최종연구보고서 국사냉각설비설계기술및표준정립에관한연구 · 설비설계기술과전자교환기실의공조방식에대한현황조사및비교분석을실시하였다

최 종 연 구 보 고 서

국사냉각설비 설계기술 및 표준정립에 관한 연구

A Study for Design Technology and Standardization of the

Building with Telecommunication System

수 탁 기 관

한국에너지기술연구소

한 국 전 자 통 신 연 구 원

제 출 문

한국전자통신연구원장 귀하

본 보고서를 국사냉각설비 설계기술 및 표준정립에 관한

연구의 최종연구 보고서로 제출합니다.

년 월 일1998 11

수탁기관 한국에너지기술연구소:

수탁기관장 최 수 현:

수탁책임자 조 성 환:

참여연구원 :

신 기 식

태 춘 섭

조 수

나 기 태

장 철 용

요 약 문

제목1.

국사냉각설비설계기술 및 표준정립에 관한 연구

A Study for Design Technology and Standardization of the

Building with Telecommunication System

연구목표 및 중요성.Ⅱ

국내 교환국사내의 교환기실에는 전전자교환기 등이 교환회(TDX>Time Division Exchange)

선수에 따라 수십 대씩 설치되어전화 통신의 송수신교환 기능을 수행하고 있으며 최근 각종

전화사용의 수요가 급증함에 따라 교환기실내의 교환기수가 점점 증가하고 고속통신을 위,

해 교환기의 성능 또한 더욱 높아지게 되었다 이에 따라 교환기로부터 방출되는 열로 인한.

교환실의 발열밀도가 점점 높아져 기계식 교환기를 운용하였던 과거에는 발열밀도가 교환기

실 바닥면적 당 정도였으나 전전자교환기인 현재에는 에 이1 100W(100W/ ) 300~600W/㎡㎡㎡

르고 용 교환기로 향상될 향후에는 를 넘을 것ISDN(integrated Service Network) 1000W/㎡

으로 예상하고 있다.

따라서 국사건물의 설계시 신뢰성 효율성 유연성을 기하고 또한 교환기실의 고발열부하를, ,

냉각하기 위한 효율적인 공조방식과 이에 대한 설계기준이 필요하다 이에 따라 본 연구에.

서는 참고문헌과 설계도서류를 통하여 현재 세계 각국 및 국내에서 사용하고 있는 국사건물

설비설계기술과 전자교환기실의 공조 방식에 대한 현황조사 및 비교분석을 실시하였다 그.

리고 국내 대표적인 전화국으로서 중앙전화국의 에너지시뮬레이션을 통하여 건물전체의 통

합설계기술개발 및 전자교환기실 공조방식 설계기준 작성에 필요한 최적설계안 및 기초자료

를 제시하고자 한다.

연구결과.Ⅲ

본 연구에서 수행한 연구내용은 기초자료조사 사례분석결과 및 에너지성능평가로 세부적으,

로 나타내면 아래와 같다.

기초자료 조사●

국사건물의 설비설계를 위한 기초연구로서 국사건물 각 실의 용도 및 설비적인 고려사항1. ,

기계설비관련실의 최소면적 기준 부하계산기준 및 환경조건 교환기종류 및 자체발열량 설, , ,

비관련 법규조사 등 설비설계를 위하여 필요한 기초자료를 분석 정리하였다.ㆍ

국사건물 전체에 대한 설비계획으로서 열원 및 공조설비 위생설비계획시 고려사항을 분2. ,

석 정리하였으며 국사건물의 중심이 되는 교환기실의 공조설비에 대해서 개국 가지의6 9ㆍ

사례를 통해 각 공조방식의 특징 및 장단점을 조사 분석하였다.ㆍ

차후 우리나라 설계기준 작성의 참고가 될 수 있는 예로서 미국 의 공조방식 및3. NEBS

환경조건 교환기실 레이아웃 등을 분석 정리하였다, .ㆍ

사례분석 결과●

여러 가지 공조방식의 장단점을 종합한 결과 일본의 방식 바닥플레넘급기1. NTT-MACS ( +

천장플레넘환기방식 이 가장 우수한 것으로 판단되었으며 이 외에도 영국의 천장플레넘급기)

수평환기방식 독일의 바닥플레넘급기 수평환기방식 미국의 방식 바닥플레넘급기+ , + , MCS ( +

천장플레넘환기방식 등이 우수한 공조방식으로 판단되었다) .

교환기실내의 온습도 소음 청정도 기류속도 및 기류분포 등 환경적인 면만을 고려한다2. , , ,

면 스웨덴의 방식이 가장 우수한 것으로 판단되었으나 이 방식은 결로 및 누수의ERICOOL

위헌이 있다.

우리나라에서 사용하고 있는 패키지 공조방식이나 중앙공조방식은 에너지 절약적인 면이3.

나 온도분포 면에서 우수하지 못한 공조방식으로 판단되었다.

에너지성능평가 결과●

국사건물의 부분별 전력사용량에 있어서의 비율은 교환기기가 로 가장 많았고 이1. 57.36% ,

를 냉각시키기 위해 사용되는 전력이 로 교환기기와 관련되어 사용되는 전력이 총26.84%

전력사용량의 로 큰 비중을 차지하고 있는 반면 난방을 하기 위한 전력사용량은84.2%

로 극히 적게 나타났다0.02% .

건물부문에서의 민감도분석결과 일사량의 영향을 덜 받는 북쪽에 교환기실을 배치하는2.

것이 효과적이며 건물외피에 있어서는 가 높아질수록 그리고 창의 차폐계수가 낮아, U-value

질수록 효과적이었는데 이는 연중 냉방부하가 발생하는 국사건물의 특성상 외피의 단열이

덜 될수록 그리고 일사의 영향은 적게 받을수록 건물의 에너지 절약율이 증가하기 때문이

다 따라서 건물 외피의 에너지성능을 최적화 할 외피디자인의 조합을 주의 깊게 선택하여.

야만 한다.

설비부문에서의 민감도분석결과 교환기실의 냉방온도 설정을 이상으로 탄력성 있게3. 25℃

운용할 필요성이 있었고 시스템방식에 있어서는 개별공조방식과 중앙공조방식의 적절한 조

합의 필요성이 있었다.

하절기를 제외한 동절기와 중간기에 교환기실에 외기를 도입하여 냉방을 운용할 경우 외4.

기의 도입량이 많아질수록 연간 냉난방에 대한 전력소비량이 감소되었고 연간 냉난방에 대,

한 전력사용량이 최고 총전력사용량에 대하여 로서 가장 민감한 반응을 보53.87%, 15.82%

였다 또한 외기 도입률이 까지는 에너지절약양이 큰폭으로 감소되었고 그 이후에는 완. , 50%

만한 변화를 나타냈기 때문에 이내로 도입하는 것이 적절하게 나타났다50% .

본 연구에서 검토된 건물 및 설비부문에 대한 를 선정하여 시뮬레이션을 수행한 결5. ECO

과 연간 를 절약할 수 있는 것으로 나타났고 연간 냉난방에 대한 에너지 사용량1798MWh ,

과 비교를 할 때 의 에너지 절감 효과를 가져오며 연간 총에너지 사용량과 비교를58.28% ,

하면 총 의 절감효과를 낼 수 있는 것으로 나타났다17.11% .

본 연구에서 제시된 결과들은 국사건물에서의 통합설계 지침을 작성하는데 에너지 절약측면

에서 유용하게 이용될 수 있다.

목 차

제 장 서 론1

제 절 연구목적 및 필요성1

제 절 연구내용 및 방법2

제 절 국내외 연구동향3

제 절 연구결과의 기대효과4

제 장 국사건물의 설비설계를 위한 기초자료2

제 절 국사건물 각 실의 용도 및 설비적인 고려사항1

제 절 기계설비관련실의 최소면적 기준2

제 절 부하계산기준 및 환경조건3

제 절 교환기의 개론4

제 절 통신기기별 자체발열량5

제 절 설비관련 법규조사6

제 장 국사건물의 설비계획3

제 절 설비계획의 개요1

제 절 열원 및 공조설비 계획2

제 절 위생설비 계획3

제 장 교환기실의 공조설비4

제 절 각 국의 교환기실 공조설비 사례1

제 절 공조방식의 특징 요약2

제 장 미국 국사건물 설계기준의 예5

제 절 의 구성1 NEBS

제 절 의 공조방식2 NEBS

제 절 의 환경조건3 NEBS

제 절 의 교환기실 계획4 NEBS

제 장 국내 국사건물의 에너지성능 평가6

제 절 서론1

제 절 에너지 해석 도구2 (DOE-2.1E)

제 절 국사건물의 에너지 해석 모델링3

제 절 결과 및 고찰4

제 장 결론7

참고문헌

부록

표 목 차

표 보일러실의 면적 기준< 2-1>

표 공조기실의 면적 기준< 2-2>

표 물탱크실의 면적 기준< 2-3>

표 화장실 위생배관 수직샤프트의 면적 기준< 2-4>

표 공조배관 수직샤프트의 면적 기준< 2-5>

표 하론용기 저장실의 면적 기준< 2-6> NAF-S ,Ⅲ

표 우리나라의 설계외기조건< 2-7>

표 지방별 외기의 냉 난방설계용 온 습도 및 엔탈피< 2-8> ㆍ ㆍ

표 국사건물의 실내설계조건< 2-9>

표 사무실의 실내설계조건< 2-10>

표 회의실의 실내설계조건< 2-11>

표 식당의 실내설계조건< 2-12>

표 홀 및 복도의 실내설계조건< 2-13>

표 각 국 교환기실의 환경조건< 2-14>

표 외국에서 도입한 교환기 기종< 2-15>

표 외국에서 도입한 교환기 기종 계속< 2-15> ( )

표 국내에서 개발한 교환기 기종< 2-16>

표 교환기의 발열량< 2-18> S1240

표 교환기의 발열량< 2-19> 5ESS

표 교환기의 발열량< 2-20> TDX-10

표 설비관련법규조사< 2-21>

표 일반적인 설비기기의 특성에 따른 배치위치< 3-1>

표 열원기의 배치방식의 비교< 3-2>

표 냉열원 배치방식의 비교< 3-3>

표 공조방식과 기기의 배치< 3-4>

표 중앙식 공조방식의 특징< 3-5>

표 개별식 공조방식의 특징< 3-6>

표 공조방식의 비교< 3-7>

표 예비조사 단계의 고려사항< 3-8>

표 계획 및 설계 단계의 고려사항 계속< 3-9> ( )

표 미국의 교환기실 공조방식과 발열부하처리용량< 4-1>

표 교환기실 각 공조방식의 특징 비교< 4-2>

표 청정도 기준< 5-1>

표 소음 기준< 5-2>

표 조도기준< 5-3>

표 건물부위별 구조 및 물리적인 특성< 6-1>

표 발열요소 및 계산치< 6-2>

표 실내 발열부하요소 및 침기 스케줄< 6-3>

표 대상건물의 공조 운전조건< 6-4>

표 년도 건물에너지 원단위 현황< 6-5> 1996

표 대상건물의 월별 실제 전력소비량< 6-6>

표 실제 전략 소비량과 기준모델과의 오차율< 6-7> DOE

표 부분별 전력소비 형태< 6-8>

표 민감도 분석을 위한 입력 파라미터< 6-9>

표 건물의 방위에 따른 연간 냉난방전력 소비량< 6-10>

표 건물의 외피부분에 대한 연간 냉난방에너지 소비량< 6-11>

표 교환기실의 냉방온도설정에 대한 연간냉난방 전력소비량< 6-12>

표 시스템 종류에 대한 연간 냉난방 전력소비량< 6-13>

표 외기도입율에 대한 냉난방 전략소비량< 6-14>

표 건물부문의 에너지 증감율< 6-15>

표 설비부분의 에너지 증감율< 6-16>

표 복합 선정< 6-17> ECOs

표 복합 적용시 에너지 절약량< 6-18> ECO

그림 목차

그림 공조기의 배치 방식< 3-1>

그림 방식 바닥플레넘급기 천장플레넘환기방식 개요도< 4-1> NTT-MACS ( +

그림 방식의 기류유통< 4-2> NTT-MACS

그림 급환기방식에 따른 급기와 환기의 온도차< 4-3>

그림 급환기방식별 실깊이에 따른 처리가능열량< 4-4>

그림 급환기방식에 따른 실의 깊이 발열량 유속과의 관계< 4-5> , ,

그림 급환기방식에 따른 실내온도분포 및 회로기판 주위의 온도분포< 4-6>

그림 수평급기에 의한 교환기 주위온도 상승< 4-7>

그림 급환기방식에 따른 교환기 주위의 유속과 온도변화< 4-8>

그림 방식의 개요도< 4-9> TCW

그림 방식의 설치예< 4-10> TCW

그림 시스템의 냉각능력 냉방부하 외기온도의 상호관계< 4-11> TCW , ,

그림 방식의 개요도< 4-12> ERICOOL

그림 방식의 입체도< 4-13> ERICOOL

그림 방식의 냉각효율변화의 변수< 4-14> ERICOOL

그림 방식의< 4-15> ERICOOL CLIMATE CEILING

그림 외기온에 따라 변형된 시스템< 4-16>

그림 단순하게 변형된 시스템< 4-17>

그림 천장급기 수평환기방식의 개요도< 4-18> +

그림 공냉공조기의 작동< 4-19>

그림 영국의 외기냉방방식 개요도< 4-20.

그림 의 환경기준< 4-21> ETSI

그림 소규모 국사건물의 외기냉방< 4-22>

그림 외기도입 설정점의 변화에 따른 실내평균온도 변화< 4-23>

그림 독일의 바닥플레넘급기 수평환기 공조방식의 개요도< 4-24> +

그림 미국 사 의 교환기실 공조방식 개요도< 4-25> (AT&T )

그림 수평급기 수평환기방식에서의 유속 및 도달거리< 4-26> +

그림 의 교환기실 공조방식의 대표적인 개요도< 5-1> NEBS

그림 설치후레임 을 포함한 교환기의 크기< 5-2> (frame)

그림 교환기의 크기가 높이 폭 깊이< 5-3> 6feet(180 ), 2feet 6inch(75 ), 1feet 9inch(52.5㎝㎝

인 교환기실의 레이아웃의 예)㎝

그림 교환기의 크기가 높이 폭 깊이< 5-4> 7feet 6inch(225 ), 2feet 8inch(80 ), 1feet㎝㎝

인 교환기실의 레이아웃의 예3inch(37.5 )㎝

그림 교환기실의 크기가 높이 폭 깊이< 5-5> 7feet(210 ), 1feet 11.6inch(59 ), 10.2inch㎝㎝

인 교환기실의 레이아웃의 예(26 )㎝

그림 교환기의 깊이가 인 열 교환기실의 평면도의 예< 5-6> 12inch(30 ) 6㎝




그림 교환기실의 단면도< 5-10>

그림 배터리실의 단면도< 5-11>

그림 교환기의 깊이가 인 열 교환기실의 케이블 배치도의 예 공조방< 5-12> 12inch(30 ) 6 (㎝

식 - CCS)

그림 교환기의 깊이가 인 열 교환기실의 케이블 배치도의 예< 5-13> 18inch(45 ) 4㎝

그림 교환기의 깊이가 인 열 교환기실의 케이블 배치도의 예 공조방< 5-14> 18inch(45 ) 5 (㎝

식 - MCS)

그림 케이블이 천장면에 베치된 교환기실의 케이블 배치도의 예< 5-15>

그림 연구의 흐름< 6-1>

그림 프로그램 구성도< 6-2> DOE-2.1E

그림 대상건물의 형상< 6-3>

그림 대상건물의 기준층 평면도< 6-4>

그림 대상건물의 층별 세부 죠닝 계획< 6-5>

그림 모델링 건물의< 6-6> DRAW BDL

그림 실제 전력소비량과 기준모델의 월별 전력사용량의 비교< 6-7> DOE

그림 부분별 전기 사용량< 6-8>

그림 시뮬레이션 시스템의 입력 출력 분석< 6-9> -

그림 건물의 방위에 따른 연간 냉난방 전력소비량 비교< 6-10>

그림 건물의 외피부분에 대한 연간 냉난방 전력소비량 비교< 6-11>

그림 교환기실의 냉방온도설정에 대한 연간냉난방 전력소비량 비교< 6-12>

그림 시스템 종류에 대한 연간 냉난방 전력소비량의 비교< 6-13>

그림 외기도입율에 대한 냉난방 전력소비량의 비교< 6-14>

그림 차폐계수의 변화에 대한 월별 전력소비량의 변화< 6-15>

그림 시스템 종류에 대한 월별 에너지소비량의 변화< 6-16>

그림 시스템 종류에 대한 월별 소비량의 변화< 6-17>

그림 외기 도입에 의한 월별 전력소비량의 변화< 6-18>

사진목차

사진 급기덕트가 연결된 항온항습기< 4-1>

사진 천장에 설치된 급기디퓨저의 모습< 4-2>

사진 직접취출형의 항온항습기< 4-3>

사진 실외기 설치의 좋지 못한 예< 4-4>

제 장 서론1

제 절 연구목적 및 필요성1

년 수동으로 운용하는 자석식 교환기가 처음으로 개발된 이래 교환기는 기계식 전자식1878 ,

아날로그 전자식 디지털 교환기를 거쳐 날로 발전하여 왔으며 이에 따라 통신교환 관련업,

무를 수행하는 국사 건물 및 교환기를 효율적으로 운용하기 위한 교환기실의 공조방식 등

건축설비분야의 기술이 꾸준히 발달하여 왔다.

국사 건물의 기능은 주로 건축설비에 의해 유지되고 그것들은 서로 밀접하게 관련되어 있,

기 때문에 계획의 기초단계에서부터 설계 및 구조 시공 등이 유기적으로 결합되고 합리적,

으로 계획이 되도록 종합적 견지에서 계획해야 하며 또한 새로운 시스템의 적용과 에너지절

약 용도변경 및 확장에 대한 유연성 의 확보가 필요하다, (flexibility) .

현재의 국사건물 설계는 지금까지의 기술 및 경험에 의한 자료를 바탕으로 만들어진 설계지

침에 의해 설계되고 있다 물론 이 지침은 필요시 수정되며 변화에 대응해 가고 있으나 국.

사전체의 통합설계기술이 아직 개발되지 않아 새로운 시스템의 도입이나 확장시 신뢰성 효,

율성이 떨어지고 각 분야별로 대응이 신속하지 못하며 유연성도 갖추지 못하고 있다.

또한 교환국사내의 교환기실에는 전전자교환기 등이 교환회(TDX. Time Division Exchange)

선수에 따라 수십 대씩 설치되어 전화통신의 송수신교환 기능을 수행하고 있으며 최근 각종

전화사용의 수요가 급증함에 따라 교환기실내의 교환기수가 점점 증가하고 고속통신을 위,

해 교환기의 성능 또한 더욱 높아지게 되었다 이에 따라 교환기로부터 방출되는 열로 인한.

교환기실의 발열밀도가 점점 높아져 기계식 교환기를 운용하였던 과거에는 발열밀도가 교환

기실 바닥면적 당 정도였으나 전전자교환기인 현재에는 에1 100W(100W/ ) 300 600W/㎡㎡～㎡

이르고 용 교환기로 향상될 향후에는 를 넘을ISDN(Integrated Services Network) 1000W/㎡

것으로 예상하고 있다.[1,2]

이와 같은 고발열부하를 냉각하여 교환기의 운전조건인 로 유지시키기 위하여 현재23 26～ ℃

세계 각국에서는 자연대류 순환공조방식 바닥플레넘급기 천장플레넘환기방식등 다양한 종,

류의 공조방식이 사용되고 있으며 국내에서는 한국 통신의 수평급환기방식이 주로 사용되고

있다.

외국에서 운용중인 공조방식들의 냉각가능한 발열밀도가 이상인데 반해 국내300 1000W/～㎡

에서 운용중인 공조방식은 이하인 것으로 알려져 있으며 따라서 국내의 방식은300W/ 30㎡

로 커진 현재의 교환기실의 발열부하를 정상적으로 처리하지 못하고 있다 또한0 600W/ .～㎡

이와 같이 커진 발열량을 냉각시키기 위해서 적정규모 이상의 항온항습기등 공조설비 건물

완공 후 추가로 설치하여 설치비 및 운영비등의 손실을 초래하고 있다.

따라서 국사건물의 설계시 신뢰성 효율성 유연성을 기하고 또한 교환기실의 고발열부하를, ,

냉각하기 위한 효율적인 공조방식과 이에 대한 설계기준이 필요하다 이에 따라 본 연구에.

서는 참고문헌과 설계도서류를 통하여 현재 세계 각국 및 국내에서 사용하고 있는 국사건물

설비설계술과 전자교환기실의 공조 방식에 대한 현황조사 및 비교분석을 실시하였다 그리.

고 국내 대표적인 전화국으로서 중앙전화국의 에너지시뮬레이션을 통하여 건물전체의 통합

설계기술 개발 및 전자교환기실 공조방식 설계기준 작성에 필요한 최적설계안 및 기초자료

를 제시하고자 한다.

제 절 연구내용 및 방법2


기 때문에 계획의 기초단계에서부터 다음과 같은 방향에서 기본적인 계획을 한다.

가 설계 구조 시공 등 종합계획의 필요성) , ,

나 새로운 시스템의 적용과 에너지 절약)

다 용도변경 및 확장에 대한 유연성 의 확보) (flexibility)

라 현장공정의 단순화와 품질관리)

국사건물의 건축설비에 관해 위와 같은 내용을 중심으로 참고문헌과 설계도 서류를 통하여

현재 세계 각국 및 국내에서 사용하고 있는 국사건물 설비설계 기술을 조사 및 비교분석하

며 이를 근거로 차후 국사전체의 통합설계기술 개발에 필요한 기초자료를 제시하고자 한다.

세계 각국에서 운용되는 교환기실의 급환기 공조방식은 스웨덴 사의Ericsson ERICOOL

이라 불리는 자연대류순환방식 영국System ‘ ’(Natural-Convection System) [4,12,13],

사의 천장플레넘급기 수평환기방식 독일 국립 전화통신청BT(British Telecom) ‘ + ’[5,36],

의 바닥플레넘급기 수평환기방식 일본(Deutsche Bundespost) ‘ + ’[6], NTT(Nippon Telegraph

사의 라 불리우는 바닥플레넘급기 천장플레넘환기방식 및and Telephone) NTT-MACS ‘ + ’[1,2]

미국 사의 천장플레넘급기 바닥플레넘환기방식 등 다양한 종류의 공조방식을 들AT&T ‘ + ’[7]

수 있으며 국내에서는 한국통신사의 수평급환기방식 을 들 수 있다, ‘ ’[8] .

이와 같은 각종 급환기 공조방식에 대해 외국의 경우에는 문헌조사를 통해 국내의 경우에,

는 문헌 및 실제 설계사례를 통해 조사 분석한다 또한 전화국사의 교환기실을 방문하여 온.

도 습도 등 교환기실의 운전조건을 점검하고 현재 운용상의 문제점을 파악한다 그리고 국.ㆍ

내 대표적인 전화국으로서 중앙전화국을 채택하여 여러 가지 변수들의 변화에 대한 에너지

사용량을 분석함으로서 향후 고발열부하를 효과적으로 처리할 수 있는 공조방식 설계기준

작성에 필요한 설계안 및 기초자료를 제시하고자 한다.

제 절 국내외 연구동향3

국내외 연구동향을 살펴보면 지금까지는 주로 교환기실의 효율적인 냉각을 위한 급배기 방

식의 개선에 관한 연구등이 진행되고 있다.

스웨덴의 와 는 교환기실 천장에 설치한 냉각코일Ragnar Almquist[4] Hans Vesterberg[13]

을 이용하여 자연대류순환방식 에 대하여 영국의 는 천장(ERICOOL System) , D. Watts[5] ‘

플레넘급기 수평배기방식에 대하여 일본의 등은 사의 분리형 공냉패+ ’ , HAYAMA[1][2] NTT

키지형 공조기를 이용한 바닥플에넘급기 천장플레넘배기방식에 대하여 미국의 사‘ + ’ , AT&T

는 공냉 또는 수냉형 패키지형 공조기를 이용한 천장플레넘급기 바닥플레넘배기방식에[7] ‘ + ’

대한 특성 및 성능을 연구하였다 즉 지금까지의 대부분의 연구는 교환기실 자체의 냉각방.

식에 대한 연구를 주로 수행하였지만 영국의 은 냉동기의 운전점을Peter W.Balchim[14] 5℃

정도 높게 수정 설정한 후 년 중의 정도를 외기만으로 냉방함으로 약 의 운전비를1 95% 50%

줄일 수 있는 방안에 대해 연구를 수행하였다.

박종흥 등은 전전자교환기 내부의 간격의 변화[10] TDX-10 PBA(Printed Board Assembiy)

에 따른 내부온도분포를 계산하였고 노흥구 등은 전전자교환기가 설치되어 있는 교환기[6]

실에서 수평급배기방식 등의 냉각유동형태 온도분포 등을 수치 시뮬레이션하여 유입된 냉,

각공기의 거동 급배기구 주변의 유동 및 위치영향 교환기내 유동 및 발열체 온도분포 실, , ,

내유동분포 등에 따른 냉각효율을 분석함으로서 효율적인 냉각방법에 대한 연구를 수행하였

다.

지금까지의 연구동향을 살펴보면 교환기기의 냉각방식에 대한 많은 연구가 있었지만 이들은

대부분이 국사건물의 전반적인 측면에 대한 에너지절약적 방법에 대한 연구이기보다는 교환

기기 자체에 대한 연구이고 국내의 경우 아직까지는 국사건물의 전반적인 측면에 대한 연,

구는 시도되고 있지 않기 때문에 건물의 전반적인 입장에서 연구할 필요성이 있다.

제 절 연구결과의 기대효과4

이 연구에서는 현재 세계 각국 및 국내에서 사용하고 있는 국사건물 설비설계기술과 전자교

환기실의 공조방식에 대한 현황조사 및 비교분석을 실시하며 이를 근거로한 에너지해석 결

과에 따라서 차후 국사건물전체의 통합설계기술 개발 및 전자교환기실 공조방식 설계기준

작성에 필요한 설계안 및 기초자료를 제시하고자 한다.

이와 같은 연구를 통하여 얻을 수 있는 효과는 다음과 같다.

국사전체의 통합설계기술 개발에 필요한 기초자료 확보1.

