[논문]학교 교실의 천장형 에어컨 토출각도에 따른 온열환경 해석

안철린; 김동규; 금종수; 박희옥; 정용현

문제 정의

본 프로그램은 주로 실내의 비정상적인 열환경을 평가하는 것을 목적으로 개발되었다(Onishi, 1988, 1995, 1998). 그리고 가장 큰 특징은 실내 환경에 대하여 정상계산 뿐만 아니라 기류나 각 벽면의 방사 및 벽체내의 열전도를 고려하여 외 기조건과 건물조건을 입력함으로써 실내의 비정상적인 열환경을 예측하고자 하는 것이다.
그리고 온열환경의 만족도를 평가하기 위한 평면 및 단면상의 유효온도와 기류속도를 분석하고, ASHRAE, ISO 7730의 지침에 따른 유효드래프트온도(EDT) 에 대해 쾌적도를 예측함으로써, 동절기와 하절기에 적절한 천장형 에어컨의 토출각도를 제시하고자 한다.
본 연구에서는 학교 교실의 천장 사방토출 공조 시스템에서 토출각도에 따른 온열환경을 비교 _. 평가하기 위해서 수치해석을 수행하고, 다음과 같은 결과를 도출하였다.
본 프로그램은 주로 실내의 비정상적인 열환경을 평가하는 것을 목적으로 개발되었다(Onishi, 1988, 1995, 1998). 그리고 가장 큰 특징은 실내 환경에 대하여 정상계산 뿐만 아니라 기류나 각 벽면의 방사 및 벽체내의 열전도를 고려하여 외 기조건과 건물조건을 입력함으로써 실내의 비정상적인 열환경을 예측하고자 하는 것이다.

제안 방법

천장형 에어컨의 최적 토출각도를 도출하기 위하여 여러가지 조건을 선정하였다. 각 케이스의 취출각은 15°, 30°, 45°, 60°로 하였으며, 풍량은 현재 학교 건물에 설치된 천장형 에어컨 토출구의 풍량을 측정하여 평균값에 해당하는 504 m3/h 를 입력하였다. [그림 3]은 계산의 대상이 되는 천장형 에어컨의 형상을 나타낸 것이다.
계산은 천장형 에어컨이 학교 교실의 중앙에 설치되어있는 상태를 대상으로 수행하였으며, 오전 9시에 가동하여 30분이 경과하는 동안의 재실자의 호흡선에 해당하는 바닥에서 1.1m 높이의 온도를 예측하여 결과를 비교하였다.
그리고 외기조건으로는 부산지방의 동절기 조건을 활용하였으며 건물의 벽체조건을 각각 입력하였다. 전반적인 계산의 개요는 다음과 같다.
따라서 본 연구에서는 학교 교실의 온열환경개 선을 위하여 설치되는 공조시스템으로써 천장 사방토출 에어컨을 적용하게 될 경우를 중심으로 실내 열복사에 의한 영향과 외기조건에 따른 벽 체전열 및 일사의 영향을 고려한 시뮬레이션을 수행하여, 천장형 에어컨의 토출각도 15°, 30° , 45° , 60°에 대한 온도 및 기류 분포를 조사하였다.
따라서 기초식은 밀도에 관하여 압력의 영향을 무시할 수 있는 비압축성 흐름으로 예상하는 것이 일반적이며, 온도에 의한 밀도 변화는 부력항만 고려한 Boussinesq 근사를 적용하는 것이 가능하다. 또한 실내는 벽면 부근을 제외하고 난류로 예상하여 해석하였다.
전체 계산은 열평형과 물질평형을 고려하여 진행하였다. 본 프로그램은 Simple 알고리즘(음해법)을 채용하고 있으며, TDMA(선순법)으로 기류속도 (u, v, w)를 계산하고 온도, 압력 등을 계산하였다.
천장형 에어컨의 최적 토출각도를 도출하기 위하여 여러가지 조건을 선정하였다. 각 케이스의 취출각은 15°, 30°, 45°, 60°로 하였으며, 풍량은 현재 학교 건물에 설치된 천장형 에어컨 토출구의 풍량을 측정하여 평균값에 해당하는 504 m3/h 를 입력하였다.

이론/모형

거주영역의 드래프트를 평가하기 위해서는 EDT(유효드래프트 온도)를 활용하였다. PMV는 쾌적환경을 나타내기 위한 쾌적 방정식에 의거하여 도출되는 값으로 쾌적 상태 이외의 환경에 확장 적용시키려고 하는 지표이다.
본 프로그램은 Simple 알고리즘(음해법)을 채용하고 있으며, TDMA(선순법)으로 기류속도 (u, v, w)를 계산하고 온도, 압력 등을 계산하였다. 또한 전반적인 계산방법은 Partankar 의 열전달 및 유체유동수치해법을 따르고, 난류모델은 Launder등의 표준 k-£ 모델을 활용하여, Staggered Grid 를 채용함으로써 정상, 비정상 계산이 가능하도록 하였다.
전체 계산은 열평형과 물질평형을 고려하여 진행하였다. 본 프로그램은 Simple 알고리즘(음해법)을 채용하고 있으며, TDMA(선순법)으로 기류속도 (u, v, w)를 계산하고 온도, 압력 등을 계산하였다. 또한 전반적인 계산방법은 Partankar 의 열전달 및 유체유동수치해법을 따르고, 난류모델은 Launder등의 표준 k-£ 모델을 활용하여, Staggered Grid 를 채용함으로써 정상, 비정상 계산이 가능하도록 하였다.

