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1. 오피스텔 공조시스템 설계
1.1. 개요
오피스텔은 업무용 공간이다. 해당 오피스텔은 지상 15층과 지하 3층으로 구성되어 있다. 지하 1,2층은 주차장이며, 지하 3층은 기계실과 공조실이다. 건물의 바닥면적은 지상층이 2,000㎡, 지하층이 5,600㎡이다. 코어 비율은 기준평면의 20~25% 수준으로 설계되었다. 이 건물의 공조 및 설비 시스템을 종합적으로 설계하고자 한다.
1.2. 공조 풍량 계산
건물의 공조 풍량은 공조 면적, 바닥면적당 현열량, 비열, 비중, 온도차 등을 고려하여 산정할 수 있다. 이 건물은 지상 15층, 지하 3층의 오피스텔로 지상층 바닥면적은 2,000㎡이다. 공조 제외 면적인 공조실 70㎡와 코어 250㎡를 제외한 공조면적은 1,680㎡이다. 바닥면적당 현열량은 70㎉/h, 비열은 0.24㎉/㎡, 비중은 1.2㎉/㎏, 온도차는 10℃로 가정할 수 있다.
공조 풍량(Q)은 {현열량(70㎉/h) × 공조면적(1,680㎡)} / {비열(0.24㎉/㎡) × 비중(1.2㎉/㎏) × 온도차(10℃)}로 계산할 수 있다. 이를 통해 산출된 공조 풍량은 41,000㎥/h이다. 단위 변경을 위해 분당 풍량으로 환산하면 684㎥/min이 된다.
따라서 이 건물의 공조 풍량은 41,000㎥/h, 684㎥/min이다.
1.3. 송풍기 선정
송풍기는 급기팬과 환기팬으로 구성되며, 이들 송풍기의 정압과 효율을 고려하여 선정한다.
급기팬의 정압은 100mmAq, 급기팬의 팬효율은 평균 70%로 선정한다. 이에 따라 계산한 급기팬 동력은 15.95kW이며, 모터효율을 고려하면 17.7kW의 동력이 필요하다.
환기팬의 정압은 40mmAq, 환기팬의 팬효율은 평균 60%로 선정한다. 계산한 환기팬 동력은 7.4kW이며, 모터효율을 고려하면 8.2kW의 동력이 필요하다.
따라서 급기팬은 41,000㎥/h, 100mmAq, 17.7kW의 사양으로, 환기팬은 41,000㎥/h, 40mmAq, 8.2kW의 사양으로 선정한다.
이처럼 공조 풍량, 정압, 동력 등의 계산 결과를 바탕으로 송풍기를 적절히 선정하는 것이 중요하다.
1.4. 냉각 코일 용량 산정
기계실의 냉방부하는 현열량 70㎉/h와 잠열량 20㎉/h를 합한 총 냉방부하 151,200㎉/h이다. 또한 필요외기량은 1인당 30㎉/h, ㎡당 0.15인~0.2인 기준으로 계산하면 약 10,000㎥/h이다. 오피스텔의 공조기 급기 팬 풍량은 41,000㎥/h이며, 이중 실외공기 10,000㎥/h와 실내공기 31,000㎥/h가 혼합되어 공조기로 유입된다.
실내공기와 실외공기의 가중평균 온도는 27.5℃이며, 가중평균 습도는 55%이다. 이렇게 혼합된 공기의 엔탈피는 14.5㎉/㎏이다. 반면, 공조기 냉방시 코일이 접촉하는 최대 토출온도는 16℃, 상대습도 90%로 이때의 엔탈피는 10㎉/㎏이다.
따라서 냉각코일의 용량은 풍량 41,000㎥/h, 공기의 비중 1.2, 엔탈피 차이 14.5㎉/㎏ - 10㎉/㎏ = 4.5㎉/㎏를 대입하여 계산하면 221,400㎉/h이다.
1.5. 가열 코일 용량 산정
공조하기 위해 필요한 난방 열량은 현열량 50㎉/h이다. 실내공기 31,000㎥/h와 실외공기 10,000㎥/h가 섞여 만들어지는 mixing된 공기의 가중평균 온도는 12.2°C, 가중평균 습도는 52.4%이다.
이를 바탕으로 공조기 표출온도를 구하고자 한다. 공조풍량 Q를 이용하여 온도 차이 △t를 역산할 수 있는데, Q = {현열량} / {비열 × 비중 × △t}에서 △t = 50㎉/h × 1680㎡ / (0.24 × 1.2 × Q)로 계산하면 △t = 7.1℃이다.
따라서 공조기 표출온도는 실내온도 20°C에 △t 7.1°C를 더한 27.1°C가 된다. 이때 mixing된 공기의 엔탈피는 5.5㎉/h이고, 공조기 난방시 표출온도의 엔탈피는 9.5㎉/h이다.
이를 통해 가열코일의 용량을 구할 수 있는데, 가열코일 용량 = 풍량 × 비중 × (표출온도 엔탈피 - mixing 엔탈피) = 41,000㎥/h × 1.2 × (9.5㎉/㎏ - 5.5㎉/㎏) = 196,800㎉/h가 된다.
1.6. 공조기 및 공조실 설계
오피스텔의 공조 시스템을 설계하기 위해서는 공조기와 공조실의 크기와 구조를 면밀히 검토해야 한다. 오피스텔은 지상 15층, 지하 3개층으로 구성되어 있으며, 지하 1층과 2층은 주차장, 지하 3층은 기계실과 공조실로 계획되어 있다. 지상층의 바닥면적은 50m × 40m = 2,000㎡이며, 공조 제외 면적인 공조실(70㎡)과 코어(250㎡)를 제외하면 각 층의 공조면적은 1,680㎡이다. 이를 기반으로 공조 풍량, 냉방 및 난방 부하, 공조기와 공조실의 크기를 산정할 수 있다.
공조 풍량은 바닥면적당 현열량 70㎉/h와 공조면적 1,680㎡를 적용하여 계산할 수 있다. 계산 결과 공조 풍량은 41,000㎥/h로 나타난다. 이를 기반으로 급기팬과 환기팬의 정압과 동력을 산정하면 각각 100㎜Aq, 17.7kW와 40㎜Aq, 8.2kW가 된다.
냉각 코일 용량은 공조면적 1,680㎡와 냉방부하 151,200㎉/h를 적용하여 221,400㎉/h로 산정된다. 또한 가열 코일 용량은 공조면적 1,680㎡와 난방부하 1...
