급·배기구의 위치 및 급기 각도에 따른 환기성능 및 실내 열환경 연구 Study on the effect of locations of supply/exhaust diffusers and supply air angle on ventilation performance and indoor thermal environment원문보기
오늘날의 대부분의 건물은 자연환기보다는 강제급기를 이용하여 실의 냉방과 난방 부하를 조절하고 실내 공기의 쾌적성을 유지한다. 또한 건물의 단열화, 기밀화로 그에 대한 의존도와 요구 조건이 높아지고 있다. 계절별로 대응해야하는 실의 부화가 변하고, 그에 맞춰 급기온도가 달라져 급기구에서 급기되는 공기가 실내로 유입되는 기류분포가 변화여 실의 쾌적성 및 냉방과 난방시의 성능에 영향을 미친다. 따라서 건물에서 사용되는 에너지의 사용량을 절감하기 위해서 냉방과 난방 부하를 제거하는 강제급기에서의 에너지 효율을 증가시켜야한다. 그러나 실제 건물에서 공조의 말단 부분인 급기구와 배기구에 대한 설계는 설계자의 편의나 조명설비나 소화설비 등에 맞추어서 설계되고 있는 형편이다. 본 연구에서는 일반 사무실 공간을 대상으로 급기구와 배기구의 위치 변화에 따른 실내의 기류분포와 실의 환기효율에 미치는 영향을 전산유체해석을 통해서 예측 분석하고, 분석한 결과를 바탕으로 냉방시의 급기 온도의 변화에 따라서 급기 각도의 변화를 주어 ...
오늘날의 대부분의 건물은 자연환기보다는 강제급기를 이용하여 실의 냉방과 난방 부하를 조절하고 실내 공기의 쾌적성을 유지한다. 또한 건물의 단열화, 기밀화로 그에 대한 의존도와 요구 조건이 높아지고 있다. 계절별로 대응해야하는 실의 부화가 변하고, 그에 맞춰 급기온도가 달라져 급기구에서 급기되는 공기가 실내로 유입되는 기류분포가 변화여 실의 쾌적성 및 냉방과 난방시의 성능에 영향을 미친다. 따라서 건물에서 사용되는 에너지의 사용량을 절감하기 위해서 냉방과 난방 부하를 제거하는 강제급기에서의 에너지 효율을 증가시켜야한다. 그러나 실제 건물에서 공조의 말단 부분인 급기구와 배기구에 대한 설계는 설계자의 편의나 조명설비나 소화설비 등에 맞추어서 설계되고 있는 형편이다. 본 연구에서는 일반 사무실 공간을 대상으로 급기구와 배기구의 위치 변화에 따른 실내의 기류분포와 실의 환기효율에 미치는 영향을 전산유체해석을 통해서 예측 분석하고, 분석한 결과를 바탕으로 냉방시의 급기 온도의 변화에 따라서 급기 각도의 변화를 주어 에너지 소비량을 계산, 비교하여 실내의 온열환경과 건물의 에너지 절감측면에서 가장 효율적인 급기구와 배기구의 조건을 제시하는데 목적을 두고 있다. 공조용 송풍량을 결정할 때에 실내온도와 급기되는 공기온도와의 차가 중요한 요소가 된다. 일반적으로 냉방시의 온도차는 10∼15℃, 난방시에는 5∼15℃이다. 그러나 냉난방시 실내온도와 급기 온도의 차를 크게 할 경우 송풍량이 적어서 송풍계통설비가 소형을 되어 에너지가 절약되나 실내 공기 분포의 악화, 재실인원의 불쾌감 발생 등의 결과가 발생한다. 사무실 공간에서 기류분포와 환기효율 및 에너지 소비의 절감을 위한 적절한 급기구와 배기구의 조건을 제시하기 위한 변수로는 공조공간의 형상, 실의 분할 방법, 급기구의 말단 형상, 급기구와 배기구의 배치와 공조기의 송풍량 및 급기온도 등이 있다. 위의 변수들 사무실의 급·배기구의 배치에 변화를 주어 실내의 기류분포와 환기효율을 계산하고, 그 결과를 바탕으로 하여 냉·난방시의 급기구 말단의 각도를 제외한 실의 모든 변수를 고정시켜 냉·난방시의 가장 에너지를 절약할 수 있는 급기구와 배기구의 배치 및 급기 각도를 판단한다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 수치해석을 이용하여 급기구와 배기구의 위치와 급기 각도 변화에 따른 실내의 공기 유동을 해석하기에 앞서서 시뮬레이션 검증작업을 위해서 간단한 환기실험을 수행하여 실험과 수치해석을 정량적으로 비교한 결과 정량적인 온도 차이는 있어도 정성적으로는 실험과 수치해석이 일치하였다. 따라서 수치해석이 실험을 잘 반영하고 있는 것으로 나타났다. (2) 등온 조건시의 일체형 환기장치에서 Case 2의 기류분포는 정면에서 급기가 되고 양 측면에서 배기가 되고 있어 Case 1의 경우와는 달리 신선한 공기가 실내로 유입이 된 후에 배기가 되고 있어 실내 전체에서 환기가 잘 이루어지고 있음을 알 수 있다. 국소공기연령은 실 전체 거주구역의 평균으로는 Case 1이 913초, Case 2가 879초로 공기연령이 Case 2가 더 환기가 잘 이루어지고, 또한 거주구역과 실 전체를 비교했을 경우에 Case 1의 경우에는 실 전체가 880초로 거주구역의 평균보다 약 30초 낮아서 불필요한 부분에서 환기가 더 잘 이루어지고 있음을 알 수 있다. (3) 등온 조건시 원형 급·배기구에서 기류분포를 살펴보면 Case 3과 5와 같이 각각의 급기구가 가까이 배치된 경우가 그렇지 않은 경우보다 실의 전반에 걸쳐서 기류가 도달하는 것을 볼 수 있고, 이는 기류가 같이 모여 있는 것이 실내의 미치는 영향이 크다는 것을 알 수 있다. 