성능/효과

1) 동절기 난방시에는 토출각도 15°와 30°에서 실내온도분포가 균일하며 호흡선 1.1m 높이에서의 온도상승이 크므로 난방에 가장 효과적인 토출각이라 할 수 있으나, 토출각도 15°의 경우에는 상하온도차가 크게 발생하므로 동절기 천장형 에어컨의 최적 토출각도는 30° 가 적절한 것으로 조사되었다.
2) 하절기 냉방시에는 토출각도 15°와 30°에서 호흡선 1.1m 높이의 평균온도가 거의 동일하게 빠른속도로 낮아지지만, 토출각도 30°의 경우에는 온도분포와 기류분포를 분석한 결과, 주기 류가 재실자에 영향을 줄 수 있어 드래프트의 발생이 예측된다. 따라서 하절기 천장형 에어컨의 최적토출각도는 15°가 적절한 것으로 조사되었다.
3) 동절기와 하절기에서 토출각도 60°의 경우에는 토출된 기류가 흡입구의 압력에 의해 토출 직후 배출되는 현상이 나타나므로 냉난방의 설정 온도에 도달하는 시간이 상대적으로 길어질 것으로 생각되며, 천장형 에어컨의 아래 부분에서는 상당히 많은 드래프트 영역이 발생되었다.
1m 높이에서의 유효드래프트 온도를 나타낸 것이다. 60°에서는 기류해석의 결과에서 예측되는 바와 같이 토출구의 하부에서 드래프트를 크게 느끼는 것으로 나타났으며, 30°와 45°에서는 토출구의 주기류가 도달하는 영역에서 드래프트 영역이 발생하며 기류속도도 0.25m/s 이상으로 예측되므로 천장형 에어컨의 가동에 따른 기류의 발생으로 넓은 영역에서 약한 드래프트를 발생시킬 것으로 판단된다. 그리고 토출각도 15°에서는 기류가 벽면을 따라서 형성되므로 드래프트 영역이 벽면에 가까이 형성되어 실제 재실자에게는 큰 영향을 주지 않을 것으로 생각된다.
실내의 기류장을 대상으로 하는 해석에서는 속도가 최대가 될 경우라도 수 m/s 이며, 온도는 실온 0-40℃ 정도를 상정하게 된다. 따라서 기초식은 밀도에 관하여 압력의 영향을 무시할 수 있는 비압축성 흐름으로 예상하는 것이 일반적이며, 온도에 의한 밀도 변화는 부력항만 고려한 Boussinesq 근사를 적용하는 것이 가능하다. 또한 실내는 벽면 부근을 제외하고 난류로 예상하여 해석하였다.
1m 높이의 평균온도가 거의 동일하게 빠른속도로 낮아지지만, 토출각도 30°의 경우에는 온도분포와 기류분포를 분석한 결과, 주기 류가 재실자에 영향을 줄 수 있어 드래프트의 발생이 예측된다. 따라서 하절기 천장형 에어컨의 최적토출각도는 15°가 적절한 것으로 조사되었다.
또한 토출각도가 15°일 경우에는 거주공간의 수평면 온도분포보다는 수직면 온도분포에서 상하 온도차가 상당히 발생되는 것으로 판단되어 재실자에게 불쾌감을 줄 가능성이 있는 것으로 나타났다.
토출각도가 15° 인 경우에는 재실공간의 온도가 균일한 것으로 나타났으나 토출각도 30° , 45° 의 경우에는 실내공간온도가 일부 불균 일한 형태를 보이며, 60°의 경우에는 실내공간의 온도분포가 상당히 불균일한 것으로 나타났다. 또한 토출각도가 15°일 경우에는 동절기의 운전조 건과는 달리 거주공간의 수평면 온도분포와 수직면 온도분포에서 상하온도차가 가장 적게 발생되는 것으로 나타났으며, 호흡선 1.1m 높이에서 토 출각도 15°와 거의 유사한 평균온도변화를 보이는 토출각도 30° 에서는 수직면온도가 토출각도 15°의 경우보다 불균일한 것으로 나타났다.
1m 높이의 수평면 온도분포를 나타낸 것이다.토출 각도가 15° , 30°, 45° 인 경우에는 재실공간의 온도가 균일한 것으로 나타났으나 60° 의 경우에는 실내공간의 온도분포가 상당히 불균일한 것으로 나타났다.
1m 높이의 수평면 온도분포를 나타낸 것이다. 토출각도가 15° 인 경우에는 재실공간의 온도가 균일한 것으로 나타났으나 토출각도 30° , 45° 의 경우에는 실내공간온도가 일부 불균 일한 형태를 보이며, 60°의 경우에는 실내공간의 온도분포가 상당히 불균일한 것으로 나타났다. 또한 토출각도가 15°일 경우에는 동절기의 운전조 건과는 달리 거주공간의 수평면 온도분포와 수직면 온도분포에서 상하온도차가 가장 적게 발생되는 것으로 나타났으며, 호흡선 1.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

학교 교실의 천장형 에어컨 토출각도에 따른 온열환경 해석
Thermal Environment Analysis by the Diffusion Direction with Ceiling Type Air Conditioner of the Classroom 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

학교 교실의 천장형 에어컨 토출각도에 따른 온열환경 해석 Thermal Environment Analysis by the Diffusion Direction with Ceiling Type Air Conditioner of the Classroom 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

안철린 (1) 금종수 (47) 정용현 (55)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

학교 교실의 천장형 에어컨 토출각도에 따른 온열환경 해석
Thermal Environment Analysis by the Diffusion Direction with Ceiling Type Air Conditioner of the Classroom 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper