공기조화기 고장진단과 대책

(주)세원기연

Ⅰ. 개요

공기조화기(AHU)는 근래 우리나라 공업화에 따른 경제 수준의 향상과 아울러 삶의 질적 향상으로 인한 국민의 생활과 가장 밀접한 공조설비로 취급되고 있다. 이와 같은 것은 산업의 발전으로 도시의 집중화와 고밀도화에 따른 건물의 대형화로 실내에서 활동하는 인구는 증가되고 지하철 등 산업 시설물도 활발이 건설되고 있어 그에 따른 공조설비는 매우 중요한 설비로 부각되었고 그 중에서도 공기조화기는 냉동기나 보일러와 같은 주열원 장치와는 다르게 재실자의 가장 근접한 위치에서 직접 쾌적한 실내 공기를 유지하여 주는 가장 중요한 공조설비이기 때문이다. 또한 공기조화기는 과거 냉난방위주의 단순 기능에서 벗어나 온습도 제어, 공기여과와 환기, 기기의 소음과 효율, 장비의 수명, 유지 보수등 다양한 내용들이 요구되고 있으며 그 사용 목적과 설치, 운전의 편리성을 고려하여 새롭게 설계 제작되고 있다. 이러한 요구 내용 등을 만족하기 위해서 공기조화기의 케이싱 제작 방식과 많은 부속기기들이 개발되었고 수입개방화에 따라 다양한 선진 부속기기들이 수입되어 사용되고 있다. 공조설비기기중 위와 같이 다양한 부속기기와 결합하여 제작되는 것이 공기조화기로써 부속기기의 표준화가 곤란하며 이렇게 다양한 부품의 결합으로 제작되는 공기조화기 부속기기의 실패사례 및 고장 진단과 대책에 대해 기술한다.

Ⅱ. 공기조화기의 주요 부분별 분류는 [표1]과 같다.

[표1] 공기조화기의 주요 부분별 분류

부 분 명 비 고 급기 송풍기 부분(Supply Fan Part) [사진 5,6] 참조 환기 송풍기 부분(Return Fan Part) 환기송풍기가 내장되는 기종에 한함 코일 부분(Coil Part) [사진 3] 참조 공기 휠터 부분(Air Filter Part) [사진 4] 참조 공기 혼합 부분(Air Mixing Part)

Ⅲ. 국내에서 일반적으로 설계 제작되는 공기조화기의 주요 구성품과 부속 기기의 종류는 [표2]와 같다.

[표2] 공기조화기의 주요 구성품과 부속기기의 종류

주요 구성품 구 분 부속기기의 종류 케이싱(Casing) 일반 케이싱 외부강판 + 내부보온재 흡음 케이싱 외부강판 + 내부유리섬유보온재 + 유리섬유 + 다공판[사진2]참조 이중 케이싱 아연도강판 + 유리섬유보온재 + 아연도강판 칼라강판 + 우레탄발포재 + 아연도강판[사진1] 참조 베이스(Base) 일반 베이스 형강 + 바닥강판 + 하부 보온재 이중 베이스 C형강 + 이중케이싱으로 바닥마감 드레인 팬(Drain Pan) 드레인 팬 아연도강판, 스테인레스 스틸강판으로 제작 후레임(Frame) 철재 후레임 형강 또는 각형관(Square Pipe)사용 비철 후레임 알루미늄 압출물(Sash) + 모서리 마감재(Comer) 송풍기(Fan) 원심식 (Centrifugal) 다익형(Forward Curved Fan) 익형(Air Foil Fan) 후향익형(Backward Curved Fan) 축류식 (Axial) 고정익형(Fixed Angle Blade Fan) 가변익형(Variable Pitch Blade Fan) 열교환기(Coil) 냉각 코일 (Cooling Coil) 냉수코일(Chilled Water Coil) 직팽 코일(DX Coil) 가열 코일 (Heating Coil) 냉온수 겸용 코일(Common Coil) 증기 코일(Steam Coil) 부동 코일(Nonfreezing Coil) 전열 코일(Electric Heater) 가습기(Humidifier) 증기분사식 그리드형(Steam Grid) 인젝션형(Steam Injection) 증발식 증기가열식(Steam Pan Type) 전기가열식(Electric Pan Type) 온수가열식(Hot Water Pan Type) 기화식 기화식(Vaporizing Type) 물분사식 물분사식(Water Spray) 공기여과기(Air Filter) 초 급 건식 초급 유니트형(Unit Type Pre Filter) [사진4] 참조 여재 권취형(Auto Roll Filter) 자동 재생형(Auto Air Filter) 습식 세정형(Water Spray) 중 급 건식 중급 유니트형(Cell Type Medium Filter) [사진4] 참조 정전식 전기 집진기(Electrostatic Filter) 정전 세정식 전기 집진 + 세정(Electric + Spray) 댐퍼(Damper) 일반형 강판날개 + 강판케이싱 [사진2] 참조 기밀형 (Air Tight Type) 알루미늄날개 + Lip + 알루미늄케이싱 [사진10] 참조 정풍량조절형 (Linear Control Type) 기밀형 + 병행식과 대향류식으로 조합 조립 열화수장치 (Heat Recovery Unit) 회전식 전열 교환기 고정식 판형 열교환기 Heat pipe 전동기(Motor) 농형 반폐형, 전폐형

