공조기(AHU, Air Handling Unit) 작동 원리 정리
1. AHU(Air Handling Unit)란?
AHU(공기조화기)는 건물 내부에 필요한 공기를 처리(Conditioning)하고 공급(Distribution)하는 HVAC 핵심 장비다.
주요 기능은 다음과 같다.
•
외기(Fresh Air) 유입
•
공기 필터링(Filtration)
•
냉각(Cooling)
•
가열(Heating)
•
가습(Humidification)
•
제습(Dehumidification)
•
송풍(Distribution)
주로 다음 건물에 설치된다.
•
중대형 오피스
•
병원
•
공장
•
호텔
•
데이터센터
•
상업시설
설치 위치:
•
지하 기계실
•
옥상(RTU 형태 포함)
•
각 층 기계실
2. AHU 기본 구성
AHU는 일반적으로 아래 순서로 공기가 흐른다.
외기 → 댐퍼 → 필터 → 냉각/가열 코일 → 팬 → 덕트 → 실내
↓
리턴공기(Return Air)
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3. 주요 구성요소 상세 설명
3-1. 그릴(Grille)
외부 이물질 유입 방지 장치.
기능:
•
쓰레기 차단
•
새·동물 유입 방지
•
큰 입자 제거
3-2. 댐퍼(Damper)
공기량 제어 장치.
기능:
•
공기 흐름 개폐
•
풍량 조절
•
압력 제어
종류:
•
Fully Open
•
Fully Closed
•
Modulating(비례제어)
모터 액추에이터(Actuator)로 자동 제어된다.
3-3. 필터(Filter)
공기 중 먼지 제거.
일반 구성:
1차:
•
프리필터(Pre-filter)
•
큰 먼지 제거
2차:
•
백필터(Bag Filter)
•
미세먼지 제거
목적:
•
덕트 오염 방지
•
코일 보호
•
실내 공기질(IAQ) 개선
3-4. 차압센서(Differential Pressure Sensor)
필터 막힘 감지.
원리:
필터가 오염될수록 압력손실(Pressure Drop)이 증가한다.
따라서:
•
ΔP 증가 → 필터 교체 필요
4. 냉각코일 / 가열코일(Cooling & Heating Coil)
공기 온도를 조절하는 열교환기(Heat Exchanger).
냉각코일(Cooling Coil)
냉수(Chilled Water) 또는 냉매(Refrigerant)를 사용.
기능:
•
공기 냉각
•
제습
가열코일(Heating Coil)
온수(Hot Water), 스팀(Steam), 전기히터 사용.
기능:
•
공기 가열
•
공급공기 온도 유지
공급공기 설정온도(Set Point)
AHU는 공급공기(Supply Air)를 목표온도로 유지한다.
예:
•
공급설정온도(SAT): 14°C
조건:
•
너무 차가우면 → Heating Coil ON
•
너무 뜨거우면 → Cooling Coil ON
5. 팬(Fan)
공기를 이동시키는 핵심 장치.
역할:
•
외기 흡입
•
AHU 내부 통과
•
덕트 송풍
팬 종류
① 원심팬(Centrifugal Fan)
구형 AHU에서 흔함.
특징:
•
내구성 우수
•
소음 큼
•
효율 낮음
② EC Fan(Electronically Commutated Fan)
최근 고효율 시스템.
특징:
•
에너지 절감
•
인버터 내장
•
정압제어 우수
6. 덕트 압력 제어(Static Pressure Control)
팬 후단에 정압센서 설치.
목적:
•
덕트 압력 유지
•
풍량 안정화
일반적으로:
•
VFD(Variable Frequency Drive)
•
VAV(Variable Air Volume)
와 연동된다.
7. 리턴공기(Return Air)
실내 사용 후 공기를 다시 AHU로 회수.
목적:
•
에너지 절감
•
압력 균형 유지
•
일부 재순환
구형 건물:
•
리턴덕트 없는 경우 존재
현대 건물:
•
기밀성(Airtightness) 높아 반드시 필요
8. 예열코일(Pre-Heater)
한랭지역에서 사용.
외기온도가 약 6°C 이하일 때 작동.
목적:
•
동결(Frost) 방지
•
코일 파손 방지
주로:
•
전기히터(Electric Heater)
사용.
9. 습도제어(Humidity Control)
가습(Humidification)
습도가 낮으면:
•
스팀
•
미스트
를 공급.
필요 시설:
•
데이터센터
•
문서보관소
•
병원
제습(Dehumidification)
냉각코일 표면에서 응축 발생.
원리:
•
공기 냉각
•
이슬점 이하 도달
•
수분 응축
따라서 드레인팬(Drain Pan)이 필요하다.
10. 에너지 회수(Energy Recovery)
현대 AHU 핵심 기술.
10-1. 런어라운드 코일(Run Around Coil)
배기측 열을 회수하여 급기측에 전달.
구성:
•
급기코일
•
배기코일
•
순환펌프
장점:
•
공간 분리 가능
단점:
•
펌프 동력 필요
10-2. 리턴공기 재순환(Recirculation)
배기 일부를 다시 혼합 사용.
장점:
•
냉난방 부하 감소
필수 조건:
•
CO₂ 농도 낮아야 함
따라서:
•
CO₂ 센서 필수
10-3. 전열휠(Heat Wheel / Energy Recovery Wheel)
회전식 열회수 장치.
원리:
•
배기열 흡수
•
회전
•
외기에 전달
장점:
•
효율 매우 높음
단점:
•
공기 누설(Cross Contamination) 가능
병원/클린룸은 제한될 수 있다.
10-4. 판형 열교환기(Plate Heat Exchanger)
금속판으로 급기/배기 완전 분리.
특징:
•
공기 혼합 없음
•
위생성 우수
단점:
•
압력손실 큼
11. AHU vs FAHU 차이
AHU
재순환 공기 사용 가능.
외기 + 리턴공기 혼합 가능
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FAHU(Fresh Air Handling Unit)
100% 외기 전용.
외기만 사용
리턴공기 재사용 없음
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주요 사용처:
•
병원
•
클린룸
•
반도체
•
실험실
12. 핵심 실무 포인트
설계 시 중요 요소
① 정압(Static Pressure)
•
팬 선정 핵심
② 필터 등급
•
IAQ 수준 결정
③ 코일 용량
•
냉난방 부하 대응
④ 외기량(Fresh Air Volume)
•
법규 직접 영향
⑤ 열회수 효율
•
에너지 절감 핵심
