UFAD
쾌적하고 안전한 실내공기질(IAQ)를 제공하여 고객만족을 높여줍니다.
UFAD Design Guide
Underfloor Air Distribution
UFAD 시스템을 설치하는 것은 모든 조직에 있어 큰 투자 입니다.
하지만 대부분의 UFAD 프로젝트는 운영비 절감을 통해 투자비용 해결이 가능합니다. 신중하게 설계하고 적절하게 구현하면 UFAD는 다음을 통해 놀라운 투자 수익을 제공합니다.
01 직원 생산성 및 건강 향상
02 거주자의 편안함 증대
03 운영(에너지)비용 절감
그러나 잘못 배치되거나, 부주의하게 설치되면 UFAD 시스템은 자원 낭비가 될 수 있습니다.
부적절한 설정은 시동 지연, 거주자 불편, 에너지 비용 상승 등을 초래할 수 있으며, 잠재적으로 비용이 많이 드는 수리, 전면적인 점검이 필요할 수도 있습니다.
이러한 모든 문제를 피할 수 있도록 UFAD에 대한 완전한 가이드를 작성했습니다.
일반적인 생각과 달리 건물은 전체적으로 “균등한” 양의 난방 또는 냉방을 필요로 하지 않습니다.
건물의 바닥 플레넘에 급기를 한다는 이유만으로 전체에 균일한 온도가 유지될 것이라고 기대할 수 없습니다.
외주부(Perimeter zones)와 같이 열 부하가 큰 구역은 원하는 온도를 일관되게 유지하기 위해 추가 냉방이 필요합니다. 직사광선이 내리쬐거나, 창문에 노출되거나, 출입구 근처 지역을 의미합니다.
내주부는 공급 공기가 그보다 3 ℃ ~5 ℃ 더 따뜻할 때 더 안정적입니다. 더불어 복도, 창고 등 비어 있는 회의실과 같은 매우 낮은 부하 구역에는 제한된 플레넘 공기가 필요합니다.
공기는 근무자의 생산성을 향상시키는 설정점에서 건물 전체가 일관된 온도 수준을 유지할 수 있도록 전달되어야 합니다. 따라서, 시설 전체에 효과적인 급기 온도를 유지하기 위해 신중한 계획이 필요합니다.
예를 들어, 설계상으로 공기 흐름이 비교적 높은 속도의 작은 덕트를 설치하면 중앙 공기 처리 장치에서 가장 먼 구역에 차가운 공급 공기를 분배할 수 있습니다.
이러한 덕트는 Access Floor 지지대 사이에 들어갈 만큼 충분히 작아야 합니다.
과거에는 엔지니어들이 천장 덕트에 대한 경험을 기반으로 UFAD 덕트 작업을 설계했습니다. 천장공조 시스템은 7.6m/sec 이상의 덕트 속도로 불쾌한 소음을 발생시킵니다.
61, 92, 137cm 의 큰 너비로 천정에 설치 됩니다. 그러나 이런 기준은 UFAD 덕트에는 적용되지 않습니다.
UFAD 덕트는 폭이 55cm이고 바닥 플레넘보다 2.5cm ~ 5.1cm 짧아야 합니다. 또한 공기 온도 상승을 최소화하기 위해 높은 배출 속도가 필요합니다.
콘크리트 슬라브와 금속의 악세스 플로어 타일은 천장 마감재보다 훨씬 더 많은 소리를 차단하기 때문에, 급기속도로 인한 소음문제는 오히려 적습니다.
UFAD 덕트가 55cm보다 넓어야 하는 경우, Access Floor 지지대 사이에 맞도록 여러 개의 분기덕트로 설계됩니다.
리턴 공기 경로는 저압 공기 플레넘 시스템을 설계할 때 고려해야 할 가장 중요한 부분입니다.
적절하게 설계된 리턴 공기 경로는 AHU로 돌아가는 뜨거운 공기 흐름을 생성하여 장기적으로 비용을 절감합니다.
UFAD를 위한 리턴공기 설계
천장공조 시스템은 일반적으로 0.6~5cm 수주(“wc)의 덕트 정압을 활용합니다. 이러한 시스템은 리턴 공기 압력 강하와 거의 관련이 없습니다.
오버헤드 시스템에 리턴 공기압 제한이 있는 경우 실내에 압력이 가해질 수 있지만 대부분 편안함은 유지됩니다.