전화교환실 공조설비 설계기준 작성에 필요한 설계안 및 기초자료 제시2.

발열밀도가 높은 교환기 개발시에 신속한 대응 가능3.

효율적인 발열부하 처리로 운전비 관리비 절약4. ,

교환기실의 과열로 인한 교환기 고장 및 운전정지의 방지5.

제 장 국사건물의 설비설계를 위한 기초자료2

제 절 국사건물 각 실의 용도 및 설비적인 고려사항1

국사건물에는 사무실 영업실 등 사무계통실과 전자교환기실 전송실 등 일반 사무계통실과, ,

는 기능이 다른 교환기계통실이 있으며 이러한 각 실의 용도 및 쾌적한 환경을 위하여 설비

계획시 고려해야 할 사항들을 각 실 별로 요약하면 다음과 같다.[57]

사무실1.

총무 관리업무와 기술업무분야등의 사무실이 해당되며 기기와 사무가구류 소규모 휴게, OA ,

및 미팅코너를 포함한다 기계부 과 선로부 과 서무부 과 영업부 과 등 소요인원에 따. ( ), ( ), ( ), ( )

라 적당한 면적을 산정한다.

자연채광과 환기가 층분히 되도록 계획하며 충실한 조명과 소음대책 공조시설 배선수납의, ,

계획으로 쾌적한 근무환경이 조성되도록 한다.

시간 사용실로서 시간 사용실 교환기계실 전송실 전력운용실 선로시설운용실 등 과는8 24 ( , , , )

공조조닝시 구분되어야 한다.

대회의실2.

전체회의 집회 행사 대규모교육 및 훈련등에 이용하며 지역사회를 위한 회의장 등으로 공, ,

간제공이 가능하도록 함과 동시에 직원 및 가족들의 예식장으로 활용되기도 한다.

간헐적으로 사용되는 실이며 예식장으로 활용되는 경우에는 일요일에도 사용되는 실이므로

증앙열원과는 별도로 직접팽창형 형 공조기 또는 패키지형에어콘 등 개별공조를 실시하(DX )

며 냉방부하계산시에는 많은 사람수로 인한 잠열부하를 고려하여야 한다.

소회의실3.

기관장 주관의 회의 확대간부회의 및 등의 개최와 건전 모임 등 소규모의 다용도 회의공간,

이다.

교육장4. PC

직원의 전산기초 및 실무운용과정 등 실습위주의 직원 교육시행을 위한 장소로서 기PC OA

기 작동시의 소음에 대비 흡음 및 차음대책을 감안하여 계획한다, .

냉방부하 계산시 기기로부터의 적정한 발열밀도가 반드시 포함되어야 한다OA .

체력단련실5.

휴식시간을 이용한 직원들의 실내운동 장소로 탁구대와 간단한 운동기구 등이 비치된다.

고급으로 설계할 경우에는 공조시설이 포함되어야 하지만 그렇지 않을 경우에는 환기시설

및 난방시설 등이 설치되어야 한다.

영업실6.

고객의 가입전화 신청 수납 명의이전 민원상담 등 영업을 위한 서비스장소로 카운터 홍보, , , ,

전시대 대기용 소파 등이 있다, .

고객전용화장실을 소규모로 계획하며 다수고객의 내방으로 인한 실내소음을 감안하여 바닥,

벽 천장 마감재 선정에 유의한다, .

설비설계는 일반사무실에 준하여 설계하되 외부 출입구와 면하여 있기 때문에 정압이 되도

록 설계하여야 한다.

사산실7.

공중전화에서 수거한 주화를 계산하는 실이며 수위실 및 영업실에 인접하야야 하고 외부에

서 출입이 용이한 곳에 배치한다.

주화사산기의 계산시 소음을 고려한다.

전자교환기실8.

국사의 중추적인 역할을 하는 실로서 시내 외 전화의 전자교환기를 수용하며 선로시설운용･실과 인접 상층 하여야 한다 장거리 전송실 실은 최상층에 두되 소규모 국사일 경우( ) . , M/W ,

에는 여건에 따라 선로시설 운용실과 수평하게 설치한다 구성은 교환기실 운용요원 및. , I/O

실 전원실 정류기 로 된다, (BAT, ) .

외벽은 무창을 원칙으로 하되 창 설치시는 최소규격으로 하고 내부는 밀폐시키도록 한다.

기계반입은 승강기를 통하여 이루어진다.

시간 사용실로서 공조방식 공조조닝 계획시 고려하여야 하며 실내발열밀더는 정확한 근24 ,

거에 의하되 장래 증설 및 확장을 고려하고 에너지를 절약할 수 있는 공조방식 및 운전방식

을 택하여야 한다 축전지실은 환기가 가능하도록 계획한다. .

전송실 기계실 전송운용실9. (PCM , )

광통신 및 장비 단국장치 국중계장치 와 기타 부대시설로 구성되어 있으며 중계전송회PCM ( , )

선과 가입자 전용회선 등을 수용한다 전자교환실과 선로시설 운용실에 인접하게 계획하며.

기계실 실 요원실로 구성한다, PBA , .

광전송장비는 고직접 화로 되어 있어 적정 온습도 유지와 먼지관리를 하여야 한다IC .

전송실은 전송장비가 시간 가동되고 전송요원이 상주하며 운영 보수하는 사간 사용실이24 24･므로 공조방식 공조조닝 계획시 고려하여야 하며 쾌적한 실내 환경이 조성되도록 계획한다, .

선로시설운용실 시험실10. ( )

국내외 통신구를 통하여 인입된 케이블이 분기되는 배선반 등이 있으며 배선반 까지 들어온

케이블은 배분되어 교환기실로 보내진다 선로시설운용실은 원칙적으로 국내 통신구. ( )局內

직상부에 위치하여야 하며 기계실의 직하부 또는 인접에 위치하여야 한다, .

시간 사용실이므로 공조방식 공조조닝 계획시 고려하여야 하며 쾌적한 실내환경이 조성24 ,

되도록 계획한다.

공기주입기실11.

케이블에 압축공기를 주입하는 곳으로 선로시설운용실 내에 두는 것을 원칙으로 한다.

소음방지를 위하여 방음구조 및 방음문으로 설계하여야 하며 반드시 급 배기가 가능하도, ㆍ

록 갤러리 등을 설치하고 급 배기설비를 한다 또는 압축기로부터의 발열에 대비해 패키지.ㆍ

에어콘을 두기도 한다.

동도 트렌치실12. ( )

건물 밖에서 들에오는 지하 케이블을 수용 배열하여 선로시설운용실로 보내는 곳으로 선로

시설운용실의 직하부에 위치한다.

방수에 효과적인 재료를 사용하고 누수방지 대책을 고려하여 케이블 구멍 방수철판의 구멍( )

에는 지수블럭 등을 설치하여 구멍을 통한 누수를 막고 방수턱 및 배수구를 설치한다, .

침수가 예상되는 동도에는 다음과 같은 단계로 차수가 되도록 설계한다3 .

단계 통신구 인입직전의 인공에서 지수블럭 및 지수발포제로 방수1 -

단계 방수철판 및 방수문에서의 차수2 -

단계 인접실의 침수를 방지하가 위하여 방수문 설치3 -

기계실13.

지하층에 설치하며 자동기계를 설치하는 전국사에 설치한다 기계설비운용요원실 샤워실. , ,

창고 물탱크실 오일탱크실 가스정압실 발전기실을 인접배치한다, , , , .

지하실 외벽에서의 누수 및 결로현성을 막기 위해서는 방수에 효과적인 재료를 사용하여 이

의 대책을 수립하고 지하 이중 벽사이에는 반드시 배수로를 설치하며 방수턱 및 배수구를,

둔다.

응축수조는 기계설비실 바닥에 설치하도록 하고 지하물탱크는 스텐레스 또는 내식성 있는

재질로 설계함을 원칙으로 한다.

기계설비실 기기류 및 탱크류 반입은 지하램프 및 지하기계 반입구를 통하여 반입될 수 있

도록 고려하고 용량에 따라 변경 가능 환기를 위하여 충분한 드라이에리어를 설치한다( ) .

공조기계실14.

각 층의 공기조화를 하는 실로서 용량에 따라 필요한 층에 설치하되 외기에 면하는 곳에 배

치하고 전자교환기실을 통하여 츨입되지 않도록 배치한다.

소음을 고려하여 개구부 선정에 유의하고 벽 및 천장에 흡음시설을 하며 바닥은 방수 및, ,

드레인 시설을 한다.

전력운용실 동력실 및 수전실15. ( )

수전장치를 통신시설에 필요한 전력으로 바꾸는 전원장치와 건물 냉난방 조명시설의 전원,

공급용 수배시설을 수용하는 실이다 전력운용실과 전자교환기실은 가급적 가까운 위치에.

배치한다.

전력운용실을 지하실에 설치할 경우에는 습도 환기 작업환경 등에 유의하여 계획하며 옹, , ,

벽을 통하여 인입되는 케이블 구멍의 방수 처리에 유의한다.

전력운용실은 기계 중량이 크므로 축전실과 같이 건물의 밑층 부분에 설치함을 원칙으로 하

며 지하실 설치의 경우에는 환기를 철저히 계획하고 환기를 위하여 충분한 드라이에리어를,

설치하며기계환기용 송풍기 설치공간을 확보한다.

전력운용실 및 발전기실 기기류 반입은 지하램프 및 지하기계 반입구를 통하여 용량에 따(

라 변경 가능 반입될 수 있도록 고려한다) .

발전기실16.

정전과 동시에 예비전원장치가 가동되고 상용전력선과 절환되어 변압기를 거쳐 전력실로 보

내진다 발전기실은 반입 반출 및 급기 배기가 충문히 용이한 지하에 배치되고 전력운용. , , , ,

실 기름탱크 보일러의 연도 등과 가까운 위치에 설치한다 지하의 설치가 불가할 경우에는, , .

부속사에 설치하나 소음 및 진동에 대비하여 반드시 방음 방음문 설치 방진을 고려한다( ) .ㆍ

연도를 확보하여야 하고 연도의 위치 및 재질은 건축마감 등을 고려하여 설계하며 발전기,

실에는 급수 및 배수가 가능하도록 한다.

급기 및 배기를 위하여 환기용 드라이에리어 설치 및 급배기시설을 한다 배기는 발전기 정.(

면 급기는 발전기 후면에 설치, )

선로현장종사원실 케이블운용실17. ( )

선로시설의 유지보수를 담당하는 현장요원의 근무와 사무 편의 휴식을 위한 장소이다 샤워, .

실은 사우나 냉 온탕 세탁 건조시설의 설치를 고려한다, , .ㆍ ㆍ

가스정압실18.

도시가스 공급지역의 국사에 설치하며 가스압을 중압에서 저압으로 낯추어 주는 실이다 가.

스누설시에 대비 통풍시설을 고려한다.

하론실19.

통신기계실 등의 소화설비용 할로겐화합물 저장용기 및 조작반을 설치하는실로서 가급적 온

도변화가 적은 지하층에 배치한다.

20. EPStlf

전력간선 수용 및 전기분전반 구내통신단자함 등을 설치하는 곳이며 실의 면적은 장래, EPS

화에 대비하여 충분하게 확보한다IB .

식당 및 주방21.

종국용량 만 이하 신축 분국에서는 직원수가 소수인 점을 감안하여 주방은 가급적 소규모10

로 확보토록 하고 기초 고정시설 타일부착 하수시설 배기시설 가스배관 냉 난방시설 등, ( , , , , )ㆍ

만 설치토록 한다 주방바닥은 방수와 배수에 유의한다. .

가급적 최상층에 배치하는 것을 원칙으로 하고 환기 및 채광이 좋은 방향에 배치토록 한다, .

식당규모가 클 경우에는 냄새의 확산을 방지하기 위하여 개별공조로 하든지 리턴에어를 받

지 않고 전부 주방을 통하여 배기를 하며 주방의 환기는 제 종 환기로 한다3 .

- 14 -

제 절 기계설비관련실의 최소면적 기준2

다음 표 에서 표 은 한국통신건설단 기계설비설계지침사의 기계 설비관련실의< 2-1> < 2-6>

최소면적기준이다.[58]

표 은 보일러실의 면적기준으로서 지역냉난방 또는 방축열설비등의 열원방식 및 공< 2-1>

조방식의 변화에 따라 다양한 기준이 필요하며 인텔리젼트화에 대비해 적절한 기준으로 수

정 발전되어야 할 것이다.ㆍ

표 보일러실의 면적 기준< 2-1>

규모별건축기준면적( )㎡

보일러실면적( )㎡

건축면적에대한 비율(%)

보일러실층고(m)

드라이에리어개구부 면적( )㎡

비 고

만회선 국사5 5,200 415 7.97 5.0 5.7 기름ㆍ탱크실은보일러실면적에포함되지않았음.

만회선 국사10 7,600 518 6.82 5.0 8.6

만회선 국사15 9,300 622 6.68 5.0 10.4

만회선 국사20 10,800 622 5.76 5.0 10.4

만회선 국사20 15,000 622 4.14 5.5 10.4

만회선 국사20 20,000 726 3.63 5.5 12.1

- 15 -

표 는 공조기실의 면적기준으로서 공조방식 및 풍량의 변화에 따라 다양한 기준이< 2-2>

필요하며 냉수코일이나 필터의 교체 등 유지관리에 적절한 기준으로 수정 발전되어야 할ㆍ

것이다.

표 공조기실의 면적 기준< 2-2>

공조기 설치수량

공조기실면적( )㎡

비 고

대 설치1

대 설치2

52

104

공조기 최소 소요량ㆍ시험실 영업실 케이블운용실- , , : 1ZONE전자교환기실- : 1ZONE반송실 교환기실과 인접시 공용- : 1ZONE( )정보통신관련실- : 1ZONE사무실계통- : 1ZONE대회의실 대형국사의 경우 필요시- : 1ZONE( )

표 은 물탱크실의 면적기준으로서 회선수가 배가 되어도 물탱크실 면적이 같다는< 2-3> 2

것은 적절치 못하다 건축법상 물탱크 용량은 건축연면적 주차용도 면적은 제외 에 비례해. ( )

커지므로 연면적별 물탱크용량에 대한 기준을 정하고 물탱크 점검을 위한 법적이격거리와

물탱크 높이에 따른 유효저수율에 대한 기준으로 물탱크실 면적을 구하도록 하는 것이 현실

적이라 할 수 있다.

표 물탱크실의 면적 기준< 2-3>

규모별 기준면적( )㎡ 비 고

만회선 국사5만회선 국사10만회선 국사15만회선 국사20

52526555

물탱크실 높이 이상: 4.2Mㆍ

표 와 표 는 위생배관 및 공조배관 샤프트의 면적기준으로서 설비방식에 다라< 2-4> < 2-5>

큰 차이가 난다 특히 공조방식에 있어서 전공기방식과 전수방식의 필요한 배관 및 덕트스.

페이스는 서로 반대가 되므로 획일적인 표를 적용할 수는 없다 공조방식의 변화와 건물규.

모에 다라 다양한 기준이 필요하며 화장실의 배기덕트 및 공조덕트 샤프트의 기준도 필요하

다.

- 16 -

표 화장실 위생배관 수직샤프트의 면적 기준< 2-4>


만회선 국사5 10～만회선 국사15 20～

3.8(2.5x1.5M)4.0(2.7x1.5M)

점검문은 900x1,800ㆍ

표 공조배관 수직샤프트의 면적 기준< 2-5>


만회선 국사5 10～만회선 국사15 20～

7.2(4.0x1.8M)11.2(4.0x2.8M)

점검문은 900x1,800ㆍ공조닥트는 별도ㆍ샤프트에 수용

표 하론용기 저장실의 면적 기준< 2-6> NAF-S ,Ⅲ

저장용기 수량 기준면적( )㎡ 비 고

병 이하10병11 20～병21 30～병31 45～병46 60～

11.3(4.5x2.5M)13.5(4.5x3.0M)18.0(6.0x3.0M)24.0(6.0x4.0M)36.0(6.0x6.0M)

층이하 건물 용기실 개소4 : 1ㆍ층이상 건물 용기실 개소 이상5 : 2ㆍ출입문은 갑종 방화문ㆍ

- 17 -

제 절 부하계산기준 및 환경조건3

설계외기조건1.

교환기실은 내부발열이 매우 많고 대부분 무창대상실이기 때문에 외부로부터의 전도열량 및

복사열량이 부하의큰 비중을 차지하지는 않지만 정확한 근거에 의한 설계외기조건을 사용해

야 한다 다음 표 은 년도부터 년까지 동안의 기상자료에 위험율 를. < 2-7> 1960 1969 10 2.5%

적용하여 사용하고 있는 설계 외기조건이다.

표 우리나라의 설계외기조건< 2-7> (1960 1969)～

지 명여 름 < TAC = 2.5% > 겨 울 < TAC = 2.5% >

건구온도DB℃

습구온도WB℃

상대습도% RH

절대습도g/kg

엔탈피Kcal/kg

건구온도DB℃

습구온도WB℃

상대습도% RH

서 울인 천수 원전 주광 주대 구부 산목 포울 산제 주

31.129.730.331.931.932.929.731.132.231.6

25.825.925.926.626.326.426.026.326.826.8

66757067656175696770

19.019.819.420.019.519.219.919.920.220.6

19.019.119.119.819.619.619.319.620.020.1

-11.9-11.2-12.8- 8.5- 7.4- 8.2- 5.8- 5.9- 7.0- 1.6

69737474736866757073

0.931.050.931.351.471.301.541.721.472.40

자료 건설고시 제 호 사무소건축물의 에너지절약설계기준) 1995-258 < >

다음 표 은 년도부터 년까지 년 동안의 기상자료에 위험율< 2-8> 1970 1979 10 1%, 2.5%, 5%

를 적용한 설계외기조건이다 년도부터 년까지의 기상데이터인 표 과 비.[61] 1960 1969 < 2-7>

교하면 온실효과 등에 의한 지구의 온난화현상의 영향으로 건구온도가 많이 상승된 것을 볼

수 있으나 엔탈피에는 큰 차이가 없다.

- 18 -

표 지방별 외기의 냉 난방설계용 온 습도 및 엔탈피< 2-8> (1970-1979)ㆍ ㆍ

지 방 TAC[%]겨 울 여 름

온 도[ ]℃ 상대습도[%] 온 도[ ]℃ 상대습도[%] 엔탈피[kcal/kg]

서 울12.55

-14.1-12.7-11.7

65.134.233.532.6

54.257.059.8

19.5

인 천12.55

-13.4-12.1-10.9

64.032.631.831.1

56.157.858.8

18.3

수 원12.55

-17.6-16.0-13.8

70.433.733.132.3

54.056.157.6

18.9

대 전12.55

-14.1-12.6-11.5

71.633.833.332.9

54.557.060.0

19.3

전 주12.55

-12.1-10.7- 9.6

73.335.134.433.9

49.151.051.9

19.0

광 주12.55

- 9.9- 8.5- 7.6

71.634.434.033.3

49.052.153.2

18.8

대 구12.55

-11.7-10.6- 9.3

59.536.235.832.4

38.439.342.0

17.5

부 산12.55

- 8.5- 7.1- 6.0

55.332.231.631.1

62.262.764.7

18.9

목 포12.55

- 7.7- 6.4- 5.5

74.434.033.232.5

54.356.859.6

19.3

울 산12.55

- 9.3- 8.3- 7.4

63.135.234.633.9

51.754.358.3

20.0

제 주12.55

- 2.5- 1.5- 0.8

73.233.833.232.4

56.358.161.5

19.7

자료 김영호 박정원 신편 공기조화설비 보문당) , , , 1993

- 19 -

실내설계조건2.

다음 표 는 실내설계조건으로 표 에서 보는 바와 같이 여러 가지 자료< 2-9> < 2-10 2-13>～

를 근거로 조합하여 작성한 것이다.

표 국사건물의 실내설계조건< 2-9> [43,44,62,63,64]

구분실명

건구온도( )℃

상대습도(%)

현 열( /h㎉인)ㆍ

남 열( /h㎉인)ㆍ

인 원( / )人㎡

조 명(W/ )㎡

비 고하 계 동 계 하 계 동 계

사 무 실 26 20 50 40 54 59 0.2 30

시험실,UPSTLF

26 20 50 40 54 59 0.1 25전기통신설비의환경관리기준(92. 12. 16)

전자교환실실PCM실CPU

23 23 55 45 - - - -건물 설계지침 (93.5)

복도,화장실

28 18 55 40 54 59 0.1 25

식 당 26 20 55 40 62 77 0.5 30

대회의실 26 20 55 40 53 48 0.5 30

요원실 26 20 55 40 54 59 0.2 25

교육장PC 26 20 55 40 59 59 0.2 30

- 20 -

사무실 및 요원실의 냉방기준 산정근거(1)

표 사무실의 실내설계조건< 2-10>

자료

실내조건

건축설비포켓북

공조 위생,기술데이터북

공조 위생실무핸드북

일 본상업시설( )

미 국ASHRAE

미 국Carrier

채택 비고

건구온도( )℃

26 26 26 26 - 25 26～ 26

상대습도(%)

50 45-50 50 55 - 45 50～ 50

인 원( / )人㎡

인당14 7～㎡

0.3 0.2 0.2 - - 0.2

조 명(W/ )㎡

20 30～ 20 30～ 20 40～ 30 - - 30

현 열인( /h )㎉ ㆍ

54 54 45 49 56 54 54

잠 열인( /h )㎉ ㆍ

59 59 45 53 56 59 59

대회의실의 냉방기준 산정 근거(2)

표 회의실의 실내설계조건< 2-11>

자료

실내조건





미 국ASHRAE

미 국Carrier

채택

비고

건구온도( )℃

26 26 26 26 - 25.5 27～ 26

상대습도(%)

- 50 - 55 - 50 60～ 55

인 원( / )人㎡

인당11 2～㎡

0.2 0.5～ - 0.5 - - 0.5

조 명(W/ )㎡

-10 15～강당 기준( )

15 20～40집회장(기준)

- - 30

현 열인( /h )㎉ ㆍ

53 53 45 56 52 54 53

잠 열인( /h )㎉ ㆍ

48 48 45 59 47 57 48

- 21 -

식당의 냉방기준 산정근거(3)

표 식당의 실내설계조건< 2-12>

자료

실내조건





미 국ASHRAE

미 국Carrier

채택 비고

건구온도( )℃

26 26 27～ 26 26 - 25.5 27～ 26

상대습도(%)

5050 60～사무실기준( )

- 55 - 50 56～ 55

인 원( / )人㎡

인당11 2～㎡

0.7일반식당( )

- 0.5 - - 0.5

조 명(W/ )㎡

-25 35～상점기준( )

15 20～레스토랑(기준)

20 - - 30

현 열인( /h )㎉ ㆍ

62 62 50 56 60 60 62

잠 열인( /h )㎉ ㆍ

77 77 60 59 78 78 77

홀 및 복도의 냉방기준 산정근거(4)

표 홀 및 복도의 실내설계조건< 2-13>

자료실내조건





미 국ASHRAE

미 국Carrier

채택 비고

건구온도( )℃

26 26 26 26 - 50 60～ 28℃건설단지침

상대습도(%)

- 45 50～ - 60 - 45 50～ 55%

인 원( / )人㎡

- 0.25 - - - - 0.1

조 명(W/ )㎡

26 30～사무실(기준)

15 30～호텔기준( )

8 15～ 20 - - 25

현 열인( /h )㎉ ㆍ

54 54 45 49 56 54 54

잠 열인( /h )㎉ ㆍ

59 59 45 53 56 59 59

- 22 -

각 국의 환경조건 비교3.

다음 표 는 각 국 교환기실의 환경조건을 비교한 것이다 각 교환기별 온습< 2-14> .[14,37] (

도조건은 표 참조< 2-15 2-16> )～

표 각 국 교환기실의 환경조건< 2-14>

환경요소 한국 미국 영국 비고

온도공칭 허용치 16 28～ ℃ 18.3 26.7～ ℃

자료 근거 :한국 한국통신-건물설계지침미국 - NEBS영국 - ETBI

단기 허용치 2 50～ ℃ 1.7 48.9～ ℃ 5 40～ ℃

상대습도

공칭 허용치 40 70%～ 20 55%～

단기 허용치 20 80%～ 20 80%～ 5 85～ ℃

온도변화이하 시간8 /℃이하 분1 /℃

이하 시간8.3 /℃ 이하 분0.5 /℃

공기청정도 50 /㎍㎡ 표 참조< 7-1>

기류속도 이하5.0m/sec

실내조도 표 참조< 7-3>

소음

일반사무실 이하50dB 이하65dB

시험실 이하65dB표 참조< 7-2>

전자교환실 이하65dB

- 23 -

제 절 교환기의 개론4

우리나라의 전화역사1.

자석식 교환기 스웨덴 를 궁내부에 설치1898 : ( )

서울 인천 서울 개성간 연결1902 : - , -

중앙 우체국에 식 자동교환기 설치1935 : Strowger

용산 전화국에 등 독일 교환기 설치1960 : ( )

교환기의 종류 및 발전2.

수동식 년대 자석식 교환기: 1880 (magneto switch board)

년대 공전식 교환기1890 (common battery switch board)

기계식 년대 다단식 자동교환기 개발: 1890 (Stowger, EMD)

년대 집중제어식 교환기 개발1930 (cross-bark)

전자식 년 의 방식 교환기 개발: 1958 Bell Lab stored program control

년대 공간분할식 반교환기 개발1960 (Analog)

사 사 사 다(AT&T : No.1A, BTM : M10CN, Ericsson :A )

년대 시분할식 전전자교환기 개발1970 (Digital)

사 사(AT&T : No.4ESS, Ericsson : AXE-10)


사 사 한국(AT&T : No.5ESS, BTM : S1240, : TDX-1)


한국( : TDX-10)

교환기 개발방향3.

아날로그 교환기 회선교환 교환기 교환기- ( , Packet )

디지털 교환기-

교환기- ISDN(Integrated Service Digital Network)

교환기- ATM(Analog Transfer Mode)

- 24 -

미래의 교환기술4.

에 의한 신호 정보의 통신- digital process ,

반도체 기술의 발전에 따른 초소형화-

각종 서비스의 확대 음성 비음성 화상 문자 의 전송- : , ( , )

- Intergrated switching node

교환기 기종 비교5.