라인형 급·배기구의 기류분포를 보면 Case 9의 경우가 실내의 중심부분에서의 속도벡터가 더 커서 수평으로 급기구가 배치된 Case 8의 경우보다 실내의 환기성능이 더 우수한 것으로 평가되었다. (4) 등온 조건시 원형 급·배기구에서 Case 3은 실내의 거주구역보다 비거주구역의 이산화탄소의 농도가 더 낮고, 반면에 실내의 중심에서 급기되고 있는 Case 5의 경우에는 거주구역의 이산화탄소의 농도가 비거주구역보다 더 낮음을 알 수 있다. 이는 Case 5는 815초로 Case 3의 822초 보다 국소공기연령이 작은 것을 통해서 Case 5의 환기성능이 더 좋은 것을 확인할 수 있다. 라인형 급·배기구의 국소공기연령을 보면 Case 8의 표준편차는 0.21로 Case 9보 약 0.15 낮지만 Case 8의 국소공기연령이 827.4초로 약 10초 더 작어서 환가성능이 더 우수한 것으로 평가되었다. (5) 각도 변화에 따른 온도분포와 속도벡터에서 냉방시에 수평으로 급기되는 경우가 수직으로 급기되는 경우보다 실내의 평균 온도가 23.47℃로 높았으나, 상하온도차와 온도의 표준편차의 값이 더 적음을 알 수 있었다. 난방시에 수직으로 급기되는 경우가 수평으로 급기되는 경우보다 실의 평균 온도가 26.19℃로 높고, 상하온도차와 표준편차의 값이 작음을 확인할 수 있었다. 급기되는 공기의 온도에 따른 부력의 효과로 난방시에 수평으로 급기되는 경우, 기류가 실내로 순환하지 않고 상부에만 체류하다가
오늘날의 대부분의 건물은 자연환기보다는 강제급기를 이용하여 실의 냉방과 난방 부하를 조절하고 실내 공기의 쾌적성을 유지한다. 또한 건물의 단열화, 기밀화로 그에 대한 의존도와 요구 조건이 높아지고 있다. 계절별로 대응해야하는 실의 부화가 변하고, 그에 맞춰 급기온도가 달라져 급기구에서 급기되는 공기가 실내로 유입되는 기류분포가 변화여 실의 쾌적성 및 냉방과 난방시의 성능에 영향을 미친다. 따라서 건물에서 사용되는 에너지의 사용량을 절감하기 위해서 냉방과 난방 부하를 제거하는 강제급기에서의 에너지 효율을 증가시켜야한다. 그러나 실제 건물에서 공조의 말단 부분인 급기구와 배기구에 대한 설계는 설계자의 편의나 조명설비나 소화설비 등에 맞추어서 설계되고 있는 형편이다. 본 연구에서는 일반 사무실 공간을 대상으로 급기구와 배기구의 위치 변화에 따른 실내의 기류분포와 실의 환기효율에 미치는 영향을 전산유체해석을 통해서 예측 분석하고, 분석한 결과를 바탕으로 냉방시의 급기 온도의 변화에 따라서 급기 각도의 변화를 주어 에너지 소비량을 계산, 비교하여 실내의 온열환경과 건물의 에너지 절감측면에서 가장 효율적인 급기구와 배기구의 조건을 제시하는데 목적을 두고 있다. 공조용 송풍량을 결정할 때에 실내온도와 급기되는 공기온도와의 차가 중요한 요소가 된다. 일반적으로 냉방시의 온도차는 10∼15℃, 난방시에는 5∼15℃이다. 그러나 냉난방시 실내온도와 급기 온도의 차를 크게 할 경우 송풍량이 적어서 송풍계통설비가 소형을 되어 에너지가 절약되나 실내 공기 분포의 악화, 재실인원의 불쾌감 발생 등의 결과가 발생한다. 사무실 공간에서 기류분포와 환기효율 및 에너지 소비의 절감을 위한 적절한 급기구와 배기구의 조건을 제시하기 위한 변수로는 공조공간의 형상, 실의 분할 방법, 급기구의 말단 형상, 급기구와 배기구의 배치와 공조기의 송풍량 및 급기온도 등이 있다. 위의 변수들 사무실의 급·배기구의 배치에 변화를 주어 실내의 기류분포와 환기효율을 계산하고, 그 결과를 바탕으로 하여 냉·난방시의 급기구 말단의 각도를 제외한 실의 모든 변수를 고정시켜 냉·난방시의 가장 에너지를 절약할 수 있는 급기구와 배기구의 배치 및 급기 각도를 판단한다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 수치해석을 이용하여 급기구와 배기구의 위치와 급기 각도 변화에 따른 실내의 공기 유동을 해석하기에 앞서서 시뮬레이션 검증작업을 위해서 간단한 환기실험을 수행하여 실험과 수치해석을 정량적으로 비교한 결과 정량적인 온도 차이는 있어도 정성적으로는 실험과 수치해석이 일치하였다. 따라서 수치해석이 실험을 잘 반영하고 있는 것으로 나타났다. (2) 등온 조건시의 일체형 환기장치에서 Case 2의 기류분포는 정면에서 급기가 되고 양 측면에서 배기가 되고 있어 Case 1의 경우와는 달리 신선한 공기가 실내로 유입이 된 후에 배기가 되고 있어 실내 전체에서 환기가 잘 이루어지고 있음을 알 수 있다. 국소공기연령은 실 전체 거주구역의 평균으로는 Case 1이 913초, Case 2가 879초로 공기연령이 Case 2가 더 환기가 잘 이루어지고, 또한 거주구역과 실 전체를 비교했을 경우에 Case 1의 경우에는 실 전체가 880초로 거주구역의 평균보다 약 30초 낮아서 불필요한 부분에서 환기가 더 잘 이루어지고 있음을 알 수 있다. (3) 등온 조건시 원형 급·배기구에서 기류분포를 살펴보면 Case 3과 5와 같이 각각의 급기구가 가까이 배치된 경우가 그렇지 않은 경우보다 실의 전반에 걸쳐서 기류가 도달하는 것을 볼 수 있고, 이는 기류가 같이 모여 있는 것이 실내의 미치는 영향이 크다는 것을 알 수 있다. 