공급 압력이 매우 낮은 경향이 있는 바닥공조 시스템의 경우는 해당되지 않습니다 : 0.05”WC(12.5pa)
이는 업계 표준(일반적으로 플레넘 누출 및 팬 효율에 좋습니다) 이기는 하지만, 자유롭게 흐르고, 압력 강하가 낮은 리턴 경로가 필요합니다.
외주부의 리턴 공기 속도는 리턴 그릴이 없는 구역을 통해 0.5m/sec이 되도록 주의해야 합니다. 중앙 공기 처리 장치와 가까운 내주부는 1.0m/sec 이하여야 합니다.
천정 플레넘이 연속적인 경우 위의 가이드라인을 따른다면 작은 음압을 기대할 수 있습니다. 하지만 AHU가 통과하는 천정이 연속적인 플레넘이 아니라면 천정 플레넘에는 음압이 없습니다.
따라서 따뜻한 리턴 공기를 배출하기 위해 실내에 압력을 가해야 합니다. 설계 용량을 0.03”wc(실내 압력 0.2wc 허용)에서 전달하기 위해 급기 디퓨져를 크게 확대하는 것이 한가지 방법입니다.
벽체 시공이 불량할 수 있는 데에는 두 가지 주요 이유가 있습니다.
첫 번째는 벽체 자체의 부적절한 설계 또는 시공 때문입니다. 바닥 플레넘은 밀폐되어 있어야 합니다. 그 결과 침입, 균열, 기밀부족으로 공기가 누수 됨으로 완벽한 가압 플레넘이 유지되지 않습니다.
두 번째는 벽이 차음목적으로 Access Floor 아래 슬라브까지 이어져야 한다고 생각하는데, 이는 잘못된 인식입니다.
벽이 슬라브까지 이어진다면, Access Floor 하부의 짧은 벽체 부분은 소리에 대한 저항이 낮지 않습니다. 따라서 벽 구조가 STC-50이 아닌 보통의 경우, 이 벽체는 기능을 하지 못합니다.
벽을 슬래브까지 연장했을 때의 부정적인 영향
- 급기를 차단하고 전선과 파이프의 이동을 차단합니다.(Access Floor를 높게 설치한 주된 이유)
- 추가 판넬 절단이 필요하기 때문에 비용이 더 많이 듭니다.
- 전선 이동을 위한 타공으로 모든 음향적 이점이 무효화됩니다.
부적절한 벽체 설계
- 잘못 설계된 벽체는 종종 균열이 생길 수 있으며, 이는 플레넘의 무결성을 손상시킵니다.
- 균열, 구멍 또는 기타 침입이 남아 있지 않도록 시공의 각 단계에서 벽을 주의 깊게 검사해야 합니다.
- 모든 벽은 외벽, 코어 벽, 습식 벽 또는 해체 벽이 아닌 한 Access Floor 위에 배치해야 합니다.
플레넘의 무결성은 UFAD 시스템에 필수적입니다.
잘 설계된 플레넘에는 모든 균열을 밀봉하고, 공기 흐름을 제어하며 막힘을 제한합니다.
밀봉 균열
UFAD 시스템을 설치할 때 구멍이 생기면 해당 공종의 작업이 완료되자 마자 코킹으로 밀봉해야 한다는 것입니다.
기둥부위가 밀봉되어 다른 층간 공기 흐름이 제한되는지 확인해야 합니다.
제어되지 않는 공기 흐름
- UFAD 시스템 플레넘의 효율성은 통제되지 않은 공기 흐름으로 인해 떨어질 수 있습니다.
- 공기가 벽 또는 환기 시스템으로 유입되거나 통제되지 않은 방식으로 건물에서 빠져나가면 “Category- 1" 누출로 인해 효율성이 크게 저하됩니다.
- “Category-2” 누출은 제어되지 않은 공기가 플레넘에서 실내 공간으로 유입되어 발생합니다.
- 이는 최소 공기 흐름과 비슷하고 실제로 누출이 아닌 것으로 간주되지만, 너무 많으면 (30% 이상) 점유된 공간을 과냉각시킬 수 있습니다.
- 어떤 경우든, 공기가 새지 않는 플레넘 무결성을 보장하기 위해 각별한 주의와 노력이 중요합니다.
UFAD 시스템을 설계하고 시공을 시작하면 정해진 순서로 작업을 진행해야 합니다.
그렇지 않으면 UFAD 시스템이 제대로 작동하지 않을 수 있습니다.
시공 전반에 걸쳐 누수 검사와 밀봉은 두 가지 중요한 프로세스이며,
이는 Access Floor 설치가 완료되기 전후에 모두 해당됩니다.