Ⅳ. 공기조화기 부속기기의 실패사례 및 고장진단과 대책

1. 공기조화기 케이싱 부분의 사례

[사례] 서울 ○○기념관 지하에 설치된 다수의 공기조화기 케이싱이 심한 부식으로 인하여 전량 재도장한 경우 [내용] 건물의 준공전에 공기조화기를 시운전을 하기 위해 점검한 결과 공기조화기의 외부 및 내부에 심한부식으로 인하여 시운전을 유보하고 외부케이싱 및 내부바닥판을 재도장하고 시운전하였다. [원인] 원인을 조사한 결과 다음과 같다.

(1) 제조공장에서 제작한 공기조화기를 분해 운반하여 현장 조립하는 과정에서 케이싱과 부품들이 많은 손상이 발생하였다. (2) 현장에서 조립 후 공기조화기의 외부를 보호할 수 있는 보양 조치가 없어 준공때가지 1년이상 방치되었다. (3) 공기조화기와 관련된 전기, 배관, 덕트 연결공사 중에 보호 조치가 없는 상태에서 작업한 관계로 손상을 입게 되었다. (4) 공기조화기가 설치된 장소가 지하층이고 습도가 높은 관계로 제조 당시 완벽하게 방청 도장이 안된부분과 손상된 부분은 부식이 더욱 촉진되었다.

[대책] 현장에서 재도장한 내용은 다음과 같다.

(1) 부식된 부위를 사포(砂布)와 전동 공구를 사용하여 표면처리하였다. (2) 재도장을 하기전에 주위의 덕트, 배관, 기초등에 페인트 분산 방지 보호를 위한 비닐덮게 작업을하였다. (3) 제조공장에서 사용한 동질(同質)의 도료와 도장 장비 및 안전을 위한 소방 장비를 준비하였다. (4) 안전관리자 입회하에 재도장 후 일정시간 건조시킨 후 주위를 정리한 후 시운전을 하였다.

[해설] 위와 같은 사례는 공기조화기가 설치되는 많은 현장에서 볼 수 있으며 이로 인한 공정의 지연, 인력과 시간의 낭비 및 또한 경제적 손실도 크다 하겠다. 준공이 되어 장시간 동안 공기조화기를 운전하는 과정에서도 결로, 누수 등으로 부식은 자연발생 적이며, 관리 소홀과 적절한 보수시기가 늦게 되면 공기조화기의 수명은 급격히 단축되므로 공조 설비를 시공하기 전에 근원적인 대책이 필요하다. 공기조화기를 최초로 설계하는 과정에서 건축물의 수명과 대응하여 내구년한이 큰 제품을 선정하 거나 제작 시방에 공기조화기의 부식 방지에 대한 구체적인 방안이 명시되어야 한다. 특히 제조회사마다 제작방식과 제조설비가 각기 다르기 때문에 부식방지에 관한 제작시방을 수용 하지 못하거나 더 우수한 제작방식으로 제작하는 경우도 있다. 제조설비 중 전착도장 설비나 분체도장 설비등 우수한 도장설비를 갖추고 있는 제조회사의 제품은 도장이후 조립 설치, 시운전 과정까지의 현장관리 부분만 엄격히 관리하면 되지만 도장설비가 충분하지 못한 제조회사의 경우에는 공기조화기에 사용되는 원자재와 부품은 부식방지가 보완된 것으로 사용해야 공기조화기의 내구년한을 높일 수 있다. 공기조화기 케이싱 부식에 대한 근원적 대책은 다음과 같다.

(1) 케이싱의 원자재는 외부와 내부에 아연도강판 또는 칼라강판을 사용하여 판금가공과 보온처리 한 후 도장없이 직접 조립할 수 있게 한다.

[사진1]은 외부는 칼라강판, 내부는 아연도강판을 사용하고 보온은 이중 케이싱 공간에 우레탄을 발포하여 외부와 바닥을 조립한 공기조화기를 보여준다.

(2) 도장설비가 충분치 못한 경우 케이싱과 바닥, 드레인 팬의 원자재는 아연도강판을 사용하게 한다.

[사진2]는 외부 케이싱은 아연도강판을 사용하고 내부에 유리섬유를 보온한 후 사각관 후레임에 외부에서 스크류(Screw)로 조립한 공기조화기를 보여준다.

(3) 제조공장에서 조립된 공기조화기는 가급적 완제품 형태나 부분별로 분할되어 운반 조립, 설치 될 수 있도록 인양장비(Tower Crane)를 건축공정과 협의하여 사전에 확보하게 한다.

(4) 현장조립 설치 후 전기, 배관, 덕트 연결 공사 중에 손상이 없도록 공기조화기 외부를 보양 조치하게 한다. 케이싱 패널 표면은 비닐(Vinyl Wrap)을 부착하고 외부 전체는 천막지로 덮고 전기, 배관, 덕트의 연결 부위만 노출시킨 후 밴드(Band) 처리하여 보양을 마감하게 한다. (5) 시운전 직전 보양물을 제거하고 공기조화기 내·외부를 깨끗이하여 제품의 출고 당시의 원상태로 복원한다.

2. 공기조화기 베이스, 후레임의 사례

[사례] 경기도 ○○ 제약단지內 ○○제약의 공기조화기 베이스 바닥판 외부에 응결수 발생으로 인하여 별도의 물받이(Sump)를 설치하고 부식된 내부 후레임을 재도장한 경우 [내용] 공기조화기의 냉방 시운전 과정에서 송풍기, 코일 부분의 베이스 하부에서 결로가 발생하여 공조실내부 전체가 응결수인 물이 고이며 공조실의 바닥이 방수가 되지 않아 아래층의 사무실에 누수가 발생하여 운전을 중지하고 공조기 바닥 전체에 물받이를 추가 설치하여 배수시키고 후레임 을 재도장한 후 운전을 하였다. [원인] 원인을 조사한 결과 다음과 같다.

(1) 제조공장에서 부품별로 제작하여 현장 조립 과정에서 베이스 하부의 보온작업이 누락되어 외부 표면에결로가 발생하였다. (2) 판넬을 조립하기 위한 후레임의 방청도장이 부실하였다. (3) 공조실에 기초가 없고 형강(100x50x5t)위에 공기조화기를 설치하였고 공조실의 바닥방수가 되어 있지않았다. (4) 3층 옥상의 공조실은 여름철의 외기와 접하게 되는 개방된 상태의 조건으로 냉방 운전시 냉각된공기가접촉하고 노출되는 모든 부위는 응결수가 발생되었다.

[대책] 현장에서 처리한 내용은 다음과 같다.

(1) 공조설비공사가 이미 완결되어 있고 공기조화기 바닥면을 보온할 수 없으므로 공기조화기의 바닥 면적보다 더 큰 물받이(아연도강판 1.6t)를 제작하여 하부에 보온한 후 [그림1]과 같이 설치하였다.

(2) 후레임은 내부에서 재도장하였다. (3) 공조실에 창문을 설치하여 외기공기의 침입을 방지하고 동절기 공조실의 온도가 영상 이상으로 유지되게 하였다.

[해설] 냉방운전을 하게되는 여름철 특히 습도가 높은 공조실에서 운전하는 공기조화기의 냉각된 공기가 접하게 되는 하부 베이스에서 많이 발생하게 되며 특히 드레인 팬과 베이스가 함께 부착, 제작된 경우 보온이 안된 형강류의표면에 결로가 발생하게 된다. 공기조화기 밑면을 전체보온하고별도의 드레인 팬을 제작하여 바닥면 위에 설치하게 하여 베이스의 결로를 방지하고후레임도 부식에 강한 아연도강재 또는 알루미늄 압출물을 사용하여 장비의 수명이 연장되도록 하여야 하겠다.

[대책] 공기조화기 베이스부분의 결로 방지에 대한 근원적 대책은 다음과 같다.

(1) 베이스는 형강 또는 C형강의 구조에 부식방지를 위한 전착도장 또는 분체도장을 하거나 아연도강판을 사용하여 가공하게 한다. (2) 베이스의 바닥면과 드레인 팬은 아연도강판이나 스텐레스 스틸강판을 사용하고 바닥 밑면은 전체면적과 돌출되는 형강류의 표면도 보온한다. (3) 바닥면을 이중 케이싱으로 하여 드레인 팬을 바닥면 위에 설치한 경우에는 [사진3]과 [그림2] 와 같이 설치한다. 이 방법은 응결수의 원활한 배수를 위한 경사 및 부품의 틈새와 공기의 누설에 주의해야 한다.

[사진3]은 냉각 코일하부에 이중 바닥판(스테인레스 스틸강판 + 우레탄 발포보온재 + 아연도강판)과 스테인레스 스틸강판으로 제작한 드레인 팬을 설치한 예를 보여준다.