라인형 급·배기구의 기류분포를 보면 Case 9의 경우가 실내의 중심부분에서의 속도벡터가 더 커서 수평으로 급기구가 배치된 Case 8의 경우보다 실내의 환기성능이 더 우수한 것으로 평가되었다. (4) 등온 조건시 원형 급·배기구에서 Case 3은 실내의 거주구역보다 비거주구역의 이산화탄소의 농도가 더 낮고, 반면에 실내의 중심에서 급기되고 있는 Case 5의 경우에는 거주구역의 이산화탄소의 농도가 비거주구역보다 더 낮음을 알 수 있다. 이는 Case 5는 815초로 Case 3의 822초 보다 국소공기연령이 작은 것을 통해서 Case 5의 환기성능이 더 좋은 것을 확인할 수 있다. 라인형 급·배기구의 국소공기연령을 보면 Case 8의 표준편차는 0.21로 Case 9보 약 0.15 낮지만 Case 8의 국소공기연령이 827.4초로 약 10초 더 작어서 환가성능이 더 우수한 것으로 평가되었다. (5) 각도 변화에 따른 온도분포와 속도벡터에서 냉방시에 수평으로 급기되는 경우가 수직으로 급기되는 경우보다 실내의 평균 온도가 23.47℃로 높았으나, 상하온도차와 온도의 표준편차의 값이 더 적음을 알 수 있었다. 난방시에 수직으로 급기되는 경우가 수평으로 급기되는 경우보다 실의 평균 온도가 26.19℃로 높고, 상하온도차와 표준편차의 값이 작음을 확인할 수 있었다. 급기되는 공기의 온도에 따른 부력의 효과로 난방시에 수평으로 급기되는 경우, 기류가 실내로 순환하지 않고 상부에만 체류하다가
Most builds are controlled by air supply system rather than natural ventilation for both cooling and heating load and keep indoor comfort. Because of insulated buildings, also dependence and requirements about its system are growing. A room's load is changed in a response to change for seasons and i...
Most builds are controlled by air supply system rather than natural ventilation for both cooling and heating load and keep indoor comfort. Because of insulated buildings, also dependence and requirements about its system are growing. A room's load is changed in a response to change for seasons and it has an effect on the supply temperature. In the result, air distribution is changed and influence comfort indexes in room as well as cooling and heating performance. For saving the usage of energy in building, we have to increase energy efficiency of diffusers for air supply system. However, design about diffuser that is a small part in air supply system is of secondary importance compared with lighting system, fire extinguishing and design's convenience. The purpose of this study is to predict and analyze the influence of locations of supply/exhaust diffusers and to show influence on both air distribution and ventilation efficiency in office building using the numerical analysis. And then change of supply temperature and angle influences energy consumption. In the result, this study suggest ideal conditions about supply and exhaust diffusers in aspect of thermal comfort and energy saving. The major results of this research are summarized as follows. (1) To verify the accuracy of the numerical analysis, the measurement of CO₂ concentration by a step-down method has been conducted. Since both experimental and numerical