열회수형 환기장치의 타입별 By-pass 제어에 따른에너지 최적 운영 방안에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 열회수형 환기시스템의 에너지 절약적인 운영에 대한 검토를 위하여 다양한 타입별 ERV의 by-pass 외기냉방제어로 인한 에너지 절감 효과를 분석하고, ERV의 월별 by-pass 외기냉방 운전시간 비율과 열교환되는 풍량, 열교환 효율 등을 비교하였다. 본 연구의 도출된 결론은 다음과 같다. (1) 열교환 소자에 따른 에너지 절감률을 검토했을 때, 온도 성분만의 에너지를 회수하는 현열교환기는 엔탈피 성분의 에너지를 회수하는 전열교환기보다 에너지 소비량이 약 6.6% 많고, Base Case인 VAV system보다는 약 2.4% 에너지 소비량이 많아 고온다습한 국내 환경에 적합하지 않은 것으로 판단된다. (2) 열교환 방식의 구조에 따른 에너지 절감률을 검토했을 때, 열교환 소자의 판과 판 사이에서 실내외 공기를 교차시키는 판형 전열교환기보다 휠의 회전으로 실내외 공기를 흡수, 배출하는 로터형 전열교환기가 약 4.5% 에너지가 절감되는 것으로 분석되었으며, 열교환 효율(현열, 잠열)을 비교했을 때 로터형 전열교환기의 효율 또한 약 4.7-5.0% 높은 것으로 분석되었다. (3) 판형 전열교환기에 heat exchange 모드와 by-pass 모드 동시 적용 시(Case 3) 에너지 절감률은 판형 전열교환기에 heat exchange 모드만을 적용했을 때(Case 2)보다 연간 약 11.1%의 에너지 사용량을 절감되었지만, 로터형 전열교환기에 heat exchange 모드와 by-pass 모드 동시 적용 시(Case 5)는 Case 2보다 연간 약 16.2%의 에너지 절감효과가 있는 것으로 분석되었다. Base 대비 연간 약 20.4%의 에너지 절감효과가 있는 것으로 분석되어 판형 전열교환기에 by-pass 기능을 적용하는 것보다 로터형 전열교환기에 적용하는 것이 에너지 절감에서는 더 효과적인 것으로 분석되었다. (4) ERV의 by-pass 제어 시 회수되는 시간의 비율과 by-pass되는 시간의 비율을 분석한 결과 난방기에 가까운 1, 2, 12월에는 열회수 되는 시간의 비율만 100%, 냉방기인 7, 8월의 경우 by-pass 작동 시간 비율은 각각 7%, 8%로 분석되었다. 하지만 중간기인 4월과 5월에 by-pass 작동 시간 비율은 각각 27%, 76%이며 9월과 10월은 각각 59%, 68%로 분석되어 외기도입 되는 시간의 비율이 높게 분석되었다. (5) ERV의 전열교환 시 열회수되는 OA(= EA)의 풍량과 by-pass시 열회수 하지 않고 외기도입되는 OA(= EA)의 풍량, 이때의 팬에너지를 계절별로 비교했을 때, by-pass 시 중간기인 4, 5, 9, 10월에 열회수되는 평균 풍량은 감소하여 by-pass 제어에 의해 열회수하지 않고 외기가 도입되며, 팬 전력도 절감된다. 이처럼 열회수형 환기시스템 사용 시 타입별 특성을 파악하고, 에너지 절약적인 외기도입을 위해 기존의 특별한 제어 없이 사용하거나 전열 교환만을 위해 사용하는 것이 아니라, 중간기나 냉방기 일부는 외기조건에 따라 by-pass 제어하는 것이 효과적이며 실내외 온습도차가 많은 난방기에는 실내 재실 여부에 따라 전열교환모드를 적절히 적용하는 것이 에너지 절약적인 운영방법으로 판단된다.