전용 실외 공기 시스템

Dedicated outdoor air system
열 회수 휠 및 패시브 제습 기능이 있는 DOAS 공기 처리 장치

전용 실외 공기 시스템(DOAS)은 두 개의 병렬 시스템으로 구성되는 난방, 환기 및 공기 조절(HVAC) 시스템의 일종으로, 환기 공기 조절의 잠재 부하와 지각 부하를 모두 처리하는 실외 공기 환기 전달 전용 시스템과 (대부분 지각 열) 로를 처리하는 병렬 시스템이다.실내/공정 출처 및 건물 외함을 통과하는 광고에 의해 생성되는 광고.

배경

다중 구역을 서비스하는 가변 공기량(VAV) 시스템과 같은 기존 HVAC 시스템은 열쾌적성이 떨어지고 미생물 오염 가능성이 있다는 측면에서 잠재적인 문제를 안고 있다. 관련된 환경 및 병렬 시스템에 따라, DOAS 설정에서 실외 공기 시스템은 잠재 부하 외에 감지 부하를 일부 처리하며, 병렬 시스템은 나머지 감지 부하를 처리한다. DOAS 시스템의 요점은 내부 공기를 조절하는 과정의 부수적인 부분으로서 환기가 아닌 전용 환기를 제공하는 것이다. DOAS는 유럽에서는 물론 미국에서도 다양한 형태로 광범위하게 사용되어 온 시스템에 부여된 용어다.

시스템 개요

William Coad는 1999년에 HVAC 시스템 구축에서 OA(외기)와 환기를 별도로 처리하자고 제안했다.[1] 개틀리는 또한 실내 공기 질과 열 쾌적성을 개선하기 위해 건물에 제습 공기를 공급하기 위한 DOAS의 적용에 대해 설명한다.[2][3][4] 기존의 HVAC 시스템에 비해 잠재적인 장점을 강조하여 DOAS의 기본을 연구하기 위한 보다 최근의 연구 노력이 수행되었다. S.A. Mumma는 VAV HVAC 시스템을 혼합하는 기존의 전체 공기 오버헤드에는 4가지 주요 문제가 있다고 제안한다.[5] VAV 시스템의 이러한 문제는 DOAS 시스템의 해당 장점을 강조한다. 그러나 DOAS의 일부 단점에는 잠재적으로 높은 첫 번째 비용, 미국의 사용 부족 및 잠재적으로 더 높은 복잡성이 포함된다.

  • 모든 공기 VAV HVAC 시스템의 환기 공기: 설계자와 건물 엔지니어는 일반적인 VAV 시스템에서 환풍기와 혼합된 환기 공기가 건물 전체에 어떻게 분포하는지 정확히 알 수 없다. 공기 누출, 제어 설정 지점, 최소 공기량 설정 및 단락(예: 배기 가스를 신선한 공기와 혼합)과 같은 문제는 모두 공간에 도달하는 환기 공기의 양에 영향을 미칠 수 있다.[5][6] DOAS 시스템은 100% 실외 공기를 전용 공급함으로써 이 문제를 해결한다.
  • VAV 시스템에서 과도한 실외 공기 흐름 및 조절 필요: ASHRAE 표준 62.1-2004의 다중 공간 방정식을 사용할 경우, 전용 실외 공기 시스템에 필요한 것보다 모든 공기 시스템에서 적절한 실내 공기 분배를 보장하기 위해 일반적으로 20-70%의 외부 공기가 더 필요하다. 여름철 높은 실외 공기량을 냉방·제습하고 겨울철 공기를 가습·난방하는 것은 에너지 집약적인 명제다.[5] DOAS 시스템은 요구 사항을 충족하도록 크기가 조정되며 과도한 크기를 요구하지 않는다.
  • 환기 요건을 고려하여 VAV 박스 최소값을 높게 설정해야 한다. 현재 관행과 달리 VAV 박스 최소값은 공간의 환기 요건과 공급 공기 중 환기 공기 비율을 모두 반영해야 한다. For example, a space requiring 5663 standard litre per minute (SLPM) (200 standard cubic feet per minute (SCFM)) of ventilation air and served with supply air that is 40% ventilation air, will require a box minimum setting of 14158 SLPM (500 SCFM) (i.e. 200/0.4) rather than the conventional practice of 5663 SLPM (200 SCFM). When the box minimums a환기 요건을 충족하기 위해 적절히 조정되면 상당한 단자 재가열 가능성이 문제가 된다. 따라서 모든 공기 VAV 시스템을 올바르게 작동하면 동일한 온도에서 공기를 공급하는 전용 실외 공기 시스템보다 항상 더 많은 단자 재가열 장치를 사용할 것이다.[5]
  • 잠재 및 감각적 공간 하중의 디커플링 없음: 공간 감지 부하와 잠재 부하를 분리할 수 없는 경우 점유 공간 내 저감지 부하에서 높은 공간 상대 습도로 이어진다. 적절하게 설계된 전용 실외 공기 시스템은 공간 잠재 하중의 100%와 공간 감지 하중의 일부를 수용할 수 있으므로 공간 감지 하중의 일부를 분리할 수 있다. 그런 다음 전용 실외 공기 시스템에 의해 충족되지 않는 감지 부하를 수용하기 위해 병렬 감지 전용 냉각 시스템을 사용한다. 따라서 실내 공기 품질 문제와 관련된 습기를 피하기 위해 공간 감지 부하와 독립적으로 공간 잠재 부하를 제어하려는 강한 동기가 있다.[5]

