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문제 정의
- 본 연구에서는 냉방 운전 시에 팬 코일용 핀-관 열교환기의 공기측 열전달 특성을 조사하고자 5종 열교환기 의 냉방 능력과 압력강하를 측정하여 다음의 결론을 얻었다.
- 본 연구의 목적은 냉방 운전 시에 팬코일용 열 교환기의 공기 측 열전달및압력강하 특성을 연구하는데 있다. 이를 위해 5종의 팬 코일용 열교환기의 공기 측 냉방 능력 및 압력강하 성능곡선을 실험조건과 배관 회로에 따라 실험적 방법으로 구하였다.
제안 방법
- 공기와 물 유량 정격조건은 표 3에 나타나 있다. 2종류 배관 회로에 따른 열교환기 냉방 능력을 측정한 후에, 己형 배관 회로 열교환기를 선정하여 물 유량 변화에 따른 냉방 능력과 압력강하를 실험하였다.
- 공기와 물의 유입온도는 ±0.2°C이내, 공기 풍량과 물 유량은 ±1% 이내에서 안정되면 그때 유입공기 온도와풍량 그리고 물 온도와 유량을 측정하였다. 열교환기 내 작동 유체로 물을 사용하였으며 바이패스 밸브로 유량을 조절하였다.
- 실험조건 A와 日의 물 측 입구온도는 5°C와 7°C이다. 다른 열전달면적의 5종열교환기에 대한 열량과 압력강하의 비교를 위하여 각열교환기별로 설정된 공기 풍량에서 물의 유량을 5단계 (물의 정격유량(표 3) 대비 50, 75, 100, 125, 150%)로 설정하여 물 유량 변화에 따른 공기 측 열량 및 압력강하를 측정하였다.
- 출구를 의미한다. 또한 열교환기 전후단부에 설치된 차압계를 이용하여 열교환기를 통과하는 공기측 압력을 측정하여 열교환기 전후 단의 압력강하를 계산하였다.
- 이때 열전달 과정은 현열전달과 잠열전달이 동시에 일어난다. 실험조건이 습표면으로 열교환기의 핀 표면에 응축이 발생하게 되므로 열교환기의 공기측 열량은 유입공기와 토출 공기의 엔탈피 차를 그리고 물측 열량은 배관 입출구 온도 차를 이용하여 계산하였다. 평균 열량을 계산하기 위하여 공기 측과 물 측 열량을 산술평균하였다.
- 열교환기는 칼로리미터 내에 설치된 코드 테스터(Cord tester)의 입구부에 설치하며, 설치부의 틈새로 공기의 누설이 없도록 열교환기 주위를 최대한 밀폐하였다. 열교환기의 U벤드 부분의 열 출입을 최소화하기 위해단열재를 이용하여 마감처리 하였다.
- 열교환기의 공기 측 열량과 압력강하 변화량을 조사하고자 2가지 실험조건에서 실험하였다. 실험조건 A와 日의 물 측 입구온도는 5°C와 7°C이다.
- 따라서 물측과 공기 측의 열전달이 더 효과적이므로 열전달 성능이 Case 1보匸+ 크게 나타나게 된다. 이 결과를 기초로 하여, 공기와 물 유량 변화에 따른 냉방 능력과 압력강하 비교는 Case 2에 대하여 조사하였다.
- 이를 위해 5종의 팬 코일용 열교환기의 공기 측 냉방 능력 및 압력강하 성능곡선을 실험조건과 배관 회로에 따라 실험적 방법으로 구하였다.
- 팬 코일용 핀-관 열교환기의 공기 측 열전달 및 압력강하 특성을 조사하기 위하여 공기엔탈피식 칼로리미터와 항온수조(그림 1)를 이용하였다. 시험 열교환기는 칼로리미터의 항온항습 챔버의 실내 측에 설치되었으며, 챔버의 건 /습구온도가 설정값의 허용범위(±0.
- 실험조건이 습표면으로 열교환기의 핀 표면에 응축이 발생하게 되므로 열교환기의 공기측 열량은 유입공기와 토출 공기의 엔탈피 차를 그리고 물측 열량은 배관 입출구 온도 차를 이용하여 계산하였다. 평균 열량을 계산하기 위하여 공기 측과 물 측 열량을 산술평균하였다.
대상 데이터
- 본 실험범위 내에서 측정된 온도, 유량 데이터를 바탕으로 공기측에서 구한 열량은 열교환기 입출구 엔탈피 차에 의해 산출된 물 측 열 전달량과 ±3% 이내를 만족하는 실험값을 사용하였다. 표 2는 냉방시험 조건으로, 공기 측 습도 영향을 검토하기 위해 습구온도를 달리하였다.