현재 국내에서 사용하고 있는 교환기를 외국으로 부터의 도입기종(M10CN, No.1A,

과 국내개발기종 으로 구분하여AXE-10, No.4, 5ESS, S1240) (TDX-1A, TDX-1B, TDX-10)

그 특징을 간단히 살펴보면 다음과 같다.[48]

가 외국 도입기종.

표 외국에서 도입한 교호한기 기종< 2-15>

- 25 -

구 분 M10CN NO. 1A AXE-10

일반사항。용도-접속방식-제어방식-생산회사-

　시설용량。가입자 회선수-

　　중계선수-

　　환경조건。동작온도- ( )℃동작습도- (%)저장온도- ( )℃

　장치크기。

- Rack HWD　천장높이。상면하중。소음발생량。

　시내 중계,공간분할중앙집중BTM, SST

　　

30,720　　

15,360　　　

- 5 50～20 80～- 50 70～19 95～

　　　　　　　　　　2,332mm597mm400mm

　　　　　　　　3.5m500kg/㎡48dBA

　시내 중계,공간분할중앙집중AT&T, GSS

　　　　

129,024　　　　

32,768　　　　　　

16 30～15 65～- 15 70～15 65～

　　2,135mm660mm305mm

　　3.05m

733.5kg/㎡65dBA

　　시내 시외 중계, ,

시분할중앙 분산,

LMT, OTELCO　　　　APZ210:40,000 SUBAPZ2110:40,000 SUBAPZ212:40,000 SUBToll:65,536(TRK)APZ210:144,000

　　　　

5 40～20 80～- 10 55～5 9～

　　2,900mm975mm650mm

　　4m

1,000kg/㎡60dBA

표 외국에서 도입한 교환기 기종 계속< 2-15> ( )

- 26 -

구 분 M10CN NO. 1A AXE-10

　일반사항。용도-접속방식-제어방식-생산회사-

　시설용량。가입자 회선수-중계선수-

　환경조건。동작온도- ( )℃동작습도- (%)저장온도- ( )℃

　장치크기。

- Rack HWD　천장높이。상면하중。소음발생량。

　　

시외 중계 국제, ,시분할중앙집중AT&T　　-

107,520　　4 44～20 65～- 15 70～10 95～　

2,130mm660mm, 991mm305mm, 457mm

　3.5m

733.5kg/㎡95dBA

　　

시내 시외 중계, ,시분할중앙 분산,AT&T,

금성정보통신　　100,000　90,000　　　0 44～10 75～- 40 60～10 95～　

1,830mm760mm530mm　3.00m

561.5kg/㎡90dBA

　　

시내 시외 중계, ,시분할중앙 분산,삼성전자BTM,　　

100,00060,000　　0 49～20 80～- 20 45～20 80～　

2,100mm900mm450mm　2.5m300kg/㎡85dBA

- 27 -

나 국내개발기종.

표 국내에서 개발한 교환기 기종< 2-16>

구 분 TDX-1A TDX-1B TDX-10

　일반사항。

　시설용량。가입자 회선수-중계선수-

　환경조건。동작온도- ( )℃동작습도- (%)저장온도- ( )℃저장습도- (%)

　장치크기。

- Rack HWD　상면적。최대용량( / )㎡

　단국 중계국/

　　

10,2402,048　　　　　　　　

2,100mm750mm550mm　

72/10,240　

　단국 중계국/

　　

22,5283,840　　　　　　　　

2,100mm750mm550mm　

72/22,528　

　단국 중계국 시외국/ /

　　

100,00030,000　　　　　　　　

2,140mm750mm550mm　

315/100,000　

- 28 -

제 절 통신기기별 자체발열량5

다음 표 표 은 각 통신기기별 자체발열량으로서 냉방부하 산정시에 필요한< 2-17 2-20>～

자료이다.[51]

표 교환기의 발열량 단위< 2-17> TDX-1A/1B ( : Kcal/hr>

회 선 수TDX-1A TDX-1B

비 고기 계 전 원 기 계 전 원

5K10K20K

8,64015,034-

3,8845,227-

　11,49119,872

　5,2279,745

중계선적용15%

2) S1240

가 등은 따로 칸막이 시설이 되어 있는 곳 제외) VDU, PRT

나 통화량 및 국간중계 회선에 따른 발열량)

다 전원발열량은 따로 칸막이 시설이 되어 있는 경우 제외)

표 교환기의 발열량 단위< 2-18> S1240 ( : Kcal/hr)

회 선 수4PLANE 3PLANE

전 원 비 고국간중계 발 열 량 국간중계 발 열 량

만1만3만5만10

6,04811,52013,53615,000

30,00066,00093,000245,000

2,1606,3368,06413,680

21,00053,00079,000147,000

4,4728,94414,31018,782

4PLANE : 110초과ERL/TSU

3PLANE : 110미만ERL/TSU

3) 5ESS

가 등은 따로 칸막이 시설이 되어 있는 곳 제외) STLWS

나 통화량 및 국간중계 회선에 따른 발열량)

- 29 -

표 교환기의 발열량 단위< 2-19> 5ESS ( : Kcal/hr)

회 선 수4 : 1(0.319ERL) 6 : 1(0.158ERL) 8 : 1(0.108ERL)

전 원국간중계 발 열 량 국간중계 발 열 량 국간중계 발 열 량

만1만3만5만10

1,5364,0687,68015,168

26,00058,00093,000173,000

1,1523,0724,9929.984

23,00042,00062,,000116,000

7862,3043,8407,488

19,00035,00050,00091,000

3,5777,1558,94416,099

중계선은 가입자회선의 적용4) TDX - 10 ( 30% )

가 의 발열량은 제외) VDU, PRT

나 전원 정류기공급시 효율 출력 입력 정류기자체 전) HFCR (HFCR 92%, 2,000W, 21,740W,

력소모량 1,740W)

표 교환기의 발열량 단위< 2-20> TDX-10 ( : Kcal/hr)

회 전 수집 선 비 (2 : 1) 집 선 비 (2 : 1) 집 선 비 (2 : 1)

국간중계 발 열 량 국간중계 발 열 량 국간중계 발 열 량

만2만4만5만10만15만20

44,97986,337107,526210,500318,026421,000

4,4878,97010,46519,43528,40537,375

34,79066,13582,356159,950241,905319,098

4,4875,9807,47514,95022,42528,405

30,22955,97969,858134,402204,260268,804

2,9905,9807,47511,96017,94023,920

- 30 -

제 절 설비관련 법규조사6

표 설비관련법규조사< 2-21>

- 31 -

- 32 -

- 33 -

- 34 -

- 35 -

- 36 -

제 장 국사건물의 설비계획3

제 절 설비계획의 개요1

설비계획의 기본적인 방향1.

국사의 설비계획을 할 경우에는 일반 건물에 비하여 다음과 같은 방향에서 기본적인 계획을

안다.

가 종합계획의 필요성.


기 때문에 종합적 견저에서 계획해야 한다 계획의 기초단계에서부터 설계 및 구조 시공 등. ,

과 유기적으로 결합되고 합리적으로 계획이 되도록 한다.

나 건축환경계획과 설비의 통합디자인. (intergrated design)

설비시스템이나 설비기기 자체의 효율뿐만 아니라 건축계획적 측면에서의 외피계획 및 자연

채광 조명계획 등이 함께 고려된 통합디자인 이 필요하다 예를 들면 일, (integrated design) .

사를 가능한 한 중앙부분까지 유입할 수 있도록 하는 등 건축환경적인 측면에서 쾌적성 향

상과 에너지 절감을 꾀할 수 있는 통합 디자인을 이루도록 한다.

다 에너지 절약.

국사 건물은 일반 건물에 비해 전자교환기실 등 내부발열이 많고 시간 운전실이 많으므로24

그 기능을 유지하는데 막대한 에너지를 소비하기 때문에 생애 비용 을 고려(life cylcle cost)

한 자원절감과 에너지 절약 계획이 중요하다.

라 유연성 의 확보. (flexibility)

흡입구 취출구 조명 스프링클러 연기감지 통신 및 전기시설 등의 설비단위의 용도변경과, , , , ,

설비용량 확장 에 따라 단순한 건축공간의 유연성과 이에 대응할 수 있(capacity expansion)

는 설비설계가 요망된다 또한 단순한 건축공간의 유연성 뿐 아니라 공조설비 운전의 경우.

에도 시간별 혹은 존별제어 연간공조 중간기 공조 등이 가능하도록 제어부분의 유연성을, , ,

확보하도록 한다.

- 37 -

마 현장공정의 단순화와 품질관리.

건축을 포함해서 시공상 공정의 단순화 공기단축을 도모할 수 있는 설비시스템의 모듈화, ,

조립식화 규격화와 이러한 시스템의 성능확보를 위한 품질관리 개념을, (total quality control)

계획에 반영시킨다 특히 이러한 측면에서 건식공법을 사용할 경우 층간 방수성이 낮아져.

약간의 누수라도 교환기의 침수 등 큰 사고의 원인이 되므로 이에 대한 대책이 요구된다.

바 방진대책.

복잡한 공조부하의 분포 전자교환기실의 개별공조사용 등으로 설비기기가 건물 중간층에도,

놓이므로 인접실 또는 상하로의 기기 소음 및 진동이 전달되기 쉬워 이에 대한 대책이 필,

요하다.

사 시스템의 신뢰성 안정성 및 자립성. (reliability),

재해 혹은 시스템 고장시 안전대책으로서 예비시스템 의 확보가 필요하다(backup system) .

전자교환기실은 어떠한 상황하에서도 시간 연속사용이 되어야 하므로 비상발전기 및 축냉24

조설치 등 건물로서 자립성을 가지도록 계획한다.

아 생애비용 과 유지관리. (life cycle cost)

초기투자비 와 운전비용 유지비용 등에 따른 전체 생애비용의 변동 설(initial capital cost) , ,

비의 유지 및 보수성과 더불어 언제나 증설 및 교환이 가능하도록 건축계획 및 구조적인 사

항까지도 고려한 종합관리가 요구된다.

자 인텔리젼트화의 추구.

보안시스템 등을 포함한 건물자동화(security system), BMS(building management system)

업무의 효율성을 높이는 사무자동화 건물 내(building automation), (office automation),

등의 설치를 통한 통신 자동화 등을 갖춘 인텔리젼트화에 대해 세LAN (telecommunication)

심한 고려가 요구된다.

- 38 -

제 절 열원 및 공조설비 계획2

국사 건물의 열원 및 공조설비의 특징1.

가 냉난방 부하의 특성.

국사 건물의 사무실 영업실 등은 일반 건물과 마찬가지로 겨울과 봄 가을에 냉난방 부하가, ,

동시에 발생하며 하기에는 냉방부하가 발생하지만 전자교환기실은 교환기계로부터의 발열,

로 인해 사계절 내내 냉방부하가 발생한다.

나 밀폐된 인공환경과 공조기를 통한 실내공기상태의 조절.

전자교환기실 전송실 전력운용실 선로시설운용실 등은 무창대상실이며 시간 공조대상실, , , 24

로서 공기상태는 언제나 기계적인 공조에 의해 유지되어야 한다 이 외의 실들은 일반사무.

실 계통으로서 일부 개방창으로 하여 필요시 자연환기를 할 수 있도록 한다.

다 수직 수평방향의 유효단면의 확보와 구조적인 배려. ,

샤프트 내에 보가 있거나 내력구조의 일부가 배관 덕트 등 반송설비의 기능을 저하시킬 우,

려가 있는 경우에 설비기기의 기능을 발휘할 수 있도록 유효단면을 확보하도록 한다 각 층.

으로 분기되는 배관 및 덕트를 수용하기 위해 사프트의 한 면 이상은 반드시 조적조로 하는

구조적인 배려가 필요하다.

라 에너지 절약대책.

건물외피의 열교환 현상이나 냉교환 현상 때문에 에너지 손실과 결로 등의 문제가 야기될

수 있으므로 외피의 단열성을 높이고 조도의 적정화 천장내 배열처리 공조시스템에 있어서, ,

고 외기냉방과 열회수 부하에 따른 기기의 적정 운전방식 기기효율증대 등을 꾀한다, , .

- 39 -

예비조사 단계의 고려사항2.

우선 계획에 주어진 조건을 검토하고 건물의 규모와 증축가능성을 검토한후 여러 가지 설,

비계획 조건을 설정한다.

가 외부환경의 조사.

계획지의 입지조건 기상환경 등을 조사한다, .

나 법규 및 관련기관의 확인.

건축법 공해방지법 등의 관련법을 조사하고 여러 관련기관과의 협의와 지역열공급 유무 등, ,

을 확인한다.

다 에너지 공급 상황의 조사.

계획지에 공급 가능한 전력 가스 기름 지역열원의 냉온열매 등의 에너지 종별 공급상한가, , , ,

격 공급 안정성 등을 조사한다, .

라 공조설비비와 등급.

건축계획의 등급과 어울리는 공조등급을 설정하고 투자 금액고가 조정하여 설비비를 산출한

다.

마 유사 건물의 조사.

문헌에서 각종 실례를 찾아보고 필요에 따라 현지조사 및 간접적인 사례조사를 실시한다, .

계획설계 단계의 고려사항3.

건축의 평면 계획과 코어 계획 등은 공조 및 열원설비계획과 밀접한 관계가 있고 공조 등,

급과 비용 의장상의 디자인 개념과 공조상의 합리성 설비 및 보수공간과 임대공간의 비와, ,

같은 서로 모순되는 요소가 많기 때문에 이것들을 적절히 평가하기 위해서는 각종 검토가

필요하며 건축계획 및 구조계획에 따라 열원방식과 공조방식을 반복적으로 조정하여 합리,

적인 계획이 되도록 한다.

- 40 -

가 냉난방 부하의 동적인 정밀 시뮬레이션.



로 인해 사계절 내내 냉방부하가 발생한다 기상변동이나 실내 부하변동에 따라 실내 냉난.

방 부하가 어떻게 변하는지에 대해 동적인 정밀 시뮬레이션이 요구된다.

나 공조방식의 선정과 조닝.

건물의 용도 및 특서에 적당하고 에너지절약적이어야 하며 유지관리가 용이한 공조방식을

선정하여야 한다 조닝은 특히 기준층의 건축계획과 관련이 깊은 중요한 결정사항일 뿐만.

아니라 조닝에 따라 정치와 배관 등의 설치비 및 에너지절약이 좌우되므로 신중히 선정하여

야 한다.

다 열원방식의 검토와 선정.

연간 냉난방 부하계산에서 열원과 열원기기의 선택 집중 및 분산을 비교 검토하여 유리한, ㆍ

열원방식을 찾는다 아울러 연간공조가 필요하므로 냉온열원을 동시에 갖출 수 있도록 하며. ,

지역열원 열병합발전설비 히트펌프 등 다양한 에너지원 및 열매이용에 대한 적용 가능성을, ,

검토한다 아울러 열매의 수송거리 에너지의 안정적 공급 기기류의 정수압 열원설비 보조. , , ,

기기 등의 경제성을 구려하여 열원방식을 선정한다.

- 41 -

라 열원설비 기기와 기타 보조기기의 적정 배치.

일반적으로 설비기기의 위치결정은 열원 및 공조기 뿐 아니라 위생설비 전기설비 엘리베이, ,

터 설비 등과도 관계가 있으나 그 중요한 결정요인은 공조기 및 열원기기 등의 설치장소라

고 할 수 있다.

열원 및 공조방식 선정시 고려사항4.

국사 건물의 열원 및 공조 방식은 건물의 전체적인 용도와 목적을 충분히 만족시켜야 하며, ,

이런 의미에서 그것은 건물 설계가 완료된 후 건물의 내외부에 단순히 장착되어질 부가물로

서가 아닌 하나의 통합된 부분으로서 고려되어져야 한다 아울러 에너지 공급과 관련된 모, .

든 가능한 열원 및 공조설비는 경제적 환경적인 문제에 대하여도 검토되어야 한다 또한 이, .

러한 설비기기들의 건물내에서의 위치 구조적인 비용 설계 공사기간 거주자의 요구 등과, , , ,

밀접한 관계가 있으므로 열원 및 공조방식의 선정시 고려해야 할 사항은 다음과 같다.

운전과 유지의 용이성①

부분부하와 전부하의 특성②

열매의 종류③

에너지 공급원의 종류④

신뢰성⑤

생애비용(Life Cycle Cost)⑥

설치공간 구조와의 충돌,⑦

에너지 절약⑧

유연성 확장성,⑨

건축적인 측면에서는 무엇보다도 수평적이건 수직적이건 열원 및 공조 시스템이 차지하는

공간을 최소화 하고자 해야 하며 이는 좋은 의도이긴 하지만 매우 주의 깊게 다루어야 한,

다 이러한 열원 및 공조 시스템에 최소한의 공간을 할당하고 계획함으로써 결과적으로 유. ,

지비용이 많이 들어가거나 운전하는데 어려움을 겪거나 시스템의 유연성과 확장성 등을 가,

지지 못한다면 곤란할 것이다.

- 42 -

열원기기의 배치5.

열원은 배치방식에서 보면 크게 중앙열원방식과 개별열원방식으로 분류되며 두 방식에는,

각각의 특징이 있으므로 시스템 선정에 있어서는 건물의 목적 용도 이용상태 등을 충분히, ,

검토한 후 선정하여야 한다.

가 중아열원방식과 개별열원방식.

중앙열원방식(1)

중앙열원방식은 차 열원기기가 기계실에 설치되고 차측 공조시스템에는 펌프 등을 이용하1 2

여 열매를 공급하는 방식이다 일반적으로 대규모 건물에 적합한 시스템이며 다음과 같은.

특징을 가지고 있다.

장점< >

비교적 대용량이고 효율이 좋은 기기를 사용하기 때문에 운전효율이 좋다.∙

부하특성에 맞게 기기대수를 분할 설치하여 높은 효율로서 부분부하에 유연성 있게 대응∙

할 수 있다.

축열조를 사용하여 열원기기의 용량을 줄일 수 있다.∙

열회수 히트펌프시스템 사용이 가능하며 에너지를 유효하게 사용할(heat pump system)∙

수 있다.

각종 기기류가 집중설치 되므로 보수 유지관리가 용이하다.∙

단점< >

비교적 넓은 기계실이 필요하다.∙

기기의 하중이 비교적 크고 발생소음이 크기 때문에 사람이 거주하는 실과 인접 설치될∙

때는 많은 제약이 있고 차음 및 방진에 세심한 배려가 필요하다, .

각종 기기 및 시스템의 유지보수를 위해 숙련된 기술자가 필요하다.∙

- 43 -

개별열원방식(2)

개별열워낭식은 부하가 발생하는 장소 실내 에 별도의 열원기기를 설치하여 발생하는 부하( )

를 처리하는 방식으로 개별 열원기기는 주로 중소 규모의 건물용으로 개발이 추진되고 있,

으나 최근에는 다양해지고 성능도 향상되어 대규모 건물에도 적용할 수 있는 제품이 생산,

되고 있다 특히 국산물의 교환기실 등에는 다수의 항온항습기 등이 설치되는 예가 종종 있.

다 열원방식의 특징은 다음과 같다. .

장점< >

유닛마다 별도의 운전 온습도제어가 가능하다, .∙

별도의 냉온수 배관이 필요 없으므로 시공이 간편하다.∙

펌프 팬 등의 열반송 기기가 필요 없다, .∙

전용 기계실이 필요 없다.∙

단점< >

기기가 분산 설치되므로 유지관리가 어렵다.∙

기기설치공간을 줄이기 위해 천장 속에 설치되는 경우도 많아 실내에서 소음 처리가 어렵∙

다.

공기를 고도로 처리하기 어렵다.∙

가습기가 내자오딘 기기도 있으나 일반적으로 별도의 가습장치가 필요하다.∙

기긴의 능력은 외기온도 실내온도조건 냉매배관 길이 등에 따라서 큰 영향을 받으므로, ,∙

기기선정에 충분한 검토가 필요하다.

나 중앙열원설비의 위치.

국사 건물이 고층일 경우 냉동기는 수압과 냉각탑과의 거리단축을 고려하여 상층부용은 최

상층 설비실에 하층부용은 지하층에 설치하며 이때 기기가 설치되는 층의 구조보강에 대한, ,

고려가 필요하며 경량의 냉동기를 설치한다 에너지원의 종류와 공급의 안정성 공조방식 및. ,

배치와의 관계에 따라 적정위치를 선정하여야 하나 대부분의 국사건물은 그다지 고층이 아

니고 유지관리 및 효율성의 측면에서 교환기실 등을 제외하고는 대부분 중앙열원설비 방식

을 채택하므로 대개 지하에 위치한다 아울러 연간공조용 냉동기를 설치하는 경우에는 전용.

냉각탑을 설치하고 겨울철의 동결방지를 위해 밀폐형 냉각탑을 사용한다 보일러는 연돌문.

제와 송유관과 같은 에너지원 공급의 안정성 냉동기와 복합운전일 경우의 상호관계 기기의, ,

보수 및 교체 구조적인 문제등을 함께 검토하여 적정위치를 선정한다, .

냉각탑이나 굴뚝 등 외부에 놓이는 설비기기들은 외기인입이나 배기가 용이하고 진동 또는

소음에 의해 영향받지 않는 위치이며 구조이어야 한다 특히 냉각탑이나 공조기 흡입구 또.

는 토출구 측에 구조물을 설치하여 설비효율을 저하시키지 않도록 유의한다 냉가탑을 옥상.

에 설치할 경우에는 방진 및 기류방해에 의한 냉각성능저하에 유의하여 연돌에 의해 영향을

받을 경우에는 냉각탑의 부식 물의 요염 등에 관하여도 검토하여야 한다, .

일반적으로 배치 가능한 위치는 다음의 표 과 같다< 3-1> .

- 44 -

표 일반적인 설비기기의 특성에 따른 배치위치< 3-1>

위치 기기의 특성 기기의 종류

저층부

중량이 있는 기기진동이 있는 기기소음이 있는 기기제어를 요하는 기기열을 만들어 내는 기기

보일러 냉동기 공조기, ,열교환기 펌프,

중간부수압을 저감시키는 기기조닝을 위한 기기

탱크류 공조기,열교환기 펌프,

최상부

중력차를 이용하는 기기용적이 큰 기기열을 배출하는 기기환기를 위한 기기열공급을 위한 기기

탱크류 냉동기,냉각탑 연돌,열교환기 펌프,

열원설비를 배치할 경우 소송의 장단점 문제외에 공고방식 부속설비 및 건물 내외의 조건,

을 충분히 감안하여 가장 유리한 위치에 배치하지 않으면 열원설비와 공기조화기 열교환기, ,

등을 유기적으로 결합하여 경제적이고 효율적으로 계획하는 것이 불가능하다.

열원기기의 배치장소에 따라 특징을 비교해 보면 다음 표 표 과 같다< 4-2>, < 3-3> .

- 45 -

표 열원기기 배치방식의 비교< 3-2>

기기의 설치 방식 장 점 단 점

지하층에 기기 집중 설치(a)집중관리 소음 진동에, ,∙

유리하다.

기기의 내압증대∙(10kg/ )㎠

기기의 가격증대∙굴뚝을 위한 면적증대∙

최상층에 기기 집중 설치(b)굴뚝이 짧다.∙

냉동기와 냉각탑과 거리가∙가깝다.

기기의 반출입 소음 방재, ,∙시의 문제

보일러를 지하층에 설치(c) 방재가 유리하다.∙굴뚝의 문제∙

기기의 반출입 소음,∙

중간층에 분산(d) 지하층 냉동기는 내압 증대∙

지하층 냉동기용 냉각탑을(e)지상에 설치

의 문제점 해결(d)∙ 소음대책∙

중간 기계실에 설치(f)집중관리∙

기기의 내압이 적당∙

구조상 문제∙소음대책∙

기계실 부분이 개층을2∙써야 한다.

표 냉열원 배치방식의 비교< 3-3>

위 치 장 점 단 점

(a) 지하층관리인원이 적다.∙소음 진동의 문제가 적다.∙ ㆍ

냉각탑과의 거리 증대∙냉동기의 증발기 및 응축기 펌,∙프의 수압증대

(b)최상층 또는옥탑층

냉각탑과의 거리를 단축∙냉동기 및 펌프의 수압이 작다.∙

관리인원 증가∙소음 진동문제∙ ㆍ

(c) 중간층냉수배관 연장길이의 단축∙냉동기 및 펌프의 수압이 작다.∙

소음 진동문제∙ ㆍ건축유효 공간의 감소∙

(d)지하층과최상층

와 와의 조합(a) (b)∙ 와 와의 조합(a) (b)∙

(e)지하층과중간층

와 와의 조합(a) (c)∙ 와 와의 조합(a) (c)∙

(f)중간층과최상층

와 와의 조합(b) (c)∙ 와 와의 조합(b) (c)∙

(g) 별동소음 진동의 문제가 적다.∙ ㆍ냉각탑과의 거리 감소∙

냉수배관 연장길이의 증대∙

- 46 -

열원을 지하에 집중배치 하는 경우(1)

이러한 방식은 건물에서 가장 많이 채용되는 방법이고 집중관리가 용이하여 사고의 발생, ,

소음 진동에 대한 문제가 가장 적게 나타나는 방법이다 다만 건물의 높이에 비례하여 냉동, .

기 펌프 배관 등에 정수두압이 걸리기 때문에 거기 및 배관의 내압성능이 좋은 것을 사용, , ,

하고 배관재료 및 부속품 배관의 접합법 및 지지방법에 충분한 배려를 할 필요가 있다, .

보일러를 설치하는 경우 보일러 연료에 따라서 부속설비가 달라지지만 가스 및 석유 중유, , ( ,

등유 등을 사용하면 연소가 끝난 후 적절하게 옥외로 배출시키기 위해서 굴뚝이 필요하게) ,

된다 이러한 경구 굴뚝이 건물 내를 상하로 관통하기 때문에 건물의 유효면적이 감소하게.

된다.

냉동기에는 냉각탑이 필요하며 냉각탑의 설치 위치로서는 지상 중간층 옥상이 생각될 수, , ,

있지만 지상의 경우는 건물내의 냉각수 배관 공간이 불필요하기 때문에 최소가 되지만 지, ,

사으이 소음 설치장소 등의 문제로 곤란한 경우가 많다 이 경우 냉각탑을 중간층 옥상 등, . ,

에 설치하는 경우는 높이에 비례해서 정수두압이 증가하고 냉각탑이 설치된 하부실의 방진

등이 문제가 될 수 있으나 국사건물에서는 대부분 옥상설치를 하고 있다, .

