1냉 / 난방 환기시스템 제안

2005. 5. 21.2005. 5. 21.설 비 제 안 서2007. 4.2007. 4.

㈜스터링테크

WFAU(Wide Fresh Air Handling Unit)

2냉 / 난방 환기시스템 제안

본 설비의 적용을 통하여 최소의 비용으로 최적의 실내환경을 조성함으로써 해당시설에 거주하는 사람의 건강을 지키고 , 에너지 비용의 최소화를 통해 , 지구온난화에 대한 범세계적인 노력에 적극 부응하는 결과를 기대하며 본 제안을 제출합니다 .

다음의 사항을 최우선 고려하여 제안 합니다 . 1. 상시 청정 외기 유입을 통한 쾌적한 실내환경 유지를 위한 설비 . 2. 간편한 유지보수 , 운전비용의 절감 , 사용 에너지의 절감을 고려한 설계 . 3. 봄철 황사와 꽃가루 등 외부 오염원의 실내 유입 방지를 위한 설계 . 4. 설비 공간을 최소화 하는 설계 .

1. 제안의 개요1-1 WFAU 란 ?

WFAU (Wide Fresh Air Handling Unit) 는 - 전기식 히트펌프형 공조설비 이다 . - 신선한 외기를 상시 유입하고 , 버려지는 에너지를 열 교환을 통하여 회수하는 공조설비이다 . - 전열교환기술과 대향류형히트펌프 기술로 탄생한 제품이다 . - 에너지 비용을 절감시키고 , 공조를 위한 설비비용과 에너지 절감 능력이 가장 뛰어난 설비이다 .

1-2 제안의 요지

3냉 / 난방 환기시스템 제안

2. WFAU 의 개요2-1 적용 기술

공기 대 공기 식 전열교환 환기장치( 리쿠퍼레이터 RecoupAerator)

대한민국 특허 제 157214 호미국발명특허 제 5069272 호일본발명특허 제 2832859 호유럽발명특허 제 0413814 호ORTEC 고효율기자재 인증고효율기자재 인증 1 호

히트펌프시스템 대한민국 특허 제 626549 호

압축기 일량을 감소시킬 수 있는코일구조 , 이 코일을 이용한히트펌프시스템

대한민국 특허 제 543232 호

4냉 / 난방 환기시스템 제안

2-1-2. EHP( 전기식히트펌프 ) System

• 히트펌프 시스템의 열교환기 ( 응축기 , 증발기 ) 제조기술로 공기와 냉매간의 진행방향을 동일 수평선상에서 , 공기는 전면에서 후면방향으로 , 냉매는 후면에서 전면방향으로 서로 마주하여 역류를 형성하는 대향류형 열교환기 기술 .

• 대향류형열교환기는 기존 직교류형의 한계인 난방시 응축기 LTD(Leaving Temperature Difference) 를 현재 LTD<14℃ 에서 LTD<-5℃ 까지 개선하여 난방 토출공기 온도를 응축온도 54℃ 보다 높은 59℃ 를 구현하여 추가적인 보조열원 ( 주로 전열히터 ) 없이 난방유효온도 (50℃) 이상으로 실내난방이 가능한 기술 .

• 히트펌프시스템에 대한 한국생산기술연구원의 KS9306 기준 표준난방 테스트 결과 -  1 차 테스트 COP 3.72(w/w), 2 차 테스트 COP 4.5(w/w) 달성 -  2 차 테스트 기준 국내기술대비 능력향상 50%, 에너지소비량 효율향상 34.5% 절감 ( 기존 EHP 대비 )

• 기존의 히트펌프 방식에서 콤프레셔를 기준으로 응축기 , 팽창변 , 증발기의 용량을 증가시킴으로써 냉동 ( 냉방 ) 능력 및 난방능력을 대폭 향상시킨 시스템 .