results are in good agreement, simulation can be used to predict results for various conditions of ventilation methods. (2) In isothermal ventilation unite, Case 2 which supplies fresh air from the center and towards the room, and returns exhaust air through the sides shows the best performance compare with Case 1. Outdoor fresh air is effectively introduced to the inner indoor space by this method. In local mean age of air, average of residence area of Case 1 is 913 sec and Case 2 is 879 sec. Also room area of Case 2 is 880 sec that is unnecessary ventilation to compare residence area with room area. (3) In isothermal circular supply and exhaust diffuser, Case 3 and Case 5 shows that air distribution arrives through the room compare with other cases, and then gathering air distribution is influence on the ventilation. Air distribution of slotted supply and exhaust shows that ventilation performance of Case 9 is better than Case 8 because velocity vector is bigger in center of the room. (4) In isothermal circular supply and exhaust diffuser, Case 3 is that CO₂ concentration is lower in non-residence area than residence area. In other hands, Case 5 which supplies air from the center is higher in non-residence area than residence area. This local mean age of air in Case 5 is 815 sec and Case 3 is 822 sec, Case 5 is good ventilation performance in the result of that air. Local mean age of air and standard mean deviation of slotted supply and exhaust shows that standard mean deviation of Case 8(0.21) and Case 9(0.15) is little difference, but Case 8 is superior to the Case 9. Because local mean age of air of Case 8 is 827.4 sec, this value is lower about 10 sec than Case 9. (5) Effect of angle of supply air on cooling and heating performances of office space is studied by numerical simulation. For air supply system, air is supplied vertically(90°) and horizontally(10°). Due to buoyancy, the supply angle affects the performance of cooling and heating. In cooling, since the cold supply air tends to move downward due to its high density, horizontal supply angle is better for uniform temperature distribution. In heating, however, vertical supply angle is preferred for better mean and uniform temperature distribution. (6) For the energy consumption analysis of angle change, in cooling, horizontal supply is able to decrease about 8 % rather than vertical supply. On the other hand, in heating, vertical supply is able to decrease about 5 % rather than horizontal supply.
