에너지회수 환기장치(Energy recovery ventilator, ERV)는 실내 배출 공기에서 폐열을 회수하고 이를 건물 냉난방 부하를 감소시키는데 활용할 수 있어 건축물 환기 설비에 널리 사용되고 있다. 한편, 기존의 ERV 와 에어컨 시스템은 제한적인 제습능력을 가지고 있기 때문에, 최근 건축물의 외피단열성능이 향상되며 여름철 현열부하는 감소하고 잠열부하의 처리 비중이 증가하는 추세에 대응하기 부적합한 상황이다. 또한, ERV 는 에어컨과 일반적으로 함께 사용되는 반면, 이 장치들을 시스템적으로 통합시키는 연구는 진행되지 않았다. 따라서, 본 연구에서는 에어컨 통합 에너지회수 환기 시스템(ERV-CC)을 제안하고 에어컨의 냉각코일(Cooling coil, CC)을 ERV 내 설치함으로써 부족했던 잠열성능효율을 향상시키고자 한다. 이 연구에서는 ERV-CC 시스템의 냉방기간 중 열쾌적도와 에너지 성능을 실험적으로 평가하였고, 더 나아가 시뮬레이션을 통해 최적 성능을 나타내는 제어전략을 검토하였다.
연구의 전반부는 현장실험을 통해 도출한 ERV 와 ERV-CC 시스템 간 열쾌적도와 에너지 성능 비교분석 결과를 다루었다. 고단열 건물에서 수행한 실측실험에서 ERV 시스템은 에어컨의 설정온도가 낮아지더라도 실내습도 권장범위를 만족하지 못하였다. 반면, ERV-CC 시스템의 경우 높은 에너지 효율로 실내 공기를 쾌적하게 유지하였다. 또한, ERV-CC 는 ERV 시스템 대비 더 넓은 범위의 실외 조건에서 엔탈피 회수 과정을 통해 제습 효과를 보였다. 종합적으로, 최적 시스템은 최소 에너지소비량으로 열쾌적성 기준을 8.24% 예상불만족도(Predicted percentage dissatisfied, PPD)로 만족하는 설정온도 27 ℃와 설정습도 50%의 ERV-CC 시스템으로 나타났다.
추가 연구에서는 ERV-CC 시스템의 열쾌적성능과 에너지 절감률 개선을 위한 제어전략을 개발하였다. 연구 방법으로는, 전냉방기간에 걸친 환기 시스템 성능을 예측하기 위해 건물부하 및 공조시스템 모델을 기반으로 제작한 건물 에너지 시뮬레이션 프로그램을 사용하였다. 시뮬레이션 해석 결과 검증에는 앞서 진행한 현장실험 결과를 활용하였고, 해당 시뮬레이션을 통해 실외 조건에 따른 건물부하, 시스템 용량, 에너지 절감률을 분석하였다. 해석 결과를 바탕으로, 낮은 건물부하 조건에서 CC 가 에어컨을 대체하여 실내 온도 조절에 사용될 수 있음이 밝혀졌다. 한편, 높은 건물부하 조건에서는 CC 의 제습효과를 이용해 에어컨의 현열성능효율을 증가시키는 것이 가능했다. 따라서, 실외 공기 조건에 따라 각기 다른 제어 알고리즘을 구축하였을 때 ERV-CC 시스템은 최적 성능을 나타내었다. 최적 제어전략이 적용된 ERV-CC 는 열쾌적성 기준을 만족하고 전냉방기간에 걸쳐 에너지 절감을 달성하였다.