5냉 / 난방 환기시스템 제안

실내공기(20℃)

토출공기

(59℃)

30℃

52℃

59℃

과열구역(55℃~95℃, 20%)

응축온도구역(54℃,70%)

과냉구역(22℃~53℃, 10%)

대향류

히트펌프 응축기

실내공기(20℃)

토출공기

(40℃)

기존 히트펌프

과열구역(55℃~95℃, 20%)

응축온도구역(54℃,70%)

과냉구역(22℃~53℃, 10%)

응축기39℃

60℃

30℃

대향류형 코일의 원리

6냉 / 난방 환기시스템 제안

응축압력 저하를 통한 효율제고 원리

성적계수 (COP) = Q/AW P1 = 20.5kg/cm2 q1=5kg/cm2 일 때 COP=Q/aw1 (1) P2 = 15.0kg/cm2 q1=5kg/cm2 일 때 COP=Q1/aw2 (2)P3 = 13.0kg/cm2 q2=7kg/cm2 일 때 COP=Q2/aw3 (3)

성적계수의 크기(1) < (2) < (3)

압축기

응축기

팽창밸브

증발기

응축 압력p1

p2p3

압축기일당량 (AW)

aw1aw2aw3

냉동능력 Qq2

증발압력q1

난방능력 Q1

Q1Q2

7냉 / 난방 환기시스템 제안

8냉 / 난방 환기시스템 제안

정면도

평면도

측면도

S/A

O/A

E/AR/A

FAN ROOM FILTER COIL FAN ROOM

O/A E/A R/A S/AE/A2-2 외형도

9냉 / 난방 환기시스템 제안

• 에너지 사용량의 획기적인 절감

FAU System 을 적용하여 냉난방 공조 시스템을 구축하면 , 기존 중앙집중식 공조시스템에 비하여 절감 효율을 기존 시스템에 비해 50%~60% 의 절감 효과를 얻을 수 있다 .

• 중대형 공조시스템의 적용

대향류식 공기 -냉매 열교환기는 공기와 냉매간에 대향류를 형성하여 난방시 응축기 LTD(Leaving Temperature Difference) 를 “ -5℃” 이하로 형성하여 기존 기술에 비해 안정적인 운전상태(응축압력 20kg/ ㎠ -R22) 에서 추가적인 보조열원 없이 높은 토출공기온도 (59℃) 를 형성하여 150 평 이상의 중대형 공조시스템에 적용 할 수 있게 되었다 .

• 운전비용의 절감과 설비비의 절감

현재 많이 사용되고 있는 중앙집중식 냉난방설비는 간접시설 (냉각수 배관 , 냉각탑 )이 추가로 발생하고 , 난방시에는 효율이 낮고 이산화탄소 배출량이 많은 화석식 보일러를 사용하므로 고가의 초기 설비비와 공조설비의 운전비용이 과다하게 발생된다 .

• Pick 전력제어를 위한 Demand Control 이 용이

층별 개별운전이 가능하고 PICK 전력을 줄이기 위한 Demand Control 이 용이함 .

2-4. WFAU 장점

10냉 / 난방 환기시스템 제안

• 설비의 내구성 증대

FAU System 의 대향류형 열교환기 기술과 팽창변 제어기술 두 가지를 병행하여 냉난방기기에 적용할 경우 냉방 운전 시 공랭식이면서 수랭식과 같거나 낮은 응축압력 형성으로 안정된 운전으로 과부하가 발생하지 않아 핵심부품인 콤프레샤의 소손율이 감소하여 내구성이 증대 된다

• 수랭식 공조기의 단점 해결

수랭식 전용시설인 냉각탑의 수질관리 부재로 인한 레지오넬라균의 번식이 전혀 발생되지 않고 , 수랭식 냉각수용 펌프시설을 필요로 하지 않으며 이로 인해 냉각수 펌프의 운전비용도 전혀 발생하지 않게 된다 .

• 간접식 비용의 절감과 온실가스 배출의 단점 개선

중 , 대형 공조기기의 주종인 수랭식기기가 냉각수의 특성상 겨울철에 빙점이하의 운전이 불가한 관계로 냉방전용기기로만 사용되고 난방 시 추가적인 화석식 보일러를 설치하여 간접식 시설을 운용하여 간접운전에 따른 추가적인 비용의 발생과 온실가스 (CO2) 배출의 단점도 개선 할 수 있다 .