병렬 단자 시스템

일반적인 DOAS 환기 시스템의 경우 외부 공기 시스템은 공간 감지 하중의 약 0~30%를 수용할 수 있다. 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위해 공간 감지 부하에 대한 균형은 다음과 같은 많은 선택적 장비 선택에 의해 수용되어야 한다.

복사 시스템

다른 감각적인 냉각 시스템과 비교하여, 복사 천장 냉각 패널은 DOAS와 함께 사용하기 위한 최상의 병렬 시스템 선택이다. DOAS는 공간 환기 및 잠재 부하만 수용하기 때문에 덕트 시스템의 크기와 필요한 팬 파워를 줄여 필요한 바닥-바닥 높이를 줄일 수 있는 기회를 제공한다.[7] 복사 천장 냉각 시스템이 DOAS와 결합하면 많은 이점이 있다. 2008 ASHRAE 핸드북의 일반 평가 섹션에는 다음과 같은 간략한 설명이 제시되어 있다.[8]

주요 장점은 다음과 같다.

  • 복사하중은 직접 처리되고 공간에서의 공기운동은 정상환기수준이기 때문에 다른 냉방장치보다 쾌적도가 높을 수 있다.
  • 환기 및 제습에 필요한 공급량 요건 충족
  • 실외 공기량 감소로 인해 DOAS 시스템은 더 작은 덕트 시스템으로 설치할 수 있다.
  • 복사 천장 냉각 패널로 젖은 표면 냉각 코일을 제거하고 패혈성 오염 가능성을 줄일 수 있음
  • 자동 스프링클러 시스템 배관은 복사 천장 냉각 패널 시스템에 적용될 수 있다.

주요 단점은 초기 비용 상승과 관련이 있다.

위에 제시된 장점 외에도, 병렬 복사 냉각 패널은 컴팩트 설계, 수직 축 공간 절약, 동적 제어 장치의 신속한 수용과 같은 다른 장점도 제공한다. DOAS/방사성 천장 냉각 패널 시스템의 에너지 절약은 냉각 코일 부하 감소, 냉각기 에너지 감소, 펌프 에너지 소비량 및 팬 에너지 소비량 감소와 연결될 수 있다. 일반적으로 DOAS의 총 에너지 회수량과 공급 공기량이 적기 때문에 기존 VAV 시스템에 비해 냉각기 에너지 소비량을 크게 줄일 수 있다. 파일럿 DOAS/방사성 천장 냉각 패널 시스템의 연구에서 시간당 에너지 시뮬레이션은 파일럿 DOAS/방사성 패널 냉각 시스템의 연간 전기 에너지 소비량이 이코노마이저 제어 기능이 있는 기존 VAV 시스템보다 42% 적은 것으로 예측한다.[9]

DOAS는 위에 열거된 기존 VAV 시스템의 문제를 해결하는 것 외에도 다음과 같은 더 많은 이점을 제공한다.

