공기냉각코일과 가열코일

개념과 원리

공기냉각코일은 공기로부터 열을 제거하고, 가열코일은 공기에 열을 공급하는 열교환기입니다. 공조기에서 공기의 온도와 습도를 조절하는 핵심 구성요소입니다.

냉각코일에서 코일 표면온도가 공기의 이슬점보다 높으면 주로 현열냉각이 일어납니다. 반대로 코일 표면온도가 이슬점보다 낮아지면 공기 중 수증기가 응축되므로 냉각과 감습이 동시에 일어납니다.

냉각·감습 과정의 전체 열량은 건공기 질량유량과 엔탈피 차를 이용해 Q = ṁ(h₁-h₂)로 구할 수 있습니다.

가열코일에서 수분의 출입이 없다면 절대습도는 거의 일정하고 건구온도만 상승합니다. 이 경우 현열량은 Q = ṁc_p(t₂-t₁)로 계산할 수 있습니다.

냉각코일 문제에서는 코일 표면온도 또는 ADP, 바이패스 팩터(BF), 입출구 공기상태가 함께 주어질 수 있습니다. 이때 출구공기는 실제 코일 표면온도까지 완전히 내려가지 않고 일부가 코일을 우회한 것처럼 나타날 수 있습니다.

q = G(i₁ − i₂)

q = G_wC_wΔt

q = KFΔt_m × N × C_m

LMTD = (Δ₁ − Δ₂) / ln(Δ₁/Δ₂)

코일 내 물의 유속은 약 1 m/s 전후

코일 외 공기유속은 약 2~3 m/s

공기와 물은 대향류로 구성

코일 열수는 보통 4~8열

냉수코일의 동결·결로·응축수 비산 방지를 검토

냉온수 겸용은 냉수코일 기준 선정

건공기 질량유량이 1.8 kg/s이고, 냉각코일 입구와 출구 엔탈피가 각각 68, 46 kJ/kg(DA)라면:

Q_cool=1.8×(68-46)=39.6 kW

이후 공기를 13℃에서 19℃까지 재가열한다고 가정하고 공기 정압비열을 1.006 kJ/(kg·℃)로 하면:

Q_heat=1.8×1.006×(19-13)=약 10.86 kW

첫 번째 식은 엔탈피 차를 사용하므로 현열과 잠열의 변화를 함께 포함할 수 있고, 두 번째 식은 수분량이 일정한 단순 가열 과정에 적합합니다.

① 냉각코일에서 항상 절대습도가 감소하는 것은 아닙니다.
코일 표면온도가 이슬점보다 낮아야 응축·감습이 발생합니다.

② 단순 가열에서는 절대습도가 거의 일정합니다.
상대습도는 변하지만 수분을 추가하지 않는 한 절대습도는 그대로입니다.

③ 냉각·감습에서 건구온도 차만 사용하면 잠열을 놓칠 수 있습니다.
엔탈피가 주어졌다면 엔탈피 차를 이용하는 것이 안전합니다.

④ ADP와 실제 출구온도를 같다고 보지 마세요.
BF가 0이 아닌 실제 코일에서는 출구공기가 ADP보다 높은 온도로 나올 수 있습니다.