복사열 냉방(Radiant Cooling) 애니메이션 — 한국어 번역
(00:07)
대부분의 현재 냉방 시스템은 공기를 이용해 냉각을 제공합니다.
하지만 많은 응용 분야에서 물은 공기의 대안이 될 수 있습니다.
냉각 매체(cooling medium)로서 공기와 물을 비교해보겠습니다.
물은 공기보다 밀도가 832배 높고, 열용량(heat capacity)은 약 4배 큽니다.
즉, 동일한 열량을 흡수하기 위해서는 물 1리터 대신 공기 약 3,300리터를 순환시켜야 합니다.
예를 들어 100RT(냉동톤, Tons of Refrigeration)의 냉방 용량을 제공하려면,
공기 시스템은 40,000 CFM의 공기가 필요하지만,
물 시스템은 단지 32 CFM의 유량만 필요합니다.
(00:53)
더욱이 공기 기반 시스템은 단순 펌핑만으로도 물 기반 시스템보다 6배 더 많은 전력이 필요합니다.
분명히 물은 훨씬 강력한 냉각 매체이며, 물을 이용한 냉방은 공기 냉방보다 효율적입니다.
복사(Radiation) 또는 복사열 전달(radiative heat transfer)은
한 물체에서 방출된 열이 다른 물체에 흡수될 때 발생합니다.
우리가 벽난로 주변에서 따뜻함을 느끼는 이유는
벽난로에서 우리 몸으로 복사되는 열 때문입니다.
평균복사온도(MRT)와 체감 공기온도
(01:40)
열전달의 기본 원리 중 하나는
열이 더 뜨거운 물체에서 더 차가운 물체로 이동한다는 것입니다.
모든 실내 공간에서는 벽, 천장, 바닥, 사람, 기타 물체들 사이에서
끊임없는 열교환이 일어납니다.
실내 모든 표면이 방출하는 열복사 온도의 가중 평균값을
평균복사온도(Mean Radiant Temperature, MRT)라고 합니다.
평균복사온도는 표면 온도가 인간의 열적 쾌적성(thermal comfort)에 미치는 영향을 정량화합니다.
예를 들어 뜨거운 지붕이나 직사광선을 받는 창문은
평균복사온도를 상승시킵니다.
(02:21)
평균복사온도가 높을수록
열적 쾌적성을 달성하기 위해 더 낮은 공기 온도가 필요합니다.
반대로 평균복사온도가 낮다면
실내 공기 온도가 상대적으로 높아도 쾌적함을 느낄 수 있습니다.
따라서 효율적이고 지속가능한 냉방 방법 중 하나는
평균복사온도를 낮추는 시스템을 사용하는 것입니다.
이는 열적 쾌적성을 제공하기 위해 필요한 에너지 사용량을 줄여줍니다.
복사패널형 냉방 시스템 구성
(02:49)
복사패널(Radiant Panel Type Cooling)
•
냉수를 순환시키기 위해 구리관(copper tube)을 사용할 수 있습니다.
•
가교 폴리에틸렌관(PEX Pipe) 루프를 벽, 바닥, 천장에 매립할 수도 있습니다.
•
그 내부로 냉수를 순환시킵니다.
제어 시스템(Control System)
스위칭 제어와 함께,
다양한 센서 입력을 이용해 실내 조건을 조절할 수 있습니다.
칠러(Chiller)
칠러는 유체를 필요한 온도까지 냉각시키는 장치입니다.
기타 구성 요소
매니폴드(manifold), 밸브(valve), 펌프(pump) 등이 전체 시스템을 구성합니다.
(03:08)
칠러에서 냉각된 물은 매니폴드로 이동한 후
실내에 설치된 배관망(grid of pipes)으로 분배됩니다.
냉수와 배관은 천장 또는 바닥의 열을 흡수하여
그 표면을 실내 물체와 사람보다 더 차갑게 만듭니다.
(03:54)
이 온도 차이로 인해
사람과 물체의 열이 더 차가운 건축 구성 요소 쪽으로 복사되며,
결과적으로 쾌적한 냉감이 형성됩니다.
복사냉방의 종류
복사바닥냉방(Radiant Floor Cooling)
(04:06)
이름 그대로 바닥 아래 매립된 배관이
상부 공간을 냉각합니다.
복사천장냉방(Radiant Ceiling Cooling)
구조 천장 바로 아래에 배관이 내장된 패널을 설치하거나,
천장에 배관을 부착한 뒤 미장(plaster)으로 마감하는 방식입니다.
복사벽체냉방(Radiant Wall Cooling)
(04:34)
소구경 배관을 벽체에 부착한 뒤 미장하거나,
배관이 내장된 패널을 벽에 설치합니다.
배관은 바닥 회로와 연결하여 사용할 수도 있고,
별도의 독립 회로로 설치할 수도 있습니다.
잠열부하 관리와 외기전담시스템(DOAS)
(04:54)
쾌적성은 단순히 온도만이 아니라 습도에도 크게 좌우됩니다.
복사패널은 공기 중의 현열(sensible heat)을 처리하지만,
습도 관리를 위해서는 외기전담시스템(Dedicated Outdoor Air System, DOAS)이 필수적입니다.
제습(dehumidification)과 함께 DOAS는
환기(ventilation)와 공기 여과(filtration) 기능도 수행합니다.
(05:14)
이 시스템은 일반 공기식 냉방 시스템보다
훨씬 적은 공기량만 필요로 합니다.
복사냉방과 DOAS를 함께 사용하면
모든 기후 조건에서 열적 쾌적성을 완전하게 만족시킬 수 있습니다.
복사냉방의 에너지 효율
(05:35)
바닥, 벽, 천장 또는 패널에 매립된 냉수 배관은
열교환 면적을 매우 크게 확보할 수 있게 합니다.
이는 공간 제약이 있는 일반 열교환기보다 훨씬 유리합니다.
(05:57)
복사냉방은 더 높은 칠러 운전 온도에서도 충분한 냉방이 가능하며,
이는 칠러의 성능계수(COP)를 향상시킵니다.
결과적으로 전체 에너지 소비가 감소합니다.
공기식 냉방 vs 복사냉방
(06:15)
일반 공기식 냉방 시스템이 적용된 공간은
평균복사온도가 더 높습니다.
따라서 사용자가 쾌적함을 느끼기 위해서는
실내 공기 온도를 더 낮춰야 합니다.
반면 복사냉방 공간은 평균복사온도가 낮기 때문에,
상대적으로 높은 실내 공기 온도에서도 동일한 냉방 효과를 제공합니다.
(06:36)
또한 DOAS를 함께 사용하는 복사냉방 시스템은
일반 공조 시스템보다 필요한 공기량이 훨씬 적으며,
이는 전체 시스템 전력 소비 감소로 이어집니다.
