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Apr 16, 2023

가정용 HVAC를 위한 새로운 공기 덕트 시스템

전략적 Building America 연구가 어떻게 도움이 되었는가?

전략적 Building America 연구가 어떻게 에어컨 공간 내부의 난방 및 냉방 덕트를 위한 혁신적이고 시장에 바로 사용할 수 있는 HVAC 솔루션을 만드는 데 도움이 되었는지

거의 100년 동안 배관공들은 현장에서 금속 파이프를 힘들게 절단하고 납땜하는 등 옛날 방식으로 파이프를 설치했습니다. 그러다가 1990년대에 PEX로 더 잘 알려진 가교 폴리에틸렌이라는 혁신적인 소재가 등장했습니다.

지금 우리가 알고 있듯이 PEX는 피팅이 훨씬 적고 설치에 접착제나 납땜이 필요하지 않으며 부식되지 않는 유연한 튜브입니다. 일부 배관공은 처음에는 PEX에 저항했지만 얼마 지나지 않아 품질 저하 없이 시스템의 용이성과 속도가 수익성에 더 좋다는 것을 깨달았습니다. 오늘날 PEX는 새로운 주택 건설에서 가장 널리 사용되는 배관 시스템입니다.

이제 미국 에너지부(DOE) 산하 건축 기술 사무소의 초기 투자 덕분에 새로운 덕트 시스템이 가정 난방 및 냉방 산업을 동일한 방식으로 변화시킬 예정입니다.

DOE의 Building America 프로그램에서 부분적으로 자금을 지원받은 연구를 통해 성장한 새로운 회사인 Rheia는 미국 최고의 주택 건축업자들과 협력하여 건물 내에 설치되도록 설계된 특허 출원 중인 "플러그 앤 플레이" 공기 덕트 시스템을 시연하고 있습니다. 오늘날 에너지 효율적인 새 주택의 에어컨 공간.

시스템은 테이프나 매스틱을 사용하지 않고도 거의 밀폐된 전달 시스템을 형성하기 위해 결합되는 매니폴드, 균일한 직경의 덕트, 커넥터 및 디퓨저 구성 요소로 구성됩니다. 덕트는 벽 공간 내부에 들어갈 만큼 작으므로 조절된 공간 내에서 덕트 연결을 쉽게 유지하여 전체 시스템의 성능과 에너지 효율성을 향상시킵니다.

Rheia는 Building America 프로그램이 지난 25년 동안 진행해 온 "실험실에서 거실까지" 혁신의 완벽한 예입니다. 이 프로세스는 전통적으로 건물 과학 전문가가 실험실에서 작업을 시작하여 결국 해당 혁신을 사용하도록 하는 프로세스입니다. 국내 최대 규모의 건설업체 중 일부에 의해 제작되었습니다.

기존의 공기 덕트 시스템에는 다음과 같은 문제가 있습니다.

이렇게 생각해 보십시오. 90% 효율의 용광로가 있는데 공기가 전달되기 전에 30%의 공기가 새어나온다면 이는 기본적으로 60% 효율로만 작동하는 것입니다. 효율성은 단지 장비에 관한 것이 아닙니다. 그것은 전체 시스템에 관한 것입니다."

건축업자는 이러한 문제를 이해하지만 대부분은 건물의 조절된 열 봉투 내에서 최소한 누출을 포함하는 덕트를 위한 귀중한 내부 공간을 포기하고 싶어하지 않습니다. 떨어진 천장과 밑면을 보기 좋게 만드는 것도 어렵습니다.

2015년에 피츠버그에 본사를 둔 IBACOS(공기 공급 시스템에 대해 거의 30년 동안 연구해 온 Building America의 오랜 파트너)는 문제를 해결하기 위해 Building America 프로젝트에서 Housing Innovation Alliance와 파트너십을 맺었습니다.

몇 가지 아이디어를 고려하여 팀은 결국 조절된 공간 내에 위치한 단순하고 건축 친화적인 "플러그 앤 플레이" 덕트 시스템에 도달했습니다. 이 시스템은 기존 트렁크 및 분기 HVAC 덕트 시스템의 18개 구성 요소와 비교하여 단 5개 구성 요소를 사용하며 덕트를 연결하는 대부분의 구성 요소는 코일형 와이어 프레임 위에 유리 섬유 천으로 만들어집니다.

실제로 IBACOS는 시스템을 개발할 때 "PEX 모델"을 사용했습니다. IBACOS의 건축 성능 전문가인 Andrew Poertschke는 "저부하 주택에서는 더 작은 덕트를 사용할 수 있다는 아이디어를 얻었습니다."라고 말했습니다. "중앙 매니폴드에 모두 연결하면 더 좋고 예측 가능한 공기 흐름이 제공됩니다. 게다가 에어컨이 설치된 공간에도 맞출 수 있습니다." 또한 이 시스템은 기존 HVAC 시스템보다 훨씬 적은 수의 구성 요소를 사용합니다.

프로젝트의 일부는 덕트 길이와 개수를 결정하기 위한 설계 방법론을 개발하는 것이었습니다. 덕트의 크기가 모두 동일하기 때문에 일부 방에는 두 개 이상의 덕트 연결이 필요합니다. 그럼에도 불구하고 설치가 간편하여 시간이 절약됩니다.

2015년부터 2017년까지 IBACOS는 기술 검증을 위해 실험실 테스트와 모델링을 수행했습니다. IBACOS 혁신 센터에 2층 타운홈의 모형을 제작하고 이를 사용하여 트렁크 앤 브랜치 HVAC 시스템과 두 개의 플러그 앤 플레이 시스템에 대한 자재 및 인건비를 비교했습니다. 이 시간 및 동작 연구 결과에 따르면 플러그 앤 플레이 시스템의 인건비가 크게 감소한 것으로 나타났습니다.