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에어컨
에어컨(Airconditioner)은 실내온도, 습도, 기류 등의 분포를 조절하고 공기 중의 먼지를 제거해주는 장치이다. 공조기라고도 한다.
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개요
에어컨은 실내 공기를 쾌적하게 유지하는 장치이다. 일정한 공간을 인간이 활동하기 알맞은 온도·습도·기류 분포로 조절하고, 동시에 공기 중의 먼지를 제거한다. 흔히 냉방 기기라고 하나 공기 조화기가 정확한 표현이다.
1906년에 미국에서 기계식 에어컨이 개발된 뒤 에어컨이 보유하고 있는 여과, 가습, 냉방 및 소독 등의 기능은 기타 냉방 방식 대비 소비자들에 보다 안전하고 편리한 환경을 제공할 수 있었다. 에어콘을 설치한 장소의 생산성이 24%에 근접하게 향상된다는 연구 결과가 나오면서 당초에 대기업과 신문업계와 같은 특정 대상에 이용되었던 에어컨은 급속히 공공 기관과 행정 기관으로 적용되었으며 1924년에 미국 디트로이트의 한 상가에서 처음으로 3대의 에어컨을 설치하여 쾌적한 환경으로 소비자들의 인정을 받으면서 상가들에 급속히 전파되었다. 주택 에어컨 시장은 1950년대에 발전을 거두기 시작하였으며 1960년대 말부터 미국에서는 건축 규범적으로 신축된 주택단지에 중앙공조시스템을 설치하게 하였다.
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.
원리
에어컨의 기본적인 원리는 한마디로 기화열에 의한 냉각이다.
액체가 기체로 기화할 때는 열을 흡수하고 기체가 액체로 응축할 때는 열을 방출한다. 기화할 때 흡수하는 열이 기화열이다. 에어컨은 압축기로 압력을 크게 변화시켜 기체 상태였던 냉각제를 액체로 응축한 후 압력을 낮춰서 증발기 안에서 액체 상태의 냉각제가 다시 증기로 기화할 때 열을 빼앗아 주위의 온도를 낮춘다. 에어컨과 냉장고에 의한 냉각은 많은 기화열을 효율적으로 얻을 수 있는 간단한 냉각 사이클을 통해 이루어진다. 열은 원래 높은 온도에서 낮은 온도로 이동하지만 에어컨의 냉각 사이클을 통해서 반대 방향인 낮은 온도의 실내에서 높은 온도의 실외로 옮겨간다. 실내기에서는 찬 바람이 나오고 실외기에서는 더운 바람이 나온다. 냉장고도 마찬가지로 열이 낮은 온도의 기기 안에서 높은 온도의 기기 밖으로 옮겨간다.
구체적인 냉각 과정은 냉각제가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 거치며 이루어진다.
1. 압축기 - 실외기 속에 있다. 기체 상태의 냉각제는 먼저 압축기에서 고온, 고압의 상태가 된다. 대부분의 냉각 시스템은 압축기를 작동하기 위해 전기 모터를 사용한다.
2. 응축기 - 실외기 속에 있다. 압축기를 나온 고온, 고압의 기체는 외부에서 흡입된 공기와 만나 식으면서 액체가 된다. 이 때 열을 방출하므로 실외기에서는 더운 공기가 토출된다.
3. 팽창밸브 - 실내기나 실외기 어느 한 곳에 있다. 좁은 곳을 통과할 때 유체의 속도가 커지고 압력이 낮아지는 현상을 이용해 모세관을 통과시켜 고압 상태인 액체의 압력을 낮춘다. 압력을 낮추어야 액체가 증발기에서 잘 증발될 수 있기 때문이다.
4. 증발기 - 실내기에 있다. 팽창밸브를 나온 액체 상태의 냉각제는 온도와 압력이 낮다. 이러한 액체는 주위의 더운 공기에서 열을 흡수해 기체 상태로 증발한다. 주위의 공기는 차가워 지고 팬이 돌면서 이 공기를 실내로 내보낸다. 완전히 증발된 기체는 다시 압축기로 들어가 냉각 시스템의 순환이 계속된다.
종류
□ 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.[1]
□ 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.[2]
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
글로벌 에어컨 시장상황
2021년 2월에 일본 마케팅 조사업체 Deallaboratory(ディールラボ)는 세계에서 가장 큰 시장조사 업체 Markets and Markets사의 보고서를 기반으로 자체 분석 데이터를 취합하여 글로벌 냉동공조 업계의 동향에 관한 보고서를 제출하였다. 이에 따르면 2020년 시장규모는 2,020억 달러(한화 약 222조 6천억 원)수준이 었다.
