냉방기

냉방기(冷房機)는 실내 온도를 낮추는데 사용되는 장치를 가리킨다. 현대 사회에서 냉방기라 할 수 있는 대표적인 장치는 에어컨이다. 반대말은 난방기이다.

개요

냉방기는 실내 공기 온도를 낮춰주는 장치이다. 실내 온도를 낮추는데 있어 여러가지 방식을 채택할 수 있으며 크게 선풍기와 통풍(Fans and Ventilation), 에어컨(Air conditioners), 증발 냉각(Evaporative Coolers), 복사 냉각(Radiant Cooling) 방식으로 냉방이 가능하다.

1906년에 미국에서 기계식 에어컨이 개발된 뒤 에어컨이 갖고 있는 여과, 가습, 냉방 및 소독 등의 기능으로 기타 냉방 방식을 대체하기 시작하였으며 에어콘을 설치한 장소의 생산성이 24%에 근접하게 향상된다는 연구 결과에 따라 당초에 대기업과 신문업계와 같은 특정 대상에 이용되었던 에어컨은 급속히 공공 기관과 행정 기관으로 퍼지게 되었다. 1960년대 말부터 미국에서는 신축된 주택단지에 중앙공조시스템을 설치하게 하였고 잇달아 세계적인 범위에서 에어컨이 보급화되기 시작하였다.

국제에너지기구가 제출한 자료에 따르면 2018년 기준으로 전 세계에 약 16억 대의 에어컨이 설치되었으며 2050년에 가면 약 56억 대의 에어컨이 사용될 것으로 예상하고 있다. 1995년부터 2004년 사이에 중국 도시 주민들의 에어컨 설치율은 8%에서 70%로 늘어났고 2015년 기준으로 미국의 87% 가구 또는 약 1억 가구가 에어컨 시스템을 설치하였다.

에어컨의 보급화에 따라 환경영향에 관한 이슈들이 제출되고 있으며 1989년 1월에 유엔 197개 회원국은 오존층을 파괴하는 약 100여종의 화학물질(Ozone Depleting Substances, ODS)의 생산과 사용 금지를 규제하기 위한 환경협약 몬트리올 의정서(Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer)를 체결하고 1997년 12월에 지구온난화 규제 및 방지를 위한 국제협약인 기후변화협약의 구체적 이행 방안으로, 선진국의 온실가스 감축 목표치를 규정한 교토의정서(Kyoto protocol , 京都議定書)를 체결하였으며 2016년 10월에 수소불화탄소(HFC)의 소비량을 단계적으로 줄이기 위한 키갈리 개정서(Kigali Amendment)를 체결하였다.

에어컨에 사용되는 냉매(Refrigerants)가 오존층(ozone layer)을 파괴하고 기후 변화에 나쁜 영향을 미치는 점에 비추어 유엔에서는 패시브 쿨링(passive cooling), 증발 냉각(evaporative cooling), 선택적 음영(selective shading), 윈드캐처(windcatcher), 단열재를 포함하여 지속적으로 기후 변화를 줄일 수 있는 기술의 개발을 기대하고 있다.

에어컨의 종류

에어컨 스플릿 시스템

창문형 에어컨

바닥상치형 에어컨

지열에어컨

□ 중앙식 공조기(Central Air Conditioner)

중앙식 공조기는 중앙 기계실에서 냉각된 공기를 하나 또는 그 이상의 팬과 덕트로 각 방과 순환하는 시스템이다. 스플릿 방식과 패키지 방식으로 나뉜다.

• 스플릿 시스템은 실외기와 실내기를 덕트 또는 파이프로 연결한 구조이며 실외기에 콘덴서(Condenser)와 콤프레샤(Compressor)를 장착하고 실내기에 증발기(Evaporator)를 장착하였다. 다수의 중앙식 공조기는 실내기에 컨트롤러(Air Handler)와 가열 히트(Furnace)도 장착하고 있다.
• 패키지 시스템은 증발기, 콘덴서 및 콤프레샤가 하나의 케이스에 들어가 있는 구조 형식을 가리키며 통상적으로 지붕이나 기초면의 콩크리트 바닥에 설치한다. 급기배기관도는 집벽을 뚫고 실외의 패키지 시스템 에어컨에 연결된다. 패키지 에어컨에는 통상적으로 가열 히트 또는 천연가스 가열가 들어간다.

