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문제 정의
- 본 연구는 기존의 냉각식 제습시스템과 비교하여 복합식 제습시스템 운전시 추가로 소비되는 액 체 건조제 공급펌프의 전력과 액체 건조제가 열교환기휜 표면을 흘러내림으로 인해 발생하는 압력 손실 대비 전체 냉방부하 중 잠열부하가 클 경우에, 냉방부하 처리용량 중 제습부하의 처리열량을 계산하여 액체 건조제를 이용한 복합식 제습시스템이 냉각식 제습시스템에 비하여 효율이 높음을 확인하는 데에 목적을 두고 있다.
제안 방법
- 이러한 결과분석을 위해서 냉각식 시스템의 공기유량과 용액을 흘려주었을 때의 공기유량을 동일하게 할 필요가 있다.'따라서 복합식의 공기유량을 냉각식과 동일하게 보정하기 위해 압력손실 보정 후의 송풍기 소비전력을 측정한 후, 그때의 송풍기 인버터값을 실험조건으로 사용하였다. 냉각식과 복합식 제습시스템에 적용된 공기유량과 송풍기 인버터값은 Table 3과 같으며, 이러한 송풍기 인버터값은 반복 실험을 통해 냉각식의 차압과 거의 동일한 차압이 측정되는 주파수를 찾아내어 적용한 값이다.
- 냉각식 제습시스템과 TEG 용액을 이용한 복합식 제습시스템의 공기유량과 브라인 온도에 따른 압력손실 대비 냉방부하에서 잠열부하와 현열부하의 처리특성을 살펴보고 다음과 같은 결론올 얻을 수 있었다.
- 복합식 제습시스템의 압력강하로 인해 감소한 공기유량을 보정하기 위해 복합식 제습실험시 송풍기 회전수를 인버터로 교정하여 TEG 수용액 분사전의 공기유량으로 교정하였고 이때 추가로 소비되는 전력을 식(1)를 통해 열량으로 환산하였다. 또 TEG 수용액을 뿌려주기 위한 펌프구동 으로 인해 소요되는 전력을 식(1)을 통해 열량으로 환산하였다.
- 이러한 차이점 분석을 위한 작동인자들의 정격조건 및 실험조건을 Table 2에 나타내었다. 본 연구에서 실험조건으로 선정한 작동인자로는 열교환기 높이에 따른 제습특성 연구(5,6)와 동일하며 냉각식과 복합식에서 공통적으로 적용할 수 있는 작동인자인 공기유량과 브라인 온도를 변화시키며 실험하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 액체 건조제 트리에틸렌글리 콜은 제습액으로서 기존에 가장 널리 사용되고 있 는 염화리튬(LiCl)보다 부식성이 적고 살균성⑷이 있으며, 비용 면에서도 저렴한 장점이 있다.
성능/효과
- (1) 실험범위 내의 공기유량에서 복합식이 냉각식에 비하여 시간당 약 4~8kg의 수분을 더 흡수하였고 브라인 온도에 따라서 약 8-15kg/h의 수분을 더 흡수하였다.
- (2) 공기유량 변화시 복합식의 이득열량은 약 800~2300kca/h였으며 열교환 용량을 초과하는 공기유량 공급시의 이득열량은 낮아진다.
- (3) 실험범위 내의 브라인 온도에 따라 약 2300 ~7500kcal/h의 열량을 더 취득하며 정격조건에 서 약 2300kcal/h의 이득열량이 발생한다.
- 공기유량 변화와 함께 두 시스템에 공통적으로 적용할 수 있는 작동인자인 열교환기 내를 순환하는 브라인의 온도에 따른 실험결과에서도 복합 식의 냉각열량이 뛰어남을 알 수 있는데, Fig.6 (a)에서와 같이 실험범위인 브라인 온도 0~25℃ 의 전범위에서 복합식의 제습량이 8~ 15kg/h로 더 많았고 풍량 보정 전에도 이미 동일한 브라인 온도에서 냉각식의 제습량을 초과하는 것을 알 수 있다. Fig.
- 그리고 Fig.4(b)에서 냉각식과 복합식 시스템의 공기 입출구 상태에 의한 열량차이를 보면 현열 냉각량이 거의 일치하는 범위인 공기질량유량 1800kg/h 이하에서 약 2500 ~4000kcal/h의 잠열부하의 감소효과가 더 있음을 알 수 있다, 열량곡선에서도 공기유량 보정 전의 곡선과 거의 일치함을 확인할 수 있고 공기유량 1800kg/h 이상에서는 복합식 시스템의 취득열량이 더 많지만 1H 열교환기의 열교환 용량 한계에 도달하여 토출공기와 TEG 수용액을 더 이상 낮은 온도로 유지해 주지 못하게 되고 따라서 현열냉각열량의 증가가 거의 없어지게 되는 것이다. 즉, 본 연구에 사용된 1H 열교환기의 경우 1800kg/%까지는 토출구 공기의 온도가 두 시스템 모두 거의 같으며 이때 복합식이 잠열냉각 량 증가효과로 인하여 냉각식보다 전열량이 더 뛰어나게 된다.
- Fig. 6(b)에서도 풍량 보정 전에 동일 브라인 온도에서 복합식이 냉각식에 비하여 냉각열 량이 더 뛰어남을 알 수 있고, 풍량을 동일하게 맞추어 준 경우 잠열 냉각량의 증가로 인해 약 4000~lOOGOkcal/h의 열량을 더 얻을 수 있음을 알 수 있다. 따라서 Fig.
