공조기 AHU

설비자료 · 공조기·환기

공조기 AHU · 공기 경로와 냉각·제습·재열

외기·리턴·배기·급기의 경로부터 혼합실, 필터, 코일, 팬의 내부 구조까지 살펴봅니다. 냉각·제습·재열과 냉수·응축수의 차이를 함께 설명합니다.

공기와 물을 나눠서 보기

공조기를 이해할 때는 장비 이름보다 먼저 공기가 어디에서 와서 어디로 가는지와 코일 안의 물 또는 냉매가 어디로 흐르는지를 따로 본다. 공기는 덕트와 케이싱 안을 흐르고, 냉수·온수는 코일 관 안을 흐른다. 냉각코일에서 생긴 응축수는 또 다른 배수 경로다.

네 가지 공기 이름부터 구분하기

OA (Outdoor Air, 외기): 실외에서 공조기로 들어오는 공기.
RA (Return Air, 환기/리턴 공기): 실내에서 공조기 쪽으로 돌아오는 공기.
EA (Exhaust Air, 배기): 건물 또는 공조계통에서 실외로 버리는 공기.
SA (Supply Air, 급기): 처리 후 실내로 보내는 공기.

대표적인 혼합형 AHU에서는 OA와 RA가 혼합실에서 만나고, RA의 일부는 EA로 배기된다. 혼합된 공기는 필터와 코일을 지나 처리된 뒤 SA로 공급된다. 이코노마이저 운전처럼 외기 비율을 크게 늘리는 구성도 있으며, 모든 AHU가 같은 배기팬·리턴팬 배치를 갖는 것은 아니다.

그림으로 읽는 대표 혼합형 AHU

한 줄 배치의 혼합형 AHU: 리턴팬 뒤 배기 분기, 재순환 댐퍼와 별도 외기 유입, 필터·냉수코일·온수코일·가습부·흡수 구간·급기팬. 냉수코일 아래 드레인팬과 트랩은 냉수 배관과 분리됩니다. — 리턴팬부터 급기팬까지 한 줄로 이어진 구성 예. 배기는 외기 유입 전에 분기되고, 재순환 공기만 외기와 혼합됩니다.

공기 흐름의 대표 예:

실내에서 돌아온 RA가 리턴팬을 지나고, 일부는 배기 댐퍼를 통해 EA로 빠져나간다.
실내에서 돌아온 RA 중 일부는 EA로 실외에 배기되고, 나머지 재순환 RA가 OA와 혼합된다.
혼합공기는 필터를 지나 먼지와 입자를 줄인다. 필터의 단계와 등급은 장비마다 다르다.
냉방 시 냉각코일을 지나며 열을 잃고, 표면이 노점보다 낮으면 수분도 응축된다.
습도 제어 때문에 충분히 차갑게 냉각한 경우 필요에 따라 재열코일로 공급온도를 다시 맞출 수 있다. 재열은 모든 장비의 상시 구성이 아니다.
가습이 필요한 운전에서는 온수코일 뒤 가습부에서 수분을 더한다. 분산된 증기는 급기팬에 도달하기 전에 흡수되어야 한다.
급기팬이 필터·코일·덕트 저항을 이겨 SA를 실내에 공급한다.
실내에서 열·수분·오염을 받은 공기는 RA가 되어 다시 돌아온다.

냉각코일 확대 — 공기, 냉수, 응축수는 세 경로다

핀 표면에 맺힌 결로가 아래 드레인팬에 모여 흰 배수 트랩으로 빠지는 경로입니다. 위쪽 냉수 배관은 관 안을 순환하는 별도 회로입니다. 화살표는 각 흐름을 구분하며, 실제 배관 연결·트랩 치수는 장비 도면을 따릅니다.

냉각코일의 금속 핀 사이로 공기가 지나가고, 관 안으로 냉수가 흐른다. 공기와 냉수가 직접 섞이는 것이 아니라 공기측 대류 → 금속 전도 → 물측 대류로 열이 이동한다.

차가운 냉수는 냉동기에서 코일로 공급된다.
공기는 코일을 지나면서 냉수에 열을 넘긴다.
열을 받은 냉수는 더 따뜻해져 냉동기로 환수된다.
코일 표면이 유입 공기의 노점보다 낮은 부분에서는 수증기가 물로 응축된다.
응축수는 냉수 환수관으로 가지 않고 드레인팬 → 배수구 → 트랩의 별도 경로로 빠진다.