열원을 중간층에 설치하는 경우(2)

이 방법은 공조설비 전체에서 보면 설비 전체가 가장 집중이 가능한 배치로 기기의 내압도,

감소된다 중간기계실의 충고는 일반기준층에 비해서 개층분 이상의 높이가 되고 기계에서. 2 ,

발생하는 소음 진동이 상하층에 지장을 주지 않도록 하는 처리와 구조사으이 배려가 필요,

하게 된다 그러나 기기류의 중량이 구조계획에 미치는 영향은 비교적 작다고 할 수 있다. .

열원을 최상층에 설치하는 경우(3)

종래의 방법에 의한 보일러와 냉동기의 조합으로 지하 부분에 최소한의 보조기기를 남기고,

보일러 냉동기 등의 주요 열원기기는 통합하여 최상층에 설치한다 이 방법은 보일러용 굴, .

뚝의 깊이가 가장 짧게 되고 따라서 굴뚝에 대한 특별한 배려가 불필요하게 되고 냉각탑과, ,

의 거리도 가장 짧게 되어 설치한 특별한 배려가 불필요하게 되고 냉가탑과의 거리도 가장,

짧게 되어 설치 고도차에 의한 기기 내의 내압이 최소화되고 건물내의 냉각수 배관이 생략,

되는 등 유리한 점이 많고 경제적인 계획이 가능하다 그러나 이러한 경우에도 최상층에 주, .

요기기류가 집중하기 때문에 구조적인 제약이 문제가 되기도 한다 한편 기기의 고장 및 교. ,

환율을 위한 반입 반출은 가장 곤란하여 이를 위한 방안을 고려해야한다 또한 기기류가, , . ,

상층에 있기 때문에 발생소음 진동에 대한 설치상 구조상의 검토를 소홀히 하면 안된다, , .

- 47 -

열원을 별동에 설치하는 경우(4)

대지면적이 건축면적 보다 넓은 경우 건물의 바로 옆 저층에 별동을 설치하여 별동의 지하, ,

혹은 최상층에 열원기기를 통합하여 설치하는 방법이 있다 별동에 열원기기를 집중시키는.

이유로서 건축 계획적으로 층고 및 기둥사이에 있어서 균등성을 중시하고 거기에 연속,①

해서 기준층을 반복하는 측면에서 유리하고 특수한 공간이 되는 열원기계실을 분리하여, ②

그 부분을 유효한 공간으로 사용할 수 있는 것 유지 및 관리 측면에서 보아도 보수관리, ③

를 필요로 하는 열원기기를 그 밖의 방재센타 및 전기실 보수를 위한 실 등과 함께 집중,

배치시키는 것이 가능한 것 별동 건물을 구조상의 강도 기둥간격 천장고를 고려한 기, , ,④

계실로 조합하는 계획이 가능한 것 방진 소음방지의 측면에서도 용이한 것 등의 이유가, ,⑤

있다.

공조기기의 배치 및 공조방식6.

각 실의 용도가 대부분 사무실이라는 점에서 호텔이나 병원 등과 같이 실구성이 복잡하고

공조조건이 까다로운 건물에 비하여 공조설비 계획은 간단한 편이다 다만 교환기실 등은.

항상 냉방부하가 발생하며 시간 운전하는 실로서 공조방식의 선정 및 조닝시 주의해야 한24

다.

공조설비 계획에 따라 건물의 층고나 외기취입구의 위치 등의 변화로 건물 외관에 영향을

주게 되고 평면상으로는 기준층 코어 비율에 큰 영향을 미친다.

- 48 -

가 공조방식의 선정과 계획.

일반적으로 국사 건물의 공조방식이라 하면 사무실 부분과 교환기실 계통의 공조방식이다.

공조방식 선정과 계획(1)

교환기실 계통을 제외한 사무실 영업실등은 일반사무소 건물과 성격이 같으므로 각 공,①

조방식의 특징을 잘 파악하여 공조방식을 선택한다.

단일건물에 사무실 계통 교환기실 계통 등 여러 가지 용도의 실이 존재하므로 조닝에,②

있어서도 일정한 원칙을 세우기는 어려워 실의 용도별 사용 시간별 방위별로 조닝을 한다, , .

종래의 중앙식 공조방식에서 최근에 들어서는 개별제어의 측면에서 층벽 공조방식이 선③

호되고 있으나 이는 설비층 배치와 외기취입구의 위치 등 건축 계획적 구조적인 측면과 공,

조실의 크기 초기 투자비 및 운전비의 측면에서 각각의 장단점을 고려하여 결정되어야 한,

다.

통신설비와 전산기실은 대규모가 되면 통신과 정보서비스를 높은 신뢰성으로 제공하기④

위해서 실온을 유지하는 것이 중요하다 즉 통신 정보서비스의 비가동율에 실온의 최악조. ㆍ

건 초과확률을 포함시켜 실온초과확률이 조건내에 들도록 공조시스템의 신뢰도설계를 할 필

요가 있다 스웨덴의 시스템을 제외한 다른 시스템의 교환기실 공조방식의 신뢰도. ERICOOL

모델은 공조기의 복수대 설치방식이다 이 공조기의 복수대 설치방식에서는 발열밀도가 높.

게 되면 건물의 축열용량이 공조의 백업용량으로서 불충분하기 때문에 공조용전원의 고신뢰

도화가 중요하다.

스웨덴의 시스템은 냉수탱크를 냉동기의 백업으로서 설계하는 점이 특징이다 본ERICOOL .

시스템은 냉수탱크와 같은 축냉용소를 열원의 경제적인 백업으로서 사용하는 것에 의해 공

조용 예비전원을 불필요하게 하는 것이다.[10]

유연성과 모듈화된 디자인이 요구된다 각기 다른 형태의 교환기실에 설치가 쉽고 확장.⑤

하기 쉬운 방식이어야 한다.

이 외에도 에너지절약형이어야 함은 물론 냉각될 교환기의 특성에 맞아야 하며 경제적인 운

전이 될 수 있어야 하고 유지관리가 용이하여야 한다.

- 49 -

공조설비의 크기와 배치(2)

공조설비는 너무 소형화하지 않는 것이 좋으나 설치의 문제와 시공기간의 단축 및 특수 용,

도실 때문에 종종 그 크기가 고려대상이 된다.

시공면에서 볼 경우 소형 대형에 관계없이 기종과 치수는 통일해서 선정한다 이것은 대, .①

량생산에 관련해서 또한 공사기간의 입장에서 그리고 장래의 유지관리 보수 등에 기인하는, ,

것이다.

공조기 외기취입구의 위치가 고층부에 있을 때에는 주변의 건물 굴뚝 높이와의 관계를②

고려하고 또한 외기취입 환기 등을 위한 기기들은 외주부에 접하도록 하는 것이 유리하다, .

보수나 반입 등의 작업에 지장이 없도록 공조기 자체의 치수 및 중량을 고려한다 유닛.③

화된 공조기의 사용은 공조기의 계통은 복잡해지지만 조립화 로 연결되기 때문에 그, (prefab)

런 면에서는 유리하다.

집중적으로 대형공조기를 사용하는 것은 장치의 고효율과 보수관리의 용이성 비용절감, ,④

의 면에서 소형 내지 중형의 공조기로 장치대수를 증가시키는 경우보다 유리하나 부분부하,

운전에는 불리하다.

공조기는 원결자동제어에 의한 방법이 적절하다 그러나 열원장치 중에서 보일러 등은.⑤

원격자동제어를 원칙으로 하면서도 직접감시의 방법을 병행하는 것이 좋다.

공조기 설치공간 계획에서 미래를 예측한 기기의 반입 반출을 위한 보조 기능을 미리,⑥

고려해 두는 것이 필요하다 또한 이것을 위한 설비층의 여유공간 정상 운전시에는 불필요. (

한 공간이지만 을 확보한다) .

- 50 -

나 공조방식의 종류와 특성.

공조시스템의 선정은 건물용도 및 실의 용도와 크기 등과 함께 부하변동 패턴 제어 및 운,

전특성 등에 따라 선택하여야 하며 그 외에도 초기 투자비 운전비 등의 비용 고려와 함께, ,

기술적 수준과 관리 및 유지보수 교체 등도 함께 고려되어야 한다 아울러 이러한 공조방식, .

선정에 따라 기준층 면적과 코어비 기준층 층고 등이 영향을 받는다, .

공조기가 놓이는 위치와 그 소요면적을 보면 전공기방식의 처리 풍향이 수공기방식에 비교,

해서 정도 많아지므로 냉각코일등의 필요면적이 커지고 이에 비례하여 층고는 높게 되50% , ,

는 경향이 있다 또한 공조기 설치공간 역시 전공기식이 정도 증가한다. 20% .

내주부와 외주부를 합친 공조용 덕트의 공간문제를 분석해 보면 수공기방식을 로 하, 100%

면 전공기방식으로는 정도로서 덕트 공간에 있어서는 수공기방식이 공간 및 시공의, 150% ,

측면에서 유리하다.

한편 덕트 및 기기설치 면적이 큰 전공기방식 공조기의 배치는 몇 개의 구역으로 나누어 분

산시키는 것보다는 대로 통합하여 대형화하면 평면적 배치에서는 수공기방식과 그다지 큰1

차이가 없고 공조기 주위의 무효공간을 줄일 수 있는데 이러한 공조기 배치는 단순히 공조, ,

방식에 의해서 결정할 것이 아니고 기준층의 사용목적에 부합해서 고려하여야 한다, .

사무실 계통(1)

사무실 계통 사무실 영업실 등 의 외주부에는 팬코일 유닛방식이 많이 쓰이며 내주부에는( , ) ,

실내공간의 성격 때문에 전공기방식이 필연적으로 사용되고 주로 단일덕트방식 혹은 각층,

유닛방식 등을 사용된다 특히 외주부에 소공기 방식을 쓸 경우 에너지 공급망으로서 배관.

은 전공기방식의 덕트에 비해서 그 단면이 매우 작고 설치상의 융통성이 좋다 이외에도 적, .

용 가능한 각종 공조방식과 기기의 배치는 표 와 같고 각종 공조방식의 개요와 장단< 3-4> ,

점은 표 과 같다< 3-5,6> .

- 51 -

교환기실 계통(2)

교환기실 계통 교환기실 전송실 등 은 중앙방식의 조를 할 수도 있고 개별방식의 공조( , ) RDH

를 할 수도 있으나 각각의 특징을 잘 파악하여 선정해야 한다.

중앙방식의 경우 운전 및 유지관리가 용이하고 외기냉방이 가능하여 에너지절약을 할 수 있

으나 부분부하에 대한 운전이 어렵고 공조기의 고장에 대비하여 예비 시스템을 두(back-up)

어야 하나 설치비가 비싸지므로 보통 예비시스템을 두지 않는 경우가 많다.

또한 개별방식 패키지방식 의 경우 실별로 운전 및 온도제어가 가능하고 한 실에 여러 대의( )

패키지가 설치되었을 경우 대가 고장나더라도 실내조건이 금방 악화되지 않는 유연성이 있1

으나 대수가 많아져 유지관리가 어렵고 외기냉방이 어려우며 정밀한 습도조절과 청정도 확

보가 어렵다 또한 공랭식일 경우 패키지로부터 실외기 까지의 거리가 멀거나 실외기 부근.

의 통풍이 잘 되지 않으면 냉각효율이 떨어진다 따라서 통풍이 잘 되는 가까운 곳에 실외.

기 설치장소가 마련되어야 하나 이 때는 건물의 외관에 영향을 주게 되므로 건축설계와의

긴밀한 협조가 요구되며 수냉식으로서 밀폐형 냉각탑을 사용하는 것도 하나의 해결책이 될

수 있다.

- 52 -

표 공조방식과 거기의 배치< 3-4> [40]

- 53 -

표 중앙식 공조방식의 특징< 3-5> [40]

- 54 -

표 개별식 공조방식의 틍징< 3-6> [40]

- 55 -

다 공조기기의 배치방식.

공조기 계통에서는 공조기의 배치방식과 공조방식에 따라 공조기계실의 위치가 결정되고,

또한 배치방식에 따라 기준층의 평면 및 코어계획이 영향을 받게 된다 공조기의 배치는 크.

게 일정한 층에 대규모로 집중시키며 설치하는 중앙집중식과 몇 개 혹은 각가의 층에 분산

시켜 공조기의 대수를 늘려 배치하는 방식이 있다 국사건물에 어떤 방식이 더 적합한지는.

건축계획 및 구조계획 기타 설비계획의 측면에서 검토를 해보아야 할 것이다, .

공조배치방식의 분류(1)

팬코일 유니트 나 유인 유니트 는 실내의 외주부에(FUC : fan coil unit) (I.D : induction unit)

설치되어 열원으로부터 냉온수를 공급받아 실내에서의 열교환으로 직접 냉온풍을 취출하므

로 설치장소는 큰 문제가 되지 않는다 그러나 공조기는 열원으로부터 냉수나 온수 또는 증.

기로 열교환을 한 후 공조덕트를 통하여 냉온풍을 실내로 송풍하는 것이고 또한 그 자체가,

진동과 소음을 수반하는 기기이고 그 설치 장소나 설치방식은 공조장치의 규모에 따라 일,

반층보다 층고가 높기도 하고 임대공간의 면적이 감소하므로 계획의 초기단계에서 중요한,

결정사항 중의 하나이다 공조기의 배치방식은 공사비뿐만 아니라 완공 후 운전이나 관리면.

에서도 영향을 미치는데 공조기 위치 및 배치에 따라 수반되는 외기취입구, (out air intake

의 문제와 층고 증가는 건물입면에도 영향을 주며 공조기실의 위치나 수는 건물의louver) ,

공정계획에도 영향을 준다 그 이유는 기계설비 공상에서는 공조기실과 같은 기계실에서의.

작업량이 매우 많기 때문이다.

- 56 -

그림 공조기의 배치 방식< 3-1> [41]

그림 은 공조기실을 중심으로 한 수직 방향의 조닝을 나타낸다< 3-1> .

옥상 지하층 집중방식① ㆍ

지하 기계실이나 저층부의 공조실에 집중 배치하거나 지하 기계실과 최상층 등 곳에 공조2

기를 설치하여 각층에 공조된 공기를 분배하는 방식이다 이 방식은 대부분의 층 이하의. 20

건물에서 주로 채용되고 있으나 층 이상의 건물에서는 공조기에서 담당층 까지의 거리가, 30

연자옫므로 메인 덕트의 단면이 증가하게 되며 동시에 덕트 샤프트 의 면(main) , (duct shaft)

적도 증가되고 냉온수 배관의 압력이나 냉매 배관에도 문제가 있으므로 의 방, (b), (c), (d)

법이 고려될 수 있다.

- 57 -

중간공조실 집중방식②

종래의 방식인 와 비슷하지만 중간에 공조 설비층을 두고 상 하로 덕트를 연장하여 공(a) ㆍ

기를 배분하는 방식잉다 주로 층이상의 건물에서 사용되고 있으며 공조기실의 간격은 약. 2

층 전후이며 개 공조기가 담당하는 층수는 층 정도로서 상부 또는 하부로의 공조덕10 , 1 3 9 ,～

트의 연장한계로는 보통 개층 정도이다 이것은 기준층 면적과 공조기기 부담할 수 있는15 .

한계풍량과 깊은 관계가 있으며 건물의 공조방식에도 관계가 있다 즉 전공기 방식은 공기, . ,

수방식에 비하여 약 이상 풍량이 증가하기 때문이다 또한 대의 공조기가 담당하는- 50% . 1

공조면적은 집중방식에 있어서도 로 매우 다양한 분포를 보이므로 조기2,000 3,000 , rdh㎡～㎡

풍량의 최대 한계기준 및 기준층 면적 등을 고려하여야 한다 이러한 중간 공조설비층의.

배치는 주로 건물의 용도 및 종류 공조설비의 성능에 의해 결정되지만 동시에 유지 관리, ,

및 운전비 등도 고려해야 한다.

분산설치 방식(decentralized fan room)③

각 층별로 공조기를 설치하는 것이지만 개층마다 혹은 개층마다 공조기를 두는 경우도 일2 3

종의 분산방식이라고 한다 이러한 분산방식은 실의 사용기간이나 용도상의 분류가 다양해.

지고 공조상 조닝의 세분화가 필요하게 되어 채택된 방식으로 설비등급이 고급화되고 인텔,

리젼트가 필수적이므로 건물규모에 관계없이 앞으로도 계속 사용될 전망이다.

오픈 코어 방식(open core)④

와 방식의 장점을 취한 것으로 그리 흔하지 않지만 개 존의 층수는 보통 개층(b) (c) 1 6 7～

이다 이 경우에는 개 존 즉 개층의 코어 일부를 개방시켜 공조실로 사용하게. 1 , 6 7 (core)～

되므로 공조실 면적은 최부하의 개층분만 계산되어 연면적에 대한 공조실 면적은 비교적1

작게 되며 기준층의 평면계획에 영향을 받지 않게 된다 그러나 이 방식은 공조설비 뿐만, .

아니라 다른 설비의 수직 조닝과 관계가 있고 건축 계획상의 제약을 해결하여야 한다.

공조기 계통에서는 공조방식과 배치방식에 따라 중간 설비층이 결정되는데 공조기를 각층

또는 층 마다 설치하는 분산방식이나 코어를 개방시켜서 설치하는 오픈코아2 3 (open core)～

방식에서는 공조기용 설비층이 필요가 없다 그러나 집중방식에서는 지하층과 지상층 이외.

에는 중간 공조설비층의 설치가 필연적이며 한 개의 공조설비층의 담당층수에 따라 설비층

충고가 달라지는데 이에 따라 건축계획적인 입면계획과 구조계획도 영향을 받게 된다.

- 58 -

중앙집중식과 분산공조방식의 특징(2)

중앙집중식 공조방식과 분산공조방식 중 어떤 방식이 더 유리한지는 단정적으로 결론지을,

수 없다 각각의 방식이 표 에서 보는 바와 같이 장단점을 지니고 있으므로 공조설비. < 3-7>

계획시 이러한 장단점을 설비계획 조건 등에 따라 검토한 후 결정하도록 하여야 할 것이다.

표 공조방식의 비교< 3-7>

비교사항집중방식중간기계실( )

분산방식각층 혹은 층마다( , 2 )

기계실 면적∙공조샤프트 면적∙잔업운전∙관리∙

설비공사비∙방음 방진대책,∙방재성 화재( )∙

작다크다곤란용이적다곤란곤란

크다작다용이곤란많다용이용이

중앙집중식 공조 방식①

각층용 공조기를 설비층에 통합 설치하여 각층에 덕트로 공급하는 방식으로 다음과 같은 특

징이 있다.

- 59 -

장점< >

유지관리가 용이하다.∙

공조실이 몇 군데만 설치되므로 기준응 공조실 면적이 절감된다.∙

기준층에 외기인입구 및 배기구가 불필요하다.∙

단점< >

특수층 공조실 면적이 많이 소요된다.∙

부분부하에 대한 적응성이 떨어진다.∙

반송 동력비가 다소 비싸다.∙

층별용도 및 부하 변동시에 융통성이 떨어진다.∙

공조실 특수층 하부진동 소음대책이 필요하다( ) , .∙

분산식 공조방식②

공조기를 각층에 설치하여 층별공조를 하는 방식으로 최소외기는 외기조화기를 설치하여 각

층 공조기에 중앙 공급하는 방식이며 전외기 공조는 층별로 한다, .

장점< >

부분부하 운전에 적합하다.∙

동력비가 절감된다.∙

용도변경시나 부하증감시 층별 융통서잉 크다, .∙

연기제어시스템 의 도입이 용이하다9smoke control sestem) .∙

단점< >

유지관리 개소가 많다 유지관리 불편( )∙

소음진동 제어가 다소 힘들다.∙

초기 공사비가 비싸다.∙

각 층에 외기 취입구와 배기구가 필요하며 건축 계획시 입면에 영향을 준다, .∙

- 60 -

라 공조방식의 선정과 조닝.

건물의 수직 수평조닝에 적절히 대응할 수 있는 공조방식을 선정하여야 한다 공조방식의, .

선정과 조닝은 특히 기준층의 건축계획과 관련이 깊은 중요한 결정사항이다 외부존은 하기.

에는 냉방부하가 동기에는 난방부하가 크고 내부존은 냉방부하 위주로서 연간공조가 요구, ,

되므로 크게 외부존과 내부존으로 공조방식의 선정과 계획을 수립한다 특히 외부존은 방위.

에 따라 냉난방 부하의 차가 크고 시각에 따른 변동이 심하므로 이에 따라 조닝을 한다 국.

사 건물에서는 부하특성 덕트의 경제적인 크기와 길이의 축소 기기분산의 유리성 등이 측, ,

면에서 방위별 외주부와 내주부별 용도별 시간별 등에 따른 공조방식의 선정과 조닝이 필, , ,

요하며 특히 국사건물은 일반 사무소건물 용도와 교환기실 용도가 복합되어 있으므로 용도,

별 사용할 시간별 공조방식의 선정과 조닝이 필요하다, .

수평조닝(1)

국사건물은 건물 내 각 용도에 따른 존별 부하특성의 차가 크기 때문에 고조설비는 일간 및

연간의 부하변화와 각 존 별 부하특성을 상세히 검토하여 쾌적성과 경제적인 조닝이 되도록

한다 물론 이러한 특성은 창면적비 등에 따라서 크게 좌우되므로 설비계획에 앞서 보다. a

합리적인 건축계힉적 접근이 요구된다.

수직조닝(2)

최근 건물의 인텔리젼트화가 진행됨에 따라 중앙식 공조방식에 비해 분할운전이 쉽고 제어,

가 용이할 뿐 아니라 덕트의 바닥 관통을 없애고 방제나 공간이용의 측면에서 유리한 각층

공조방식이 많이 사용되고 있다 그러나 청별 공조기의 분할 수가 많으면 각층의 공조운전.

시간변화에 대한 대응은 신속하지만 설비비가 증대한다는 문제가 있어서 과거에는 적정층수

로 나누어 주로 설비기기의 허용내압과 송풍능력에 맞게 수직조닝을 하였으며 이러한 경우,

합리적인 수직조닝계획이 필요하다.

용도 및 사용 시간별 조닝(3)



로 인해 사계절 내내 냉방부하가 발생한다 특히 전자교환기실 전송실 전력운용실 선로시. , , , ,

설운용실 등은 시간 운전실로서 시간 운전실로 가는 조닝이 분리되어야 한다24 8 .

- 61 -

제 절 위생설비 계획3

국사 건물의 위생설비의 특징1.

국사 건물의 교환기실등은 위생설비와는 특별한 관계가 없으므로 국사건물의 위생설비는 일

반 사무소 건물의 위생설비와 동일하다고 할 수 있다.

가 음료수용 상수의 위생기준 확보.

상수는 건물 내에서 저수조 고가수조 배수관을 거치기 때문에 그 과정이 길어지거나 상수, , ,

이외의 급탕 잡용수용 배관 증수용 배관이 잘못 연결될 수도 있다, , .

나 위생설비의 건식화 및 경량화.

위생설비에 있어서는 동일층이 반복적인 시공이 이루어지므로 시공기간의 단축과 비용절감,

을 위해 위생기구 변기 세면기 욕조 등 및 파이프 샤프트 등의 위생설비 시스템의 유닛화( , , )

의 건식화가 필요하다 아울러 건물의 경량화 기기의 수송 시공 등을 고려하여 위행설비의. , ,

경량화가 요구된다.

다 배관의 방진 및 팽창 변형 대책. ,

수배관의 진동과 이에 따른 소음대책이 필요하며 구조적인 층간 변위에 따른 변형과 배관,

길이 방향으로서의 팽창에 따른 대책이 필요하다.

예비조사 단계의 고려사항2.

위생설비는 관련기관의 행정지도 및 규제가 필수절이므로 관련기관의 행정지도에 따라 설비

계획이 영향을 받는다.

가 상수도 하수도 도시가스의 유무 지하수의 이용가능 여부를 조사하여 이용에 필요한 조. , , ,

건 단가 공급능력 부담금 등을 조사한다, , , .

나 행정지도 및 규제의 확인.

상하수도 관련법규 및 규제와 기술수준 등을 파악하여 적절히 대처한다 특히 하수설비와.

관련하여서는 배수처리 배수재이용 등의 규제와 각종 절차에 관하여 면밀히 검토한다, .

다 위생 설비비와 등급.

건물 상주인원에게는 화장실과 탕비실이 가장 많이 접하는 위생설비이므로 우선 순위를 고

려한 비용과 등급조정이 필요하다.

라 유사건물의 사례조사.

같은 유형의 건물에 대해서 기기용량 사용기구의 종류와 부 및 재료 급수 및 급탕 등의 공, ,

급방식 등에 대해 조사한다.

- 62 -

계획설계단계의 고려사항3.

위생설비는 전통적인 기술과 경험에 의해 계획이 된다 일반적으로 경제적인 면에서 설비등.

급을 설정하여 목표 금액을 산출하고 재질 위생기구 변기 세정방식과 상수 잡용수 급탕, , , , ,

냉수 물비누 등의 공급방식을 결정한다 그러나 수질을 포함한 환경문제가 해마다 심각해지, .

고 있으므로 향후 이러한 관점에서의 접근이 요망된다, .

가 도시기반 시설과의 관계.

상수 가스의 인입 위치와 구경 배수의 접속위치와 구경 방류수질 관계기관의 규제사항, , , , ,

각종 부담금 등을 산출한다.

나 조닝 및 배치계획.

기기 및 배관류의 내압상 급수 급탕계 모두 조닝이 필요하며 급수 급탕 배수 가스 등의, , , , ,

조닝을 결정하고 이러한 설비기기의 배치와 크기를 구하여 건축계획 및 구조계획과 조정하,

며 되도록 공조계통과 동일하게 계획하는 것이 바람직하다, .

급수 및 급탕설비의 경우 대부분 고가수조에 의한 중력식을 채용하므로 이러한 경우 수조,

를 설치하는 층이 공조기계실과 일치할 때는 문제가 없지만 수조만을 따로 설치할 경우 건

축계획적인 측면과 구조적인 보강 차음문제 등에 주의한다 이런 경우 엘리베이터 기계실의, .

상부를 이용할 수 있으며 구조적인 배려와 방수처리 및 보수공간의 확보 등을 필요로 한다.

