 장점을 가지고 있다. 동시에 신재생에너지와 연계한 활용도 측면에서도 우수하다는 인식이 보편화되면서 중대형 건축물도 적용되는 사례가 점차 증가하고 있다. 본고에서는 사회적 수요가 점차 증대하고 있으며, 에너지효율적 측면에서도 추후 긍정적 적용효과가 기대되는 대표적 시스템으로서 단일유닛방식 중 패키지형 유닛과 룸에어컨에 대한 기본적 사항과 특징에 대하여 소개하고자 한다. /편집자 주

◇ 패키지형 유닛방식

패키지형은 기본적으로 송풍용 팬, 냉각코일, 에어필터 및 압축기와 응축기 등을 자체 케이싱 내부에 내장한 공장제작의 공조기를 단독 또는 복수개로 설치해 공조하는 방식이다. 즉, 이 방식은 중앙공급식에 쓰이는 공조용 기기 요소를 소형화해 한 개의 유닛으로 제작한 형태이나, 공조용 기능에 요구되는 요소를 모두 포함하고 있는 일종의 개별식 공조방식이다. 패키지형 유닛(packaged unit)에는 [그림 1]에 나타낸 바와 같이 수랭식과 공랭식이 있다.

◇ 건축물에서의 유닛 설치 방안

이 유닛에는 냉방 전용의 유닛과 냉난방 겸용의 히트펌프유닛이 있다. [그림 1]과 같이 실내에 설치해서 플리넘 체버로부터 송풍하는 경우와 [그림 2]와 같이 기계실에 설치하고 덕트를 접속해서 넓은 실내와 각 개실의 공조를 하는 경우가 있다.

유닛을 실내에 설치하는 경우에는 필요한 실에 설치해서 각 실마다 독립해서 운전하며, 또한 독립으로 공조할 수 있으므로 중앙식에서 얻지 못하는 편리한 점이 있다.

◇ 운전 방법 및 히트펌프 사이클의 활용

냉방 시에는 도입외기와 실내환기의 혼합공기를 에어필터를 통해 처리한 후, 냉각코일로 냉매의 직접 팽창에 의해 냉각감습해 실내에 송풍한다.

실내공기로부터 흡수된 열은 공랭식 응축기에서 대기 중으로 방열되지만 냉각수를 이용해 냉각탑을 통해 대기로 배열시키는 경우도 많다. 난방 시에는 냉방 전용의 유닛에 가열코일을 조립시켜 증기 또는 온수를 열원으로 해 공기를 가열한다.

히트펌프유닛에서는 물 또는 공기열원에 의해 공기를 가열한다. 보조열원으로서 증기와 전열을 쓰는 경우도 있다. 난방운전 중의 문제로서 공기열원식의 경우에는 외기온도가 낮은 때에 결상하므로 실외측 코일에 제상장치가 필요해지며, 수열원식인 경우에는 코일에 동결방지의 대책이 필요하다. 히트펌프에는 여러 가지 방식이 있지만 패키지형 유닛에서는 냉매회로교체방식이 가장 많이 사용되고 있다. 공기열원식

히트펌프사이클은 [그림 3]에 나타낸 바와 같다. 실내측 코일은 냉방시에는 증발기의 역할로서 공기로부터 열을 흡수하고, 난방 시에는 응축기로서 공기로 열을 방출시킨다. 또한 실외측 코일은 그 역으로 냉방 시에는 열을 공기로 방출하고, 난방 시에는 공기로부터 열을 흡수한다.

◇ 수랭식과 공랭식 응축 방법

수랭식은 냉각탑 또는 지하수 등의 부대설비를 사용해 패키지형 공조기와의 사이를 배관으로 접속하고 물을 흘려보내면서 응축기를 냉각하는 방식이다.

공랭식은 응축기를 내장한 유닛을 옥외에 설치하여 외부의 공기로부터 응축기를 냉각하는 방식이다.

이 두 방식의 실내유닛은 외관적으로 거의 같으며, 수랭식과 공랭식의 다른 점은 후자가 응축기의 냉각을 외부의 공기로 하고 있다는 점이다. 종래에는 패키지형 공조기의 대부분을 수랭식이 차지하고 있었지만, 근래에 수질 악화와 수자원 부족이라 하는 문제 등으로부터 공랭식이 차지하는 비율이 점차 증가하는 경향이 있다.

◇ 난방방식에 따른 패키지형 유닛의 분류

난방방식에 의해서 패키지형 유닛을 분류하면, 히트펌프(heat pump)에 의한 방식과 전기히터 또는 온수·증기히터의 가열코일을 유닛 속에 내장시켜 난방하는 방식으로 구분된다. 히트펌프방식은 이전 지하수가 비교적 풍부했을 때는 지하수를 열원으로 하는 수열원의 히트펌프를 사용하는 방식이 많았지만, 최근 외기를 열원으로 하는 공기열원식으로 바뀌어 가고 있다.