Most builds are controlled by air supply system rather than natural ventilation for both cooling and heating load and keep indoor comfort. Because of insulated buildings, also dependence and requirements about its system are growing. A room's load is changed in a response to change for seasons and it has an effect on the supply temperature. In the result, air distribution is changed and influence comfort indexes in room as well as cooling and heating performance. For saving the usage of energy in building, we have to increase energy efficiency of diffusers for air supply system. However, design about diffuser that is a small part in air supply system is of secondary importance compared with lighting system, fire extinguishing and design's convenience. The purpose of this study is to predict and analyze the influence of locations of supply/exhaust diffusers and to show influence on both air distribution and ventilation efficiency in office building using the numerical analysis. And then change of supply temperature and angle influences energy consumption. In the result, this study suggest ideal conditions about supply and exhaust diffusers in aspect of thermal comfort and energy saving. The major results of this research are summarized as follows. (1) To verify the accuracy of the numerical analysis, the measurement of CO₂ concentration by a step-down method has been conducted. Since both experimental and numerical results are in good agreement, simulation can be used to predict results for various conditions of ventilation methods. (2) In isothermal ventilation unite, Case 2 which supplies fresh air from the center and towards the room, and returns exhaust air through the sides shows the best performance compare with Case 1. Outdoor fresh air is effectively introduced to the inner indoor space by this method. In local mean age of air, average of residence area of Case 1 is 913 sec and Case 2 is 879 sec. Also room area of Case 2 is 880 sec that is unnecessary ventilation to compare residence area with room area. (3) In isothermal circular supply and exhaust diffuser, Case 3 and Case 5 shows that air distribution arrives through the room compare with other cases, and then gathering air distribution is influence on the ventilation. Air distribution of slotted supply and exhaust shows that ventilation performance of Case 9 is better than Case 8 because velocity vector is bigger in center of the room. (4) In isothermal circular supply and exhaust diffuser, Case 3 is that CO₂ concentration is lower in non-residence area than residence area. In other hands, Case 5 which supplies air from the center is higher in non-residence area than residence area. This local mean age of air in Case 5 is 815 sec and Case 3 is 822 sec, Case 5 is good ventilation performance in the result of that air. Local mean age of air and standard mean deviation of slotted supply and exhaust shows that standard mean deviation of Case 8(0.21) and Case 9(0.15) is little difference, but Case 8 is superior to the Case 9. Because local mean age of air of Case 8 is 827.4 sec, this value is lower about 10 sec than Case 9. (5) Effect of angle of supply air on cooling and heating performances of office space is studied by numerical simulation. For air supply system, air is supplied vertically(90°) and horizontally(10°). Due to buoyancy, the supply angle affects the performance of cooling and heating. In cooling, since the cold supply air tends to move downward due to its high density, horizontal supply angle is better for uniform temperature distribution. In heating, however, vertical supply angle is preferred for better mean and uniform temperature distribution. (6) For the energy consumption analysis of angle change, in cooling, horizontal supply is able to decrease about 8 % rather than vertical supply. On the other hand, in heating, vertical supply is able to decrease about 5 % rather than horizontal supply.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.