(4) [사진4]는 공기조화기 내부에 부식을 고려한 알루미늄 후레임을 설치하고 휠터 레일을 부착하여 Pre Filter와 Medium Filter를 설치한 단면을 보여준다.

[그림2]는 [사진3]의 드레인 팬을 설치한 단면도를 나타낸다.

3. 공기조화기용 송풍기의 사례

[사례] 대전 ○○기술 연구소에 설치된 공기조화기용 송풍기의 진동과 소음이 발생하여 완전분해하여 보수한 경우 [내용] 공기조화기를 설치한 후 시운전 및 TAB를 실시하고 건물이 준공되고 계속하여 운전을 한 공기 조화기가 몇 개월이 지난 후부터 진동소음이 점점 크게 발생하여 운전을 정지하고 송풍기측과 베어링 및 방진장치와 전동부품을 교체하고 다시 운전을 시작하였다. [원인] 운전중 송풍기의 진동과 소음이 발생된 원인은 다음과 같다.

(1) 송풍기의 회전익은 익형(Air Foil)이었고 고속 회전에서 송풍기의 회전체는 불균형 (Unblancing)으로 운전 초기부터 약간의 진동이 있었다. (2) 송풍기의 방진장치는 고무재질을 사용한 관계로 운전 초기부터 발생된 진동은 방진 효율이 낮은 상태로 진동은 공기조화기 바닥면에 전달되었다. (3) 방진고무는 공조기 베이스의 형강(100x50x5t)에 볼트로 고정하였고 그 사이에 바닥판 1.6t의 강판이 삽입되었고 강판은 500~600mm 정도로 태그(Tag) 용접되어 운전 중 진동이 전달되면 심한 철판 떨림 소리가 발생하였다. (4) 공기조화기 베이스는 콘크리트 기초 위에 별도의 방진 장치 없이 고정(Anchor Bolt로 고정) (5) 베어링은 UCP210으로 외부에서 윤활유를 주입하는 방식이었다. (6) 송풍기의 풀리(Pulley)는 균형조정(Blancing)이 없이 사용되었다. (7) 송풍기의 회전익은 제작초기에는 균형조정을 하였으나 축과 풀리의 조립과정에서 불균형 상태로 변형된 것을 공기조화기에 조립하였다. (8) 고장의 진행 단계 : 운전 초기 약간의 진동은 송풍기의 회전익과 풀리에서 발생되었으나 방진 효율이 낮은 고무방진을 통하여 베이스와 바닥강판에 전달되어 콘크리트 기초까지 전달되는 과정에서 진동은 흡수되지 못하고 연속 운전으로 발생되는 진동은 회전축과 베어링에 무리한 충격이 가해지고 베어링의 고정볼트와 축의 마모로 진동은 증폭되어 벨트까지 손상되었다.

[대책] 송풍기의 보수 내용은 다음과 같다.

(1) 송풍기의 축을 같은 규격의 크기로 가공하여 교환하였다. (2) 송풍기의 풀리를 재균형 조정(Blancing)하여 조립하였다. (3) 방진고무를 제거하고 방진효율이 90%이상이 되는 스프링 방진 기종을 선정하여 교환하였다. (4) 부하측과 반부하측 베어링을 전량 신품으로 교체하였다. (5) 베이스의 바닥 강판을 스크류(Screw)로 피치(Pitch) 200~300 간격으로 고정시켰다. (6) 벨트를 신품으로 교체하여 재운전을 시작하고 1주 간격으로 벨트의 장력을 2회 조정하고 연속 운전을 하게 하였다.

[해설] 송풍기는 공기를 이송하는 기능과 아울러 전동기와 같은 회전체로써 공기조화기에서 가장 핵심적인 부분이다. 또한 회전체인 관계로 고장의 발생이 제일 많은 부분이기도 하다. 고장발생의 주요 부품은 다음과 같다.

(1) 벨트의 장력조절 불량과 마모로 수명 단축 (2) 베어링의 윤활 불량으로 인한 손상 (3) 송풍기축의 마모 (4) 풀리의 이완 및 마모 (5) 회전체의 이상 발생

위의 송풍기 사례와 같이 사용 후 몇 개월이 지나서나 발생하는 경우에는 회전익과 풀리만 균형조정 (Blancing)한 후 송풍기 케이싱에 조립하는 과정에서 Key의 조임에 의한 편심, 균형의 변형 (Unblancing),수평과 중심의 어긋남, 윤활유의 주입불량으로 인한 원인이 되기도 한다. 송풍기를 조립한 후 전동기로 돌려보아 회전상태와 급유 및 윤활상태를 확인하고 진동측정기로 진동을 측정하여 양호한 상태의 범위에 근접되는 수준의 송풍기를 공기조화기에 조립하도록 한다.