- 63 -

다 건물 내부의 물이용 계획 중수이용 계획. ( )

상수 잡용수용 급탕 냉각탑 보급수의 물 사용량을 구하여 그것들의 배수와 재이용된 후, , ,

부지 외부로 방류되기까지의 흐름도를 작성하여 전체를 파악한다 특히 옥상의 우수 상층. ,

잡용수 냉각탑 냉각수를 재이용할 수 있는 중수도 시스템을 배치하여 양수 동력의 절감을,

꾀할 수 있으며 외부로부터의 보급수량을 정도 줄여 도시 기반시설에 대한 의존, 30 40%～

율을 낮출 수 있다 배수 재이용 배수처리 폐기물처리 등의 자원 및 에너지 절감을 위한. , ,

특수설비방식에 관한 환경적인 측면과 경제성에 대하여 검토한 후 방식을 선정한다.

이상의 내용을 공조설비부문과 급배수설비부분으로 나누어 각각 예비조사 단계와 계획설계

단계시의 고려사항을 요약하면 다음의 표 표 와 같다< 3-8>, < 3-9> .

- 64 -

표 예비조사 단계의 고려사항< 3-8>

- 65 -

표 계획 및 설게 단계의 고려사항< 3-9>

- 66 -

표 계획 및 설계 단계의 고려사항 계속< 3-9> ( )

- 67 -

제 장 교환기실의 공조설비4

제 절 각 국의 교환기실 공조설비 사례1

일본의 방식1. NTT-MACS

일본의 사는 교환기실용의 공조시스템인 를 개발하여 사내교환기실용으로NTT NTT-MACS

채용하고 있으며 그 특징은 다음과 같다.

가 개 요.

이 방식은 그림 과 같이 교환기실내에 다수의 패키지형 에어콘을 설치하고 바닥플레넘4-1

이중바닥공간 으로 급기하여 바닥의 다공판으로 취출하고 실내기류를 냉각시킨 후 천장플( )

레넘 천장속공간 을 통하여 다시 실내에 설치된 패키지형 에어콘으로 환기하는 방식이다( ) .

그림 방식 바닥플레넘 급기 천장플레넘 환기방식 의 개요도< 4-1> NTT-MACS ( + )

- 68 -

교환기로부터의 불균등한 발열분포에 대응하기 위하여 다공판은 그림 와 같이 발산된4-2

열이 집중되는 교환기의 바로 앞에 설치한다 교환기를 냉각시킨 공기는 천장근처에 뜨거운.

공기층을 이루며 천장플레넘을 통하여 공조기로 환기된다 교환기에서 배기된 뜨거운 공기.

는 다시 다른 교환기로 공급되지 않고 바로 공조기로 환기되기 때문에 결국 급기와 환기의

온도차가 크게 되어 송풍량은 작게 되므로 송풍기 동력이 작게 되는 커다란 이점이 있다.

바닥의 다공판 배치와는 반대로 천장의 환기구는 천장전역에 걸쳐 골고루 분포한다.

그림 방식의 기류운동< 4-2> NTT-MACS

나 의 특징. NTT-MACS [3]

송풍공기 온도차를 크게 하여 급기풍량을 감소시킬 수 있으므로 송풍동력이 절약된다(1) .

그림 에서 보는 바와 같이 급기와 환기의 온도차를 비교한 결과 수평급기 수평환기방식4-3 +

에는 약 바닥플레넘급기 천장플레넘환기방식에서는 약 의 차이로 나타나 결국5.5 , + 8.2℃ ℃

바닥플레넘급기 천장프렐넘환기방식에서는 송풍량을 그에 비례해 감소시킬 수 있다 이+ .[11]

는 급기풍량이 다른 방식에 비해 작아도 된다는 것을 의미하므로 에너지소모도 작을 것이

다.

- 69 -

그림 급환기방식에 따른 급기와 환기의 온도차< 4-3>

실깊이에 관계없이 고발열부하를 처리할 수 있다(2) .

실깊이와 발열량과의 관계를 보면 그림 에서 보는 바와 같이 바닥플레넘급기 천장플레4-4 +

넘환기방식은 실깊이에 관계없이 까지의 발열량을 처리할 수 있고 바닥플레넘급기1100w/㎡

수평환기방식은 실깊이가 정도일 때 까지의 발열량을 처리할 수 있으나 수평+ 10m 500w/㎡

급기 수평환기방식은 실깊이가 정도일 때 까지의 발열량을 처리할 수 있으며 실+ 9m 300w/㎡

깊이가 더 깊어지면 발열을 처리할 수 없어 사용할 수 없다.

그림 급환기방식별 실깊이에 따른 처리가능열량< 4-4>

- 70 -

교환기 주위의 유속증가가 작아도 된다(3) .

실의 깊이 발열량 유속과의 관게를 보면 그림 와 같이 바닥플레넘급기 천장플레넘환기, , 4-5 +

방식은 발열량이 증가할수록 교환기 주위의 유속은 약간만 증가하면 되며 실깊이에는 영향

을 받지 않는다 바닥플레넘급기 수평환기방식은 발열량이 많아지고 실깊이가 증가할수록. +

교환기 주위의 유속이 증가하여야 한다.

그림 급환기방식에 따른 실의 깊이 발열량 유속과의 관계< 4-5> , ,

급환기방식과 기류에 영향을 받는 실내온도분포 및 회기판 써킷보드 주위의 온도분포(4) ( )

에 관한 실험결과 바닥플레넘급기 천장플레넘환기방식이 바닥플레넘급기 수평환기방식 수+ + ,

평급기 수평환기방식보다 우수한 것으로 나타났다 그림+ .< 4-6>

- 71 -

그림 급환기방식에 따른 실내온도분포 및 회로기판 주위의 온도분포< 4-6>

급기유속에 비례해 교환기 주위온도가 하락한다(5) .

자연공냉장치는 통상 실내의 공기를 장치전면으로 흡입하여 전자부품을 탑재한 전자회로기

판을 냉각하고 교환장치상부로 배기되는데 이 배기의 유속은 대략 정도로서0.2 0.5m./sec～

공조기의 취출풍속인 보다 상당히 작다 수평급기방식에서 급기의 유속이 빨라지면5n/sec .

교환기 상부에서 배기되는 상승기류를 방해하므로 교환기 주위온도가 상승하여 비공조시보

다 평균온도 최고온도 모두 상승한다 그림 냉각공기의 급기유속에 따른 교환기 주, . < 4-7>

위온도를 비교해 본 결과 바닥플래넘급기 천장플레넘환기방식 방식 에서만 급기유속에 비+ (A )

례해 주위온도가 하락하였으며 나머지 방식에서는 오히려 급기유속에 비례해 주위온도가 상

승하였다 그림.< 4-8>

- 72 -

그림 수평급기에 의한 교환기 주위온도 상승< 4-7>

그림 급환기방식에 따른 교환기 주위의 유속과 온도변화< 4-8>

- 73 -

취출위치의 유연성(6)

바닥의 다공판을 발열장소에 맞추어 쉽게 재배치 할 수 있고 교환기의 위치 변경에 쉽게 대

응할 수 있다.

온도분포가 양호하다(7) .

공조기를 소형으로 하여 교환기로부터의 발열분포에 대응하고 공조기를 분산설치하는 것이

가능하기 때문에 온도분포가 양호하다 또한 각 공조기마다 냉각능력 제어가 가능하기 때문.

에 실온의 시간변동이 작고 작업환경이 양호하다.

소형공조기의 복수대 설치로 인한 경제적인 시스템 신뢰성 확보(8)

교환기실용 공조시스템은 통신서비스 유지를 위해 높은 신뢰성이 요구된다 따라서 고장시.

에 대처할 수 있는 예비공조기를 설치한다 공조기 대당의 냉각능력을 크게 하면 예비기의. 1

비용이 높아지고 시스템비용이 상승한다 공조기 대가 고장난다 하더라도 실내온습도 조건. 1

이 금방 악화되지 않는다.

고효율의 냉동시스템 개발(9)

교환기실은 발열밀도가 높기 때문에 냉동기가 겨울을 포함한 년 내내 가동되어야 한다 지1 .

금까지의 냉동기들은 계절이나 외부의 기온에 관계없이 일정하게 작동되었다. NTT-MACS

의 효율을 향상시키기 위하여 외기온도가 낮을 때 응축압력을 낮추어 감소된 압축동력으로

운전한 것이 가능한 새로운 낸동기를 개발하였다 이 냉동기는 압축기의 주파수와 실내송.ㄴ

풍기에 의한 송풍량을 조절함으로써 성능이 향상되었다.[11]

마이크로 컴퓨터를 이용하여 제어하게 될 새로운 냉동시스템은 최소의 외기를 도입하고 운

전비를 줄이면서 냉동기의 운전을 최적화할 수 있을 것이다 이 냉동기에는 보통 용량의. 2

배인 전기식 팽창밸브 응축압력을 조절하는 전동밸브가 내장되어 있으며 이 밸브들과 실내,

기내의 송풍기 스코롤 압축기들은 실내기에 내장된 컴퓨터에 의해 작동된다 응축압력 증, . ,

발압력 실내 온습도 급기온습도 등이 감지되어 이 컴퓨터에 입력된다 팽창밸브 송풍기, , . , ,

압축기의 인버터 응축압력조절밸브 등이 그 콘트롤러에 의해 작동된다 이러한 제어는 외기, .

온이 낮을 때 를 향상시킨다COP .[1]

- 74 -

일본의 방식2. TCW [35]

가 개 요.

일본의 에서 개발한 압축기가 없는 써모 싸이폰 형의 냉각시스템으로NTT - (thermlo-siphon)

서 겨울철 또는 야간의 차가운 외기를 이용한 것으로 실외기 즉 응축코일부분 을 외벽에 설( , )

치함으로써 옥상 등 실외기 설치장소를 별도로 필요로 하지 않으며 압축기가 필요 없으므로

에너지가 절약된다 단 이 방식은 외기온도가 실내온도보다 낮을 때만 사용할 수 있으므로. ,

외기온이 실내온도 보다 높은 여름철 등에 대비해서 일반적인 공조시스템을 별도로 갖추어

야 한다.

구성요소는 실내 열교환기와 실외 열고환기 그리고 이 것들을 연결하는 냉매파이프이다 냉, .

각원리는 그림 에서 보는 바와 같이 실내측 열고환기의 냉매가 실내의 더운 열을 흡< 4-9>

수하면 가스상태로 증발되며 상향이동하고 온도가 낮은 실외측 열고환기에서 응축되며 온도

가 낮아져 다시 실내측 열교환기로 들어가 실내의 더운 열을 흡수하여 가스상태로 증발된

다 이러한 과정을 되풀이하며 실내의 열을 실외에 방출하되 그림 에서 보는 것처럼. < 4-9>

실내 열교환기는 낮은 부위에 실외 열교환기는 높은 부위에 설치하며 그림 에서 보는 것, 3

처럼 외벽 위에 직접 설치하여 별도의 실외기 설치장소를 필요로 하지 않으며 여름철에 벽

체를 통한 일사열획득을 감소시킨다.

그림 방식의 개요도< 4-9> TCW

- 75 -

냉각능력은 실내외 온도차에 거의 정비례하며 실험에 의하면 실내외 온도차가 일 때 실1℃

외측 교환기면적 에 대해 정도이다 이 열의 이동은 일반벽체의 배 정도로서1 12 16W . 10㎡～

실외측 풍속이 빠르면 냉각능력은 증대한다 태양복사열에 의해 냉각능력은 감소하지만 태.

양열 흡수율이 작기 때문에 감소 정도는 아주 작다 실내외 온도차에 따라 시스템의. TCW

열전달율은 일반벽체의 배 정도이다1 10 .～

그림 방식의 설치예< 4-10> TCW

시스템의 냉각능력 냉방부하 외기온도의 상호관계는 그림 과 같다 해칭된TCW , , < 4-11> .

부분이 시스템이 담당해야 할 냉방부하이며 나머지는 공조기 등 일반 공조시스템에서TCW

해결해야 한다.

- 76 -

그림 시스템의 냉각능력 냉방부하 외기온도의 상호관계< 4-11> TCW , ,

- 77 -

나 특 징.

에너지를 절약할 수 있다(1) .

시스템에는 압축기가 없으므로 팬코일유니트 정도의 동력만으로 충분하며 일본의 전TCW

화국사에서 실측한 자료에 의하여 월달에는 냉방에너지를 까지 절약할 수 있고 연간1 60%

냉방에너지 차원에서는 정도 절약할 수 있다20% .

별도의 실외기 설치장소를 필요로 하지 않으며 여름철에 벽체를 통한 일사열획득을 감(2)

소시킨다.

외기온도가 실내온도보다 낮을 때만 사용할 수 있으므로 외기온이 실내온도 보다 높은(3)

여름철 등에 대비해서 일반적인 공조시스템을 별도로 갖추어야 한다.

- 78 -

스웨덴의 방식3. ERICOOL

스웨덴의 사는 교환기실의 냉각을 위한 새로운 공조시스템을 개발하여 사용하고ERICSSON

있으며 개발 년이 지난 년 현재 전세계적으로 개국 개 이상의 국사에 사용 중이16 1995 40 600

다 이것은 공기 대신 물이 교환기실의 열을 제거한다는 점에서 종래의 시스템과 다르며 자.

연대류순환방식이다.

가 개 요.

교환기실의 통로상부에 냉수코일을 설치하고 냉수를 통과시키면 코일 하부에 있는 교환기에

서의 발열이 주위공기의 온도를 상승시켜 자연대류현상에 의해 상부로 유도되어 냉수코일을

지나며 냉각된다 냉각된 이 공기는 밀도가 커져 교환기 사이의 통로로 다시 내려가 고 환. ㅛ

기로 인입되어 발열을 냉각시키며 공기의 온도는 다시 상승되어 자연대류현상에 의해 상부

로 유도되어 냉수코일을 지나며 냉가된다 이러한 과정을 반복하여 교환기실의 발열은 냉각.

된다 그림.< 4-12, 13>

그림 방식의 개요도< 4-12> ERICOOL

- 79 -

그림 방식의 입체도< 4-13> ERICOOL [4]

냉수코일과 천장면의 간격 의 높이 과 교(A), CLIMATE CEILING (B), CLIMATE CEILING

환기 상부와의 거리 굴뚝효과를 일으키는 의 설치범위 등에(C), CLIMATE CEILING (D,E,F)

따른 냉각효율의 변화는 다음과 같다 냉수조건 및 실내온도조건은 일정하게 하였다 그림. .<

4-14>

냉수코일과 천장면의 간격 이하이면 냉각효율은 아주 작으며 그 이상이 되(A) - 200mm∙

어도 오히려 약간 감소한다.

의 높이 굴뚝효과를 일으키는 이 부분의 높이가 높을수록 냉각CLIMATE CEILING (B) -∙

효율은 상승하나 합리적인 값으로서 를 선정하였다250mm .

과 교환기 상부와의 거리 이 거리가 가까울수록 냉각효율이 좋CLIMATE CEILING (C) -∙

은 것으로 나타났다.

의 설치 범위 를 냉수코일 하부의 전체면에CLIMATE CEILING - CLIMATE CEILING∙

설치했을 경우 가 냉수코일 하부에만 설치한 경우 와 전혀 설치하지 않은 경(F,100%) , (E,75%)

우 보다 효율적인 것으로 나타났다(D,63%) .

이러한 요소들이 포함된 교환기실의 내부 그림이 그림 가 된다< 4-15> .

- 80 -

그림 방식의 냉각효율변화의 변수< 4-14> ERICOOL

그림 방식의< 4-15> ERICOOL CLIMATE CEILING

- 81 -

나 특 징. [4]

시스템이 간단하여 신뢰도가 높다(1) .

같은 용량의 종래에 사용하든 공기식과 비교해 시스템이 간단하여 신뢰도가 높다 그러나.

패키지에어콘이나 항온항습기처럼 하나의 실내에 여러 내의 공조기가 분산설치된 것이 아니

고 냉동기를 중앙식으로 설피한 방식이기 때문에 냉동기의 고장시에는 냉각운전이 불가능하

게 된다 냉수탱크 등을 설치한다 해도 용량에 한계가 있기 때문에 더 높은 신뢰도를 확보.

하기 위해서는 예비시스템을 설치하여야 한다.

송풍동력이 불필요하다(2) .

이 시스템은 물방식이므로 종래에 사용하든 공기식과 비교해 열흡수용량이 커서 강제급기등

이 필요치 않다.

강제급기를 하지 않으므로 먼지가 발생하지 않고 소음이 나지 않는다(3) .

발열체인 교환기와 냉각기인 냉수코일이 거리가 가까우므로 유곡이 느려 냉각효과가 크며

강제급기를 하지 않으므로 소음이 없고 먼지가 비산하지 않는 것은 좋은 작업환경이 된다.

실내기류곡도를 비교해 보면 바닥플레넘급기 천정수평환기방식이 천장덕트급기 천+ 0.8m/s, +

정리턴그릴환기방식이 자연대류순환방식이 로 자연대류순환방식이 제일 작으1.7m/s, 0.2m/s

며 실내기류속도가 이상이면 콜드드래프트를 느낀다 또한 실내기류속도가 빠를수록0.4m/s .

실내의 먼지가 상승한다.[10]

소음레벨을 비교해 보면 바닥플레넘급기 천장수평환기방식은 천장덕트급기 천정+ 60 70dB, +～

리턴그릴환기방식은 인데 반해 자연대류순환방식 로 자연대류순환방식이 제일60 70dB 30dB～

적다.[10]

- 82 -

운전비 유지비를 절감할 수 있다(4) .ㆍ

전기용량을 작게 할 수 있어 유지비를 줄일 수 있다.①

같은 용량의 종래에 사용하든 공기식과 비교해 가량 에너지를 절약할 수 있고 기0 20%～

후에 따라 변형된 시스템을 사용하면 까지도 절약할 수 있다80% .

같은 크기의 교환기실을 대상으로 냉동기 펌프 팬 등의 전기설치용량을 비교한 결과 바닥, ,

플레넘급기 천장수평환기방식이 천장덕트급기 천장리턴그릴환기방식이 자+ 30.7kw, + 35.9kw,

연대류순환방식이 로 자연대류순환방식이 제일 적다23.8kw .[10]

종래에 사용하든 공기식에서는 먼지를 제거하기 위한 많은 공기필터가 설치되어야 하나②

이 방식에서는 신선외기가 도입되는 부분에 하나의 작은 필터만 필요해 운전비를 절감할 수

있다.

덕트를 통한 화재의 확산염려가 없다(5) .

종래에 사용하든 공기식에서는 화재가 발생할 경우 덕트를 타고 확산되나 이 방식은 공기식

이 아니므로 화재의 확산염려가 없다.

규등한 기류 및 온도분포가 형성된다(6) .

공기식에서는 공기가 도달하지 않아 냉각이 되지 않는 이 발생할 염려가 있어Heat Pocket

공조기의 배치에 상당한 주위를 기울여야 하나 이 방식은 열이 복사의 형태로 전달되므로

그럴 염려가 없다.

설치가 용이하고 소요스페이스도 작다(7) .

공기식에서는 급기를 균등하게 분포시키기 위하여 긴 덕트를 천장에 매달거나 바닥플레넘,

또는 천장플레넘을 설치하여야 하기 때문에 소요공간이 많아야 하고 층고가 높아진다 그러.

나 이 방식은 냉수코일이 교환기의 상부에 설치되므로 소요스페이스도 작고 교환기실 내부

의 냉수순환을 위한 플렉시블 플라스틱 튜브는 케이블슈트에 설치된다 따라서 교환기 상부.

로의 공간은 이면 충분하고 천장설계에 큰 신경을 쓰지 않아도 된다50cm .

냉각장치와 냉수탱크 및 펌프등은 옥외나 지붕 밑 별도의 콘테이너 등 별다른 제한없이 설,

치되며 교환기실 과는 일반 케이블덕트를 통해 플렉시블 플라스틱 튜브로 연결된다.

- 83 -

모듈화되어 있어 증설이 쉽다(8) .

새로운 냉각장치 냉수탱크 등을 기존의 장치에 병렬로 추가설치 할 수 있다 새로운 펌프나, .

냉수코일을 설치해 새로운 냉각회로를 구성할 수 있고 소요량의 증가라면 기존의 코일에 냉

수코일을 설치하는 것이 가능하다 이러한 작업은 시스템이 운전중에도 가능하다. .

시스템의 변형이 쉽다(9) .

기후에 따른 변형①

년중 개월 이상 외기평균온도가 미만인 지역에서는 냉각장치의 하나 또는 일부를 외10 20℃

기에 이해서 물이 냉각되는 열교환기로 대체할 수 있다 그림 냉각장치는 년중 가장.< 4-16>

더울 때만 사용하며 나머지 기간중에는 탱크내의 냉수온도를 낮추고자 할 때만 사용함으로

써 에너지를 절약할 수 있다.

그림 외기온에 따라 변형된 시스템< 4-16>

- 84 -

작은 플랜트를 위한 단순화된 시스템②

작은 플랜트를 위한 단순화된 변형시스템이 개발되었다 냉각장치 펌프유니트 냉수탱크 등. , ,

이 하나의 유니트로 조합되었으며 냉각유니트 안에서 물을 내강시키는 대신 냉각회로를 냉

수탱크내에 위치시킨다 그림 탱크내의 냉수온도는 에 가깝게 할 수 있다 믹싱. < 4-17> 0 .℃

밸브 펌프 냉각코일을 통한 냉수의 순환은 변형되기 전과 같다, , .

그림 단순하게 변형된 시스템< 4-17>

별도의 공조기를 설치해 신선외기를 도입하여 실내공기질을 향상시키고 실내를 정압이(10)

되게 하여 외부로부터의 공기침입을 막아 먼지침입 및 열손실을 방지한다.

냉수코일이 교환기의 상부에 노출설치되어 있으므로 누수가 염려되나 이에 대한 대책(11)

은 다음과 같다.

배관접합 부위를 가능하면 적게 한다.①

공인된 접합방법을 사용한다.②

냉수코일과 접합부위를 가능하면 교환기 상부에 설치하지 말고 교환기 사이의 통로 상부③

에 설치한다.

냉수코일을 따라 습도감지기를 설치해 습도가 변하면 경보를 울리거나 냉수공급을 정지④

시킨다.

시스템 중 이하의 수온을 갖는 부분은 모두 단열을 하여 결로가 생기지 않게 한(12) 15℃

다 실온습도의 설계치는 건구온도 상대습도 로서 이때 노점온도는 전도이. 25 , 50% 13.7℃ ℃

므로 상당한 여유가 있기 때문에 결로는 생기지 않는다.

- 85 -

영국의 패키지 공조방식4. [5]

가 개 요.

영국의 사에서 디지털교환기용으로 개발한 공조방식으로써 냉각능력Britich Telecom 15kw

의 유닛화한 공냉공조기를 외벽면에 분산설치하는 방식이며 급기는 부하에 대응하기 위하여

펀칭메탈 보다는 천장에 설치한 라인디퓨저로부터 취출되며 환기는 실내에서 수평으로 이루

어지므로 그림 과 같이 천장급기 수평환기방식이 된다< 4-18> + .

그림 천장급기 수평환기방식의 개요도< 4-18> +

나 특 징.

교환기실의 크기에 따라 한 유니트씩 추가설치 할 수 있으므로 확장성이 좋다(1) .

설치 및 수리에 요하는 시간이 짧다(2) .

- 86 -

라인디퓨저는 개구조정이 가능하므로 발열분포에 대응하여 풍량을 조정할 수 있다(3) .

외기냉방을 이용하여 에너지를 절약할 수 있다(4) .

외기온이 높을 때에는 외기를 유니트내로 도입하여 응축부 발열을 냉각시킨후 외부로 배기

시키는 공랭식 냉방모드로 운전을 한다 외기온이 낮을 때에는 냉동운전을 하지 않고 송풍.

기만 가동하되 유니트내의 댐퍼의 방향을 바꾸어 외기를 실내로 송풍하여 외기냉방을 함으

로써 에너지를 절약할 수 있다 그림 실내외 압력조절은 외벽에 설치한 릴리프댐퍼. < 4-19>

를 이용한다.

냉동기 운전으로 냉방시 신선외기에 의한 냉방시(a) (b)

냉동기 운전으로 냉방시 신선외기에 의한 냉방시(a) (b)

그림 공냉공조기의 작동< 4-19>

- 87 -

영국의 외기냉방방식5. [14]

가 개 요.

영국의 사에서 발표한 외기를 이용한 효율적인 냉방시스템의 운전으로서Britich Telecom

년 현재 여개의 교환국사에서 운용중인 시스템이다 이 방식은 교환기실의 기준온도1995 600 .

를 더 높이고 가능한 한 냉동기운전을 줄임으로써 에너지를 절약하고자 하는 것이다.

의 허용온도 를 고려하면 더 많ETX(European Telecommunications Standars Institute) 40℃

은 외기냉방운전이 가능하고 따라서 년 내내 냉동기를 운전할 필요가 없다 실내기류 조절1 .

은 바닥플레넘 바닥플레넘 이나 천장플레넘 없이 배기를 위한 릴리프댐퍼의 설치만으로 가( )

능하다 이 때 중요한 기본원칙 두 가지는 급기구와 배기구가 한 쪽 벽면에 있어야 하며 교.

환기 부근에서의 유속은 이하이어야 한다는 것이다 그림 은 이 시스템의50m/sec . < 4-20>

개요도이다 외기가 제어센서가 부착된 환기설비를 통해 실내로 인입되면 통로를 따라 흐른.

후 발열이 포함된 실내공기와 혼합되고 이어서 릴리프댐퍼를 통해 배기된다.

그림 영국의 외기냉방방식 개요도< 4-20>

- 88 -

의 환경기준은 그림 에서 보는 바와 같이 다음과 같다ETSI < 4-21> .

건구온도 예외적인 겨우: +5 +40 ( -5 +45 )～ ℃ ～ ℃

상대습도 예외적인 경우: 5 85%( 5 90%)～～

기류속도 이하: 5.0m/sec

온도변화 이하 분: 0.5 /℃

그림 의 환경기준< 4-21> ETSI

그림 을 보면 허용온습도 범위는 넓으나 가장 빈도수가 높은 범위는 온도 상<4-21> 24 ,℃

대습도 이다 교환기실내 허용온도범위는 로서 외기에 의한 냉각운전만으로는50% . 24±3 1℃

년 중 정도를 만족할 수 있으며 더운 여름철에만 냉동기를 운전한다 년이래 소규75% . 1986

모 교환국사에서는 공기필터가 부착된 하나 또는 여러 개의 송풍기만으로 외기를 실내로 공

그하여 냉동기 운전없이 냉각을 하고 있다 그림 급기량은 부하 당 이상.< 4-22> 6kw 1 /s㎡

공급하고 이렇게 하면 실내온도를 외기온 보다 정도 높게 유지할 수 있으며 이는5 ETSI℃

의 기준에 만족된다.