- 즉, 본 연구에 사용된 1H 열교환기의 경우 1800kg/%까지는 토출구 공기의 온도가 두 시스템 모두 거의 같으며 이때 복합식이 잠열냉각 량 증가효과로 인하여 냉각식보다 전열량이 더 뛰어나게 된다. Fig. 5에서 잠열부하 감소효과에 의해 냉각식보다 뛰어난 냉각열량인 약 2500- 4000kcal/h의 열량이 용액펌프와 압력손실에 의한 송풍기 소비전력을 초과하므로 냉각식보다 복합식이 뛰어난 것을 확인할 수 있다, 결과적으로 복합식 시스템의 TEG 수용액으로 인한 압력손 실의 보정을 위하여 입구공기 풍량을 냉각식과 동일하게 맞추어 줌으로써 추가로 소비되는 송풍기 전력과 펌프의 전력을 고려하더라도 복합식의 경우가 냉각식과 동일한 현열냉각을 수행하면서 잠열부하 감소효과로 인해 약 800 ~2300kcal/h의 열량을 더 얻을 수 있으므로 공기유량을 변화시킬 때 동일한 조건에서의 냉각열량은 복합식이 더 높다고 할 수 있다.
- 6(b)에서도 풍량 보정 전에 동일 브라인 온도에서 복합식이 냉각식에 비하여 냉각열 량이 더 뛰어남을 알 수 있고, 풍량을 동일하게 맞추어 준 경우 잠열 냉각량의 증가로 인해 약 4000~lOOGOkcal/h의 열량을 더 얻을 수 있음을 알 수 있다. 따라서 Fig. 7에 서 와 같이 복합식의 추가적인 냉각열량을 용액펌프와 압력손실에 의한 송풍기의 전력소비량을 열량으로 환산하여 감하였을 경우 실제적으로 실험범위 내에서 2300~ 7500kcal/h의 냉각열량이 더 발생했음을 알 수 있고, 정격 실험조건인 공기유량 2000kg/h, 브라인 온도 5℃에서 약 2300kcal/h의 냉각열량이 더 발생하는 것을 확인할 수 있다. 브라인 온도 15 ℃ 이상에서는 냉각식보다 복합식의 경우가 오히려 현열 냉각량이 높게 나타나는데, 이것은 TEG 수용액이 브라인 온도보다 낮은 온도인 15℃로 공급이 되었기 때문에 용액이 공급되지 않은 냉각식보다 공기의 온도를 더 낮게 유지하는 것이다.
- Fig、4(a)에서 냉각식과 복합식 시스템의 제습량 차이를 보면 시간당 약 4~8kg의 수분을 더 흡수하는 것을 볼 수 있다. 또 공기유량을 보정하기 전의 복합식 시스템에서 압력손실에 의하여 공기유량이 감소하였으나 제습량은 냉각식보다 더 뛰어나며 동일 조건에서 공기유량을 보정하였을 때와 거의 같은 제습량 곡선을 나타내고 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 제습량만을 고려하였을 경우는 복합식이 냉각식에 비해 더 적은 공기유량에서 더 뛰어난 제습이 가능한 것이다.
- 13kcal/h가 소비되었다. 또한 냉각식에는 소비되지 않지만 복합식에서 TEG 수용액을 뿌려주기 위해 사용된 펌프의 소비전력은 정격조건인 30LPM에서 2kw로써 열량으로 환산한 결과 1719.69kcal/h가 소비되었다. 즉, 복합식 시스템이 송풍기와 펌프로 인해 기존의 냉각식 시스템보다 1729.
- 냉각식과 복합식 제습시스템에 적용된 공기유량과 송풍기 인버터값은 Table 3과 같으며, 이러한 송풍기 인버터값은 반복 실험을 통해 냉각식의 차압과 거의 동일한 차압이 측정되는 주파수를 찾아내어 적용한 값이다. 전체 실험 주파수 범위에서 냉각식 제습시스템과 복합식 제습시스템의 공 기유량 차이는 2m3/h로 0.5% 이하의 미세한 차이임을 알 수 있다.
- 4(b)에서 냉각식과 복합식 시스템의 공기 입출구 상태에 의한 열량차이를 보면 현열 냉각량이 거의 일치하는 범위인 공기질량유량 1800kg/h 이하에서 약 2500 ~4000kcal/h의 잠열부하의 감소효과가 더 있음을 알 수 있다, 열량곡선에서도 공기유량 보정 전의 곡선과 거의 일치함을 확인할 수 있고 공기유량 1800kg/h 이상에서는 복합식 시스템의 취득열량이 더 많지만 1H 열교환기의 열교환 용량 한계에 도달하여 토출공기와 TEG 수용액을 더 이상 낮은 온도로 유지해 주지 못하게 되고 따라서 현열냉각열량의 증가가 거의 없어지게 되는 것이다. 즉, 본 연구에 사용된 1H 열교환기의 경우 1800kg/%까지는 토출구 공기의 온도가 두 시스템 모두 거의 같으며 이때 복합식이 잠열냉각 량 증가효과로 인하여 냉각식보다 전열량이 더 뛰어나게 된다. Fig.
후속연구
- 본 연구에서 사용된 열교환기를 기초로 각각의 용량별 결과를 분석하여 이용한다면 복합식 공조기 설계가 가능할 것이다. 따라서 열교환기의 용량별 압력손실 대비 취득열량과 제습특성에 관한 연구를 수행 중에 있다.
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