□ 무덕트 미니 스플릿(Ductless Mini-Split)

미니 스플릿 시스템은 건물중의 방 하나 또는 몇 개의 방에 분체 방식으로 덕트 없이 냉난방을 해주는 장치이다. 멀티 스플릿 시스템은 하나의 아웃도어 유니트를 공동으로 사용하면서 독립적으로 냉난방을 해주는 장치이며 8개 방에 실내 유니트를 둘 수 있다. 아웃도어 유니트에는 콘덴서와 콤프레샤가 들어 있고 인도어 유니트에는 증발기가 들어있다. 아웃도어 유니트와 인도어 유니트는 3 인치 직경의 벽구멍으로 도관을 통해 연결되며 그 안에는 전력/통신 케이블, 급기관, 배기관이 들어 있다.

첫 번째 미니 스플릿 시스템은 일본의 미쯔비시와 도시바가 1954년부터 1968년 사이에 판매를 하였으며 개발의 취지는 그 당시 소규모 주택 개발에 따라 발생하는 소요를 만족시키자는데 있었다. 멀티 스플릿 시스템은 1973년에 일본 다이킨공업에서 개발되었으며 VRF(variable refrigerant flow systems)도 역시 이 회사에서 1982년에 개발되었다.

□ 창문형 에어컨(Window Air Conditioner)

창문형 에어컨은 실외기와 실내기가 한 케이스에 들어 있는 에어컨을 가리킨다. 통상적으로 외벽에 구멍을 뚫고 설치한다. 내구성이 좋고 원가가 낮으며 유지관리가 편한 장점이 있는 외 냉각 능력에 한계가 있고 소음의 영향이 있다는 단점이 있다.

□ 이동식 에어컨(Portable Air Conditioner)

이동식 에어컨은 실외기와 실내기를 한 케이스에 넣고 밑에 휠을 단 에어컨을 가리킨다. 더운 공기는 실외로 나가는 배기호스로 배출된다. 실외기를 설치하기 어려운 환경(고시원, 원룸)에서 열풍을 배출할 수 있는 조건만 구비되면 사용이 가능하다는 장점이 있으나 냉방효율이 떨어지고 소음의 영향이 있다는 단점이 있다. 기타는 창문형 에어컨과 유사하다.

□ 바닥상치형 에어컨(Floor Mounted AC)

바닥상치형 에어컨은 층고가 높고 창문이 많은 도서관이나 사무실을 대상으로 벽의 하단에 설치하여 바닥에 놓게 개발된 에어컨이다.

□ 하이브리드/ 듀얼 퓨얼 에어컨(Hybrid / Dual Fuel Air Conditioner)

하이브리드/ 듀얼 퓨어 에어컨은 히트 펌프와 가스가열로를 결합한 에어컨으로 여름 계절과 겨울 계절에 사용한다. 첫 번째 동력원은 전기이며 가스는 두 번째 동력원이다.

추운 겨울에 히트펌프가 실내 난방을 추진할 때 열 교환에 참여하는 주변 공기의 온도가 낮은 연유로 더 많은 에너지를 소모해야 하고 심지어는 소비자의 소요대로 열 공급을 제대로 하기 어려운 경우도 발생한다. 이러한 상황에 대비하여 듀얼 퓨얼 타입이 개발되었으며 일반 기후 조건에서 전력으로 구동하고 추운 날씨에 부딪히면 가스가열로를 작동시킨다. 단순 히트펌프 대비 연비 절감과 난방 효과가 뚜렸하다.

□ 스마트 에어컨(Smart Air Conditioner)

스마트 에어컨은 모바일 기기로 앱을 통해 에어컨의 제어를 추진할 수 있는 에어컨이다. 모바일 기기에는 휴대폰, 태블릿 및 기타 모바일 장치를 포함한다. 일부 스마트 에어컨은 홈어시스턴트(home assistants)와 연결되어 음성 제어도 가능하다. 편리하고 지능형 주택 연결이 가능하며 장기적으로 볼 때 원가가 낮은 장점을 가지고 있으며 상대적으로 가격이 높고 중앙공조식이 안 되며 설치가 어려운 단점을 갖고 있다.