- 89 -

그림 소규모 국사건물의 외기냉방< 4-22>

이 시스템에서 거주자의 쾌적을 위한 고려사항은 다음과 같다.

기류 기류에 의한 불쾌감을 방지하기 위해서는 공조기의 취출풍속을 이하로- 5m/sec①

유지하여야 하며 교환기정면에서의 풍속은 이하이어야 한다2m/sec .

소음 외부소음은 이하이어야 하며 가장 나쁜 경우 작동되고 있는 송풍기로부터- NR35②

의 거리에서 이어야 한다2m NR58 .

온도 이 시스템이 작동시에 실내온도는 외부온도보다 정도 높게 된다 따라서 외부- 5 .③ ℃

촌도가 일 때 정도가 되나 직달일사가 없고 정도의 기류가 있다면 어느30 35 1 2m/sec℃ ℃ ～

정도 쾌적한 조건이 될 것이다.

나 특 징.

운전비를 약 감소시킬 수 있다(1) 50% .

냉동기의 운전점을 정도 높게 수정 설정하면 예를 들어 이던 운전점을 로 변경5 ( 27 32℃ ℃ ℃

함으로 인해 년 중의 정도를 외기만으로 냉각할 수 있다 이렇게 하면 약 의 운전) 1 95% . 50%

비를 줄일 수 있다 이러한 유니트를 운전하는 제어 프로그램을 수정하여 외기도입 설정점.

을 더 낮게 재조종함으로써 그림 에서 보는 것처럼 운전온도를 광범위하게 하면< 4-23> 1

년을 통한 평균온도는 이상 낮출 수 있다 이렇게 함으로써 국사의 에너지 소비량 중1 .℃

를 차지하던 냉각에 필요한 에너지비율을 로 낮출 수 있다12% 9% .

- 90 -

그림 외기도입 설정점의 변화에 따른 실내평균온도 변화< 4-23>

에너지 소비량도 감소시킬 수 있다(2) 50% .

유지관리가 간단하다(3) .

시스템이 간단하여 고장요소가 감소된다(4) .

냉각을 위한 기계설치면적이 감소된다(5) .

독일의 패키지 공조방식6.

가 개 요.

독일 국립 전화통신청에서 디지털교환기용으로 개발한 공조방식으로써 전산실과 같이 전기

배선 공조스페이스를 위하여 바닥플레넘으로 한다 기류는 교환장치의 하부로부터 직접 장, .

치내로 흡입된다 공냉 또는 수냉패키지를 사용하고 공냉일체형을 채용하는 경우 에너지절.

약을 위하여 히트파이프에 의한 간접의 기냉방을 하는 경우가 있다 천장은 보통 설치하지.

않으므로 바닥플레넘급기 수평환기 공조방식이 된다+ .[3.6]

- 91 -

그림 독일의 바닥플레넘급기 수평환기 공조방식의 개요도< 4-24> +

나 특징.

교환기실의 크기에 따라 한 유니트씩 추가설치 할 수 있으므로 확장성이 좋다(1) .

설치 및 수리에 요하는 시간이 짧다(2) .

급기가 바닥플레넘을 통하여 교환기 하부로 직접공급되므로 냉각효율이 좋고 실깊이가(3)

깊어도 냉각가능하다.

외기냉방을 이용하여 에너지를 절약할 수 있다 공냉일체형을 공조기를 채용하는 경우(4) .

에너지절약을 위하여 히트파이프에 의한 간접외기냉방을 하는 경우가 있다.

교환기 위치 이동에 따라 디공판의 위치를 조절하루 있어 취출위치의 유연성이 있다(5) .

- 92 -

미국의 중앙식 공조방식7.

가 개 요.

매국의 사에서 개발한 공조방식으로써AT&T NEBS(Network Equipment Building System)

기준에 의해 교환기실 설계의 표준화 계열화를 하여 적용조건을 명확히 함으로써 모든 교,

환기실을 가장 엄격한 조건에 대응해 설계하지 않도록 하고 있다 공조방식은 아래 표. <

그림 와 같이 계열화되어 있다4-1>, < 4-25> .

표 미국의 교환기실 공조방식과 발열부하처리용량< 4-1> [3.7]

공 조 방 식 발열밀도 Q w/㎡

A 천장덕트급기 벽 또는 통로상부천장 환기+ Q 220ꀃB 천장덕트 디퓨저급기 벽 또는 통로상부천장 환기+ + 220 < Q 630ꀃC 천장플레넘 급기 천장 또는 벽환기+ Q 630ꀃD 바닥플레넘 급기 벽 또는 통로상부천장 환기+ Q 420ꀃE 천장플레넘 급기 바닥플레넘환기+ 220 < Q 1100ꀃ

- 93 -

(e) Type E

방식은 이라 불리우는 공조방식으로서 중앙냉동기에서 만E Modular Cooling System(MCS)

들어진 냉수를 교환기실내에 설치된 에 보내어 공기를 냉각Process Cooler(Fan Coil) Unit

시키며 이 냉각공기는 천장플레넘으로 보내져 천장측슬리트로부터 취출되어 교환기전면으로

흐리고 바닥플레넘의 슬리트로 흡입된다 냉각을 확실하게 하기 위하여 디지털교환기.

에는 송풍기를 내장하게 되고 이럴 경우에는 과 같은 고급의 공조방식은(No.5ESS) E Type

불필요하고 으로도 충분하다D Type .

다음 사진들은 국내 교환기실에 적용된 의 공조방식이다 사진 은 상NEBS B Type . < 4-1>

부 취출부위에 덕트를 연결한 항온항습기이며 사진 는 천장덕트에 연결된 급기디퓨< 4-2>

저의 모습으로 바로 아래에 케이블데크가 보인다.

- 94 -

사진 급기덕트가 연결된 항온항습기< 4-1>

사진 천장에 설치된 급기디퓨저의 모습< 4-2>

- 95 -

한국의 패키지 공조방식8.

가 개 요.

이 방식은 실내에 또는 등의 소형 패키지형 에어콘 또는 항온항습기를10USRT 15USRT

교환기실의 바닥위에 직접설치하여 공조기 전면상부로 취출하고 전면하부로 환기하는 수평

급기 수평환기 공조방식이다 사진 은 교환기실내에 설치된 직접취출 형태의 항온+ .[8] < 4-3>

항습기로서 도달거리를 멀리하기 위하여 노즐형으로 한 것도 보이다.

사진 직접취출형의 항온항습기< 4-3>

- 96 -

나 특 징.

개별운전이므로 운전이 용이하다(1) .

소형공조기의 복수대 설치로 인한 경제적인 시스템 신뢰성 확보(2)

교환기실용 공조시스템은 통신서비스 유지를 위해 높은 신뢰성이 요구된다 따라서 고장시.

에 대처할 수 있는 예비공조기를 설치한다 공조기 대당의 냉각능력을 크게 하면 예비기의. 1

비용이 높아지고 시스템비용이 상승한다 패키지형 에어콘 또는 항온항습기 대가 고장난다. 1

하더라도 실내온습도 조건이 금방 악화되지 않는다.

급기와 환기의 온도차를 비교한 결과 그림 에서 보는 바와 같이 수평급기 수평환(3) < 4-3> +

기방식에서는 약 바닥플레넘급기 천장플레넘환기시스템에서는 약 의 차이로 나5.5 , + 8.2℃ ℃

타나 결국 수평급기 수평환기시스템에서는 송풍량이 다른 방식에 비해 커야 한다는 것을+

의미하므로 에너지소모도 그 만큼 많아진다.[11]

냉각공기 취출시 기류가 하강하므로 실깊이 지점까지 기류를 도달시키려면 취출풍속4) 18m

을 이상으로 유지하여야 하며 이 때 공조기로부터 정도 떨어진 지점의 교환기상5m/s 6m

부 높이 의 유속은 정도이다 그림(1.8m ) 1 1.5m/s .< 4-26>～

그림 수평급기 수평환기방식에서의 유속 및 도달거리< 4-26> +

- 97 -

실깊이가 깊은 곳은 사용하기 곤란하다(5) .

실깊이와 발열량과의 관계를 보면 그림 에서 보는 바와 같이 바닥플레넘급기 천장플레4-4 +

넘환기방식은 실깊이에 관계없이 까지의 발열량을 처리할 수 있고 바닥플레넘급기1100w/㎡

수평환기방식은 실깊이가 정도일 때 까지의 발열량을 처리할 수 있으나 수평+ 10m 500w/㎡

급기 수평환기방식은 실깊이가 전도일 때 까지의 발열량을 처리할 수 있으며 실+ 9m 300w/㎡

깊이가 더 깊어지면 발열을 처리할 수 없어 사용할 수 없다.

수평급깁아식에서 급기의 유속이 빨라지면 교환기 상부에서 배기되는 상승기류를 방해(6)

하므로 교환기 주위온도가 상승하여 비공조시보다 평균온도 최고온도 모두 상승한다 그림, .<

냉각공기의 급기유속에 따른 교환기 주위 온도를 비교해 본 결과 오히려 급기유속에4-7>

비례해 주위온도가 상승하였다 그림.< 4-8>

고도의 공기처리를 할 수 없으며 별도의 외기인입덕트를 연결하지 않으면 외기냉방 및(7)

환기를 위한 최소외기 도입이 불가능하다.

응축기의 열을 공랭식으로 방출할 경우 실외기의 설치장소가 별도로 필요하다(8) .

한 층의 규모가 커지면 패키지에어콘 또는 항온항습기의 숫자가 많아지므로 실외기의 설치

장소도 많이 필요하나 그럴 경우 건축적인 외관의 미를 손상하게 되므로 건축분야와 긴밀한

협조가 요망된다 사진 에서 보는 바와 같이 실외기 설치밀도가 너무 높고 주위 면. < 4-4> 3

이 막혀 맞통풍이 되지 않으면 냉각효율이 떨어질 수 밖에 없다 또한 실외글 옥상에 설치.

할 경우 패키기에어콘 또는 항온항습기로 부터의 거리가 너무 멀어져 냉각효율이 크게 떨어

진다.

- 98 -

사진 실외기 설치의 좋지 못한 예< 4-4>

응축기의 열을 수냉시 냉각탐으로 방출할 경우 고장에 대비한 예비 시스템으(9) (back-up)

로 밀폐형 냉각탑을 한 대 더 설치하여야 한다.

수냉식으로 냉각할 경우 한 대의 냉각탑에 여러 대의 패키지에어콘 또는 항온항습기가 연결

되기 때문에 밀폐형 냉각탑 대의 고장으로 동시에 여러 대의 패키지에어콘 또는 항온항습1

기가 운전중지되어 실내조건이 악화된다 따라서 예비 밀페형 반드시 필요하다. .

- 99 -

한국의 중앙공조방식9.

가 개 요.

이 방식은 일반 사무실의 공조방식처럼 공기조화기를 설치하여 급기덕트로 연결하고 천장에

설치된 디퓨저로 취출하는 방식이다 환기는 천장에 설치된 디퓨저를 통한 덕트리턴 또는.

레지스터를 통한 실링리턴 천장플레넘리턴 방식이 된다 공조기는 중앙기계실의 냉동기 또는( ) . (

냉온수기 에서 공급받을 수도 있으나 개별운전이 가능하도록 직접팽창형 공조기를 설치할)

수도 있다 현재 국내에 소규모 국사에 많이 사용되고 있는 공조방식이다. .

나 특 징.

공조기 설치대수가 적어 유지관리가 간단하다(1) .

전공기방식이므로 풍량이 많아 외기냉방이 가능하다(2) .

단 도심에 위치한 국사건물의 경우 외기를 인입할 경우 공기의 오염으로 인한 공기필터의,

유지관리비가 많이 들게 마련이나 필터교체비용과 외기냉방에 의한 에너지절약효과의 비교

분석을 실시하여 외기냉방이 유리할 경우 중간기나 겨울철에는 반드시 급기 전량의 외기를

도입하여야 한다.

실깊이에 관계없이 기류를 공급할 수 있다(3) .

천장급기 천장환기이므로 급기가 환기가 혼합되어 유동의 수직층류형태를 유지할 수 없(4) +

다.

공조기의 고장에 대비하여 예비 시스템을 설치하여야 한다(5) (back-up) .

송풍량이 많으므로 송풍동력이 커진다(6) .

현재 우리나라에서 사용하고 있는 절과 절의 공조방식의 장단점을 보완하기 위해4.1.8 4.1.9

국내에서는 하나의 전자교환실에 위의 두 가지 공조방식을 혼합하여 사용하는 예가 있는데

이는 이중설치로 인해 설치비가 비싸지는 만큼 효율적인 운전을 통한 유지관리비 절약으로

추가설치비를 환원할 수 있어야 한다 건물 유지관리자들은 중앙냉동기의 운전이 없어도 개.

별운전이 가능한 패키지에어콘 또는 항온항습기사용을 선호하게 마련이나 기류의 짧은 도달

거리로 인한 비효율적인 냉각 외기냉방 및 환기를 위한 최소외기량 도입의 곤란 등을 고려,

해 효율적인 운전을 하여야 한다.

- 100 -

제 절 각 공조방식의 특징요약2

지금까지 개국의 가지 교환기실 공조방식에 관하여 그 특징을 살펴보았다 이들 공조방식6 9 .

은 한 가지만 적용될 수도 있고 두 가지 이상의 방식이 복합적으로 적용될 수도 있다.

교환기실 공조시스템의 설계 또는 선정시 고려할 사항은 여러 가지가 있으며 대표적인 것들

을 들면 다음과 같다.

신뢰도가 높아야 한다1. .

공조설비의 고장 등으로 인한 실내환경 악화는 교환기 설비에 치명적인 손상을 줄 수 있으

며 이로 인해 이용자는 큰 불편을 겪는다 공조설비의 복수설치 에설비 설치 냉수탱크 설. , ,

치 등을 고려한다.

경제적인 운전 및 에너지걸약형이어야 한다2. .

외기냉방 써모 싸이폰 히트파이프 전열교환기를 적극 이용하고 펌프 및, - (thermo-sophon), ,

송풍동력비를 절약할 수 있는 시스템을 선정하며 에너지 절약적인 냉동시스템 및 운전프로

그램을 개발한다.

유지관리가 용이하여야 한다3. .

공조기 대수가 많아지면 유지관리는 어려워진다.

유연성 및 확장성이 있어야 한다4. .

각기 다른 형태의 교환기실에 설치가 쉽고 확장하기 쉬워야 한다 모듈화된 디자인이 필요.

하다.

정전 등 사고시에도 작동할 수 있어야 한다5. .

사용전원 정전을 대비한 비상발전기 또는 축전지 설치 냉수탱크 설치 등을 설치하여야 한,

다 공조설비 비가동시 온도상승곡선을 보면 다음 그림 과 같다. < 4-27> .

실내온습도 소음 청정도 기류분포 등의 환경조건을 만족시켜야 한다6. , , , .

공조방식뿐 아니라 급환기방식에 따라 환경이 달라진다.

덕트나 배관 등을 설치하기 위한 소요공간이 너무 크지 않도록 한다7. .

공사비나 장비설치비를 고려하여 시스템을 선정한다8. .

교환기가 설치될 지역의 기후특성에 맞게 설계되어야 한다9. .

외기온도가 낮은 지역은 외기냉방이 가능한 시스템을 선정한다.

- 101 -

그림 공조설비 비가동시 온도상승< 4-27>

이상과 같은 관점에서 가지 교환기실 공조방식에 관한 각각의 특징을 간단히 요약하면 다9

음 표 와 같다< 4-2> .

여러 가지 공조방식의 장단점을 종합한 결과 일본의 방식 바닥플레넘급기 천장NTT-MACS ( +

플레넘환기방식 이 가장 우수한 것으로 판단되었으며 이 외에도 영국의 천장플레넘급기 수) +

평환기방식 독일의 바닥플레넘급기 수평환기방식 미국의 방식 바닥플레넘급기 천장플, + , MCS ( +

레넘환기방식 등이 우수한 공조방식으로 판단된다) .

또한 교환기실내의 온습도 소음 청정도 기류속도 및 기류분포 등 환경적인 면만을 고려한, , ,

다면 스웨덴이 방식 자연대류순환방식 이 가장 우수한 것으로 판단되었으나 이 방ERICOOL ( )

식은 결로 및 누수의 위험이 있다.

한편 현재 우리나라에서 사용하고 있는 패키지 공조방식이나 중앙공조방식은 에너지절약적

인 면이나 온도분포 면에서 우수하지 못한 공조방식으로 판단된다.

- 102 -

표 교환기실 각 공조방식의 특징 비교< 4-2>

- 103 -

제 장 미국 국사건물 설계기준의 예5

미국은 기준에 의해 교환기실 설계의 표준화NEBS(Network Equipment Building System) ,

계열화를 하여 적용조건을 명확히 하고 있다 는 효율적인 국사건물시스템의 설계. NEBS ㆍ

건설 유지관리를 위해 요구되는 지친사항들을 에서 정리한 것이Bell Operating Companyㆍ

다.[37]

제 절 의 구성1 NEBS

의 내용을 각 장별로 요약하면 다음과 같다NEBS .

제 장 서론1

제 장 필요공간2

국사건물의 교환기설치 케이블배치 및 조명설치 공기분배 등을 위해 필요한 수직 및 수평, ,

공간을 제시하였다.

제 장 하드웨어 및 기술자에게 요구되는 사항3

국사건물내 모든 장치들의 성능발휘 및 신뢰성을 확보하기 위한 요구사항과 이들 장치들을

유지관리하기 위해 기술자들에게 요구되는 사항들을 제시하였다.

제 장 국사건물의 환경조건4

국사건물에 요구되는 온습도 발열 소화 방재 소음 진동 방진 청정도 조명 전자기파 등, , ( ), , , , , ,

환경조건에 관한 내용들을 서술하였다.

제 장 환경측정방법5

제 장에 서술된 환경조건들의 측정방법에 대해 서술하였다4 .

이 중 본 연구와 직접적인 관련이 있는 교환시기실의 공조방식 환경조건 및 교환기 크기에,

따른 교환기실의 레이아웃 평면도 케이블 배치도 등에 관한 내용을 요약하면 다음과 같다, , .

- 104 -

제 절 의 공조방식2 NEBS

그림 은 의 교환기실 공조방식의 대표적인 개요도이다< 5-1> NEBS .

그림 의 교환기실 공조방식의 대표적인 개요도< 5-1> NEBS

1. Conventional Cooling System(CCS)

은 지금까지의 전형적인 공조방식으로서 전공기방식이Conventional Cooling System(CCS)

며 중앙공조기 천장속 덕트와 취출구로 구성된다, .

2. Modular Cooling System(MCS)

은 고발열 교환기실의 공조방식으로서 냉동기 급기를 위한Modular Cooling System(MCS) ,

천장플레넘 환기를 위한 바닥플레넘 냉수파이프와 배선등의 조합이 하나 또는 여러 개로, ,

구성된다 중앙냉동기에서 만들어진 냉수를 교환기실내에 설치된. Process Cooler(Fan Coil)

에 보내어 공기를 냉각시키며 이 냉각공기는 천장플레넘으로 보내져 천장측슬리트로부Unit

터 취출되어 교환기 전면으로 흐르고 바닥플레넘의 슬리트로 흡입된다 수직공간은 다음과.

같이 분할된다.

- 105 -

이상의 공간 덕트 및 취출구 설치 또는 급기플레넘10 feet - ,

이중바닥에서 사이의 공간 교환기 및 배선 조명설치10 feet - ,

이중바닥 아래공간 환기플레넘 전기 및 배선 공간- ,

발열부하가 이상인 교환기실은 천장속 덕트에 의한 교환기주변으로의 하강기류 공220w/㎡

급 또는 방식 등이 적용될 수 있다MCS .

설치후레임 을 포함한 교환기의 크기는 다음과 같이 다양하며 그림 는 설치후(frame) < 5-2>

레임 을 포함한 교환기의 전체크기를 나타낸다(frame) .

교환기의 크기

높이(Height)∙ - 7t 폭(Width) -∙ 2ft, 1-15/16 in.

깊이(Depth)∙ - 12, 18, or 24 in. 3ft, 2-15/16 in.

4ft, 3-15/16 in.

6ft, 5-15/16 in.

- 106 -

그림 설치후레임 을 포함한 교환기의 크기< 5-2> (frame)

- 107 -

제 절 의 환경조건3 NEBS

기준에 의한 환경조건은 다음과 같다NEBS(Network Equipment Building System) .

온습도1.

작동온도 : +5 +37.8～ ℃

연속 시간 이하 또는 연간 일 이하의 단기간 온도조건72 15 +1.7 +48.9～ ℃

공칭 작동온도 사람이 있는 공간: +18.3 +26.47～ ℃

사람이 없는 공간 +12.8 +29.4～ ℃

온도변화 이하 시간: 8.3 /℃

상대습도 : 20 55%～

연속 시간 이하 또는 연간 일 이하의 단기간 상대습도조건 절대습도72 15 20 80%～

0.024kg/kgDA

발열량2.

면적당 평균발열량은 특별한 교환기를 사용하지 않는 한 이하 교환기내에 강제배861w/ ,㎡

기팬을 갖는 교환기를 사용할지라도 를 넘지 않는다1076w/ .㎡

청정도3.

표 청정도 기준< 5-1>

오염물질 단위 대기 교환기실

미립자질산미립자탄산수소아황산가스질소산화물광화학산화체황화수소염소가스

/㎍㎡/㎍㎡ppmppbppbppbppbppb

185121050300501010

755105030050105

- 108 -

소음레벨4.

표 소음 기준< 5-2>

장 비 소음레벨(dBA) 측정위치

실내

기계실내 장비 83바닥에서 5feet,장비 주위에서떨어진 지점2feet

기타 모든 장비 75

일상대화 또는 전화통화가이루어지는 실내에 설치된 장비

65

실외 모든 장비 90외벽에서 20feet떨어진 지점

조도기준5.

표 조도기준< 5-3>

지 역 조도기준(lx)

교환기 주위유지관리 공간배선공간

160작업시 휴대용 광원사용

배선 주위유지관리 공간배선공간

215110

전력실통로 및 개방공간

분전반AC ,배터레분전반DC

320215

케이블 인입지역 통로 및 개방공간50

또는 작업시 휴대용 광원사용( )

제어 시험, ,유지관리지역

제어센터컴퓨터 화면책상면

540540

540 750～

- 109 -

제 절 의 교환기실 계획4 NEBS

에서는 약 크기 교환기실의 레이아웃을 다양한 교환기의 크기NEBS 20feet×20feet( 6M×6M)

에 따라 여러 가지로 구분하였는데 그림 와 같다< 5-3 5> .～

또한 약 크기 교환기실의 평면도를 교환기의 깊이에 따라 교환기20feet 20feet( 6M 6M)～～

배치열수를 다르게 하여 여러 가지로 구분하였는데 그림 와 간다< 5-6 9> .～

그림 은 교환기실의 단면도를 나타내며 와 사이에는 대개 공기조화용 덕트설< 5-10> 10ft 11ft

치 공간이며 교환기 직상부의 후레임 부분은 케이블 통로가 된다(frame) .

그림 은 직류전원을 공급하는 배터리실의 단면도이다< 5-11> .

또한 케이블의 배치도를 교환기의 배치열수에 따라 여러 가지로 구분하였는데 그림< 5-1

와 같다 그림 는 케이블이 교환기 직상부의 장비 후레임 에 설치2 15> . < 5-12 14> (frame)～～

된 예이고 그림 케이블이 천장상부의 케이블배치 후레임 에 설치된 예이다< 5-15> (frame) .

이와 같은 케이블 배치도는 케이블 작업을 용이하게 할 뿐 아니라 케이블이 바닥플레넘이나

천장플레넘 속에 무질서하게 배치되어 공기의 통로를 막는 것을 방지한다.

- 110 -

그림 교환기의 크기가 높이 폭 깊이< 5-3> 6feet(180cm), 2feet 6inch(75cm),

인 교환기실의 레이아웃의 예1feet 9inch(52.5cm)

- 111 -

그림 교환기의 크기가 높이 폭 깊이< 5-4> 7feet 6inch(225cm), 2feet 8inch(80cm),

인 교환기실의 레이아웃의 예1feet 3inch(37.5cm)

- 112 -

그림 교환기의 크기가 높이 폭 깊이< 5-5> 7feet(210cm), 1feet 11.6inch(59cm),

인 교환기실의 레이아웃의 예10.2inch(26cm)

- 113 -

그림 교환기의 깊이가 인 열 교환기실의 평면도의< 5-6> 12inch(30cm) 6

- 114 -

그림 교환기의 깊이가 인 교환기실의 평면도의 예< 5-7> 18inch(45cm)

- 115 -

그림 교환기의 깊이가 인 열 교환기실의 평면도의 예< 5-8> 18inch(45cm) 5

- 116 -

그림 교환기의 깊이가 인 열 교환기실의 평면도의 예< 5-9> 24inch(60cm) 4

- 117 -

그림 교환기실의 단면도< 5-10>

그림 배터리실의 단면도< 5-11>

- 118 -

그림 교환기의 깊이가 인 열 교환기실의< 5-12> 12inch(305cm) 6

케이블 배치도의 예 공조방식( - CCS)

- 119 -

그림 교환기의 깊이가 인 교환기실의 케이블< 5-13> 18inch(45cm)

베치도의 예

- 120 -

그림 교환기의 깊이가 인 열 교환기실의 케이블< 5-14> 18inch(45cm) 5

배치도의 예

- 121 -

그림 케이블이 천장면에 배치된 교환기실의 케이블 배치도의 예< 5-15>

- 122 -

제 장 국내 국사건물의 에너지성능평가6

제 절 서 론1

본 장의 연구흐름은 그림 과 같다< 6-1> .

우선 문헌조사 및 현장실사를 통하여 국내외의 연구동향과 국사 건물의 특징 및 문제점을

평가할 수 있다.

점차적으로 고발열화 되고 있는 국사건물의 에너지 성능을 평가하기 위하여 국내에 소재한

건물을 대상으로 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다 시뮬레이션 도구로는 현재 전세계적으S .