- 2°C이내, 공기 풍량과 물 유량은 ±1% 이내에서 안정되면 그때 유입공기 온도와풍량 그리고 물 온도와 유량을 측정하였다. 열교환기 내 작동 유체로 물을 사용하였으며 바이패스 밸브로 유량을 조절하였다.
성능/효과
- 1) 공기-물 정격유량에서의 냉방 능력은 열교환기 공급 물 온도가 낮을 때 30-40kJ/s 우수하였으며, 배관 회로에 따른 냉방 능력 曰형이 U형보다 약 20-30% 크게 나타났다.
- 2) 물 측 유량이 증가할수록 열교환기의 냉방능력은 일정 비율로 증가하였으며, 열교환기 공급 물 온도가 낮을 때 우수한 성능을 보였다. 또한 열교환기의 공기 측의 핀과 배관에 발생한 응축수의 양도 증가하였다.
- 3) 응축수는 물방울과 막의 섞여 있는 형태였으며, 물 유량이 증가할수록 열교환기의 공기측 압력강하는 크게 증가하였다. 열교환기 공급물 온도가 낮고 상대적으로 높은 노점 온도에서 많은 응축수가 생성되어, 큰 압력 강하를 보였다.
- 압력강충卜를 측정 비교한 결과이다. 4.2절과 같이 설정된 공기 풍량에서 물의 유량을 5단계(물의 정격유량 대비 50, 75, 100, 125, 150%)로 설정하여 실험하였으며, 그림 6은 실험조건 A 그리고 그림 7은 실험조건 B에서의 결과로 물측 유량이 증가할수록 열교환기의 공기측 압력강하는 크게 증가함을 알 수 있다. 이는 열교환기와 핀의 응축 현상에 의해 열교환기와 핀 표면에 발생한 물방울이 핀 주위의 공기흐름을 방해하기 때문이다.
- 표 3과 같이 설정된 공기 풍량에서 물의 유량을 5단계(물의 정격유량 대비 50, 75, 100, 125, 150%)로 설정하여 실험하였으며, 그림 6은 실험조건 A 그리고 그림 7은 실험조건 B에서의 결과로 물측 유량이 증가할수록 열교환기의 냉방능력은 증가함을 알 수 있다. 냉방 능력은 실험조건 日의 경우보다 실험조건 A에서 더 크며, 증가 폭은 S-1에서 약 49-63kJ/s, S-2 에서 약 63-70kJ/s, S-3에서 70-84kJ/s, S-4 에서 119-140kJ/s, S-5에서 210-23 IkJ/s 정도 우수하였다.
- 실험조건 A(그림 6)에서 5종 열교환기 모두, 정격 물 유량 대비 50%의 물 유량에서 냉방 능력은 약 17-19% 감소 150%에서는 약 8-10% 증가하였다. 실험조건 B(그림 7)에서 정격 물 유량 대비 50%의 물유량에서 냉방 능력은 약 19-23% 감소, 150%에서는 약 9-12% 증가하였다.
- 실험조건 B (그림 9)에서 정격 물 유량 대비 50%의 물유량에서 압력강하는 약 60-70% 감소, 75%에서는 약 38-41% 감소, 125%에서는 약 48-57% 증가, 150%에서는 약 107-115% 증가하였다 그림 8과 9로부터 물 유량에 따른 5종 열교환기의 공기측 압력 강하량은 실험조건 A에서 더 크게 나타났다. 이는 열교환기로 유입되는 공기 측과 물측의 온도, 핀표면의 노점 온도, 상대습도에 기인한 열교환기 공기 측에 발생한 응축수 때문이다.
- 150%에서는 약 8-10% 증가하였다. 실험조건 B(그림 7)에서 정격 물 유량 대비 50%의 물유량에서 냉방 능력은 약 19-23% 감소, 150%에서는 약 9-12% 증가하였다. 그림 6과 7로부터 물 유량에 따른 5종 열교환기의 냉방 능력성능 곡선은 실험조건 A에서 우수함을 알 수 있다.
- 냉방능력을 측정 비교한 결과이다. 표 3과 같이 설정된 공기 풍량에서 물의 유량을 5단계(물의 정격유량 대비 50, 75, 100, 125, 150%)로 설정하여 실험하였으며, 그림 6은 실험조건 A 그리고 그림 7은 실험조건 B에서의 결과로 물측 유량이 증가할수록 열교환기의 냉방능력은 증가함을 알 수 있다. 냉방 능력은 실험조건 日의 경우보다 실험조건 A에서 더 크며, 증가 폭은 S-1에서 약 49-63kJ/s, S-2 에서 약 63-70kJ/s, S-3에서 70-84kJ/s, S-4 에서 119-140kJ/s, S-5에서 210-23 IkJ/s 정도 우수하였다.
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