글로벌 HVAC 시장에서 가장 두드러진 성장세를 보인 업체는 중국의 GREE와 Media이며 이 두 업체는 거대한 중국 시장을 배경으로 글로벌 시장으로 영업망을 확장하면서 일본의 다이킨공업과 치열한 선두경쟁을 벌리고 있다. 이 3개사는 공조 시장의 신규 선두기업으로 4위 이하의 기업들과 격차를 가지고 있다.
최근까지 공조시장을 리딩했던 미국의 3개 회사는 사업 구조 조정을 벌리고 있다. 잉가솔랜드는 공조사업을 트레인 테크놀로지로 분사했고 유나이티드 테크놀로지스도 항공기 부품·엔진 사업, 엘리베이터 사업(Otis)과 HVAC 사업(냉동고 사업, 시큐리티 사업 포함)을 분리하여 각 자 독립 운영체재로 운영하게 하였다. 존슨 콘트롤즈 인터내셔널(Johnson Controls International plc)은 방화.시큐리티 사업을 추진하는 타이코 인터내셔널(TYCO International)과 경영통합을 추진하는 한편 자동차 사업을 분사시키고 있다.
미츠비시 전기는 주로 산업용 냉동공조 분야에서 두각을 나타내고 있으며 이어서 존슨콘트롤즈(요크) 그 뒤에 가정용 공조분야에서 강한 면모를 보이고 있는 파나소닉, 하이얼이 있다. 10위에는 독일의 보쉬가 있으며 그 뒤를 이어 LG전자, 레녹스, 하이센스 등 제조사들이 따라가고 있다.
□ 산업용 냉동공조 시장 랭킹
2016년에 일본의 다이킨공업이 산업용 냉동공조 시장의 1위를 차지했으며 덕트 방식에 강한 미국의 굿맨(GoodMan)을 인수한 뒤 냉동공조 분야의 미국 3사 캐리어, 요크(존슨컨트롤즈), 트레인과 정면으로 경쟁을 벌리고 있다. 2위에 있는 기업은 캐리어이며 1979년에 항공우주·중전기 메이커인 유나이티드 테크놀로지스사에 인수되었다가 현재는 분사 독립하여 경영을 추진한다. 3위는 자동차용 부품 대기업인 존슨컨트롤즈 산하의 요크 인터내셔널 코퍼레이션이고 4위는 잉가솔랜드 산하에서 독립한 트레인 테크놀로지이다. 캐리어, 요크, 트레인은 미국의 산업용 냉동공조 업계를 대표하는 3사이며 5위의 레녹스와 함께 4대 메이커로 불리고 있다.
유럽은 기후 조건이 에어컨을 대규모로 사용할 환경이 아니라서 이 분야에 두각을 나타내는 업체들이 별로 없다.
□ 가정용 에어콘 시장 랭킹
가정용 에어컨 시장 1위는 중국 주하이에 있는 GREE이며 일본 다이킨공업에서 수탁생산을 추진하면서 기술력을 비축한 뒤 중국 국내의 왕성한 소요에 힘 입어 글로벌 시장에서 차츰 존재감을 나타냈다. 세계 2위는 중국의 Midea이며 최근에 도시바의 가전자회사 도시바 어플라이언스를 인수하였다. 세계 3위는 일본의 산요전기를 인수한 하이얼이 차지하고 있으며 4위는 동남아와 인도 시장 확대에 적극 나서고 있는 파나소닉이다.
□ 글로벌 HVAC 시장 규모
미국의 시장조사 업체 Markets & Markets는 글로벌 HVAC 산업을 대상으로 시장규모에 관련하여 글로벌 HVAC 시장규모는 2019년에 2,408억 달러, 2020년에 2,020억 달러로 추산되고 2025년에 2,770억 달러, 2030년에 3,580억 달러로 연평균 성장율(CAGR)이 4.8%로 예상된다고 하였다.[3]
동영상
각주
- ↑ "Central Air Conditioning", Department of Energy
- ↑ Dandelion Energy, "Geothermal Cooling - Everything You Need To Know", DANDELION, 2020-02-24
- ↑ 성백진, 〈2030년 세계 냉동공조 시장규모 394조원…연평균 4.8% 성장 예상〉, 《냉동공조저널》, 2021-02-03
참고자료
- 컴파트라v, 〈에어컨의 종류〉, 《네이버 블로그》, 2011-05-02
- 〈에어컨〉, 《나무위키》
- "Home Cooling Systems", Department of Energy
같이 보기
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