로 건물에너지 성능평가를 위해 광범위하게 사용되고 있는 미국 LBL(Lawrence Berkeley

에서 개발된 프로그램을 사용하였다 시뮬레이션 연구는 입력에 대한Laboratory) DOE-2.1E .

변수의 값이 합리적이어야 하기 때문에 현장실사 및 면담을 통하여 가능한 한 실제로 운용

되는 데이터를 이용하였고 그렇지 못한 경우에는 선행된 연구와 에서 제공하는 기본값DOE

을 참고하여 사용하였다 이러한 입력값으로 작성된 모델을 년도 실제 전력소리량과의 비. ’94

교 검증을 거쳐 에너지 해석을 위한 기준 모델로 만들었다 이 모델을 이용하여 입력변수.ㆍ

의 변화에 따른 출력변수의 변화 정도를 분석하는 민감도 분석을 적용시켜 에너지 소비에

영향을 미치는 인자들을 추출한 다음 건물 전반적인 측면에 대한 요소별 성능평가를 실시하

였다.

이 과정에서 건물부문의 에너지절약요소 및 설비ECO( : Energy Conservation Opportunity)

부문의 그리고 이 두 를 종합한 복합 를 도출하여서 여러 구성요소들이 복합ECO ECO ECO

적으로 연계되어 있는 국사 건물의 에너지 절약성을 평가하였다.

궁극적으로는 이러한 결과들은 국사 건물에서의 통합설계 지침을 작성할 때 에너지절약 측

면에서 도움을 줄 수 있을 것이다.

- 123 -

그림 연구의 흐름< 6-1>

- 124 -

제 절 에너지 해석 도구2 (DOE-2.1E)

건물의 에너지 요구를 평가하기 위해서 일반적으로 건물에너지 해석 프로그램이 사용된다.

일반적으로 현재 많이 사용되는 이러한 프로그램에는 BLAST(BLAST Support Office

1991), DOE-2.1(Lawrence Berkeley Laboratory 1991; Winkelmann et al. 1993),

일년간의 에너지 성능을 평가하기 위해 프로그램ESP(Clarke & Mclean 1986), DOE-201E

을 사용하였다 이 프로그램은 미국 에서 계속적인 검증과정. Lawrence Berkeley Laboratory

을 통해 개발되었고 현재 전세계적으로 건물의 에너지 성능 평가를 위해 광범위하게 사용되

고 있다 또한 이 프로그램은 건물의 모든 부분 건물 외피 조명 기계 설비 시스템 등을. - , ,

포함하여 의 에너지 성능을 평가할 수 있는 도구이다 시간별로 기록된 표준기상 데이터- .

등 를 이용하여 건물의 시간별 열성능을 계산하게 된다 이 프(TMY, TRY, CTZ, WYEC ) .

로그램의 데이터 입력시 국제 표준단위 를 사용할 수 있고 이 프로그램은 일반에(SI units) ,

자유 로이 공개되는 프로그램으로 계산에 사용된 알고리즘을 확인할 수 있는 장점이 있다.

이것은 사용자 스스로 알고리즘을 만들고 기존의 것을 대체하거나 삽입하여 사용할 수 있다

는 것을 의미한다 이 프로그램의 또 다른 장점은 반복적인 작업을 줄일 수 있는 매크로와.

파라미터를 이용하는 기능이다 또한 다양한 형태의 결과 보고서를 도출할 수 있는 기능이.

있어 결과 분석 목적에 따라 여러 가지 형태의 보고서를 출력할 수 있다.

프로그램은 개의 부속 프로그램으로 되어 있다 첫째는 입력처리 프로그램을 사DOE-2.1E 5 .

용자가 입력한 데이터를 받아 들여 후속계산 프로그램을 위해 그 데이터를 전환시키는 이B

프로그램이 있다 그리고 개의 주요 시뮬레이션 프로그램(Building Description Language) . 4

그리고 이 있다- LOADS, SYSTEMS, PLANTS, ECONOMICS - .

- 125 -

그림 는 프로글매의 구성을 보여준다< 6-2> DOE-2.1E .

그림 프로그램 구성도< 6-2> DOE-2.1E

- 126 -

프로그램1. LOADS

부분은 건물의 냉난방 부하를 계산한다 건물 외피를 통한 열출입량은 년동안 또LOADS . 1

는 지정된 특정 기간동안 매 시간별 시간 로 계산된다 열손실과 열획득은 벽 지붕 바(8760 ) . , ,

닥 창 문에 대해 각각 구해진다 건물 외피를 통한 복사와 전도에 의한 열전달은 축열체, , . ,

단열재의 배치 일사각 구름 건물위치 건물방위 건물특성의 효과를 고려하여 결정된다 외, , , , , .

기 침입부하는 내외부 형태의 차이와 가정된 누출율에 근거하여 계산된다.

프로그램2. SYSTEMS

이 프로그램은 건물내의 온도와 습도제어에 사용되는 공기조화설비시스템의 특성을 시뮬레

이션하기 위한 알고리즘과 방정식을 포함하여 건물의 에너지 요구량을 계산한다.

프로그램은 요구된 형태를 유지하기 위하여 공급되어야 하는 공기조화 시스템SYSTEMS

의 시간별 에너지 요구량을 계산하기 위하여 프로그램 및 시스(HVAC SYSTEM) LOADS

템 특성으로부터 출력정보를 이용한다 외기요구 기기조작 스케쥴 공조설비 조절 절약 등. , ,

을 고려한다 의 계산결과는 실제로 실내공간과 시스템에서 요구되는 냉방 난방. SYSTEMS

코일부하이다.

프로그램3. PLANT

는 일반적인 공조설비 시스템 보일러 터빈 냉각기 냉각타워 저장탱크 등 을 시뮬PLANT ( , , , , )

레이션 하는 것을 사용자가 지정한 쾌적조건을 만족시키기 위해 요구되는 연료에 의한 전체

에너지를 계산한다 각 기기 구성요소의 작동은 작동조건과 부분부하 특성에 근거하여 설계.

된다 입력 정보는 기기 형태 각 유닛의 크기 및 수 기기의 작동스케쥴을 포함한다. , , .

프로그램은 일차적인 냉난방 기기와 환기시설의 에너지 소비량을 계산하기 위하여PLANT

위의 정보와 및 프로그램의 결과치를 이용한다LOADS SYSTEMS .

프로그램4. ECONOMICS

이 프로그램은 에너지 비용을 계산한다 광범위한 비용구조를 고려하여 설비기기에 사용되.

는 다양한 형태의 연료에 드는 비용을 산출하는 것이다 더 나아가 프로그램. ECONOMICS

의 경제성 통해 사용자는 건물에서의 에너지 시스템을 위한 분석을 할 수Life Cycle Cost

있다.

- 127 -

제 절 국사건물의 에너지 해석 모델링3

국사건물의 에너지성능을 평가하기 위하여 국내에 소재한 실제 국사건물을 대상으로 컴퓨터

시뮬레이션을 수행하였다.

대상건물의 개요1.

본 연구의 대상건물은 서울 충무로에 위치한 전화국 건물이다S .

이 건물의 규모는 지하 층 지상 층 옥탑 층으로 이루어져 있으며 전체 대지면적은3 , 10 , 4

이고 연면적은 이다 지하층은 주로 기계실과 주차장으로 되어 있으며3,267.90 27,464.07 . ,㎡㎡

지상 층은 일반 사무실로 사용되고 있고 지상 층은 주로 교환기기실과 그와 관1, 8 10 , 2 7～～

련된 공간으로 이루어져 있으며 옥탑층은 기계실과 물탱크실로 되어 있다 각 층의 바닥에, .

서 바닥까지의 높이는 지하 층 지하 층이 각각 이고 지상 층 지상3 1 5.5m, 5m, 3.8m , 1 7～～

층까지는 층 및 층은 이고 층은 이다5m, 8 9 4m , 10 4.5m .

이 건물의 구조는 철근콘크리트 라멘조이고 건물창호는 복층유리로 되어 있고 그, 18mm <

림 은 대상 건물의 형상이다6-3> .

표 은 건물의 각 부위별 상세를 나타내는데 이러한 건축 재료들의 세부적 열적 물리< 6-1>

적 특성데이터는 건물 에너지 해석모델을 위한 자료 입력시 중요한 요인으로 사용된다 에.

너지 모델링을 위해 필요한 대상건물의 외피구성 바닥구성 및 창호의 열 물성치는 시렞 내,

용을 토대로 작성되었다.

- 128 -

그림 대상건물의 형상< 6-3>

- 129 -

표 건물부위별 구조 및 물리적 특성< 6-1>

부위별 구성재료두 께m

열전도율W/m K～

비 열J/kg-K

밀 도kg/㎥

열관류저항-K/W㎡

외 벽

드라이비트(AC03) 0.019 0.0571 288.36 1340

공 기 층 0.03 0.18

벽 돌 0.19 1.04 840 2243 0.18

단 열 재 0.05 0.0667 840 91 0.58

벽 돌 0.10 0.73 840 1922 0.14

모르타르 0.02 1.73 840 2243 0.01

지 붕

무근콘크리트 0.15 0.17 840 641 0.29

모르타르 0.02 1.73 840 2243 0.01

펠 트 0.01 0.19 1670 1121 0.05

모르타르 0.02 1.73 840 2243 0.01

콘크리트 0.15 1.73 840 2243 0.09

스티로폴 0.05 0.0667 840 91 0.58

내 벽

모르타르 0.02 1.73 840 2243 0.01

벽 돌 0.19 1.04 840 977 0.18

모르타르 0.02 1.73 840 2243 0.01

유 리

코드 = 2003 SC = 0.81 , U-value = 3.16

지하층 벽

콘크리트 0.25 1.73 840 2243 0.14

펠 트 0.01 0.19 1670 1121 0.05

공 기 층 R=0.18

벽 돌 0.10 0.73 840 1922 0.01

모르타르 0.02 1.73 840 2243 0.01

지하층 바닥

비닐타일 0.003 0.60 840 1922 0.00

모르타르 0.02 1.73 840 2243 0.01

콘크리트 0.15 1.73 840 2243 0.09

경질스티로폴 0.05 0.67 840 91 0.58

- 130 -

에너지 해석 모델링2.

가 죤규획. (Zoing)

프로그램으로 일반적인 사무소 건물을 모델링 할 경우 장방형 평면을 갖는 건물은 건DOE ,

물 방위에 따라 개의 층을 개의 주변구역 과 개의 중심구역1 4 (Perimeter Zone) 1 (Core Zone)

으로 구성하고 이렇게 구성된 각층을 층과 기준증 및 옥상층으로 구분하여 중간층은 기준, 1

층에 나머지 층수를 곱하여 계산하도록 되어 있다 그러나 국사건물은 전체적으로는 중앙공.

조방식을 따르고 있지만 교환기실만은 패키지에어콘으로 냉방을 하고 있고 교환기의 회선수

에 따라 발열부하가 큰 영향을 미치기 때문에 고발열기기인 교환기의 유무에 따라 죠닝을

할 필요성이 있다 따라서 그림 와 같은 평면을 가진 대상건물을 비공조공간인 지하. < 6-4>

층과 공조공간인 지상층으로 나누었고 층 및 층을 사무소 공간으로 층은 교환기, 1 8 10 , 2 7～～

가 설치되어 있는 공간과 설치되어 있지 않은 공간으로 분리하여 죠닝을 하였고 그림<

는 세부 죠닝획을 나타낸다6-5> .

그림 대상건물의 기준층 평면도< 6-4>

- 131 -

그림 대상건물의 층별 세부 죠닝 계획< 6-5>

- 132 -

나 모델링 상세 조건.

시뮬레이션을 할 때 가장 중요한 사항은 입력값에 대한 합리성이다 따라서 현장실사 및 면.

담을 통하여 가능한 한 실제로 운용되고 있는 데이터를 이용하였고 그렇지 못할 경우에는

선행된 연구와 에서 제공하는 기본값을 사용하였다DOE .

내부발열 부하 및 스케쥴(1)

실내에서 발생하는 여러 가지 발열 용인들은 건물의 에너지 사용량에 중요한 영향을 미친

다 내부발열의 주요원인에는 조명밀도 기기사용 재실자 등이 있고 내부 발열이 증가하면. , ,

난방부하가 감소되는 반면 냉방시스템의 냉방부하가 증가되어 건물에너지 사용량이 증가하

는 요인이 된다 따라서 내부발열 부하량 및 부하요소의 스케쥴이 실제 대상 건물의 상황을.

잘 설명하는 것이 무엇보다도 중요하다.

본 연구에서는 국사건물의 에너지성능을 해석하기 위해서 년도의 기상자료를 활용하였기’94

때문에 실측자료에 근거하여 이후에 증설된 교환기기 및 일반사무기기 조명에 의해서 발생,

되는 부하를 제외시켰다.

표 는 실내 발열 요소 및 계산치를 나타내고 있다< 6-2> .

일반기기 컴퓨터 본체 모니터 프린터 팩스 등에서 발생되는 부하는 총 이므로( , , , 282,268 W/h

이를 층에서 층까지의 면적 으로 나누어 단위 면적당 내부 장비의 부하발생율로1 10 (20,160 )㎡

환산하면 이 된다14W/ .㎡

조명밀도에 대하여는 비공조공간인 지하층과 공조공간인 층 사용빈도가 낮은 층으로1 9 , 10～

크게 세 가지로 구분하였고 그 환산치는 각각 으로 되었다8.25W/ , 8.00W/ , 10.95W/ .㎡㎡㎡

교환기기의 발열량은 교환기종과 회선수에 따라 차이가 있는데 이 건물에서 운용하고 있는

교환기 기조으로는 회선 회선NO1A(60,000 - 127.930 KW), 5ESS(90,000 - 205.851 KW),

회선 회선 이었고 총 발열량은TDX-10A(14104 - 37.81KW) PCM(178,000 -517.535 KW) ,

이었으나 년 이후 증설된 교환기기를 제외시켜 발열부하가 총 이889,126.239 1994 775,126.3 W

기 때문에 교환기실의 면적 으로 나누어주어 단위면적당 교환 기의 부하발생율로 환(7236 ) L㎡

산하면 로 되었다107.12W/ .㎡

- 133 -

표 발열요소 및 계산치< 6-2>

발열요소 ZONE 근 거 발열량

재실자전체적으로

현열 인- : 70W/잠열 인- : 45W/

115W/㎡

일반기기전체적으로

시간- 8 load : 2,258,144 WW/H : 2,258,144W/8H = 282,268W/ : 282,268/20160 = 14 (100%)㎡시간-16 load = 621,110 W

W/H : 621,110W/16H = 38.819 W/H (14%)

14W/㎡

교환기기전자

교환기실

- NO1A : 60000 LINE - 127.930KW- 5ESS(4:1) : 90000 LINE - 205,851KW- TDX-10A : 14104 LINE - 37.81 KW- PCDM : 178000 LINE - 517.535 KW교환기실 전체면적- : 7236㎡

- (889,126.239 - 114,000)/7236 = 107.12W/㎡

107.12 W/㎡

조명밀도지하-층-1-9층-10

- 49.938/6.048 = 8.25W/㎡- 145.152/18.14 = 8.00W/㎡- 22,082/2,016 = 10.95W/㎡

-87.25 W/㎡- 8.00 W/㎡-10.95 W/㎡

본 건물의 재실자들은 평일에 오전 시 오후 시이고 토용일은 주사무공간인 층은8 6 , 8 9～～

오전 시 우후 시이고 그 외의 공간은 오전 시 오후 시에 주로 근무를 하고 있었8 3 8 1～～

으므로 이를 근거로 각 공간의 실내 발열 부하요소 및 침기 스케쥴을 작성하였는데 그 내용

은 표 과 같다< 6-3> .

- 134 -

표 실내 발열부하요소 및 침기 스케쥴< 6-3>

구분 공 간 요 일 1-7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

재실

층8,9

평 일 0.04 0.04 1.00 1.00 1.00 1.00 0.50 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

토요일 0.04 0.04 1.00 1.00 1.00 1.00 0.50 1.00 1.00 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

휴 일 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

층10

평 일 0.00 0.00 0.20 0.20 0.20 0.20 0.90 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

토요일 0.00 0.00 0.20 0.20 0.20 0.20 0.60 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

휴 일 0.00 0.00 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

교환기실

평 일 0.04 0.04 1.00 1.00 1.00 1.00 0.50 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

토요일 0.04 0.04 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

휴 일 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

그 외의실

평 일 0.04 0.04 1.00 1.00 1.00 1.00 0.50 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

토요일 0.04 0.04 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

휴 일 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04

조명

층8,9

평 일 0.10 0.10 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10

토요일 0.10 0.10 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10

휴 일 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10

층10

평 일 0.00 0.00 0.20 0.20 0.20 0.20 0.50 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

토요일 0.00 0.00 0.20 0.20 0.20 0.20 0.40 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10

휴 일 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

교환기실

평 일 0.50 0.50 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.50 0.50 0.50 0.50 0.90 0.90

토요일 0.50 0.50 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50

휴 일 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50

그 외의실

평 일 0.10 0.10 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10

토요일 0.10 0.10 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10

휴 일 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10

지하실

평 일 0.2 0.20 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20

토요일 0.2 0.20 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20

휴 일 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20 0.2 0.20

기기

층8,9

평 일 0.14 0.14 1.00 1.00 1.00 1.00 0.14 1.00 1.00 1.00 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14

토요일 0.14 0.14 1.00 1.00 1.00 1.00 0.14 1.00 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14

휴 일 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14

층10

평 일 0.10 0.10 0.30 0.30 0.30 0.30 0.50 0.30 0.30 0.30 0.30 0.30 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

토요일 0.10 0.10 0.30 0.30 0.30 0.30 0.40 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

휴 일 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 1.00 1.00 1.00 1.00 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 1.00 1.00

그 외의실

평 일 0.14 0.14 0.10 0.10 0.10 0.10 0.14 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14

토요일 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14

휴 일 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14 0.14

교환기기

교환기실

평 일 0.80 0.90 0.90 0.90 1.00 1.00 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.80

토요일 0.80 0.90 0.90 0.90 1.00 1.00 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.80

휴 일 0.80 0.90 0.90 0.90 1.00 1.00 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.80

침기

교환시실

평 일 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

토요일 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

휴 일 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

그 외의 실

평 일 0.10 0.10 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.10 0.10 0.10 0.10 1.00 1.00

토요일 0.10 0.10 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 1.00 1.00

휴 일 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 1.00 1.00 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 1.00

- 135 -

공조운전조건(2)

건물에너지 모델링 대상 건물은 세 가지로 공조방식이 운용되고 있다 외주부구역은 팬콘일.

유닛으로 냉난방을 하였고 중심구역은 시스템 교환기기가 있는 공간은 패킨지 에어콘, CAV ,

에 의해 냉방이 운전되었다.

표 는 대상건물의 공조운전조건을 나타낸 것이다< 6-4> .

표 는 대상건물의 공조운전조건< 6-4>

구 분 냉난방 운전조건

설정온도

하절기교환기실 25 ℃

그 외의 실 27 ℃

동절기교환기실 25 ℃

그 외의 실 20 ℃

가동시간

냉 방교환기실 년 연중 가동1

그 외의 실 0:800 18:00～

난 방교환기실 운전하지 않는다.

그 외의 실 0:800 18:00～

시스템 방식사무공간

건물의 외주부공간교환기실

CAV SystemFan Coil Unit SystemsPackage Air Conditing

이때 교환기실을 제외한 모든 공간의 냉방온도를 난방온도를 로 운전하였고 특27°C, 20°C ,

정적인 것을 교환기실 내의 고발열 교환기기들을 온도에 민감한 반응을 보이기 때문에 이를

냉각하기 위해서 교환기실을 상시 로 일정하게 유지할 수 있도록 연중냉방시스템을 가25°C

동하고 있다.

- 136 -

모델링 후 건물의 형상 확인3.

그림 은 모델링 후의 외벽 및 창 등 건물의 외피에 대한 좌표를 읽어< 6-6> DOE DRAW

이라는 프로그램으로 그린 건물의 형상이다 건물의 좌표가 잘못되었을 경우에는 외벽BDL .

및 창이 건물밖으로 벗어난다.

따라서 국사건물을 모델링 한 후의 건물의 형상은 타당하다.

그림 모델링 건물의< 6-6> DRAW BDL

- 137 -

제 절 결과 및 고찰4

해석결과의 타당성1.

표 는 년도 건물부문의 평균에너지 사용현황으로서 국사건물의 경우 연료에 대한< 6-5> ’96

원단위는 타유형의 원단위에 비해 가장 적게 나타났지만 전력에 대한 원단위는, 1,005.8M㎈

로서 타유형의 건물에 비해 배 정도의 높은 차이를 보이고 있다 또한 또/ year 1.8 2.8 .㎡ㆍ ～

한 대상모델의 각 월별 전력소모량이 이상의 많은 양을 나타내고 있는데 이는 국750MWh

사건물의 특성상 교환기기의 발열이 년 내내 지속되고 이를 적정한 환경으로 유지하기 위1

해 교환기실을 연중 내내 냉방을 하고 있기 때문이다 이것은 국사건물에서의 에너지절약은.

전력에 대한 소비절감의 비중을 크게 두어야 한다는 것을 나타낸다 따라서 본 건물의 가스.

사용에 대한 부분은 미세하기 때문에 무시하고 전력사용량 위주로 분석하였다.

표 년도 건물에너지 원단위 현황< 6-5> 1996

(M / year)㎈㎡ㆍ

구 분 전화국 사무소 병 원 호 텔 백화점 은 행 기 타

전력 1,005.8 453.0 340.3 498.5 558.0 525.8 361.8

연료 36.6 54.6 158.4 137.2 68.1 57.3 86.2

합계 1,042.4 507.6 498.7 636.7 626.1 538.1 448.0

표 은 대상건물의 실제 월별 전력소비량을 나타낸 자료이고 이중 기준 모델과< 6-6> , DOE

비교하기 위한 자료로는 상기 설명한 바와 같이 년도의 기상자료로 시뮬레이션을 수행하’94

였기 때문에 년도의 전력소비량으로 선정하였다 년도의 경우 최대 전력소비량 월 과’94 . ’94 (8 )

각 월별 전력사소비량과의 비율이 연중 약 이상을 나타내고 있는데 이는 국사건물의 특75%

성상 교환기기의 발열이 년 내내 지속되고 이를 적정한 환경으로 유지하기 위해 교환기실1

을 연중 내내 냉방을 하고 있기 때문이다.

- 138 -

그림 은 년도 실제 전력소비량과 에 의해서 해석된 전력소비량에 대해 월별로< 6-7> ’94 DOE

비교한 것이다 해석결과의 타당성을 검증하기 위하여 국사건물의 실제 전력소비량과 해석.

결과를 비교하면 표 과 같이 월별오차가 가장 큰 달은 월의 이었고 그 외의< 4-3> 3 11.53% ,

달은 이내의 범위에서 오차가 발생했고 전체적으로는 로 비교적 만족할만한1 9% 15.9%～

오차를 나타내었다.

표 대상건물의 월별 실제 전력소비량 단위< 6-6> ( : MWh)　　　　　　　　　　　　　

년월

년1993 년1994 년1995 년1996 년199

1 708.12 789.84 799.92 746.42 750.17

2 705.24 798.12 776.16 764.39 770.65

3 644.40 777.96 693.36 706.97 707.58

4 725.40 803.52 777.6 791.10 802.98

5 778.68 855.72 1089.9 799.02 747.36

6 827.28 936.00 875.16 903.096 793.44

7 888.84 941.140 896.4 912.384 912.96

8 896.76 1046.52 982.8 1012.68 1160.78

9 915.84 951.112 894.15 924.12 1141.63

10 82.68 826.56 850.212 819.54 1005.95

11 824.76 800.28 804.24 748.98 1027.08

12 754.92 815.40 740.84 735.30 10.7.47

총 계 9493.4 10342.44 10181.72 9864.00 10825.056

- 139 -

그림 실제 전력소비량과 기준모델의 월별 전력사용량의 비교< 6-7> DOE

표 실제 전력 소비량과 기준모델과의 오차율< 6-7> DOE

년 전력소모량1994(MWh)

기준모델 전력소모량DOE(MWh)

오차율(%)

1 789.84 850.00 7.62

2 798.12 765.58 -4.08

3 777.96 867.63 11.53

4 803.52 860.14 7.00

5 855.72 895.52 4.65

6 936.00 892.91 -4.60

7 941.40 951.47 1.00

8 1046.52 953.25 -8.91

9 951.12 875.52 -7.95

10 826.56 883.99 6.95

11 800.28 848.8 6.00

12 81540 862.29 5.75

총 계 10342.44 10507.70 1.60

- 140 -

부분별 전력소비량 분석2.

앞서 검증된 기준모델을 이용하여 국사건물의 부분별 전력소비량의 형태 및 비율을DOE-2

나타내면 표 과 그림 과 같다 전력 소비의 형태를 크게 조명과 일반기기 및< 6-8> < 6-8> .

교환기기에 기기에너지 소비측면과 냉난방에너지 소비측면으로 나눌 수 있다 세부적으로.

검토하면 전체 전력소비량에 대하여 조명에 의한 전력소비는 이고 일반기기는4.71% , 8.58%,

교환기는 냉난방은 의 비율로 나타나고 있다57.36%, 29.34% .

조명에 의한 전력소비의 경우 일반사무소건물에서 정도 소비되고 있어서 큰 비중을 차30%

지하고 있는 반면 이 건물에서는 로 나타나 적은 비중을 나타냈다4.71% .

또한 교환기기에서 소비되는 전력은 로 가장 많았고 이를 냉각시키기 위해 사용되는57.36% ,

전력이 이었다 따라서 교환기와 관련되어 사용되는 전력이 총 사용전력량의26.84% . 84..2%

로 큰 비중을 차지하고 있는 것에 비하여 상대적으로 공간을 난방을 하기 위한 에너지의 사

용량은 로 극히 적게 나타났다 이것은 국사건물의 에너지절약을 위해서는 교환기와0.02% .

교환기기와 관련된 냉방에 대해 소비되는 전력량을 절약하는 것이 효과적임을 알 수 있는

데 일반적으로 국사건물의 경우 교환기기 자체의 발열량을 줄일 수 없기 때문에 냉방에너,

지를 효과적으로 줄일 수 있는 방안이 필요하다.

