[논문]주택용 환기시스템의 덕트설계를 위한 분배기 적용성 검토

이정재; 최석용; 김석근; 김광현; 이영우; 김환용

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Although these days application of heat recovery ventilation and improved kitchen ventilation system came into wide use in mixed-use residential buildings and exclusive residences, there are not enough ventilation systems except the local ventilation of kitchens and rest rooms. It is very important ...

Although these days application of heat recovery ventilation and improved kitchen ventilation system came into wide use in mixed-use residential buildings and exclusive residences, there are not enough ventilation systems except the local ventilation of kitchens and rest rooms. It is very important part to regulate and distribute correct air flow rate for controlling air change rate. The purpose of this study is to investigate the application of distributor at house ventilation system by comparing a duct system with out distributor and with distributor. The results of this study are as follows. (1) When using distributor though the size of duct diameter is reduced rapidly, the pressure loss doesn't rise largely. The pressure loss without distributor is 4.08 mmAq, the pressure loss with distributor 4.10 mmAq. (2) To use distributor can reduce materials of duct and secure enough ceiling space by reducing duct diameter. (3) Diameters and air flow paths of distributor on the design stage are important part for accurate air flow rate.

주제어

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문제 정의

따라서 분배기의 각 분지관에서 공급되는 풍량의 비율과 압력 강하를 측정하여 풍량분배율 및 압력손실 정도를 파악하고자 하였다.
본 연구에서는 각 실에 필요환기량을 정확히 공급하기 위한 방법으로써 기존의 피팅재를 이용한 덕트시스템과 현재 일본에서 적용중인 분배기를 이용한 덕트시스템을 비교하여 피팅재와 분배기 사용에 따른 압력손실 및 풍량의 분배를 비교하여 주택환기 덕트시스템에 있어서 분배기의 사용방안을 제안하고 적용가능성을 검토하고자 한다.
본 연구에서는 분배기를 사용하지 않고 기존의 피팅 재를 이용한 스파이럴 덕트시스템과 분배기를 이용한 덕트시스템의 풍량과 압력손실을 비교하여 주택용 환기시스템에 분배기의 적용 가능성을 실험을 통하여 검토하였다.

제안 방법

구체적으로 분배기의 각 분지관에 같은 길이의 덕트를 연결하고 주관에서 100, 125, 150 CMH의 풍량을 공급하여 각 취출구로부터 공급되는 풍량을 마노메타를 이용하여 측정하였다.
본 실험은 기성품의 스파이럴 덕트가 사용되었고, 피팅재를 사용한 덕트시스템과 분배기를 사용한 덕트시스템, 2가지 형태로 나누어 진행하였다. 본 연구에서 덕트설계는 환기시스템의 급기 (SA)량만 고려하여 설계하였으나, 전열교환 환기시스템의 사용시 배기(RA)덕트설계도 고려되어야 할 것이다.
평면상의 취출 구가 4군데이므로 지관이 4개인 Type-A를 적용하며, 분배기의 정해진 관경에 따라야 하므로 등압법에 의한 덕트설계과정은 생략하였다. 비교실험을 위해 easel과 동일한 위치의 취출구에 따라 덕트경로를 결정하고, 동일한 팬을 사용하여 주관에서 필요환기횟수를 만족하는 전체 풍량을 공급하도록 한다.
실험장면을 나타낸다. 평면상의 취출 구가 4군데이므로 지관이 4개인 Type-A를 적용하며, 분배기의 정해진 관경에 따라야 하므로 등압법에 의한 덕트설계과정은 생략하였다. 비교실험을 위해 easel과 동일한 위치의 취출구에 따라 덕트경로를 결정하고, 동일한 팬을 사용하여 주관에서 필요환기횟수를 만족하는 전체 풍량을 공급하도록 한다.
필자 등은 스파이럴 덕트의 직 관부와 곡관부 및 피팅재 내에서의 압력손실 실험을 선행하였고 이 실험을 통해 마찰손실계수 및 국부저항 손실계수를 도출해 내었다.(2)
easele 분배기를 사용하지 않는 기존의 스파이럴 덕트를 이용한 주택환기시스템의 실험 장면을 나타낸다. 환기시스템을 설계하기 위하여 공동주택의 필요환기횟수 0.7회에 의해 각 실에 필요한 풍량을 산정한 후 취출구의 위치를 결정하고, 덕트분배방식을 결정한다. 그런 다음 등압법에 의해 덕트의 치수를 결정하게 되고 덕트 전체의 정압을 산출한 후 팬을 결정한다.

이론/모형

풍량 테스트에 사용된 기기는 차압에 의해 풍속을 측정하는 고정도 피토관식 마노메타(mano- meter)와 열선풍속계가 사용되었다. Fig.

