[논문]압입식 송풍방식을 적용한 AHU의 성능 향상을 위한 연구

장호성; 김은필

doi:10.5916/jkosme.2008.32.8.1164

압입식 송풍방식을 적용한 AHU의 성능 향상을 위한 연구
A Study on Performance Enhancement of AHU with a Pressure Type Fan 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.32 no.8, 2008년, pp.1164 - 1169

장호성 (부경대학교 냉동공조공학과) , 김은필 (부경대학교 공과대학 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The miniaturization of the Air Handling Unit (AHU) has become an actual need because of the restriction of the using space on the vessel. In modern AHU’s construction, in which the fan section is at the end part of the ship, it’s very difficult to select a suitable capacity of evaporators, because the fan motor emits heat. Thus, the AHU structure has been changed as the fan section has been set before the cooling coil to get temperature values similar to the designed amount. Also, the air guider is installed in order to maintain equal air distribution after it passed the fan section. So, it is possible for air to equally pass the cooling coil. It is investigated three different geometries to find the best performance. Also, It is compared with the numerical and experimental results. The study found the case 3 gives the best results. The results of this study show the possible application of the new design.

주제어

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문제 정의

AHU의 송풍방식이 흡입식에서 압입식으로 변경됨에 따라 팬에서 취출되는 공기가 냉각코일로 유입될 시 균일한 풍속을 형성시킬 수 없을 것으로 판단되어, 팬 구간과 냉각코일 구간 사이에 공기 가이드 구간을 추가하여 냉각코일 입구 전반에 걸쳐 균일한 풍속을 생성하기 위한 공기 가이드 형상을 도출하는 것이다.
따라서, 팬 구간을 냉각코일 전단으로 옮김에 냉각코일 전단에 공기 가이드를 설치하여 냉각코일로 들어가는 공기를 고루 분산시킬 수 있는 공기가이드의 형상을 수치해석과 실험을 통해 최적화 하는 것이 본 연구의 목적이다.
이에 현재의 AHU 구조를 Fig. 1과 같이 변경하여 팬 부분을 냉각코일 전단에 배치하여 설계치와 유사한 온도상승을 도모하며, 또한 이를 통해 냉각코일의 용량을 줄이고자 한다.

가설 설정

AHU 내부의 유체유동과 대류 열전달특성의 수치 해석을 위한 가정은 정상상태 유동과 열전달, 비압축성 유체, 층류유동, 복사 열전달 무시, 유체와 고체의 물성치 상수(유체의 점성 제외)로 가정하였다.

제안 방법

AHU의 송풍방식이 압입식으로 변경됨에 따라 팬에서 취출되는 공기가 냉각코일로 유입될 시 균일한 풍속을 형성시킬 수 없을 것으로 판단되어, 팬 구간과 냉각코일 구간 사이에 공기 가이드 구간을 추가하였다. 이 공기 가이드의 형상은 균일한 풍속을 생성하기 위한 것으로 세 가지 모델을 채택하여 조사하였다.
Case 1, 2, 3의 유동형태를 알아보기 앞서 수치 해석의 신뢰도를 확보하기 위해 실험과 수치해석을 실시하였다. case1을 장착된 상태에서 공기 가이드 후단(냉각코일 전단) 460 mm 지점에서 Fig.
Case 1, 2, 3의 유동형태를 알아보기 앞서 수치 해석의 신뢰도를 확보하기 위해 실험과 수치해석을 실시하였다. case1을 장착된 상태에서 공기 가이드 후단(냉각코일 전단) 460 mm 지점에서 Fig. 4와 같이 가로, 세로 200 mm 간격으로 각각 4, 6 point씩 24 지점으로 나누어 풍속을 측정하였다. 각 지점별 결과는 Table.
모델링에 사용된 격자의 수는 case1이 80만개, case의 100만개, case 370만개로 정렬격자를 사용하였다. 격자의 품질은 최저 0.2로 해석의 안정도를 확인하였으며, 공기 가이드의 크기는 실제 실험과 동일하게 모델링하여 수치해석을 실시하였다.
냉각코일을 통과하는 공기가 고루 분포되어 통과하지 못하면 부하의 불균등으로 인해 제 성능을 발휘하지 못하게 된다. 또한 공기 가이드의 부가적인 기능으로 팬 블레이드의 파손시 냉각코일과 히팅코일의 파손을 방지할 수 있도록 하였다.
수치해석은 공기 가이드 부분을 case1이 부착한 형상을 모델링하여 팬으로부터 취출되는 속도값을 입력하였을 때 냉각코일로 유입되는 풍속을 구하였다. 또한 수치해석을 통한 위치별 풍속그래프와 실험을 통해 측정한 속도그래프를 Fig. 6과 같이 비교해석을 통해 신뢰도를 측정하였다.
수치해석에 사용된 경계 조건은 실제 팬 구간에서 취출되는 공기의 속도가 취출구 상하좌우 위치에 따라 다르게 나타나 Fig. 3과 같이 취출구를 10개의 존으로 나누어 속도를 측정하여 해석에 적용하였다. 해석에 사용된 공기 가이드의 공기 유입 속도는 Table 1과 같다.
수치해석은 공기 가이드 부분을 case1이 부착한 형상을 모델링하여 팬으로부터 취출되는 속도값을 입력하였을 때 냉각코일로 유입되는 풍속을 구하였다. 또한 수치해석을 통한 위치별 풍속그래프와 실험을 통해 측정한 속도그래프를 Fig.
3%로 수치해석을 위한 비교적 안정적인 결과임을 확인할 수 있었다. 신뢰도를 확보한 후 case2, case3이 기존 공기 가이드의 대체품으로 유동을 고르게 분산할 수 있는지 수치해석을 실시하였다.
AHU의 송풍방식이 압입식으로 변경됨에 따라 팬에서 취출되는 공기가 냉각코일로 유입될 시 균일한 풍속을 형성시킬 수 없을 것으로 판단되어, 팬 구간과 냉각코일 구간 사이에 공기 가이드 구간을 추가하였다. 이 공기 가이드의 형상은 균일한 풍속을 생성하기 위한 것으로 세 가지 모델을 채택하여 조사하였다. 압입식 송풍방식을 적용한 AHU의 성능 향상을 위한 연구에서 다음과 같은 결론을 얻었다.
팬 구간부터 냉각코일 후단부까지 전체를 모델링할 경우 수치해석에 해당하는 부분이 상당히 크기 때문에 격자 생성시 오차 발생 및 다량의 격자로 인해 해석 시간이 지체되어 팬 취출구부터 냉각코일 입구까지 모델링하여 해석을 실시하였다.
팬 부분을 통과한 공기가 냉각코일 전반에 걸쳐 고루 분포된 상태에서 통과될 수 있도록 공기 가이드의 연구를 실시하여 냉각 코일 전반부에 유동이 촉진될 수 있도록 유도하였다. 냉각코일을 통과하는 공기가 고루 분포되어 통과하지 못하면 부하의 불균등으로 인해 제 성능을 발휘하지 못하게 된다.