악세스 플로어 설치 이전
- 시공 구역을 청소하고 구성 요소를 깔기 시작하면 모든 이음새, 구멍, 모든 종류의 관통부는 플레넘이 제대로 작동할 수 있도록 막혀야 합니다.
- 프로세스의 모든 단계에서 구성 요소를 검사하여 제대로 설치되었는지 확인해야 합니다.
악세스 플로어 설치 이후
- 가장자리 주변에 틈새가 있는지 확인합니다.
- 인클로저가 제대로 밀봉되었는지 확인하기 위해 조인트에 코킹을 사용할수도 있으며, 구멍이나 관통부가 생긴 경우 즉시 밀봉해야 합니다.
- 작업 내용을 훨씬 더 쉽게 볼 수 있기 때문에 컬러 코킹을 사용하기도 합니다. 이 과정에서 온도 조절기에서 바닥 패널, 디퓨저에 이르기까지 시스템의 각 요소를 검사합니다.
UFAD 시스템을 설치하는 것은 비용이 많이 들 수 있습니다.
그러나 설치 초기 비용을 줄이려고 하면 거주자의 편안함과 생산성이 저하될 수 있습니다.
기업의 경우 이는 수천 달러의 생산성 손실을 의미합니다. 카지노와 같은 건물의 상업용 HVAC 시스템의 경우, 불량 시스템은 고객 쾌적성 저하, 유지율 감소, 궁극적으로 매출 손실을 초래합니다.
따라서 VE(Value Engineering)방식의 반대 개념인 생애주기비용(LCC: Life Cycle Cost) 관점에서 고려하는 것이 중요합니다.
일반적인 실수는 온도 조절 변풍량(VAV) 시스템이 아닌 수동제어(CAV) 시스템을 설치하는 것입니다.
디퓨저와 제어 장치는 HVAC 시스템의 "사용자 인터페이스"이며, 이러한 공기 분배 및 제어의 마지막 단계가 올바르게 수행되지 않으면 최상의 중앙 시스템 조차도 의미가 없습니다.
VAV 시스템은 1$/ft2를 넘지기는 않으며, 그 대가로 거주자에게 일관되고 편안한 환경을 제공합니다. 쾌적하지 않은 환경은 건물생애주기동안 거주자들의 생산성 하락으로 이어집니다.
평방 피트당 1달러를 한 번 절약했을 경우, 연간 5달러의 생산성을 영원히 잃게 됩니다.
공기 흐름은 약간 다를 수 있지만(±15%), 건물의 에어컨 톤은 모든 AHU 케이싱 및 코일 크기와 동일합니다.
그렇기 때문에 부하를 추정하는 가장 좋은 방법은 천정 VAV 시스템에 대한 경험과 지식을 바탕으로 냉방 부하를 계산하는 것입니다.
이를 시작점으로 UFAD 시스템의 계산을 조정합니다. 주어진 공간의 난방 부하를 추정하는 동안 고려해야 할 몇 가지 요소가 있으며 아래 두 가지 주요 범주로 그룹화됩니다.
내부 부하
- 설계 과정에서 모든 사람, 소규모 전력 부하, 조명 부하의 일부를 공기 흐름 계산에 반영해야 합니다.
- 경험에 따르면 UFAD 시스템은 조명 부하의 20%를 처리해야 합니다. 이는 조명에서 발생하는 열의 상당 부분이 천장에서 발생하기 때문에 공간에 영향을 미치지 않기 때문입니다.
- UFAD 시스템을 계획할 때, 작은 전력 또는 플러그 부하에서 생성된 열은 조정된 구역에 60-70%만 전달됩니다.
- 중요한 요소는 아니지만, 이러한 부하의 대부분은 거주 공간에 섞이지 않고 천장까지 올라갑니다.
외기 부하
- 열이 건물로 들어오거나 건물에서 나가는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
- 여기에는 창문을 통해 들어오는 햇빛, 건물을 따뜻하게 하는 것(태양열 이득), 누출 및 침투를 통해 외부 환경으로 공기가 손실되는 것이 포함됩니다.
- 적절하게 설계되고 배치된 외주부 디퓨져는 이러한 시스템의 효과성에 차이를 만들어 냅니다.
- 디퓨저를 외주부에 배치하고, 벽과 유리창의 대류를 최소화하고 거주자에게 외풍을 줄이기 위해 최적의 15° 각도로 안쪽을 향하게 하는 것이 좋습니다. 이는 외주부 대류를 35% 줄입니다.