[도표1]은 KSB6311 송풍기의 시험 및 검사방법에서 진동의 허용값(참고)이다.

송풍기의 균형 상태가 양호하고 고속회전이며 진동이 우수할 경우에는 고무계열 방진 장치로 충분하지만 저속이고 진동폭이 클수록 정적변위량이 큰 스프링 계열 방진장치를 사용한다. 송풍기를 공기조화기 베이스 형강에 방진장치와 함께 고정할 때는 [사진5]와 같이 방진장치(방진고무)와 베이스 바닥판 사이에 별도의 C형강을 삽입하여 장착하면 송풍기의 진동전달을 일부 감소시키고 송풍기의 중량이 분산되고 바닥판과 방진장치를 격리시켜 철판의 떨림 현상을 방지할 수 있다.

전동기에 가변풀리(Adjustable pitch pulley)를 장착하면 송풍기의 회전수를 변경하여 풍량을 조절할 수 있는 장점으로 인하여 정풍량 방식(CAV)의 풍량조절용으로 사용하기도 한다. 풍량조절의 범위를 정하고 가변풀리의 최대피치경과 최소피치경을 구하여 가변풀리의 기종을 선정하게 된다. 벨트의 마모는 벨트의 길이가 짧고 가변풀리를 최소피치경으로 조절하여 운전할 때 [그림3]과 같이 벨트의 중심선이 어긋남으로 인하여 벨트가 심하게 마모가 되므로 가변풀리의 설정과 사용에 주의하여야 한다.

[사진6]은 전동기에 가변풀기가 장착된 송풍기를 보여준다. [사진7]은 가변풀리가 장착된 송풍기를 공기조화기에 장착한 내부를 보여준다.

4. 공기조화기용 냉수코일의 동파사례

[사례] 서울 ○○공사 신축건물에 설치된 공기조화기의 냉수코일이 동파되어 전면 재보수한 경우 [내용] 배관공사중 냉수코일의 동관이 다수가 동파되어 현장에서 임시 조치하여 사용하였으나 하절기 냉방능력 부족으로 코일을 전면 재 보수하여 사용하였다. [원인] 원인을 조사한 결과는 다음과 같다.

(1) 공기조화기에 배관을 연결하고 배관과 코일을 수압시험한 후 코일내부의 물이 완전 배수되지 않은 상태에서 건축물의 외부 마감이 안된 동절기에 코일의 동관이 코일 상단부터 하단에 이르기까지 다수의 동관이 동파되었다. (2) 고층빌딩의 각층에 설치된 공기조화기 중 ○층부터 ○층까지 몇 개층이 동일한 현상이 발생한 것은 고층빌딩은 수압시험을 층별로 또는 몇 개층씩 단위별로 수압시험을 하게 되는데 단위별 수압시험 중 완전배수가 안되었고, 수압시험에 사용되는 물은 동절기를 대비한 부동액이 아니거나부동액의 농도가 낮은 것으로 판단된다. (3) 냉수코일의 상단부터 하단까지 다수의 동관이 동파된 것은 코일내(內)의 물이 만액상태에서 동파가 진행되었음을 알 수 있다. (4) 임시조치 당시 동파된 부위를 절단용접만 하여 냉수코일의 회로(Circuit)가 구성되지 않아 냉수코일의 능력이 60%정도로 낮아졌다.

[대책] 현장에서 코일을 보수한 내용은 다음과 같다.

(1) 냉수코일이 대형이고 고층빌딩의 내부에서는 운반통로를 확보할 수 없는 관계로 기존의 코일을제거하거나 교체할 수 없었다. (2) 동파된 리턴밴드(Return Bend)를 제거하고 신품 밴드로 전량 교체하였다. (3) 파열된 헷더(Header)와 연결관을 은납봉으로 용접하고 불가능한 곳은 동관을 절단한 후 냉수 회로를 폐쇄시키고 밀봉 용접하였다. (4) 코일의 중간부분이 파열된 경우는 현재의 외경 15.9mm 동관에 외경 12.7mm 동관을 삽입시켜 냉수가 통수될 수 있도록 하고 불가능한 곳은 동관 양끝의 리턴밴드를 제거하고 반경이 2배 크기인 리턴밴드를 사용하여 동파된 부분의 냉수회로는 6열에서 4열로 회로 구성이 되게하여 코일전체로 보아 90%정도의 능력을 발휘하게 하였다. (5) 용접 후 수압시험을 실시하고 냉수를 통수시켜 냉방운전을 하게 하였다.

[해설] 냉수코일은 햇더, 동관, 휜(Fin)과 케이싱으로 구성되고 있고 냉수입출구의 햇더에는 다수의 냉수 회로(Circuit)가 연결되어 있다. 보통 1개의 냉수회로가 6열~8열로 되어있고 다수의 냉수회로를 적층하여 적층단수(Step)가 코일의 높이를 결정하게 되며 간격은 동관의 피치(Pitch)가 된다.