대상 데이터

모델링에 사용된 격자의 수는 case1이 80만개, case의 100만개, case 370만개로 정렬격자를 사용하였다. 격자의 품질은 최저 0.

데이터처리

공기 가이드 case1의 실험 및 수치해석을 실시하여 실험 Data와 수치해석 Data의 비교해석을 통해 수치해석의 신뢰도를 확보하였다. 이를 바탕으로 공기 가이드 case2, case3의 해석을 실시하였다.

이론/모형

이상의 가정 하에 연속 방정식, 운동량 방정식, 에너지 방정식[4]을 위한 수치해석은 열·유동 전용 해석 프로그램인 Fluent 6.2를 사용하였다[5].

성능/효과

비교해석 결과 최대 오차율 18.3%로 수치해석을 위한 비교적 안정적인 결과임을 확인할 수 있었다. 신뢰도를 확보한 후 case2, case3이 기존 공기 가이드의 대체품으로 유동을 고르게 분산할 수 있는지 수치해석을 실시하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재의 AHU 구조 형태의 문제점은?	현재의 AHU 구조는 팬 부분이 후단부에 있는 형태로, 이러한 구조에서는 팬모터의 발열에 따른 증발기(냉각코일) 용량 선정에 어려움이 많다[3]. 실제 팬모터의 발열로 인한 높은 온도상승으로 인해 주어진 공간의 설계온도를 얻기가 힘들다.
	현재 AHU 구조는 어떤 형태인가?	현재의 AHU 구조는 팬 부분이 후단부에 있는 형태로, 이러한 구조에서는 팬모터의 발열에 따른 증발기(냉각코일) 용량 선정에 어려움이 많다[3]. 실제 팬모터의 발열로 인한 높은 온도상승으로 인해 주어진 공간의 설계온도를 얻기가 힘들다.
	선박 분야에 있어서 AHU는 어떤 목적으로 개발되었고, 어디에 설치되었는가?	우리나라 공조장치(AHU, Air Handling Unit) 기술은 그 동안 선진국의 기술을 모방하는 단계와 단순 제작 과정을 거쳐 이제는 독자적인 설계 기술과 성능 평가 기술을 가미한 연구가 학계와 업계에서 활발히 진행되고 있다[1]. 선박 분야에 있어서 공조장치는 선박내의 쾌적한 환경을 만들기 위하여 개발되었고, 대부분 여객선의 객실, 공동구역에 주로 설치되었다. 그러나 선박이 최신화 됨에 따라 공조장치의 장비가 승무원의 작업환경의 개선 등의 목적으로 유조선에서 일반 화물선까지 적용되어 선박공조장치 설계는 선박설계에 있어서 중요한 인자가 되었다[2].

참고문헌 (6)

황상일, 선박 공조닥트의 특성분석에 관한 사례 연구, 한국마린엔지니어링학회지 제30권, pp. 211-217, 2006
정영호, 선박공조장치 설계계획과 공조방법, 한국마린엔지니어링학회지, pp. 19-29, 2006
Adrian Bejan, Allan D. Kraus, "Heat transfer handbook," John Wiley &Sons Inc, pp. 797-842, 2003
Louis Burmeister, "Convective Heat Transfer," John Wiley &Sons Inc, p. 383, 1993
Fluent, User's Guide, Fluent Inc., USA, 1993
장호성, 압입식 송풍방식을 적용한 AHU의 성능 향상을 위한 실험적 연구, 부경대학교 냉동공조공학과 석사논문, 2008

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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