이 공기열원식 히트펌프는 그 구조가 공랭식의 냉방 전용패키지형 공조기와 거의 같지만, 냉동사이클 중에 사방교체밸브가 설치되어 있고, 이 밸브의 작동에 의해서 열펌프운전으로 교체된다. 이 방식은 외기의 열을 압축기의 운전에 의해서 압상해 난방을 하는 방식이므로 운전비가 저렴하고 공기를 오염시키지 않으며, 1대로 냉난방운전을 할 수 있어 보일러 등의 난방기가 불필요할 뿐 아니라 설치비도 싸게 되는 이점을 갖고 있으므로 특히 최근 이용률이 상당히 증가하고 있다.

◇ 패키지형 유닛의 용량 및 적용 용도

패키지형 공조기는 용도에 따라 각종 용량 및 형상의 것이 제작되고 있다. 용량이 적은 것은 0.6kW 정도부터 큰 것은 90kW 정도까지 광범위한 각종 형식의 기종이 있으며, 공조방식과 냉난방부하에 따라 다양하게 기종을 선택할 수 있다.

0.6~7.5kW 정도의 소용량인 것은 냉풍을 직접 실내로 취출하는 바닥설치형의 것을 중심으로 덕트에 접속할 수 있는 형상과 천장에 매달 수 있는 것 등이 있다.

이처럼 소형의 패키지형 공조기는 각 실마다 개 별로 운전할 수 있는 특징 때문에 호텔·빌딩 내에서 영업하는 상점·다방·미용실·사무실 등 의 공조설비에 널리 사용되고 있다. 또한 대규모 건물에서도 24시간 운전하는 수위실 등의 관리실과 시간외 운전이 필요한 회의실 혹은 특수한 온습도조건을 필요로 하는 전산실 등에 사용된다.

7.5kW 이상의 중·대용량의 패키지형 공조기 유닛은 주로 기계실에 설치하고, 공조하는 실내와는 덕트로 연결해서 송풍하는 덕트접속식 구조인 것이 대부분을 차지하고 있다.

이와 같이 대용량의 패키지형 공조기는 덕트로 송풍하는 중앙식 공조시스템으로 사용하는 것이 가능하므로 대규모 건물·공장·백화점·극장 등의 공조설비에 적합하다.

◇ 패키지형 유닛의 장단점 분석

패키지형 유닛의 기본적인 장점으로서는 우선 설비비·경상비가 싸고 시공이 용이하며 공기도 단축된다는 점이며, 취급이 간단해서 단독운전을 할 수 있고 대규모 건물의 부분공조도 용이하다. 또한 가설 건물 등에서 설치가 용이하며 유닛의 증설·변경계획에 대응하기 쉬워 그 수요가 증가하고 있는 방식이다. 그러나 이 방식은 단계적인 설비용량이므로 온습도제어의 정밀도가 낮고, 유닛이 분산·설치되므로 보수·관리가 번거로우며 일반적으로 고성능의 제진효율을 기대하기는 어렵다는 단점을 가지고 있다.

◇ 룸에어컨의 기본 구성과 특징

룸에어컨은 주택이나 소규모 사무실·상점 등에서 사용되는 소용량 패키지형 공조기로서, 일반적으로 공랭식인 것이 많다. 여기에는 윈도형(window형)과 스플릿형(split형)이 있으며, 윈도형은 [그림 4]에서와 같은 유닛을 창(또는 외벽)에 설치해 케이싱의 한쪽은 실내측, 다른쪽은 옥외에 노출시켜 사용한다. 스플릿형은 압축기, 응축기 등을 내장하는 옥외유닛과 공기냉각기, 송풍기를 내장하는 실내유닛을 냉매배관 및 전기배선으로 접속한 것이다. 룸에어컨(room air-conditioner)은 압축기, 공랭식 응축기, 공기냉각기, 송풍기, 공기여과기, 전기회로 등으로 구성되며, 압축기에는 전밀폐형의 왕복동식 압축기 또는 로터리식 압축기가 사용된다. 기능적으로는 냉방 전용형, 냉방 및 제습형, 냉난방형으로 구분되며, 제습형은 공기냉각기에서 냉각감습한 공기를 재열용 응축기를 이용해 재열하는 것으로 중간기의 제습운전에 사용된다. 냉난방형은 난방 시에는 공기열원식 열펌프로 사용하는 것으로, 냉난방의 교체는 냉매회로에서 행해진다. 공기열원식 열펌프에 있어서는 외기온도가 낮아지면 능력이 저하하기 때문에 보조가열기를 내장하고 있는 것이 많다.