공기조화기(AHU) 공기 시스템
상업용 건물의 모든 강제순환식 공조 시스템은 명판에 무엇이라고 쓰여 있든 같은 과정을 중심으로 구성됩니다. 실내에서 공기를 끌어내 일부를 외기로 교체하고, 여과하고, 가열하거나 냉각한 뒤 다시 밀어 보냅니다. 이 모든 일을 하는 상자가 공기조화기(AHU)입니다. 이 페이지에서는 공기 한 덩어리가 각 구간을 차례로 지나가는 경로를 따라갑니다. 이 경로를 이해하면 모든 AHU 그래픽과 혼합공기 경보, “급기 온도가 왜 이상하지?”라는 모든 문의를 더 쉽게 해결할 수 있습니다. 처음부터 끝까지 한 가지 질문에 답합니다. 공기는 공기조화기를 통과하면서 어떻게 변할까요?
장비 앞에 서서 AHU, RTU, 보충공기 유닛, 팬코일 중 무엇이라고 불러야 할지 모르겠나요? 이 장비 계열을 구분하는 방법은 별도의 주제이며 이 장의 다른 페이지에서 설명합니다. 아래 내용은 모든 장비가 공유하는 구조를 일반 조립형 공기조화기로 나타낸 것입니다. 여기서 경로를 익히면 모든 장비 내부에서 같은 구성을 알아볼 수 있습니다.
처음부터 끝까지 이어지는 공기 경로
아래 그림 하나에 전체 과정이 담겨 있습니다. 공기는 회기 그릴을 통해 실내를 떠나 회기 덕트를 타고 유닛으로 돌아옵니다. 유닛 직전에서 일부는 배기·릴리프 개구부를 통해 건물 밖으로 버려지고, 나머지는 혼합부로 내려가 신선한 외기와 합류합니다. 이렇게 섞인 혼합공기는 필터를 통과한 다음 가열 코일과 냉각 코일을 지나며 온도가 바뀝니다. 냉각 코일 표면이 젖어 있으면 수분도 달라집니다. 마지막으로 급기 팬이 완성된 급기를 실내로 다시 밀어 보냅니다. 이 과정은 매일 온종일 반복됩니다.
옥상형 유닛을 본 적이 있나요? · 같은 구성입니다
패키지형 RTU는 이 그림의 구성을 지붕 위 내후성 케이스에 접어 넣은 장비입니다. 흡입 후드 뒤의 혼합 댐퍼, 필터 랙, 코일, 급기 팬 등 모든 구간이 더 작게 만들어져 공장에서 미리 조립되어 있습니다. 실질적인 차이는 하나입니다. RTU는 플랜트에서 공급받는 온수·냉수 코일 대신 보통 가스 열교환기와 냉각 코일을 갖춥니다. 이 코일은 같은 캐비닛 안에 압축기와 응축기를 둔 자체 냉매 사이클의 증발기입니다. 같은 날 RTU와 조립형 AHU를 차례로 살펴보면 각 구성요소가 같은 순서로 배치되어 있음을 확인할 수 있습니다.
세 덕트가 만나는 혼합부
첫 번째 구간은 공기를 처리하는 대신 교환하는 유일한 곳이라 혼동하기 쉽습니다. 이곳에는 세 개의 댐퍼가 있습니다. 건물 공기를 얼마나 재사용할지 정하는 회기 댐퍼, 환기용 외기를 얼마나 들일지 정하는 외기 댐퍼, 유입 공기가 들어올 자리를 만들기 위해 건물 밖으로 얼마나 내보낼지 정하는 배기·릴리프 댐퍼입니다. 외기를 들이는 이유는 무엇일까요? 온도가 아니라 사람을 위해서입니다. 사람이 있는 건물은 환기를 위해 일정량의 외기를 계속 공급해야 하며, 법규가 최소량을 정합니다. 들어온 공기만큼은 다시 나가야 합니다. 유닛이 외기를 들이면서 아무 공기도 내보내지 않으면 건물이 천천히 풍선처럼 부풀어 로비 문이 저절로 열려 있고 출입할 때마다 공기가 거세게 빠져나갑니다. 릴리프 공기가 어디로 가고 공기량 수지가 맞지 않으면 어떤 일이 일어나는지는 이 장의 다른 페이지에서 설명합니다. 여기서는 공기 교환이 이 구간에서 이루어진다는 점을 기억하세요.
