외기부하·장치부하·재열부하

개념과 원리

외기부하는 환기를 위해 도입한 외기를 실내 또는 공조기 기준 상태까지 변화시키는 데 필요한 열량입니다. 여름철에는 고온·다습한 외기를 냉각·감습해야 하므로 현열과 잠열이 함께 발생할 수 있습니다.

외기의 전체 열량차를 엔탈피로 계산할 때는 Q = ṁ_OA(h_OA-h_room)과 같이 나타낼 수 있습니다. 단, 문제에서 어떤 기준 상태까지 처리하는지를 반드시 확인해야 합니다.

장치부하는 공조기나 냉각코일이 실제로 처리해야 하는 열량입니다. 코일 입·출구 공기의 엔탈피가 주어졌다면 Q = ṁ(h_in-h_out)으로 계산할 수 있습니다. 실내부하뿐 아니라 외기부하나 덕트·송풍기에서 추가되는 열이 장치부하에 포함될 수 있습니다.

재열부하는 냉각·감습된 공기를 필요한 급기온도까지 다시 가열할 때 필요한 열량입니다. 공기의 수분량 변화가 거의 없는 단순 재열이라면 Q_RH = ṁc_p(t₂-t₁)로 구할 수 있습니다.

실기에서는 같은 ‘부하’라는 단어가 나와도 기준점이 다르기 때문에 먼저 어느 공기가 어디서 어디까지 변화하는지를 계통도 또는 습공기선도에서 확인해야 합니다.

그림·공식 정리

외기부하

q_s = GC_p(t_o − t_i)

q_l = Gγ₀(x_o − x_i)

G = ρQ_o

송풍기 부하

송풍기의 전기 입력이 공기 온도 상승으로 전환되는 열량이다. 일반적으로 실내 현열부하의 일정 비율로 주어지거나 송풍기 동력으로 계산한다.

덕트 열손실

덕트가 비공조 공간을 통과할 때 주위로부터 취득하는 열량이다. 문제에서 실내 현열부하의 일정 비율로 주어지는 경우가 많다.

재열부하

감습을 위해 과도하게 냉각한 공기를 다시 목표 취출온도까지 가열할 때 필요한 열량이다.

시험 포인트
외기부하는 현열과 잠열을 모두 포함하며, 송풍기·덕트·재열부하는 일반적으로 현열로 취급한다.

풀이에 적용하기

예 1. 외기부하
외기 건공기 질량유량이 0.40 kg/s이고 외기와 실내공기의 엔탈피가 각각 78, 52 kJ/kg(DA)라면:

Q_OA = 0.40×(78-52) = 10.4 kW

예 2. 장치부하
코일을 통과하는 건공기 질량유량이 2.0 kg/s이고 코일 입·출구 엔탈피가 각각 65, 40 kJ/kg(DA)라면:

Q_coil = 2.0×(65-40) = 50 kW

예 3. 재열부하
공기 질량유량 1.2 kg/s, 정압비열 1.006 kJ/(kg·℃), 재열 전후 온도가 12℃와 18℃라면:

Q_RH = 1.2×1.006×(18-12) = 약 7.24 kW

세 식 모두 기본은 ‘질량유량 × 상태량의 차이’라는 공통 구조를 가집니다. 어떤 상태량을 사용해야 하는지는 과정이 현열만인지, 현열과 잠열을 함께 포함하는지에 따라 결정됩니다.

헷갈리는 부분

① 외기부하와 실내부하를 중복해서 더하지 마세요.
문제가 이미 장치부하나 총부하를 주었는지 먼저 확인해야 합니다.

② 재열은 감습이 아닙니다.
일반적인 재열 과정에서는 절대습도가 거의 일정한 채 건구온도만 상승합니다.

③ 엔탈피 차의 방향을 확인하세요.
냉각코일의 제거열량을 양수로 표현할 때는 보통 입구 엔탈피에서 출구 엔탈피를 뺍니다.

④ 외기량과 전체 급기량을 혼동하지 마세요.
외기부하는 실제 도입되는 외기량을 기준으로 계산해야 합니다.

⑤ 부하 범위는 계통도를 기준으로 판단하세요.
송풍기 발열, 덕트 열취득, 재열 등이 어느 구간에 위치하는지에 따라 장치가 부담하는 열량이 달라집니다.