본문내용
1. 공기조화 시스템의 이해
1.1. 공기조화 시스템의 정의
공기조화 시스템(HVAC: Heating, Ventilation and Air Conditioning)은 난방(Heating), 환기(Ventilation), 공기조화(Air Conditioning)를 총칭하는 개념이다. 공기조화 시스템은 사람 또는 물품에 온도, 습도, 기류, 청정도를 사용 목적에 맞게 가장 알맞은 상태로 조정하는 것을 말한다.
난방 설비는 실내공기의 온도만을 조정하는 것이 목적이기 때문에 쾌적한 환경을 만들기에는 부족하다. 이에 반해 공기조화 설비는 온도 조정을 통한 냉각과 가열, 습도 조정을 통한 감습과 가습, 기류 조정을 통한 기류 속도와 분포, 기압 조정, 그리고 공기 정화를 통한 오염 물질 제거 등 다양한 기능을 수행할 수 있어 쾌적성을 높일 수 있다.
1970년대 이전의 공기조화 설비는 연료가 풍부하고 가격이 저렴했기 때문에 에너지 절약에 대한 고려가 부족했다. 그러나 1970년대 두 차례의 오일쇼크로 인해 설비의 에너지 효율성에 관심이 집중되었고, 1990년대에는 건강과 작업 환경의 쾌적성, 실내 공기질(IAQ)이 주요 관심사가 되었다. 따라서 공기조화 시스템 선택 시 경제성과 에너지 절약, 쾌적성을 함께 고려해야 한다.
1.2. 공기조화 시스템의 역사
1.2.1. 공기조화 시스템의 탄생
고대 로마인은 집안을 시원하게 하기 위해서 찬물이 순환되도록 벽 뒤에 수도관을 설치했고 2세기 중국인인 딩 환은 직경이 3m에 달하는 회전하는 바퀴가 달린 팬을 개발해서 연못 주위의 찬공기를 집 안으로 끌어들였다. 이와 같이 공기를 순환, 냉각 시키려는 시도는 오래 전부터 이어져 왔다. 1758년 벤자민 프랭클린(1706-1790)과 동료인 존 하들리(1731-1764)는 수은 온도계에 에테르를 적신 후 계속 풀무질을 해 에테르를 증발 시켜 온도를 -14℃까지 떨어뜨렸다. 이 실험은 물질이 상태변화를 할 때 열이 흡수되면 온도가 내려가고, 열이 방출되면 온도가 올라가는 원리를 이용했다. 몇 년 뒤인 1820년에 마이클 패러데이(1791-1867)는 압축-냉각된 암모니아의 기화를 통해 주변 공기가 차갑게 변화하는 것을 발견했다. 윌리스 해빌랜드 캐리어(1876년 11월 26일~1950년 10월 7일)는 미국의 공학자이다. 공기조화 기술(에어컨)의 발명자로 알려져 있다. 1902년 버팔로 포지 컴퍼니의 고객이었던 브루클린의 새킷-빌헬름 석판출판사 (Sackett-Wilhelms Lithographing & Publishing Company)에서 의뢰를 받았다. 여름에는 고온과 습기 때문에 용지가 변질되어 출판을 제대로 할 수 없다는 것이었다. 캐리어는 이 문제를 해결하기 위해 고민을 하다가, 우연히 피츠버그 기차 승강장에 낀 안개를 바라보다 공기 중의 습기를 조절할 수 있는 장치에 관한 영감을 얻었다. 그 후 캐리어는 뜨거운 증기를 채운 코일 사이로 공기를 통과시키는 기존의 온방 시스템의 원리를 뒤집어, 냉매를 채운 코일 사이로 공기를 내보내 온도를 낮추는 방식을 구상했다. 이를 토대로 기기의 설계도를 제작해 7월 17일에 제출하였는데, 그것이 바로 세계 최초의 공기조화 시스템, 즉 에어컨이다. 이 당시 윌리스 캐리어가 제안한 공기조화 시스템이 오늘날 에어컨의 탄생으로 인정받는 이유는, 습도조절 장치가 추가되면서 네 가지의 기본기능(온도조절, 습도조절, 공기 순환과 환기, 공기정화)을 갖추게 되었기 때문이었다. 캐리어는 이후로도 수년간에 걸친 개량과 현장실험을 통해 1906년 1월 2일 '공기 취급 장비' (Apparatus for Treating Air)란 이름으로 미국 특허를 등록하였다. 이는 세계 최초의 분무형 공기조화 장치로서, 처음에는 물을 데우고 한순간 냉각하여 공기중의 습기를 내고 없애도록 하는 장비였다.