[사진8]은 냉수 코일의 햇더와 동관의 연결부위의 단면을 보여준다.

[사진9]는 부동 코일의 이중 햇더와 동관의 연결부위의 단면을 보여준다.

사용중인 건물에서 동파가 발생하게 되면 배관이 연결된 상태에서 코일의 보수작업은 공기조화기의 케이싱과 연결된 배관을 일부 해체하고 누수부분을 조사하여 숙련된 용접 기능사를 동원하여 용접한 후 재수압시험을 실시하고 냉방운전 상태로 복귀하는 과정에서 소요되는 비용은 경제적인 손실 뿐만 아니라 이로 인한 코일의 수명단축으로 공조설비 자산(資産) 손실도 크다 하겠다. 공기조화기를 설치하여 시운전 및 보수 유지 관리에 세심한 관리가 필요하며 유의사항은 다음과 같다.

(1)냉수코일은 수평상태로 설치되게 한다. (2) 동절기 수압시험의 경우에는 부동액을 사용하게 한다. (3) 비냉방의 계절에는 코일과 배관의 물을 완전 배수시키고 코일의 햇더 상단의 공기벤트(Air Vent)와 하단의 배수구(Drain)를 완전 개방하여 코일내부가 건조(Dry) 상태가 되게 한다. (4) 코일과 연결된 냉수배관의 물이 코일내부로 유입되지 않게 한다. 특히 냉수배관을 배수시킨 상태에서도 관내 소량의 물이 남아 있게 되면 코일내부로 유입 되거나 동절기에 냉수코일 내부의 온도가 낮아지면 밀폐된 관내부에서 증발된 수분이 코일 내부로 이동하여 응축되어 시간이 경과되면 코일내부하단에 물이 고이게 되어 동파되게 되므로 물의 유입과 관내 통기에 주의하여야 한다. (5) 동파는 동관내부에 만액상태에서 1차 결빙된 후 해빙과정에서 동관과 얼음의 틈새에 물이 재투입되고 재결빙하여 얼음과 동관의 팽창이 반복되어 동관의 인장응력을 초과하게 되면 파열하게 된다. 물의 고임이나 만액상태가 될 수 있는 코일의 중간 처짐이 없도록 하고 드레인의높이가 수평계를 사용하여 그 이하에 설치되게 하여야 한다. (6) 동절기 영하의 외기가 공기조화기 내부로 유입되는 것을 막기 위한 기밀형 댐퍼(Air Tight Damper)를 외기 유입구에 설치하는 것도 동파 방지에 효과적이다.

[사진10]은 기밀형 댐퍼가 장착된 단면을 보여준다.

5. 공기조화기의 직팽 코일(DX Coil)과 공냉식 응축기의 사례

[사례] 경기도 ○○공사 신축건물에 설치된 공기조화기에 직팽코일(증발기)과 공냉식 응축기를 장착하여 냉방과 제습의 목적으로 사용하던 중 제습이 안되고 냉동계통의 고장으로 재 보수한 경우 [내용] 운전중 제습능력이 저하되고 분리설치된 공냉식 응축기에 내장된 냉매 가스 압축용 압축기 (Compressor)가 소손(燒損)되어 압축기를 교체하고 냉동싸이클과 자동제어 및 냉매 배관을 보수한 후 냉방운전을 하였다. [원인] 제습능력 저하와 압축기의 소손 원인은 다음과 같다.

(1) 공칭 20냉동톤(RT)의 용량으로 압축기 10마력 2대를 분리된 공냉식 응축에 내장하여 독립된 냉동싸이클(Dual Cycle)로 운전하는 방식으로 냉방운전은 압축기 2대를 단계적으로 제어하며 제습운전은 선택된 1개의 압축기로 제습운전하는 방식이다. 제습의 능력저하 원인은 직팽 코일(증발기)을 1개로 제작하여 상하 2개의 냉매회로에 분담하 게한 결과 운전시 발생하는 응결수는 하부 코일 표면에 흘러내리면서 응결수가 재증발하여 제습능력이 저하되었다. (2) 직팽 코일(증발기)과 압축기가 내장된 공냉식 응축기의 배관거리가 약 40m이며 장거리 배관에 의한 냉동유 회수가 불충분하여 압축기의 과열로 소손되었다. (3) 냉매배관의 구배, 보온, U-Trap, 배관거리에 따른 배관의 굵기 보완이 안되었다. (4) 냉동유의 추가 보충이 안되었다.

[대책] 제습능력 회복과 냉동싸이클의 복구는 아래와 같다.

(1) 제습운전은 직팽코일(증발기)의 하단에 분담되도록 제어 회로를 수정보완하여 응결수가 곧바로드레인 팬에 모아져 배수되게 하였다. (2) 소손된 압축기와 냉동부품(Filter Dryer) 및 전기부품(Magnetic Switch)을 교환하였다. (3) 냉매배관을 일부 제거하고 규격이 큰 동관으로 교체하고 배관의 구배와 U-Trap을 설치한 후 이중 보온하였다. (4) 진공시험 후 냉매 및 냉동유를 추가 주입하고 시운전을 시작하여 정상상태의 냉동 싸이클이 형성되게 한 후 연속운전을 하였다.

[해설] 건축물의 크기가 5층 내외이고 냉매 배관거리가 60m 이내의 경우에는 공기조화에 직팽 코일과 공냉식 응축기를 분리 설치하여 냉방을 하게 함으로써 별도로 냉동기(Water Chiller)와 냉각탑 (Cooling Tower), 냉수냉각수의 배관, 냉수냉각수용 펌프와 같은 장비없이 냉매의 배관으로도 간편하게 냉방을 할 수 있는 간편성 때문에 보급이 증가되고 있다. 공조설비의 장비가 단순하여지고 공사가 간편하며 공사기간이 단축되는 경제성 뿐만 아니라 운전 과 관리, 보수유지가 편리하기 때문이기도 하다. 일반사무실에 사용되는 냉방기와는 달리 공기조화기와 함께 장착되는 냉동기는 용량이 크고 공냉식의 경우에는 실외기가 옥상에 주로 설치되는 관계로 배관거리가 길고 냉동능력도 감소하게 하기 때문에 냉매배관의 시공에 주의하여야 한다. 냉매 배관의 주의 사항은 다음과 같다.

(1) 냉동유의 회수가 원활하게 하여야 한다. 냉매가스의 흡입속도는 6m/s 이상이 되도록 하고 실외기가 상부에 설치한 입상관의 경우 6m 마다 중간 Trap(S-Trap), 입상관의 최하단에는 하부 Trap(U-Trap), 입상관의 최상단에는 상부Trap(∩-Trap)을 설치하여야 한다. 흡입관이 수평의 경우에는 냉동유가 정체되거나 고이지 않도록 하향구배 배관을 하여야 한다. 토출관은 10m/s~15m/s 범위가 되게 한다. (2) 저압측 가스관은 냉매의 과열을 방지하기 위해 이중보온 하여야 한다. (3) 냉매배관의 규격(Size)선정은 압력강하가 포화 온도로 환산하여 1~2 deg. C의 정도에서 선정하되 실제 배관의 거리와 굴곡개소를 집계하여 배관 상당장으로 환산하여 관의 굵기를 선정한다. 굴곡부분은 반경이 큰 엘보우(Elbow)를 사용하여 압력손실을 최소화한다. (4) 냉매배관의 길이 증가에 따른 냉동유를 추가 충진한다. [표3]은 M사의 압축기를 기준으로 하여일반적으로 사용하는 자료이며 냉매배관의 편도 거리와 배관의 굵기 및 추가 충진되는 냉동유량을표시한다.

[표3] 압축기 기준 : M사, 냉매 : R-22기준, 냉동유 : SNISO 4GS기준

압축기 공칭능력 (RT) 압축기 마력 (HP) 압축기의 기본충진량 ※(Liter) 배관거리(편도)별 배관경과 냉동유 충진량 액관(외경)/가스관(외경) 냉동유추가충진량(ℓ) 20m 30m 40m 50m 60m 3 3.6 1.8 9.5/15.9 9.5/19.1 12.7/22.2 - / - - / - 0.15 0.3 0.45 - - 5 5.6 3.9 12.7/19.5 12.7/22.2 12.7/25.4 15.9/25.4 - / - 0.1 0.3 0.45 0.7 - 7.5 8 3.9 15.9/22.2 15.9/25.4 15.9/25.4 15.9/28.6 15.9/31.8 0.15 0.35 0.45 0.75 1.0 10 10 8 15.9/25.4 15.9/28.6 15.9/28.6 15.9/31.8 15.9/38.1 0 0.4 0.5 0.8 1.1 15 16 8 19.1/28.6 19.1/28.6 19.1/31.8 19.1/31.8 19.1/44.5 0 0.45 0.65 0.95 1.3

※ 제조사에서 압축기에 기본적으로 충진한 충진량임.

6. 송풍기용 전동기의 사례

[사례] 천안 ○○사옥에 설치된 공기조화기의 전동기 소손으로 전동기를 교체한 경우 [내용] 공기조화기를 시운전하는 과정에서 전동기 2대(20마력, 10마력) 몇 주가 지난 후에 전동기 1대 (15마력)가 소손되어 전동기를 교체하였다. [원인] 전동기를 조사한 결과 원인은 다음과 같다.