  • 기존 VAV 시스템에 비해 기계 시스템 운영 비용의 50% 이상 절감
  • 간단한 제어로 첫 번째 비용 동일하거나 낮음
  • 에너지 및 환경 디자인(LEED) 기본 리더십 인증에 필요한 포인트 최대 80% 제공

공기 기반 시스템

공기 기반 시스템을 병렬 시스템으로 사용할 때 DOAS를 설계하는 두 가지 주요 방법이 있다.[10]

덕트 구조가 서로 다른 개별 시스템

이 설정에서는 사전 정의된 공기(잠재 부하 및 부분 감지 부하에 대한 설명)를 자체 덕트/디퓨저에 있는 공간에 직접 덤프하는 실외 공기 시스템이 있다. 공간으로부터 공기를 취하여 남은 공간 감각 부하를 만족시키기 위해 그것을 조건화하는 별도의 시스템(예: 팬 코일 유닛)이 있다.

장점:

  • 공간으로의 실외 공기 유량 측정이 용이함
  • 공기 흐름 및 밸런스 시스템 측정이 용이함
  • 공간 HVAC 장비(팬 코일 유닛)에 환기 부하가 가해지는 것을 방지

단점:

  • 병렬 경로를 위한 별도의 덕트 구조로 첫 번째 비용 증가 가능
  • 실외 공기 및 재순환 공기에 대한 별도의 확산기가 적절한 혼합을 제공하지 않을 수 있음
  • 공기 흐름을 위한 별도의 병렬 경로로 공간에 대한 전체 공기 흐름을 증가시켜 팬 에너지 소비량을 증가시킬 수 있음

결합 시스템

조건화된 실외공기는 공간의 터미널 유닛에 덕트된다. 이 설정에서 전제된 실외 공기는 팬 코일 유닛에 직접 덕트되어 공간의 리턴 공기와 혼합된다. 이 시스템은 냉각 빔 설정과 유사하다.

장점:

  • 덕트 구조를 결합하여 초기 비용 절감
  • 공기 흐름이 결합되어 공기량이 감소하고 결과적으로 팬 에너지 사용량이 감소함
  • 실외공기와 우주 귀환공기의 철저한 혼합

단점:

  • 국소 단자 장치는 감지 부하가 충족되었는지 여부에 관계없이 환기가 필요할 때마다 작동해야 한다.
  • 공기 흐름 밸런싱이 더 어려울 수 있음

장비

많은 국가에서 DOAS의 적용이 증가함에 따라, 총 에너지 회수를 사용하는 토탈 에너지 휠, 패시브 제습기 휠 및 기타 관련 장비와 같은 DOAS 장비에 대한 수요도 증가하고 있다.[further explanation needed] 총 에너지 휠의 효율성은 DOAS의 효율을 향상시키는 중요한 요인이다.[further explanation needed]

디자인

DOAS 설계의 요구사항은 다음과 같다.

  • 모든 점유 공간에서 적절한 환기를 보장하기 위해 열 제어 시스템에서 OA 시스템 분리
  • 모든 공간 잠재 부하와 가능한 한 많은 공간 감지 부하를 처리하도록 OA 조건화
  • 에너지 회수 장비의 비용 효율적인 사용 극대화
  • 화재 진압 및 에너지 수송 시스템 통합
  • 승객 열 제어를[11] 위해 천장 복사 센스 냉각 패널 사용

Mumma는 DOAS 설계를 위한 다음 단계를 제안했다.

  • 공간설계조건에 따른 하계설계일의 공간감지 및 잠재냉각하중 산정
  • ASHRAE 표준 62.1 환기 지침에[12] 따라 각 공간에 필요한 최소 공기 유량 결정
  • 각 공간에 대한 급기 습도 비율 결정
  • 일반적으로 설계 급기 건구 온도는 필요한 급기 이슬점 온도와 동일하다.)
  • 에너지 회수를 사용하여 배기 열을 DOAS 유닛으로 다시 이동(난방 시즌 중)

공기 기반 시스템을 병렬 냉각 시스템으로 사용하는 DOAS의 경우, 1) 각 공간에 대해 DOAS 공급 공기가 충족시키는 감지 냉각 부하 계산, 2) 각 공간에 대해 병렬 시스템에 남아 있는 감지 냉각 부하 계산, 3) 병렬 시스템에 대한 공급 공기 건구 온도 결정(위) 다음과 같은 단계가 제안되었다. 응결 방지를 위한 공간 이슬점 온도); 4) 각 병렬 감지 냉각 장치에 대한 공급 공기 유량 결정.