성능/효과

(3) 분배기를 사용함으로써 덕트경로를 간단히 하여 재료적인 측면에서 절감을 가져올 수 있다. 또한 덕트관경의 감소로 인해 다른 배관과의 간섭을 줄여주며, 천장공간의 효율적인 활용이 가능할 것으로 판단된다.
각 분배기의 풍량분배 결과를 주목하면, 풍량이 동일하게 분배가 되지 않으며 풍량이 증가하여도 그 비율은 거의 일정한 것을 알 수 있다. 이는 분배기 자체의 유로형상에 의한 것으로 각 실의 필요환기량을 만족시키기 위해 설계된 것으로 판단된다.
상기 연구결과를 종합해 보면 덕트의 재료를 줄일 수 있는 경제적인 측면과 제한된 천장 공간에서 관경을 줄이는 공간 확보의 측면에서 분배기의 사용이 유리할 것으로 보인다. 따라서 향후 체계적인 분배기 특성실험을 토대로 국내 실정에 맞는 분배기의 개발 시 주택용 환기시스템에 분배기 적용이 활성화 될 것으로 기대된다.
실험결과를 나타내었다. 주요특징을 살펴보면 Type-A는 4개의 분지관을 가지며 2, 3번에서 다른 분지관에 비해 많은 풍량이 취출되고, Type-B는 6개의 분지관을 가지며 5, 6번 분 지관에서 많은 풍량이 취출되고 있음을 알 수 있다.

후속연구

(2) 풍량비교에 있어서는 easel이 case2보다 조금 더 정확한 결과를 보였지만, 앞서 언급한 것처럼 분배기의 유로와 관경 등을 국내에 맞게 개선한다면 case2의 풍량분배는 더욱 좋은 결과가 얻어질 것으로 예상된다. 압력손실에서는 분배기를 사용하지 않은 시스템의 경우 4.
사용이 유리할 것으로 보인다. 따라서 향후 체계적인 분배기 특성실험을 토대로 국내 실정에 맞는 분배기의 개발 시 주택용 환기시스템에 분배기 적용이 활성화 될 것으로 기대된다.
있다. 또한 덕트관경의 감소로 인해 다른 배관과의 간섭을 줄여주며, 천장공간의 효율적인 활용이 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서 검토한 분배기는 일본주택을 대상으로 개발된 것으로, 국내공동주택에 적용할 경우 설계 및 제작과정에서 각 실별로 정확한 풍량 을 보낼수 있도록 유로변경이나 관경변경에 대한 개선이 필요할 것으로 판단된다.
실험결과에 주목하면 Table 2의 분배기 Type -A의 실험결과와 유사하게 구간 ②, ③이 다른구간보다 많은 풍량이 분배되며, ④번 구간 즉, roomle 필요환기량 보다 부족함을 알 수 있다. 이 결과는 분배기의 형상에 의한 결과로써 국내적용 시 분배기 분지관의 양쪽 끝으로 더 많은풍량을 보내기 위해 내부 유로설계의 변경이 필요할 것으로 판단된다. 그러나 총 풍량은 248 CMH로 설계 풍량인 250CMH에 근접하며, 전체압력손실은 4.
있다. 이것을 국내공동주택에 적용할 경우 각 실로 정확한 풍량을 공급할 수 있도록 유로나 관경, 실의 배치 등을 설계과정에서 충분히 고려한다면 분배기의 적용이 주택용 환기시스템에 있어서 좋은 방안이 될 것으로 판단된다.

참고문헌 (6)

Moon, J. S., Kang, S. Y., Lee, S. C., Yoo, H. S., and Lee, J. H., 2004, Analysis of air flow rate distribution for the bathroom exhaust system in high-rise buildings using t-method, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 16, No.3, pp. 265-272
Yee, J.J, Joo, S. Y., Kim, K. H., and Choi, S. Y., 2006, The comparative experiment of Duct design method with equal friction loss method and t-method on a house ventilation system, Proceedings of the SAREK 2006 Summer Annual Conference, pp. 99- 104
Yee, J.J. and Choi, S. Y., 2006, A pressure loss experiment and examination of t-method's application propriety for duct design of house ventilation system, Journal of The Architectural Institute of Korea, Vol. 22, No. 10, pp.353-362

상세보기
SMACNA, 1985, HVAC Construction Standards- Metal and Flexible, SMACNA
SMACNA, 1990, Duct Design Committee, HVAC Systems Duct Design, SMACNA
ASHRAE, 1997, ASHRAE Handbook, Fundamentals, Chapter 32. Duct Design

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