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문제 정의
- 본 연구는 페리미터 공조방식에 따른 열성능 특성을 파악하기 위하여 모델실험 및 수치해석을 실시하였다. 페리미터 공조방식은 일반적으로 적 용되고 있는 천정취출 방식과 에어배리어 시스템 을 각각 적용하여 동일한 구조체의 모델을 제작 하여 실험을 실시하였으며, 일사를 고려한 공조 방식별 특성을 파악하기 위하여 냉방기 조건을 설정하였다.
- 본 연구는 페리미터에서 유입되는 일사의 영향이 큰 모델에 대한 해석이므로 일반적인 실내 공 간의 해석에서 적용하지 않는 복사요소에 대해 해석 결과에 미치는 영향에 대해 검토하였다. Fig.
제안 방법
- 본 연구는 페리미터 공조방식에 따른 열성능 특성을 파악하기 위하여 모델실험 및 수치해석을 실시하였다. 페리미터 공조방식은 일반적으로 적 용되고 있는 천정취출 방식과 에어배리어 시스템 을 각각 적용하여 동일한 구조체의 모델을 제작 하여 실험을 실시하였으며, 일사를 고려한 공조 방식별 특성을 파악하기 위하여 냉방기 조건을 설정하였다. 모델별 비교실험은 동일한 외기조건 에서 실시되어 공조방식에 의한.
- 모델별 비교실험은 동일한 외기조건 에서 실시되어 공조방식에 의한.열환경 특성 및 에너지소비 특성을 파악하였으며, 운전방식에 따 른 시스템의 효율을 평가하였다. 또한, 일사를 고 려한 수치해석을 실시하여 페리미터 공조방식에 따른 열환경 특성을 파악하였다.
- 열환경 특성 및 에너지소비 특성을 파악하였으며, 운전방식에 따 른 시스템의 효율을 평가하였다. 또한, 일사를 고 려한 수치해석을 실시하여 페리미터 공조방식에 따른 열환경 특성을 파악하였다.
- 모델은 외주부 공 조방식에 의한 열성능 평가를 위한 것이므로 외 주부를 제외하고는 부하의 영향을 최소화하기 위 하여 100mm 스치로폼 단열재와 외벽에 10mm 반사형 단열재를 부착하여 일사에 의한 부하를 최소화하였다. 모델은 시스템별 열성능 비교를 위 한 것이므로 실제 건물조건보다는 다소 축소하여 L5mx2nE.5m(WxLxH^ 하였으며, 창문은 1.2 mxL2m(WxH)로 계획하였다. 또한 방위에 따른 열성능을 평가하기 위하여 이동이 가능하도록 하였으며, 비교평가를 위하여 동일한 구조체로 2동 을 제작하였다.
- 2 mxL2m(WxH)로 계획하였다. 또한 방위에 따른 열성능을 평가하기 위하여 이동이 가능하도록 하였으며, 비교평가를 위하여 동일한 구조체로 2동 을 제작하였다. 각각의 모델 및 실험조건에 대한 취출구의 위치는 Table 1에 나타내었다.
- 실험을 위한 공조시스템은 동일한 용량의 공조 기 2대를 이용하여 냉방하였으며, 세부적인 용량 은 Table 2에 나타내었다. 모델 A는 개선된 공조 시스템으로 내주부는 공조기를 이용하고, 외주부는 별도의 급기 및 배기팬을 이용하여 공조를 실 시하였다. 모델 B의 경우 기존의 창측 취출방식 을 적용하였다.
- 실험은 냉방기의 실제 외기 기상조건으로 실시 되었으며, 모델 A는 개선된 시스템을 적용하였 고, 모델 B는 기존의 창측 취출방식을 적용하였 다. Case#l은 냉방기에 상부에서 취출하여 하부 로 배기하는 방식이며, Case#2는 하부에서 취출 하여 상부로 배기하는 시스템으로 구성하였다.
- Table 4는 측정항목 및 기기를 나타낸 것이다. 열환경 측정을 위해 급배기, 실내 및 구조체의 온도를 1분 간격으로 측정하였으며, 페리미터에 대해서는 수직 높이별 온도뿐만 아니라 기류속도 를 측정하였다. 기상조건에 대한 일사량, 온습도 및 공조기 내에 설치된 차압계를 이용하여 풍량 을 측정하였다.
- 열환경 측정을 위해 급배기, 실내 및 구조체의 온도를 1분 간격으로 측정하였으며, 페리미터에 대해서는 수직 높이별 온도뿐만 아니라 기류속도 를 측정하였다. 기상조건에 대한 일사량, 온습도 및 공조기 내에 설치된 차압계를 이용하여 풍량 을 측정하였다.
- 실험결과 창측의 air-barrier를 이용한 페리미 터 공조방식이 천장취출 공조방식에 비해 외피부 하 처리성능에서 유리한 것으로 나타났으며, 이러 한 실험결과를 활용하여 일사를 고려한 수치해석 을 실시하였다.
- 실험결과 및 수치해석 결과의 비교를 위하여 Table 7과 같은 경계조건을 갖는 비구성 격자계 를 이용하여 모델링을 실시하였다. 격자는 총 380, 000개로 구성하여 실내기류의 난류해석에 비 교적 정확한 해석이 가능할 것으로 예상된다.