기본 유닛이 최소 환기량으로 운전할 때 구성은 단순합니다. 외기(OA) 댐퍼는 최소 개도, 즉 법정 환기량을 충족할 만큼만 열려 있고, 회기(RA) 댐퍼는 대부분 열리며, 릴리프 댐퍼도 이에 맞춰 조금 열립니다. 세 댐퍼는 서로 연동되어 함께 움직입니다. 최소 개도보다 더 열어 외기로 건물을 무상 냉방하는 운전은 시퀀스입니다. 이는 자체 로직과 고장 형태를 가진 완전히 별개의 판단이며 이 장의 다음 페이지에서 설명합니다. 이 페이지에서는 모든 댐퍼를 최소 개도로 유지합니다.
계산 예제 · 혼합공기 온도
혼합 온도는 단순한 가중평균을 따릅니다. 회기가 75 °F로 돌아오고, 외기는 35 °F인 아침이며, 댐퍼가 최소 20 %로 열려 있다고 가정합니다. 그러면 혼합공기의 80 %는 회기이고 20 %는 외기입니다. 계산을 읽기 쉽게 하기 위해 명령 개도를 풍량 비율로 간주한 것입니다. 실제 댐퍼 풍량은 스트로크에 선형적으로 비례하지 않습니다. °F 단위에서는 0.8 × 75 + 0.2 × 35 = 60 + 7 = 혼합공기 67 °F입니다. °C 단위로는 0.8 × 23.9 + 0.2 × 1.7 ≈ 19.5입니다. MA-T 센서는 이 값을 읽어야 합니다. 값이 일치하지 않는다면 BMS 명령과 관계없이 실제 댐퍼 위치가 어디인지 그 차이가 알려 줍니다. 혼합 과정 중 온도는 이처럼 단순하지만 수분은 더 복잡합니다. 습공기 상태 해석 기초에서 이를 설명하며, 공기 혼합 계산기에서 실제 기류를 혼합해 볼 수도 있습니다.
필터를 지나 코일로
혼합부를 나온 공기는 가장 먼저 필터에 닿습니다. 하류의 모든 장비가 비싸기 때문에 필터는 언제나 앞에 위치합니다. 코일은 얇은 핀이 촘촘하게 쌓인 구조입니다. 먼지가 쌓이면 열전달 성능은 급격히 떨어지고 압력손실은 커집니다. 대신 필터가 먼지를 받아 내며 자신의 상태도 알려 줍니다. 여재에 먼지가 쌓일수록 필터 전후 차압이 증가합니다. 그래서 필터 랙 양쪽에는 ΔP 스위치나 센서가 설치됩니다. 모든 “필터 경보”를 발생시키는 BMS 포인트이며, 달력보다 신뢰할 만한 상태 값입니다.
다음은 공기를 실제로 변화시키는 코일 구간입니다. 가열 코일은 온도만 높이고 공기 속 수분은 그대로 통과시킵니다. 냉각 코일은 두 가지 일을 합니다. 온도를 낮추고, 핀 표면 온도가 공기의 보다 낮아지면 기류의 수분이 핀에 응축됩니다. 그래서 코일 아래에 드레인 팬과 응축수 배관이 있으며, 이 배관이 막히면 두 층 아래 천장에 물자국이 나타나기도 합니다. 냉각 코일 출구의 일반적인 설계 목표는 약 55 °F입니다. 이 지점에서 수배관 측과 연결됩니다. 조립형 유닛에서 이 코일들은 수배관 부하입니다. 기계실에 설치된 장비가 아니라 공기를 둘러쌀 뿐, 부하 배관에서 살펴본 것과 같은 2방 또는 3방 밸브와 공급·환수 배관을 사용합니다. 코일 용량 선정 계산기에서 실제 부하에 맞춰 코일 용량을 선정해 보세요.