11냉 / 난방 환기시스템 제안

3-2. 제품별 에너지 효율 비교EHP FAU형 ( )기존시스템 흡수식 냉온수기

[RT]냉방용량 720 720

[KCAL/H]난방용량 1,821,600 1,821,600

[kw/h]냉방소비전력 590 45

[kw/h]난방소비전력 690 45

150/22.5

290 290

냉방 880 485

난방 980 357

408,960/471,589

기본 61,814,000 30,381,000

사용 322,717,000 165,606,000

합계 384,531,000 195,987,000

0 367,373,000

384,531,000 563,360,000

100 147

[ ]전력요금 원

[%]년간운전비용비율

[ ]연간총운전비 원

[ ]가스요금 원

구 분

히 트

펌 프

[N /h] ( / )가스소비량 ㎥ 냉방 난방

[kw/h]공조기소비전력

[kw/h]( / )펌프소비전력 냉방 난방

[kw]총 소비전력

12냉 / 난방 환기시스템 제안

3-3. 년간 운전비 내역 ( 흡수식 )

◈ 비교조건

• : ( ) 1 A( )요금제도 일반용 전력 갑 선택 고압 서울지역

• : 24냉방시간 시간 • : 24난방시간 시간• : 10 ~ 3 난방기간 월 월

( )실내공조기• : 720R/T냉방부하 • : 1,821,600kcal/h난방부하

• : 4 ~ 9 냉방기간 월 월

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월

가동일수 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

가동시간 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18

월사용요금( : )단위 천원

13,347 10,716 7,415 9,866 9,003 13,971 24,233 24,233 15,717 10,842 12,916 13,347

년간사용요금

년간기본요금

1년요금총계 165,606,000 + 30,381,000 = \ 195,987,000

67 67

\ 165,606,000

x x = 기본요금 전력량 개월수 년간기본요금 5,480 x 462 x 12 = \ 30,381,000

94 94 63 6767

199,206

357 357

63 63 63

249,480 257,796 249,480 257,796 199,206 156,600 161,820 192,780 257,796

462 462 462 290357 290 462 462전력량(kw/ h)전력량(kw/ )月

전력요금(kw/ )원 67 67

357 357

199,206 179,928

13냉 / 난방 환기시스템 제안

◈ 비교조건

• : 6 ~ 9 (m3 273 ) 1 ~ 5 , 10 ~ 12 (m3 515 )요금제도 월 월 냉방요금 당 원 월 월 월 월 일반가스요금 당 원

• : 24냉방시간 시간 • : 24난방시간 시간• : 4 ~ 9 냉방기간 월 월 • : 10 ~ 3 난방기간 월 월

( )일반공조기• : 720R/T냉방부하 • : 1,821,600kcal/h난방부하

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월

가동일수 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

가동시간 18 16 10 0 10 16 18 18 16 5 12 18

월사용요금( : )단위 천원

56,727 45,544 31,515 27,364 22,460 26,110 26,110 22,460 15,758 36,598 56,727

년간사용요금

년간기본요금

1년요금총계

515

\ 367,373,000

x x = 기본요금 전력량 개월수 년간기본요금

110,149 가스요금(m3/ )원

273 273 273

71,064

\ 367,373,000

273 515 515 515515 515 515 515

95,641 95,641 82,272 30,597

197.4 197.4 197.4

가스소비량(m3/ )月 110,149 88,435 61,194 - 53,134 82,272

171.4 171.4 171.4 171.4197.4가스소비량(m3/h) 197.4 197.4 197.4 171.4

3-4. 년간 운전비 내역 ( 흡수식 )

14냉 / 난방 환기시스템 제안

3-5. 연간 운전비 내역 (WFAU)

◈ 비교조건

• : 24난방시간 시간• : 1,821,600kcal/h난방부하• : 720R/T냉방부하

( )실내공조기

• : 24냉방시간 시간• : 4 ~ 9 냉방기간 월 월• : ( ) 1 A( )요금제도 일반용 전력 갑 선택 고압 서울지역

• : 10 ~ 3 난방기간 월 월

1월 2월 3월 4월 5월 6월 7월 8월 9월 10월 11월 12월

가동일수 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

가동시간 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18

월사용요금( : )단위 천원 10,842 9,793 10,842 9,866 10,195 9,866 15,211 15,211 9,866 10,842 10,492 10,842