(1) 20마력 전동기는 과부하로 소손되었다. 380볼트전용 Y-△ 결선 방식의 전동기를 결선착오로 직기동식 Y상태로 연속 운전으로 전동기의 코일 전체가 과열되어 소손되었다. (2) 10마력 전동기는 고정자 코일이 일부 소손되고 고정자와 코일사이에서 소손된 것으로 보아 선간코일의 절연파괴와 코일과 접지의 절연파괴에 의한 소손으로 판단되었다. (3) 15마력 전동기는 삼상(三相) 운전중 결상(缺相)으로 인한 단상(單相) 운전으로 코일의 단상 운전부위가 과열되어 소손되었다. 결상의 원인은 기동반(MCC Panel) 내부의 전자개폐기 (MagneticSwitch)와 전원차단기(NFB) 사이의 전선 1개가 연결단자의 느슨한 조임으로 인하여 접촉불량에의한 과열 단락이었다.

[대책] 전동기 교체와 전기부분의 보수 내용은 다음과 같다.

(1) 20마력 전동기는 전기결선공사를 시공한 업체의 주선으로 수리하여 교체하였고 전기결선을 △상태로 하고 전자개폐기와 과전류계전기(Thermal Relay)를 교체하고 전동기와 매립된 전선 의 절연저항을 측정하여 1메가옴 이상을 확인하고 직기둥 운전을 시작하였다. 운전전류가 전동기의 정격운전전류 이하인 것을 확인하고 전동기의 온도와 회전상태가 이상 없음을 확인한 후 공기조화기를 연속 운전을 하게 하였다. (2) 10마력 전동기는 전동기 제조회사에서 절연불량으로 인정되어 신품의 전동기와 교환되어 교체 하였고 전기부분은 과열소손된 과전류계 전기만 교체하였다. (3) 15마력 전동기는 기동반을 제조한 업체가 수리하여 교체하였고 열화된 전선 및 차단기와 전자 계폐기 및 과전류계전기를 교체하였다.

[해설] 공기조화기를 설치하여 시운전과 연속운전하는 과정에서 전동기가 소손하는 경우가 있다. 소손의 원인을 정확하게 조사하여 조치하여야 재발을 방지할 수 있기 때문에 전동기와 전기동력을 취급 하는 전문인의 기술 협조가 필요하다. 소손의 원인에 따라 문제가 발생한 부분의 보수와 전동기의 수리 비용을 분담하는 경우가 있기 때문이다. 전동기의 소손의 원인은 전동기 자체의 절연불 량또는 기계적인 구조결함과 과부하 운전, 단상운전, 주위의 온도(40℃이상) 상승으로 이한 과열 운전 및 노후등으로 분류할 수 있으나 공기조화기의 경우에는 절연불량과 과전류에 의한 소손이 대부분이다.

[그림4] 전동기의 Y-△ 결선도이다. [그림5]는 소손된 전동기를 분해하여 고정자 코일이 과열로 인한 변색과 소손부위의 상태를 보아 소손 원인을 판정할 수 있는 참고자료이다. 공기조화의 시운전을 시작하기 전에 전동기의 사용전압과 정격전류를 사전에 확인기록한 후 정상 운전 상태에서 각상의 전압과 전류를 필히 측정하여 기록하여야 한다. 전압이 다르고 전류가 현저하게 낮거나 정격 전류를 초과하거나 전동기의 이상음이 발생하면 운전을 정지하고 다시 점검을 하여야 한다.

[표4]는 KSC 4202의 삼상전동기 특성중 전압을 220V와 380V로 환산한 전동기의 전부하 전류(참고) 이다.

[표4] (참고)전동기의 전부하전류(A) (B종, 밀폐형 4극전동기 기준)

전동기 규격 KW (HP) 3상 220V 3상 380V 비 고 0.75(1) 3.8 2.2 보통 농형 밀폐형 전동기 1.5(2) 6.6 3.8 2.2(3) 9.1 5.3 3.7(5) 14.6 8.5 5.5(7.5) 21.8 12.6 특수 농형 밀폐형 전동기 7.5(10) 29.1 16.8 11(15) 40.9 23.7 15(20) 55.5 32.1 22(30) 78.1 45.3 30(40) 105.5 61.1 37(50) 129.1 74.7

참고문헌

1. 송풍기의 시험 및 검사 방법(KSB 6311) 2. 저압 3상 유도 전동기(KSB 4202) 3. 冷熱핸드북 (柱) 三鍾 4. 에어핸들링유닛 단체 규격 제정(KRA-4015) 5. 공조·위생 기술 데이터북 (도서출판 한미)