공기를 실제로 움직이는 급기 팬
상류의 모든 구성요소는 공기를 조화하지만 공기를 움직이지는 않습니다. 급기 팬은 상자 안에서 공기를 움직이는 유일한 장치입니다. 여기서 그린 가장 일반적인 흡입형(draw-through) 배치에서는 팬이 코일 하류에 있어 코일을 가로질러 공기를 끌어당긴 뒤 급기 덕트로 밀어 넣습니다. 두 가지를 기억해 두세요. 첫째, 팬 자체도 약간의 열을 더합니다. 모터의 일이 기류의 열로 바뀌므로 토출공기는 코일 출구 공기보다 약 1 °F 높습니다. 그래서 토출공기 온도 센서인 DA-T는 코일 계산값과 정확히 일치하지 않습니다. 둘째, 현대식 유닛의 팬에는 가변주파수 드라이브(VFD)가 적용되어 건물 요구에 따라 속도를 바꿀 수 있습니다. 유닛이 얼마나 빠르게 운전할지를 정하는 루프는 별도의 제어 주제이며 이 장의 다른 페이지에서 설명합니다.
전체 경로를 정리하면 다음과 같습니다. 회기가 들어오고, 혼합부에서 일부를 외기로 교체하고, 필터로 여과한 뒤, 코일에서 가열하거나 냉각하며 필요하면 제습하고, 팬이 다시 밀어냅니다. 이 장의 나머지 내용 대부분은 이 구간 중 하나와 연결됩니다. 댐퍼를 최소 개도보다 더 열어야 하는 시점은 외기냉방, 추운 아침 코일 파열을 막는 수단은 코일 동결 방지, 릴리프 공기의 행선지는 건물 압력, 급기 덕트 끝의 박스가 하는 일은 VAV 시스템, 팬이 운전 속도를 결정하는 방식은 덕트 정압, 환기를 전용 유닛에 맡길 때의 변화는 외기전담공조에서 설명합니다. 이 페이지가 지도라면 나머지는 각 지역에 해당합니다.
센서로 유닛 경로 따라가기
각 구간은 단순한 구조가 아니라 BMS 그래픽에 실제로 표시되는 포인트입니다. 공기 경로 순서대로 RA-T, OA-T, MA-T, DA-T입니다. 왼쪽에서 오른쪽으로 읽는 것이 곧 유닛을 따라 걷는 일입니다. 아래에서 외기 온도를 설정하고 코일 운전 상태를 선택한 뒤 각 구간에서 공기가 어떻게 변하는지 살펴보세요. 위 혼합부 설명과 마찬가지로 댐퍼는 최소 20 %에 고정됩니다. 아무리 추운 아침이라도 이 방식으로는 혼합공기가 위험할 정도로 차가워질 수 없다는 점을 확인한 다음, 마지막 프리셋을 실행해 보세요.
외기 비율을 20 %로 고정한 이유는 무엇일까요? 댐퍼를 최소 개도보다 더 열어 외기로 건물을 무상 냉방할 시점을 판단하는 일은 의 역할이며, 은 별도 페이지에서 설명하기 때문입니다. 여기서 중요한 것은 최소 개도가 제공하는 이점입니다. 혼합공기의 80 %가 75 °F 회기이므로 슬라이더에서 가장 추운 아침을 선택해도 혼합공기는 충분히 따뜻하게 유지됩니다. 최소 개도는 계산상 겨울철에도 안전합니다. 고장 프리셋은 이 계산이 성립하지 않을 때의 모습을 보여 줍니다. 그때 뒤에서 지켜 주는 장치들은 코일 동결 방지에서 설명합니다. (여기서는 온도만 다룹니다. 혼합 과정의 수분 측면은 습공기 상태 해석 기초에서 설명합니다.)