표 부분별 전력소비 형태< 6-8>

부 분 전력소비량(MWh) 비 율(%)

조 명 495.00 4.71

일반기기 899.90 8.58

교환기긱 56027.40 57.36

냉 난 방 29.34 29.34

합 계 10507.70 100.00

- 141 -

그림 부분별 전기 사용량< 6-8>

에너지 인자의 민감도 분석3.

가 민감도 분석의 개요.

국사건물의 에너지성능에 영향을 미치는 인자와 건물의 에너지 특성에 관한 연구는 에너지

를 보존하는 디자인 원리들을 더 이해하고 운영전략을 수립하는 데도 필수적이다 건물에너.

지의 상세시뮬레이션을 위한 컴퓨터 프로그램의 도움으로 컴퓨터 모델링 기술을 이용하여

광범위하고 체계적으로 이러한 인자들을 시험할 수 있다.

- 142 -

건물에너지 시뮬레이션을 수행할 때 입력 변수들로부터 변화하는 에너지는 다른 것들 보다

중요하다.

민감도 이론은 건물의 열반응과 에너지와 부하특성을 평가하기 위하여 사용되어 왔다 민감.

도 분석의 목적은 디자인 파라미터의 조절에 대한 시스템의 반응을 관찰하기 위한 것이다.

예를 들면 어느 정도의 부하의 범위와 에너지 소비를 알기를 원하면 재료의 특성 건물 외, ,

피의 디자인 시스템의 선택과 운용 등을 변화시키면서 반응을 본다, HVAC .

우리가 이러한 파라미터들의 관계성과 상대적인 중요성을 이해할 수 있다면 우리는 디자인,

변수와 조건들을 적절히 선택해서 최적의 건물에너지 성능을 성취할 수 있다 이러한 민감.

도 분석은 일반적인 개념으로 파라미터 가 다른 파라미터 의 변화를 야기시키고 이 두A B ,

가지의 변화를 측정할 수 있다면 우리는 에 대한 의 민감도를 결정할 수 있다 간단하게B A .

말해서 민감도 분석의 목적은 입력의 변화에 대한 출력의 변화를 정량적으로 비교하기 위한

것이다 그러므로 그림 에 간단한 다이아그램에서 보여진 것처럼 시뮬레이션 시스템. < 6-9>

의 입력 출력 분석으로서 여겨질 수도 있다‘ - ’ .

그림 시뮬레이션 시스템 입력 출력 분석< 6-9> -

본 연구에서 입력변수는 에너지 인자가 되고 출력변수는 에너지 소비량이 된다 따라서 에.

너지 인자에 대한 민감도 분석을 통하여 에너지 인자의 변화에 따른 에너지 소비량의 변화

정도를 알 수 있으므로 각 에너지 인자의 영향력을 파악할 수 있다.

- 143 -

나 에너지 인자에 대한 파라미터 스터디.

분석을 수행하기에 앞서서 어떠한 입력 파라미터들을 연구할 것이지 이해하는 것이 중요하,

다 국사건물의 요소들이 에너지 소비량에 미치는 영향을 파악하기 위해서 표 와 같. < 6-9>

은 파라미터들을 선정하였다 이때 입력 파라미터들을 건물부문과 설비부문으로 나누었고. ,

건물부문은 건물의 방위 단열재의 두께 창의 및 차폐계수로 에너지인자들을 선정, , U-value

하였고 설비부문은 시스템의 종류 교환기실의 냉방설정온도 교환기실의 외기도입율로 선정, ,

하여 각각의 파라미터들이 미치는 영향을 분석하였다.

표 민감도 분석을 위한 입력 파라미터< 6-9>

구 분 인 자 변 화

건물부문

건물의 방위기준모델 동 남동 남 남0 ( - ), 45 ( ), 90 ( ), 135 (˚ ˚ ˚ ˚

서 서 북서 서 북동), 180 ( ), 225 ( ), 270 ( ), 315 ( )˚ ˚ ˚ ˚

건물의외피

외벽의단열재의 두께

0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%(50mm)120%, 140%, 160%, 180%, 200%

창U-value

0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%(3.16)120%, 140%, 160%, 180%, 200%

차폐계수 0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%(0.81) 120%

설비부문

시스템의 종류중앙공조(CAV, VAV, DDS, FCU)개별공조(PAC)

교한기실의냉방 설정 온도

기준모델21 , 23 , 25 ( ), 27 , 29℃ ℃ ℃ ℃ ℃

외기도입기준모델0%( ), 10%, 20%, 30%, 40%, 50%

, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%

- 144 -

다 건물부문의 민감도.

건물방위1)

표 과 그림 은 건물의 방위가 연간 냉난방에너지 소비량에 미치는 영향을< 6-10> < 6-10>

파악하기 위하여 각각의 방위별로 결과를 비교한 것이다 이때 동향의 기준건물의 연간 냉.

난방에너지 소비량이 인 경우에 대하여 서향으로 할 경우 의3085.4MWh 0.45%(13.8MWh)

에너지가 더 소비되는 반면 남향으로 할 경우에는 에너지절약이 정도 되고0.65%(20MWh)

에너지 소비측면에 가장 좋지 않은 방위는 서향이며 동향 북향 남향순으로 에너지 절약적, ,

으로 된다 그 이유는 그림 에서와 같이 장방형건물인 기준모델에서의 정면이 장변이. < 6-3>

며 동향이고 이에 반해 교환기실은 모두 장변을 서쪽으로 그리고 단변을 북쪽 및 남쪽으로

면하고 있다 따라서 건물의 정면을 남쪽을 향하게 하는 경우 즉 교환기실을 북쪽으로 위치.

하는 것이 일사의 영향을 덜 받기 때문에 에너지절약적인 측면에서 유리함을 알 수 있다.

표 건물의 방위에 따른 연간 냉난방전력 소비량< 6-10> (MWh)

기준모델 동( ) 남동 남 남서 서 북서 북 북동

3085.4 3074.1 3065.4 3084.4 3099.2 3092.3 3071.1 3080.7

- 145 -

그림 건물의 방위에 따른 연간 냉난방 전력소비량 비교< 6-10>

건물외피부분2)

기준모델은 단열재를 창에 대한 를 으로 차폐계수는 로 하였50mm, U-value 3.16W/ K 0.81㎡

고 이 경우를 로 보았을 때의 각 항목의 비율에 대한 연간 냉난방 전력소비량을 표, 1 <

과 그림 에 나타내었다 단열재의 두께가 적어질수록 창의 는 커질수6-11> < 6-11> . , U-value

록 차폐계수는 작아질수록 연간 냉난방 에너지 소비량이 줄어드는 것을 알 수 있다 일반사, .

무실의 경우에는 건물 외피의 가 적어질수록 차폐계수가 커질수록 연간에너지소비U-value ,

량이 줄어들지만 국사건물의 경우는 교환기기의 발열량의 영향으로 연중 냉방부하가 발생하

여 이와는 반대현상이 나타나고 있다.

본 연구에서 검토된 각 항목에 대한 연간 냉난방에 대한 에너지절약량을 살펴보면 단열재두

께의 경우 단열재를 사용하지 않았을 때 창의 경우 가0.092%(28.4MWh), U-value 6.32W/㎡

이었을 때 차폐계수가 일 때 의 절약율을 보였다 그K 1.55%(47.8MWh), 0 7.69%(237.2MWh) .

러나 이는 단순히 수학저인 결과일뿐 실제로 건물에 적용할 때에는 물리적인 사항을 고려해

야 한다 따라서 건물 외피의 에너지성능을 최적화 할 외피디자인의 조합을 주의 깊게 선택.

하여야만 한다.

- 146 -

표 건물의 외피부문에 대한 연간 냉난방에너지 소비량< 6-11> (MWh)

- 147 -

그림 건물의 외피부분에 대한 연간 냉난방 전력소비량 비교< 6-11>

라 시스템부문의 민감도.

교환기실의 냉방설정온도1)

표 과 그림 는 교환기실의 냉방에 대한 설정온도를 까지 변화시< 6-12> < 6-12> 21 29℃～ ℃

킬 때 소요되는 연간 냉난방 전력소비량을 나타낸 것이다 그림에서 나타난 바와 같이 연간.

냉난방에 소요되는 전력은 설정온도를 낮출수록 점점 커지는 반면 설정온도를 높일수록 줄

어든다 즉 설정온도가 일 경우 기준건물의 냉난방에 소요되는 전력량에 비해 약. 21℃

가 더 소비되었고 설정온도가 일 때에는 약 정도 에너20.09%(620MWh) 29 7.73%(240MWh)℃

지가 절약되는 것으로 나타났다 한국통신 건물설계지침에서는 온도에 대한 허용치를. 16～

로 설정하고 있기 때문에 현재의 설정온도인 를 좀 더 탄력성 있게 운용할 필요가28 25℃ ℃

있다.

- 148 -

표 교환기실의 냉방온도설정에 대한 연간냉난방 전력소비량< 6-12> (MWh)

21℃ 23℃ 기준모델(25 )℃ 27℃ 29℃

3705.3 3296.9 3085.4 2949.8 2846.8

그림 교환기실의 냉방온도설정에 대한 연간냉난방 전력소비량 비교< 6-12>

시스템의 종류2)

표 과 그림 은 시스템의 종류별 냉난방에 대< 6-13> < 6-13> (CAV, VAV, DDS, FCU, PAC)

한 연간 전력소비량을 나타낸 것이다 그림에서는 시스템을 제외한 모. FCU(Fan Coil Unit)

든 중앙공조방식이 현재 사용하고 있는 중앙공조와 개별공조와 병행하는 방식보다 연간 냉

난방에 소요되는 전력이 과다한 것으로 나타났다 그러나 방식에 의해 국사건물 전체에. FCU

공조하는 것은 현실적으로 한계가 있기 때문에 개별공조방식과 중앙공조방식의 적절한 조합

할 필요성이 있다.

- 149 -

표 시스템 종류에 대한 연간 냉난방 전력소비량< 6-13> (MWh)

기준모델 CAV VAVS DDS FCU PAC

3085.4 4686.9 4389.3 4906 2036 3074.4

그림 시스템 종류에 대한 연간 냉난방 전력소비량의 비교< 6-13>

- 150 -

외기의 도입에 의한 냉방3)

표 와 그림 는 하절기를 제외한 동정기와 중간기에 교환기실로의 외기와 환< 6-14> < 6-14>

수된 공기의 비율을 기준건물 기준으로 기준건물 에서 까지 변화하였을 때 냉난방0%( ) 100%

에 소요되는 전력소비량을 나타낸 것이다 그림에서 보면 외기도입율이 많아질수록 연간 냉.

난방에 대한 전력소비량이 감소되었는데 외기도입율이 까지는 에너지절약량의 변화폭이50%

크게 감소하다가 그 이상으로 외기도입율을 증가시키면 그 변화량이 아주 적어지는 것을 알

수 있다 이것은 계절에 따라 차이가 있겠지만 외기도입율은 평균적으로 이내로 하는. 50%

것이 효과적임을 알 수 있다 결과적으로 의 외기도입에 의한 냉방을 할 경우 연간 절. 100%

약되는 냉난방에너지는 로서 그 비중에 가장 크고 냉난방에 대한 전력53.87%(1662.2MWh)

소비량을 줄이는 요소로서 가장 민감하게 작용을 하고 있다는 것을 나타내고 있다.

표 외기도입율에 대한 냉난방 전력소비량< 6-14>

기준모델 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

10507.4 10111 9649.2 9333.1 9180.6 9077.7 9006 8954 8912.2 8882 8861.4

- 151 -

그림 외기도입율에 대한 냉난방 전력소비량의 비교< 6-14>

마 월별 전력사용량의 민감도.

월별 전력사용량을 검토함으로서 국사건물에 대한 에너지사용패턴의 계절별 및 월별로 분석

할 수 있을 것이다.

따라서 본 연구에서는 여러 가지 인자에 대하여 민감도분석을 수행한 결과 건물의 에너지소

비량에 많은 영향을 미치는 몇 가지 인자에 대한 월별 전력소비량을 그림< 6-15>～

에 나타내었다<6-18> .

그림 는 건물부문의 차폐계수의 변화에 대한 측면을 보여주고 있고 설비시스템부문< 6-15> ,

의 교환기실의 온도설정 그리고 외기 도입에 의한 냉방의 변화에 대한 측면을 각각 그림<

에 나타내었다6-16> <6-18> .～

- 152 -

그림 과 같이 어떤 입력변수들은 월별 부하측면에서 중요한 영향을 미치< 6-15> <6-17>～

지만 일반적으로 곡선의 모양 및 폭이 월별로 각각 일정하다는 것을 알 수 있다 반면에 어.

떤 입력변수들은 그림 과 같이 연중 각 달에 대해 다양해질 수도 있다 이와 같이 년< 18> . 1

중 어떤 시간에 개개의 변수를 제어하는 것에 의해 부분부하 성능을 향상시킬 수 있을 것이

다.

따라서 하절기의 경우를 제외하고 동절기와 중간기에 대한 적정온도이하의 외기도입에 의한

냉방을 할 경우 전력소비량이 하절기에는 변화가 없지만 동절기에는 큰 변화가 있고 중간기

에는 하절기로 갈수록 그 변화가 적게 나타나고 있다.

그림 차폐계수의 변화에 대한 월별 전력소비량의 변화< 6-15>

- 153 -

그림 교환기실의 온도변화에 대한 월별 에너지소비량의 변화< 6-16>

그림 시스템 종류에 대한 월별 전력소비량의 변화< 6-17>

- 154 -

그림 외기 도입에 의한 월별 전력소비량의 변화< 6-18>

건물의 에너지성능평가4.

표 은 기준모델의 연간 냉난방에 소요된 전력사용량 및 연간 총전력 사용< 6-15> <6-16>～

량과 건물부문 단열재 창의 창의 차폐계수 건물의 방위각 및 설비부문 교환기실( , U-value, , ) (

의 냉방 설정온도 시스템의 종류 외기도입의 비율 의 각 요소들의 영향에 의한 연간 냉난, , )

방에 소요된 전력사용량 및 연간 총전력 사용량의 증감을 백분율로 나타낸 것이고 표안의

음영으로 처리한 부분은 각 인자에 대한 전력소비절감비율이 가장 좋은 경우이다.

교환기기 및 사무기기등 발열부하의 변화가 없다고 가정하였을 때 연간 전력 소모량에 큰

영향을 미치는 부분은 냉방을 하기 위해 소모되는 전력사용량이었고 이를 줄여주는 인자는,

외기냉방 창의 차폐계수 및 교환기실의 냉방설정온도의 순으로 비중을 차지하였고 건물의, ,

방위각 단열재의 두께 창의 는 상대적으로 낮은 비율을 나타냈지만 단위가, , U-value MWh

이므로 이것에 대한 전력 절약량도 무시할 수는 없다.

- 155 -

따라서 상기 도출된 에너지 절약적인 요소들을 사용하여 표 가 같이 복합< 6-17>

에너지 절약 가능요소 를 만들었다ECOs(Energy Conservation Opportunity : ) .

건물부문은 단열재를 하지 않았을 경우와 창에 있어서는 시뮬레이션 결과 차폐계수가 일, 0

때 가장 결과를 보였지만 실제적으로 창의 차폐계수가 이라는 값을 갖는 것은 없기 때문에0

라이브러리에서 차폐계수가 낮은 창을 선택하여 그 창의 를 갖게 하였고 건DOE U-value ,

물의 방위각은 교환기실이 북쪽으로 면한 경우로 이 세 가지의 복합 를 만들었다, ECOs .

설비부문은 교환기실의 냉방설정온도를 로 탄력적으로 운용했을 경우와 외기도입의 비26 ,℃

율이 일때의 복합 만들었다100% ECOs .

최종적으로 건물부문 및 설비부문의 복합 를 하나의 로 작성하여 종합적인 견지ECOs ECOs

에서 건물시스템에 대한 복합인자들의 영향을 평가하였다.

- 156 -

표 건물부문의 에너지 증감율< 6-15>

변수 조건 증감(MWh) C & H T

단열재(50mm)

0 28.4 0.92% 0.27%

0.2 20.5 0.66% 0.30%

0.4 14.1 0.46% 0.13%

0.6 8.6 0.28% 0.08%

0.8 3.9 0.13% 0.04%

기준모델1( ) 0 0.00% 0.00%

1.2 -3.4 0.11% -0.03%

1.4 -6.7 -0.22% -0.06%

1.6 -9.7 -0.31% -0.09%

1.8 -12.3 -0.40% -0.12%

2 -14.7 -0.48% -0.14%

창의U-value

(3.16 W/ K)㎡

0 -104.9 -3.40% -1.00%

0.2 -75.2 -2.44% -0.72%

0.4 -51.2 -1.66% -0.49%

0.6 -31.3 -1.01% -0.30%

0.8 -14.4 -0.47% -0.14%

기준모델1( ) 0 0.00% 0.00%

1.2 12.3 0.40% 0.12%

1.4 23.1 0.75% 0.22%

1.6 32.4 1.05% 0.31%

1.8 40.6 1.32% 0.39%

2 47.8 1.55% 0.45%

창의차폐계수(0.81)

0 237.2 7.69% 2.26%

0.2 194.6 6.31% 1.85%

0.4 151.5 4.91% 1.44%

0.6 102.6 3.33% 0.98%

0.8 53.2 1.72% 0.51%

기준모델1( ) 0 0.00% 0.00%

1.2 -57 -1.85% -0.54%

건물의방위각

기준모델 동( ) 0 0.00% 0.00%

남동 11.3 0.37% 0.11%

남 20 0.65% 0.19%

남서 1 0.03% 0.01%

서 -13.8 -0.45% -0.13%

북서 -6.9 -0.22% -0.07%

북 14.3 0.46% 0.14%

북동 4.7 0.15% 0.04%

연간 냉난방에 대하여 사용된 전력과 증감의 백분율C&H :※

연간 총 전력사용량에 대한 증감의 백분율T :

- 157 -

표 설비부문의 에너지 증감율< 6-16>

변수 조건 증감(MWh) C & H T

교환기실의 냉방설정온도

21℃ -619.9 -20.09% -5.90%

23℃ -211.5 -6.85% -2.01%

기준모델(25 )℃ 0 0.00% 0.00%

27℃ 135.6 4.39% 1.29%

29℃ 238.6 7.73% 2.27%

시스템의종류

기준모델 0 0.00% 0.00%

CAV -1601.5 -51.91% -15.24%

VAVS -1303.9 -42.26% -12.41%

DDS -1820.6 -59.01% -17.33%

FCU 1049.4 34.01% 9.99%

PAC 11 0.36% 0.10%

외기도입의 비율

기준모델(0) 0 0.00% 0.00%

0.1 398.7 12.92% 3.79%

0.2 861.4 27.92% 8.20%

0.3 1179.4 38.23% 11.22%

0.4 1334.4 43.25% 12.70%

0.5 1439.7 46.66% 13.70%

0.6 1512.7 49.03% 14.40%

0.7 1566.8 50.78% 14.91%

0.8 1609.8 52.17% 15.32%

0.9 1640.9 53.18% 15.62%

1 1662.2 53.87% 15.82%

연간 냉난방에 대하여 사용된 전력과 증감의 백분율C&H :※

연간 총 전력사용량에 대한 증감의 백분율T :

표 복합 선정< 6-17> ECOs

변 수 조 건 비 고

건물부문의ECOs

단열재두께 0

창의 U-value 2.02 2402(DOE library)창의 차폐계수 0.14

건물의 방위각 남90°( )

설비부문의ECOs

교환기실의 냉방 설정온도 26℃

외기도입의 비율 100%

복합 ECO 건물부문 설비무문+

- 158 -

표 은 건물부문의 및 설비부문의 와 이 두 부분의 복합 를 사용하여< 6-18> ECO ECO ECO

시뮬레이션을 하였을 때의 에너지 절약량을 나타낸 것이다.

건물부문 의 결과 연간에너지 절약량은 로 냉난방에 대한 전력사용량의ECOs 210MWh

총전력사용량의 이고 설비부문 의 결과 로 냉난방에 대한 전력사6.82%, 2% , ECOs 1691MWh

용량의 총전력사용량의 으로 나타났다54.82%, 16.10% .

또한 이 두 부문의 복한 의 결과는 로서 냉난방에 대한 전력사용량의, ECOs 1798MWh

총전력사용량의 의 에너지를 절약할 수 있는 것으로 나타났다58.28%, 17.11% .

이거은 국사건물의 전력에너지의 절약은 우선 건물부문보다는 설비부문에서 이루어져야 하

겠고 에너지절약측면에서 건물에서의 어떤 하나의 요소만을 고려하는 것보다 여러 가지 복

합적인 절약요소들을 고려할 때 가장 최적하게 나타나는 것을 알 수 있다.

표 복합 적용시 에너지 절약량< 6-18> ECO

증감(MWh) C & H T

건물부문의ECOs

210 6.82 2

설비부문의ECOs

1691 54.82 16.10

복합 ECOs 1798 58.28 17.11

- 159 -

제 장 결 론7

국사건물의 설계시 신뢰성 효율성 유연성을 기하고 또한 교환기실의 고발열 부하를 냉각하, ,

기 위한 효율적인 공조방식과 이에 대한 설계기준이 필요하다 이에 따라 참고문헌과 설계.

도서류를 통하여 현재 세계 각국 및 국내에서 사용하고 있는 국사건물 설비설계기술과 전자

교환기실의 공조방식에 대한 현황조사 및 비교분석을 실시하였다 그리고 국내 대표적인 전.

화국으로서 중앙전화국을 채택하여 여러 가지 인자들이 에너지소모량에 미치는 영향을 분석

함으로서 국사건물 전체의 통합설계기술 개발 및 전자교환기실 공조방식 설계기준 작성에

필요한 설계안 및 기초자료를 제시하고자 본 연구를 수행하였는 바 연구내용을 세부적으로

나타내면 아래와 같다.

기초자료 조사●

국사건물의 설비설계를 위한 기초연구로서 국사건물 각 실의 용도 및 설비적인 고려사항1. ,

기계설비관련실의 최소면적 기준 부하계산기준 및 환경조건 교환기종류 및 자체발열량 설, , ,

비관련 법규조사 등 설비설계를 위하여 필요한 기초자료를 분석 정리하였다.ㆍ

국사건물 전체에 대한 설비계획으로서 열원 및 공조설비 위생설비계획시 고려사항을 분2. ,

석 정리하였으며 국사건물의 중심이 되는 교환기실의 공조설비에 대해서 개국 가지의 사6 9ㆍ

례를 통해 각 공조방식의 특징 및 장단점을 조사 분석하였다.ㆍ

차후 우리나라 설계기준 작성의 참고가 될 수 있는 예로서 미국 의 공조방식 및3. NEBS

환경조건 교환기실 레이아웃 등을 분석 정리하였다, .ㆍ

- 160 -

사례분석 결과●

여러 가지 공조방식의 장단점을 종합한 결과 일본의 방식 바닥플레넘급기1. NTT-MACS ( +

천정플레넘환기방식 이 가장 우수한 것으로 판단되었으며 이 외에도 영국의 천장플레넘급기)

수평환기방식 독일의 바닥플레넘급기 수평환기방식 미국의 바닥플레넘급+ , + , MCSQKDTLR(

기 천장플레넘환기방식 등이 우수한 공조방식으로 판단되었다+ ) .

교환기실내의 온습도 소음 청정도 기류속도 및 기류분포 등 환경적인 면만을 고려한다2. , , ,

면 스웨덴의 방식이 가장 우수한 것으로 판단되었으나 이 방식은 결로 및 누수의ERICOOL

위험이 있다.

우리나라에서 사용하고 있는 패키지 공조방식이나 중앙공조방식은 에너지 절약적인 면이3.

나 온도분포 면에서 우수하지 못한 공조방식으로 판단되었다.

에너지성능평가 결과●

국사건물의 부분별 전력사용에 있어서의 비율은 교환기가 로 가장 많았고 이를1. 57.36% ,

냉각시키기 위해 사용되는 전력이 로 교환기기와 관련되어 사용되는 전력이 총 전력26.84%

사용량의 로 큰 비중을 차지하고 있는 반면 난방을 하기 위한 전력사용량은 로84.2% 0.02%

극히 적게 나타났다.

건물부문에서의 민감도분석결과 일사량의 영향을 덜 받는 북쪽에 교환기실을 배치하는2.

것이 효과적이며 건물외피에 있어서는 가 높아질수록 그리고 창의 차폐계수가 낮아, U-value

질수록 효과적이었는데 이는 연중 냉방부하가 발생하는 국사건물의 특성상 외피의 단열이

덜 될 수록 그리고 일사의 영향은 적게 받을수록 건물의 에너지 절약율이 증가하기 때문이

다 따라서 건물 외피의 에너지성능을 최적화 할 외피디자인의 조합을 주의 깊게 선택하여.

야만 한다.

- 161 -

설비부문에서의 민감도분석결과 교환기실의 냉방온도설정을 이상으로 탄력성 있게3. 25℃

운용할 필요성이 있었고 시스템방식에 있어서는 개별공조방식과 중앙공조방식의 적절한 조

합의 필요성이 있다.

하절기를 제외한 동절기와 중간기에 교환기실에 외기를 도입하여 냉방을 운용할 경우 외4.

기의 도입량이 많아질수록 연간 냉난방에 대한 전력소비량이 감소되었고 연간 냉난방에 대,

한 전력사용량이 최고 총전력사용량에 대하여 로서 가장 민감한 반응을 보53.87%, 15.82%

였다 또한 외기도입률이 까지는 에너지절약량이 큰폭으로 감소되었고 그 이후에는 완. , 50%

만한 변화를 나타냈기 때문에 외기도입은 이내로 도입하는 것이 적절하게 나타났다50% .

본 연구에서 검토된 건물 및 설비부문에 대한 를 선정하여 시뮬레이션을 수행한 결5. ECO

과 연간 를 절약할 수 있는 것으로 나타났고 연간 냉난방에 대한 에너지 사용량1798MWh ,

과 비교를 할 때 의 에너지 절감 효과를 가져오며 연간 총에너지 사용량과 비료를58.28% ,

하면 총 의 절감효과를 낼 수 있는 것으로 나타났다17.11% .

본 연구에서 제시된 결과들은 국사건물에서의 통합설계 지침을 작성하는데 에너지 절약측면

에서 유용하게 이용될 수 있을 것이다.

- 162 -

참 고 문 헌

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최종연구보고서 국사냉각설비설계기술및표준정립에관한연구 · 설비설계기술과전자교환기실의공조방식에대한현황조사및비교분석을실시하였다