1.2.2. 국내 공기조화 시스템의 발전과정
우리나라에 건축설비 기술이 도입된 이후 상당기간동안의 변천과정을 체계적으로 정리해둔 기록은 찾기가 어렵다. 따라서 건축업계에서 정리해둔 건축적 자료 속에서 드물게 언급하고 있는 건축설비관련 자료에 의하면 우리나라 건축설비산업은 외국인의 손에 의하여 도입되었다. 외국인 기술자 밑에서 조수 또는 기능공으로 고용되어 일하던 몇몇 설비 기술자들의 현장 체험 전수를 통하여 설비시공기술이 명맥을 유지해오고 이렇게 국내에 공기조화 시스템도 들어온 것으로 추정될 뿐이다.
이러한 건축설비 기술(공조시스템)의 발전과정을 ①조선말기(1910년 이전), ②일제강점기(1911-1945), ③해방 후 혼란기(1945-1960), ④개척기(1961-1973), ⑤1970년대, ⑥1980년대 후반기, ⑦1990년대, ⑧ 2000년대로 구분하여 포괄적으로 내용을 정리해 보고자 한다.
①조선말기(1910년 이전)에는 이조말엽 쇄국정치의 여파 등으로 서양문물에 대한 반발의식 때문에 일부 설비기술이 도입되기는 했으나 좀처럼 보급되지 못하였다. 1895년 러시아 공사 웨베르와 함께 입국한 손탁이라는 여자가 정동에 증기난방시실을 갖춘 손탁호텔을 신축하였고, 1905년 제임스 존스턴이 증기난방시설을 갖춘 4층 석조건물, 1910년 덕수궁내의 석조전 등이 있었다.
②일제강점기(1911-1945)에는 식민지정책을 위한 기관들이 청사를 신축하면서 건축설비기술이 활발하게 적용되었다. 1914년 조선호텔과 조선총독부 건물, 1926년 서울시청사 등에 증기난방 방식이 도입되었으며, 일제강점기 후반기에는 일본인 기술자의 밑에서 조수 및 기능공으로 일하던 한국인 기술자가 배출되었다. 이 시기에 준공된 경성전기사옥, 동화백화점, 경성제대 의학부 건물 등에는 일부 냉난방 설비가 갖춰졌다.
③해방 후 혼란기(1945-1960)에는 설비기술 보급이 되지 않았고 보급이 있어도 건축설비를 적용할 만한 건물이 없었으나, 1958년 USOM(현 미대사관) 청사에 공조설비를 갖춘 것이 이 시기의 대표적인 사례이다.
④개척기(1961-1973)에는 경제개발 5개년 계획 실행으로 많은 건물들이 건립되면서 부산, 대구, 광주 등의 군병원들에 저압증기난방 방식이 채택되었고, 1964년 흥진산업(주)가 국산 제1호 흡수식냉동기를 제작하였다.
⑤1970년대에는 급속한 경제발전과 중동 건설 붐으로 인해 기술자들이 중동에 파견되면서 최신 공법을 익히고 돌아와 국내 설비기술을 활성화시켰다. 63빌딩, 럭키트윈빌딩, 무역센터, 국제빌딩, 롯데월드 등 대형 건축물에 최신 공조설비가 도입되었으며 전공기식 공조방식이 유행하였다.
⑥1980년대 후반기에는 VAV(변풍량) 공조방식, 히트펌프, TAB(testing, adjusting and balancing) 기술 등이 연구·적용되어 설계·시공기술이 향상되었다. 냉동기와 보일러를 사용하여 하절기 냉방, 동절기 난방을 공급하는 방식이 보편화되었다.
⑦1990년대에는 축냉식 공조시스템이 보급되기 시작했으며, 90년대 후반부터는 흡수식 냉온수기가 보급되어 중앙집중식 공조 시스템의 주류가 되었다.
⑧2000년대에는 초고층 건물이 많이 건설되면서 중앙공조와 개별공조를 병행하는 방식이 주요 해결책으로 등장하였다. 정부에서는 여름철 전력 감축을 위해 가스 흡수식 냉동기와 심야전력을 이용하는 빙축열시스템 등의 사용을 권장하고 있다.
이처럼 우리나라...