- 모델 B의 경우 기존의 창측 취출방식 을 적용하였다. 실내온도는 취출온도를 제어하여 조절하였으며, 풍량의 경우 내주부는 인버터팬에 의해 조절하였고, 외주부의 경우 전압조절기(슬라 이닥스)를 이용하여 조절하였다.
- 페리미터 공조방식에 따른 열성능을 평가하고 이를 근거로 수치해석 및 현장측정을 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
- 실험을 위한 공조시스템은 동일한 용량의 공조 기 2대를 이용하여 냉방하였으며, 세부적인 용량 은 Table 2에 나타내었다. 모델 A는 개선된 공조 시스템으로 내주부는 공조기를 이용하고, 외주부는 별도의 급기 및 배기팬을 이용하여 공조를 실 시하였다.
이론/모형
- 본 연구에서 사용된 상용 열 . 유동 해석 프로그램인 STAR-CD에서는 Navier- Stokes 방정식을 채택하고 비직교 좌표계로 구성 된 3차원 제어체적을 정의하여 각 보존방정식을 이 제어체적 내에서 체적적분으로 차분화시키는 유한체적법을 이용하였으며, 복사열에 대한 해석 을 복사방정식에 의해 계산하였다.
성능/효과
- 측정결과 실내에 환기되는 공기는 하향 취출되는 데 반해 페리미터측의 공기는 일사에 의한 상 승기류가 발생하여 취출기류의 방향에 따른 온도 분포는 나타나지 않음을 알 수 있으며, 창 하단 으로부터 85cm 높이의 공기온도가 가장 높게 분 포하고 있음을 알 수 있다.
- . 페리미터측의 취 출속도에 관계없이 창측 85cm 지점에서 가장 높 은 온도를 보였으며, 배기를 제외하고 창측 10cm 지점에서 가장 낮은 온도를 나타냈는데, 일사량 이 많은 경우에는 그 차이가 더 크게 나타났다. Table 5의 결과를 근거로 페리미터측의 취출속 도에 따른 현열 제거열량을 식(1)과 같이 계산한결과 송풍동력을 고려할 때 1.
- 0m/s인 경우의 온도 변화를 나타낸 것이다. 배기와 급기의 온도차는 2.9 정도 발생하였으며, 높이에 따른 순차적인 온도 분포는 나타나지 않았고 취출 온도를 제외한 페리미터 내의 온도 분포는 다소 불규칙적인 현상을 보였으나 Case -1과 같이 온도의 역전현상은 크게 나타나지 않음을 알 수 있다.
- 수치 해석 결과를 실험 결과와 비교해보면 실내 온도의 경우 해석 결과가 실험 결과보다 낮게 나타났고, 유리창의 경우 실험 결과에서 높게 나타나 수치 해석에 있어 복사요소를 고려하는 것이 해석의 정확도를 높이는 것으로 사료된다.
- 5m/s인 경우 2290로 나타났다. 최저온도 또한 취출 속도가 빠를수록 낮은 것으로 나타났는데 각각 226C, 219C 및 21.8℃로 나타났다.
- Table 8은 페리미터 측의 취출 속도에 따른 급배기 온도 변화의 수치 해석 및 실험 결과를 나타낸 것이다. 수치해석 결과와 실험 결과에 있어 다소의 온도 차이는 있었으나 경향은 일치하는 것으로 나타나 수치 해석을 이용한 페리미터 공조 방식의 운전방안의 검토가 가능한 것으로 판단된다. 또한, 실험 결과와 동일하게 송풍동력을 고려할 때 1 m/s의 취출 속도에서 가장 효율적인 것으로 나타 났다.
- 수치해석 결과와 실험 결과에 있어 다소의 온도 차이는 있었으나 경향은 일치하는 것으로 나타나 수치 해석을 이용한 페리미터 공조 방식의 운전방안의 검토가 가능한 것으로 판단된다. 또한, 실험 결과와 동일하게 송풍동력을 고려할 때 1 m/s의 취출 속도에서 가장 효율적인 것으로 나타 났다.
- (1) 냉방기 페리미터 공조방식에 따라 실험에 의한 모델별 열성능을 평가한 결과 하향취출의 경우 1.5 m/s, 상향취출의 경우 1.0 m/s에서 가장 효율적인 것으로 나타났다.
- (2) Air-barrier 방식이 페리미터측의 취출방향 에 따라 기존 천장 취출방식에 비해 10-20% 정 도 에너지를 절감할 수 있는 것으로 나타났다.
- (3) 일사를 고려한 수치해석 결과가 실험 결과와 근접하게 나타나 일사를 고려한 해석 방법이 일사의 영향을 받는 실내 공간 해석에 있어 정확성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
- (4) 모델 실험 및 수치해석 결과 air-barrier 공조 방식에서 페리미터 측의 취출 속도를 lm/s로 하는 것이 외피부하를 가장 효율적으로 처리할 수 있는 것으로 판단된다.
후속연구
- 실험결과 및 수치해석 결과의 비교를 위하여 Table 7과 같은 경계조건을 갖는 비구성 격자계 를 이용하여 모델링을 실시하였다. 격자는 총 380, 000개로 구성하여 실내기류의 난류해석에 비 교적 정확한 해석이 가능할 것으로 예상된다. 격 자의 구성 은 Fig.
- 추후, 페리미터 공조 시스템의 실제 건물에 적용하였을 경우 부하 처리 성능 및 에너지 소비량을 종합적으로 평가하여 설계 및 운전방안을 제시해야 할 것이다.
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