- 높은 천정 영역에 대비해 낮은 182~243cm의 거주공간 체적만을 고려하여 부하량을 계산합니다. 이는 UFAD 온도성층화 시스템의 명확한 장점입니다.
AHU 시스템의 작동 순서는 각 기능에 대해 시스템이 거쳐야 할 구체적인 지침을 의미합니다. 잘못된 순서로 시공될 경우 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다.
예를 들어, 건물 압력에 대한 제어 장치를 포함하는 것을 잊어버린 경우, 문이 열리거나 창문이 깨질 수 있습니다. 이러한 오류는 설계 및 시공 과정에서 감독 부재로 인해 발생합니다.
때로는 엔지니어의 절차가 제대로 작성되지 않은 경우도 있고, 때로는 정확하지만 검증이 덜 된 경우도 있습니다. 두 가지 경우 모두 시스템이 올바르게 작동하기 위한 기본 지침이 없습니다.
UFAD시스템의 필수 구성 요소는 그설치된 UFAD 디퓨저입니다.
각 건물과 공간은 서로 다른 요구 사항을 가지고 있으며, 이는 부분적으로 적합한 디퓨저를 선택함으로써 충족될 수 있습니다. 디퓨에는 두 가지 유형이 있으며, 둘 다 고유한 용도가 있습니다.
내부 부하
실내 공간의 공기 흐름을 제어하는 주요 방법 중 하나는 수동으로 조정되는 바닥 장착형 디퓨저 시스템입니다.
이런 디퓨저는 혼합 스타일 디퓨저와 그릴 앞면의 볼륨 조정 방법으로 구성됩니다. CAV 디퓨저를 통해 거주자는 공기량을 자유롭게 변경하여 공간을 편안하게 만들 수 있습니다. 이러한 바닥 장착형 디퓨저는 플레넘 시스템에서 나오는 공기와 통제된 반경 내에서 낮은 속도로 기존 점유 공간의 공기를 결합하도록 설계되었습니다. 대부분의 공기 흐름은 일반적으로 디퓨저 당 30CFM~150CFM(51CMH~255CMH) 입니다.
CAV 디퓨저의 장점도 있지만, 공기 온도를 제어하지 못하고 공간이 비어 있을 때 스스로 꺼지며, BAS 시스템 피드백이나 인터페이스를 제공하지 않습니다. 따라서 거주공간에서의 변화하는 부하에 대해 일관된 온도가 유지되는 것은 매우 어렵습니다.
내부 부하
현대의 오피스 건물은 거의 모든 외주부와 회의실에 자동 온도 조절 시스템이 있습니다.
BAS 자동 제어 전략은 모든 UFAD 프로젝트에 100% 사용되어야 합니다.
경제성이 필요한 경우, 더 큰 온도 조절 구역을 사용하여 보상할 수 있습니다. 공기 온도, 부분 부하 조건 또는 점유 상황과 같은 어떤 변화에도 이 시스템은 적응할 수 있습니다. 온도 조절 장치는 또한 부분 구역 상황을 체크하여 시스템이 올바르게 작동하는지 문서화합니다.
일부 프로젝트가 투자 수익률(ROI)을 제대로 제공하지 못하는 주된 이유 중 하나는 불필요한 부분에 투자하기 때문입니다. 예를 들어, 완벽하게 평평한 슬래브를 시공하기위해 노력합니다.
이것은 UFAD 프로젝트에 필요하지 않으며, 고르지 않아도 되는 슬라브를 보완하기 때문에 자원 낭비입니다. 또한 고가의 바닥 밀봉 방법이 시공되는 경우도 있는데, 이 역시 거주자에게 이점을 제공하지 않습니다.
최근의 투자 부족 사례는 AHU가 평방 피트당 10$가 넘고, 가장 저렴한 플라스틱 수동 디퓨저가 결합된 건물이었습니다. 그 결과 거주 존의 온도 조절이 제대로 되지 않았습니다.
평방 피트당 약 1%~1.5$만 더 지불하면 모든 거주자에게 온도 조절식 VAV를 제공하여 건물 생애주기 동안 생산성을 극적으로 높일 수 있습니다.
좋은 ROI를 달성하는 열쇠는 입주자의 편안함을 개선하는 데 집중하는 것입니다.
초기 투자 비용과 에너지 비용조차도 근로자 생산성 비용의 일부에 불과합니다.
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