공기조절

인도에서 사용되었던 공기를 차게 하는 초기의 방법은 젖은 풀로 엮은 발을 창문에 걸어서 들어오는 공기를 증발작용에 의해 차갑게 하는 것이었다.

공기조절

현대의 공기조절은 19세기 섬유산업에서 처음으로 시작되었으며, 물을 안개처럼 뿌려 습기를 공급함과 동시에 차갑게 하는 방법을 사용했다.

20세기초 미국 뉴욕 버펄로의 윌리스 캐리어는 '이슬점 조절'이라는 공기조절장치를 고안했는데, 차가운 공기가 포화상태에 도달하면 응축되어 수분을 잃는 원리를 바탕으로 했다. 또 그는 조절된 공기가 천장에서 나와 바닥으로 빠져나가는 장치를 고안하여 1922년 로스앤젤레스에 있는 그라우스만의 메트로폴리탄 극장에 처음으로 설치했다.

1920년대말 미국 텍사스 샌안토니오에 최초로 전체 공기조절 기능이 갖춰진 사무용 건물인 밀람 빌딩(Milam Building)이 세워졌다. 1930년대초 독성이 적은 프레온(플루오르와 염소 또는 브롬을 함유한 탄소화합물)이라는 고효율의 냉매기체가 개발되어 이 분야에 혁신을 이루는 계기가 되었다.

이때 아메리칸철도회사는 열차에 소형 공기조절장치를 설치했고, 1950년까지 소형 장치가 각각의 방에 사용되었다. 1950년대말에 이르러 공기조절장치는 미국 이외의 선진국에서도 보편화되었다.

간단한 공기조절기에서는 휘발성 액체상태의 냉매가 실내 공기와 접하고 있는 증발기 코일을 통과한다. 이 과정에서 냉매가 증발하면서 공기 중의 열을 빼앗아간다. 차가워진 공기가 포화점에 도달하면 수분은 코일에 붙어 있는 핀에 응축되고, 이 응축된 물은 핀에서 떨어져 밖으로 배출된다.

차갑고 건조한 공기가 송풍기에 의해 방으로 다시 들어간다.

그 동안에 증발된 냉매는 압축기로 들어가서 외부 공기와 접하고 있는 응축 코일을 통해 압축된다. 이런 상태에서 냉매는 액체상태로 다시 응축되고 안에서 흡수한 열을 방출한다. 이렇게 더워진 공기는 밖으로 나가고, 액체는 냉각작용을 계속하기 위해 증발기 코일로 다시 순환한다.

몇몇 장치에는 2개의 코일이 있어 겨울에는 반대 작용을 할 수 있다. 즉 내부코일이 냉매를 응축하여 방을 거꾸로 더워지게 하며, 이런 장치를 열 펌프(heat pump)라고 한다.

또 다른 냉각장치는 차가운 물을 사용한다. 물은 중앙에 있는 냉매로 차가워지고 다른 곳의 코일을 통과한다. 대규모 공장에서는 아직도 초기의 공기세정장치를 변형시켜 많은 양의 코일을 줄이고 있다. 물은 유리섬유에 뿌려지고 공기가 이곳을 지나간다. 몇몇 장치에서는 수분을 흡수하는 실리카겔이나 탈수용 액체흡수체에 공기를 통과시켜 건조시킨다.

공기조절장치를 설계할 때는 많은 조건을 고려해야 한다. 위에서 설명한 자급식(自給式) 장치는 한 공간에서 직접 사용한다. 고층건물과 같은 곳에 쓰이는 더 복잡한 장치는 찬 공기를 전달하기 위해 도관(導管 duct)을 사용한다. 유도장치에서는 공기가 중앙장치에서 일단 냉각되어 각각의 장치에 전달되고, 햇빛을 받고 안 받는 것에 따라 공기 온도를 조절하기 위해 물을 사용한다.

2중도관방식(dual-duct system)에는 더운 공기와 차가운 공기가 분리된 각각의 도관을 통해 움직여, 요구하는 온도에 도달할 때까지 서로 섞이게 된다. 더 간단한 온도조절법은 차가운 공기의 공급을 조절하는 것이다. 요구 온도에 이르면 즉시 공급을 끊으면 된다.

차가운 공기를 직접 접촉하면 불쾌하므로 공기의 살포는 중요한 관심거리이다.

어떤 경우에는 차가운 공기가 실내로 다시 들어가기 전에 약간 데울 필요도 있다. 가장 널리 쓰이는 살포 방법은 천장에 확산기(擴散機)를 달아 차가운 공기를 천장에서 아래로 보내 서서히 깔리게 하는 방법이다(→ 천장확산기). 선형확산기는 공기를 플리넘 상자(plenum box)나 사각형 구멍이 있는 도관을 통해 전달하고, 루버(louver)로 밑으로 흐르는 공기의 방향을 바꾸기도 한다.

다른 장치들은 순환식이며, 각각의 핀을 통해 공기를 사방으로 퍼지게 한다. 어떤 천장에는 찬 공기가 통과할 수 있도록 작은 구멍이 뚫려 있고, 또 다른 천장에는 기본적인 통풍장치로 찬 공기를 순환시켜 간단히 차가워지게 한다.