년간사용요금

년간기본요금

1년요금총계

전력량(kw/ )月

전력요금(kw/ )원

x x = 기본요금 전력량 개월수 년간기본요금 5,480 x 290 x 12 = \ 19,070,000

133,868,000 + 19,070,000 = \ 152,938,000

67 67 67

\ 133,868,000

161,820

67 67 67 63 63 63 94 94 63

161,820 156,600 161,820 156,600

290 290 290

161,820 146,160 161,820 156,600 161,820 156,600 161,820

290 290 290 290 290290 290290 290전력량(kw/ h)

15냉 / 난방 환기시스템 제안

◈ 비교조건 (EHP FAU )형 냉난방• : 720R/T냉방부하 • : 1,821,600kcal/h난방부하• : 18냉방시간 시간 • : 18난방시간 시간• : 4 ~ 9 냉방기간 월 월 • : 10 ~ 3 난방기간 월 월• : ( ) 1 A( )요금제도 일반용 전력 갑 선택 고압 서울지역

3-6. 연간 운전비 내역 (WFAU)

  1 월 2 월 3 월 4월 5 월 6 월 7 월 8 월 9 월 10 월 11 월 12 월가동일수 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31가동시간 18 16 10 0 10 16 18 18 16 5 18 12

EHP 전력량(kw/h) 650 550 470 410 410 477 590 590 470 410 620 510

에너지 회수효율 27% 27% 26%   24% 23% 22% 22% 23% 24% 27% 26%

실소비전력량(kw/h) 475 402 348 410 312 367 460 460 362 312 453 377

전력량(kw/ 月 )

264,771

179,872

107,818 - 96,59

6 176,29

9 256,79

2 256,79

2 173,71

2 48,298 252,551

135,864

전력요금(kw/ 원 ) 67 67 67 63 63 63 94 94 63 67 67 67

월사용요금( 단위 : 천원 ) 17,740 12,051 7,224 - 6,086 11,107 24,138 24,138 10,944 3,236 16,921 9,103

년간사용요금 \142,687,719년간기본요금 기본요금 x 전력량 x 개월수 = 년간기본요금 5,480 x 650 x 12 =\42,744,000 1 년요금총계 142,687,719 + 42,744,000 = \185,431,719

16냉 / 난방 환기시스템 제안

기존 SYSTEM(흡수식 )EHP 형 FAU 시스템

냉각탑 실외기

공조기

공조기

공조기

직팽식공조기

직팽식공조기

직팽식공조기

흡수식냉온수기PUMP

냉각수배관

냉수배관

냉매배관

DUCT

3-6. 설치공간 구조비교

17냉 / 난방 환기시스템 제안

배관 및 부대설비를 배제 함으로써 자원절약 및 ENERGY 절감 , 환경오염을 대폭적으로 개선할 수 있는 SYSTEM

* 옥탑 층

1. 냉각 탑이 필요 없음 .

2. 급수 LINE 이 필요 없음 .

3. 냉각수배관이 필요 없음 .

4. 냉각수에 의한 수질오염이 없음 .

* 지하층

1. 기계실을 부가가치가 높은 타 용도 로 이용할 수 있음 .

2. 냉각수 PUMP 및 배관이 필요 없음 .

3. 냉수 PUMP 및 배관이 필요 없음 .

4. 배관계통의 보수 유지비 대폭 절감 .

5. 화석연료 연소에 의한 공해물질 배출이 필요 없음 – 탄소배출량 감소효과 탁월 .

6. 급수가 불필요 하므로 저수조를 대폭 감소

7. 중앙 제어 식 방대한 자동제어가 간단하게 구성됨 .

8. 층별 개별운전이 가능하고 PICK 전력을 줄이기 위한 DEMAND CONTROL 이 최고 용이함 .

9. PUMP 류의 반송동력 및 물을 사용하지 않으므로 ENERGY 가 대폭 절감됨 .

4. 제안 설비의 장점

18냉 / 난방 환기시스템 제안

㈜스터링테크