□ 지열 에어컨(Geothermal Air Conditioner)

지열 에어컨은 주택 밑 또는 근처의 지중매설관도를 이용하여 냉난방을 실현하는 에어컨이다. 지중매설관도와 히트펌르로 구성된다. 냉방을 추진할 때 히트 펌프는 실내 공기중의 열을 지중매설관도의 유체에 전도하여 지중에 발산시키고 난방을 추진할 때 지열을 흡수하여 실내로 열을 방출한다.

전통적인 중앙공조기와 효율을 비교할 때 히트 펌프는 실내의 더운 공기를 더 더운 외부 공기환경에 배출하기 보다 온도가 낮은 지중에 배출하는 것이 훨씬 효율적이어서 전력 요금을 20%~50% 줄일 수 있다. 기존의 전통 에어콘중에서 가장 좋은 에너지 성능 계수(EER, Energy Efficiency Ratio)가 9~15일 때 지열 에어콘의 에너지 성능 계수는 15~25 수준에 있다. 원가적인 측면에서 선행투자는 지열 에어컨이 높으나 운영 원가는 지열 에어컨이 낮으며 종합적으로 비교할 때 지열 에어컨의 원가가 낮다. 미국 정부에서는 전통적인 HVAC 소유자들에게 지열 에어컨 시스템으로 교체할 것을 권장하고 있다. 편리성 면에서 지열 에어컨은 구성품이 간단하고 추가 시설이 필요없는 관계로 최저한도로 실내기와 실외기로 구분되고 정기 유지관리가 필요한 HVAC 시스템 대비 유지관리가 간편하며 전통 HVAC 시스템의 수명이 12년~15년 정도인데 대비해 지열 에어컨은 히트펌프의 수명이 20년을 초과하고 지중매설관도의 수명이 50년을 초과한다. 이외 지열 에어컨은 구조적인 이유로 소음이 전통 에어컨도 적다.

주요 제조사

• 한국 - LG, 삼성, 오택캐리어, 위니아딤채
• 일본 - 미츠비시 전기, 히타치빌딩시스템, 토시바 캐리어, 다이킨공업, 후쿠시마공업, 다이와냉기공업, 파나소닉, 오리온기계
• 중국 - 그리 일렉트릭 어플라이언스(Gree Electric Appliances, 珠海格力电器), 미데아그룹(Midea Group, 美的集团), 하이얼그룹(Haier Group, 海尔集团), 하이센스 켈론 일렉트릭(Hisense Kelon Electrical, 海信家电), 닝버옥스그룹(AUX Group, 奥克斯集团), 치고에어컨디셔닝(Guangdong CHIGO Air conditioning, 广东志高空调)
• 미국 - 아메리칸 스탠다드 에어컨(American Standard Air Conditioners), 캐리어 에어컨디셔너스(Carrier Air Conditioners), 굿맨 센트럴 에어컨디셔너스(Goodman Central Air Conditioners), 트레인 센트럴 AC 유니츠(Trane Central AC Units), 렘 에어컨디션스(Rheem Air Conditioners), 레녹스 HVAC 유니츠(Lennox HVAC Units), 요크 AC 유니츠(York AC Units), 루드 센트럴 에어컨디셔너(Ruud Central Air Conditioner), 월풀 코퍼레이션(Whirlpool Corporation)
• 유럽 - 보쉬 셜모태크닉 게엠베하(Bosch Thermotechnik GmbH), CIAT 에어컨디셔너스(CIAT Air Conditioners), 댄포스 A/S(Danfoss A/S), 일렉트로룩스 AB(Electrolux AB), 페롤리 리밋티드(Ferroli Limited), 인가솔 랜드 유로피언(Ingersoll-Rand European)
• 기타 지역 - 블루스타 에어 컨디셔닝(blue star air conditioning) 인도, 볼타스 리밋티드(Voltas Limited) 인도

참고자료

• 컴파트라v, 〈에어컨의 종류〉, 《네이버 블로그》, 2011-05-02
• 〈에어컨〉, 《나무위키》
• "Home Cooling Systems", Department of Energy,

같이 보기

• 냉방
• 에어컨
• 난방기

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