공기는 식고, 냉수는 그 열을 받아갑니다

공기의 길 · 냉방

1열을 가진 공기
실내에서 돌아오거나 외부에서 들어온 공기
2코일에서 열을 줌
핀·관벽을 거쳐 냉수로 열이 이동
3식은 공기 공급
팬이 실내로 보내 냉방

냉수의 길 · 냉방

1차가운 냉수 유입
냉동기에서 코일로 공급
2공기의 열을 받음
물은 관 안에, 공기는 관 밖에 있음
3따뜻해진 냉수 환수
받은 열을 냉동기로 운반

빨강→파랑은 냉방 중 공기의 냉각, 파랑→연한 빨강은 냉수의 온도 상승입니다. 냉수는 돌아갈 때도 공기보다 차가울 수 있습니다. 난방 코일에서는 반대로 온수가 공기에 열을 줍니다. 응축수 배수는 냉수 환수와 별개입니다.

주요 부품과 역할

혼합실·외기/환기 댐퍼: 실외에서 온 외기(OA)와 실내에서 돌아온 환기(RA)를 받아 섞는 공간입니다. 환기의 일부는 배기(EA)로 나가고 나머지는 재순환할 수 있습니다. 외기량과 전체 급기량은 같은 값이 아닙니다.
프리필터·중성능 필터: 공기가 여재를 지날 때 입자를 포집합니다. 코일 오염과 실내 입자를 줄이지만 모든 냄새·가스·수분을 제거하지는 않습니다. 오염이 쌓이면 공기 저항이 증가하므로 필터 전후 차압과 풍량을 함께 봅니다.
냉수·온수 코일과 핀: 공기는 핀 사이를 지나고 물은 관 안으로 흐릅니다. 핀은 공기와 접촉하는 면적을 늘립니다. 관·핀·공기 경계에서 열이 이동하므로 핀의 막힘과 관내 오염 모두 성능을 낮출 수 있습니다.
드레인 팬과 트랩: 코일 표면이 공기의 이슬점보다 낮으면 수분이 응축됩니다. 드레인 팬이 물을 모아 배출하고 트랩은 공조기 내부 압력이 배수를 방해하지 않도록 돕습니다. 응축수 배수는 냉수 환수 배관과 별개입니다.
송풍기·모터·급기 덕트: 팬이 필터·코일·덕트의 저항을 이겨 공기를 운반합니다. 모터는 팬을 구동합니다. 팬이 코일 뒤에 있는 흡입형과 앞에 있는 압송형이 있어 부품 순서는 기종마다 다릅니다.
센서·재열·가습부: 온습도 센서는 상태를 측정하고 제어기가 밸브·댐퍼 등을 조절합니다. 재열과 가습은 필요한 공기 상태에 따라 추가되는 기능이며 모든 공조기에 들어가지는 않습니다.

냉각, 제습, 재열을 한 과정으로 보기

냉각은 공기의 온도를 낮추는 현열 제거이고, 코일 표면에서 수증기를 물로 바꾸는 것은 잠열 제거와 연결된다. 습도를 충분히 낮추려면 공기를 원하는 실내온도보다 더 차갑게 만들 필요가 있을 수 있다. 이때 공급공기가 너무 차가우면 재열코일이 온도만 다시 올릴 수 있다. 따라서 냉각코일 뒤에 가열코일이 있다고 해서 구조가 모순인 것은 아니다. 제습 후 재열이라는 별도의 목적이 있을 수 있다.

온수코일 뒤의 가습부는 무엇을 하나요?

이 그림은 온수코일 뒤에 증기 가습부를 둔 구성이다. 온수코일은 공기에 열을 주고, 가습부의 분산관은 공기에 수분을 더한다. 가열만으로 공기의 수분량이 늘지는 않는다. 가습은 결로로 수분을 제거하는 제습과 반대 기능이다.

분산관 뒤에는 증기가 충분히 흡수될 공간이 필요하다. 팬이나 덕트 벽에 물방울이 맺히도록 운전하는 장치가 아니다. 필요한 흡수 거리와 가습부 위치는 공기 상태·풍량·분산관 형식·제작사 설계에 따라 달라진다. 보라색 흐름은 수분이 추가되는 위치를 강조한 표현이다.