에너지 및 비용

시뮬레이션 측면에서 DOAS의 에너지 및 비용 성능을 입증하기 위한 많은 연구가 수행되었다. 카타르와 브란데멀은 달라스, 세인트루이스, 워싱턴DC, 뉴올리언스의 대형 소매점을 위해 병렬 시스템과 재래식 단일 시스템을 시뮬레이션했다.[13] 이 연구는 병렬 냉각 시스템의 경우 연간 14~27%의 에너지 절약과 15%~23%의 소형 장비 용량을 입증했다. 정씨 등은 펜실베이니아 주의 한 교육용 건물에서 약 3,000평방피트(280m2)의 사무실 공간을 위해 병렬 천장 복사 패널을 갖춘 DOAS의 에너지 및 비용 성능을 공기측 이코노마이저를 갖춘 기존 VAV 시스템과 비교했다.[9] DOAS 시스템의 연간 에너지 사용량 42% 감소와 팬과 냉각기 에너지 사용량 모두 상당한 절감 효과가 있는 것으로 본 연구에서 보고되었다. 엠메리치와 맥도웰은 미국 상업용 건물에서 DOAS의 에너지 절약 가능성을 평가했다.[14] 빌딩 모델은 일반적인 신규 시공과 일관되고 ASHRAE 표준 90.1 (ASHRAE 90.1) 요건을 충족하도록 개발되었다.[15] 시뮬레이션 결과는 완전한 DOAS가 연간 21% ~ 38%[14]의 HVAC 에너지 비용 절감을 초래했다는 것을 보여주었다.

참조

  1. ^ Coad, W (September 1999). "Conditioning Ventilation Air for Improved Performance and Air Quality". HPAC Engineering: 49–56.
  2. ^ Gatley, D.P. (September 2000). "Humidification Enhancements for 100-Percent-Outside-Air AHUs. Part 1 of 3". HPAC Engineering: 27–32.
  3. ^ Gatley, D.P. (October 2000). "Humidification Enhancements for 100-Percent-Outside-Air AHUs. Part 2 of 3". HPAC Engineering: 51–59.
  4. ^ Gatley, D.P. (November 2000). "Humidification Enhancements for 100-Percent-Outside-Air AHUs. Part 3 of 3". HPAC Engineering: 31–35.
  5. ^ a b c d e http://doas.psu.edu/doas.html 2010년 11월 15일 액세스
  6. ^ Mumma, S; YP Ke (1998). "Field testing of advanced ventilation control strategies for variable air volume systems". Environment International Journal. 24 (4): 439–450.
  7. ^ Conroy, C.L.; S. Mumma (2001). "Ceiling Radiant Cooling Panels as a viable Distributed Parallel Sensible Cooling Technology Integrated with Dedicated Outdoor Air Systems". ASHRAE Transactions. 107: 5778–585.
  8. ^ 2008 ASHRAE 핸드북-HVAC 시스템 및 장비, ASHRAE, Inc.
  9. ^ a b Jeong, J.W.; S. Mumma; W. Bahnfleth (2003). "Energy Conservation benefits of a Dedicated Outdoor Air System with parallel Sensible Cooling by Ceiling Radiant Panels". ASHRAE Transactions. 109: 627–636.
  10. ^ Morris, W. (May 2003). "The ABCs of DOAS". ASHRAE Journal: 24–29.
  11. ^ Mumma, S.A. (May 2001). "Designing Dedicated Outdoor Air Systems". ASHRAE Journal: 28–31.
  12. ^ 미국 난방, 냉방 및 냉방 기술자 협회 (2007) ASHRAE 표준 62.1. 애틀랜타, GA
  13. ^ Khattar, M.K; M.J. Brandemuehl (May 2002). "Separating the V in HVAC: A Dual-Path Approach". ASHRAE Journal: 31–42.
  14. ^ a b S.J. Emmerich; T. McDowell (July 2005). Initial Evaluation of Displacement Ventilation and Dedicated Outdoor Air Systems in Commercial Buildings (Report). U.S.Environmental Protection Agency, Washington, DC.
  15. ^ 미국 난방, 냉방 및 냉방 기술자 협회 (2007) 애쉬래 표준 90.1. 애틀랜타, GA

외부 링크