냉각·제습, 제습 뒤 재열, 가열·가습은 서로 다른 제어 목적이다. 그림에 모든 부품이 함께 있어도 항상 동시에 작동하는 것은 아니다.

같은 ‘공조기’라도 방식은 다르다

혼합형 냉온수 AHU

OA와 RA를 혼합하고 냉수·온수 코일로 처리한다. 중앙 냉동기·보일러와 연결되는 전형적인 중앙 공조 구성이다.

100% 외기 처리기(OAHU/DOAS)

실외 공기를 전량 받아 처리하므로 장비 내부에서 RA와 혼합하지 않을 수 있다. 실내의 환기용 외기 부하와 습도 처리를 별도로 맡는 용도에 쓰인다.

DX 코일식·패키지형

냉각코일 안에 냉수 대신 냉매가 직접 증발한다. 핀코일 외형은 비슷해도 연결된 회로는 냉매 회로다. 냉수밸브와 냉매 팽창장치를 같은 부품으로 보면 안 된다.

FCU

실내 가까이에서 팬과 냉온수 코일로 재순환 공기를 처리하는 말단 장치다. FCU가 있다는 사실만으로 필요한 외기가 자동 공급된다고 볼 수 없다.

열회수형 외기 시스템

배기와 외기가 서로 직접 섞이지 않도록 분리하면서 열 또는 열·수분을 회수한다. 장치 형식에 따라 누설·교차오염 특성이 다르다.

팬 위치도 한 가지가 아니다

팬이 코일 뒤에서 공기를 끌어당기는 draw-through 형식과, 팬이 앞에서 코일 쪽으로 밀어주는 blow-through 형식이 있다. 따라서 ‘필터 → 코일 → 팬’ 순서를 모든 AHU의 절대적인 구조로 외우면 안 된다. 실제 팬 위치는 장비 도면과 점검문 배치를 확인해야 한다.

현장에서 공조기를 볼 때 구조를 읽는 순서

큰 덕트의 입·출구를 따라 OA·RA·EA·SA를 구분한다.
외기·환기 댐퍼와 혼합실이 있는지 본다.
필터가 한 단계인지 여러 단계인지 본다.
코일에 연결된 배관이 냉수·온수인지, 냉매인지 계통과 연결해 본다.
냉각코일 아래의 드레인팬과 응축수 배수를 냉수 환수와 구분한다.
팬이 코일 앞인지 뒤인지, 직결인지 벨트구동인지 확인한다.
재열·가습·열회수·배기팬이 실제로 있는지 확인한다. 이름만 보고 있다고 가정하지 않는다.

흔히 혼동하는 부분

RA(Return Air)를 ‘밖으로 버리는 배기’와 같은 것으로 보면 안 된다. RA는 돌아오는 공기이고 그 일부만 EA가 될 수 있다.
외기량과 급기량은 같은 값이 아니다. 급기는 재순환 RA를 포함할 수 있다.
냉수 환수와 응축수 배수는 서로 다른 회로다.
냉수식 코일과 DX 냉매코일은 외관이 비슷해도 내부 유체와 제어가 다르다.
가열코일이 냉각코일 뒤에 있다고 무조건 이상한 구조가 아니다. 제습 후 재열 용도일 수 있다.
모든 AHU에 혼합실·배기팬·재열·가습·열회수가 전부 들어가는 것은 아니다.

이상 현상을 원리로 보기

바람이 나오는데 시원하지 않은 경우에도 원인은 하나가 아니다. 외기 비율 증가, 필터 막힘, 냉수 유량 부족, 밸브 이상, 코일 오염, 팬 풍량 부족, 재열 과다 등이 서로 다른 원리로 같은 체감 증상을 만들 수 있다. 따라서 공기측과 물측을 나눠서 보는 것이 중요하다.

시험셀에서는 일반 실내 환기와 별도로 연소용 공기, 열 제거용 공기, 시험대상 배기가 존재할 수 있다. 실제 시험셀의 유량·압력·배기구성은 설계자료 없이 일반 AHU 그림으로 확정하지 않는다.