[논문]공조공간에서 수평토출형 에어커튼의 차단 성능

성순경

doi:10.6110/kjacr.2012.24.11.806

Abstract ▼ AI-Helper

Air curtains are widely used in commercial and public buildings to replace solid doors where traffic of people is predicted. At doorways where the solid door is open continuously or intermittently, an air curtain may be installed in order to reduce the flow of heat and moisture from the enclosed spa...

Air curtains are widely used in commercial and public buildings to replace solid doors where traffic of people is predicted. At doorways where the solid door is open continuously or intermittently, an air curtain may be installed in order to reduce the flow of heat and moisture from the enclosed space to the outside. The purpose of this paper is to predict isolation performance of the single-sided air curtain when the wind is blowing. For the study, a numerical simulation is used to find the influence of various jet velocities on the efficiency of the single-sided air curtain device which is mounted at the side of the doorway. The isolation performance of the single-sided air curtain is evaluated by sealing efficiency which provides the assessment of the infiltration air ratio. According to the result of this study, the single-sided air curtain has lower sealing efficiency than downward-blowing air curtain. Therefore, for energy conservation in heating space, the single-sided air curtain is not recommended because of its low effectiveness.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

에어커튼에 대한 기본적인 개념은 Hayes and Stoecker⁽⁴⁾가 연구를 통하여 하향토출형에 대하여 제안하였으며, 바람에 의한 영향이 없고 밀폐된 건물을 대상으로 한 것이므로 적용에는 제한이 있다. 본 논문에서는 난방공간에 대한 수평토출형 에어커튼이 바람의 영향을 받는 경우 일어나는 성능변화에 대하여 연구하였다.
는 건물의 형상과 방향에 따른 계수이며 -1에서 1의 값을 가진다. 본 연구에서는 출입구를 향하여 정면으로 불어오는 바람인 경우로 하였다.

제안 방법

대상 공간의 에어커튼은 Fig. 1에서 출입구 안쪽의 한 쪽 수직면에 토출구인 제트슬롯을 두고 출입구 맞은편에는 흡입구를 설치하여 공기는 순환하도록 하였다. 에어커튼의 길이는 개구부의 높이와 같은 2 m로 하였으며, 에어커튼의 공기가 출입하는 슬롯의 폭은 일반적으로 많이 사용되고 있는 단일형의 30 mm로 하였다.
2와 같은 형상으로 설치하였다. 바람에 의한 영향을 고려하기 위하여 풍속 0 m/s, 2 m/s, 3 m/s일 때 출입구를 향하여 정면으로 불어오는 경우로 하였다. 해석은 3차원 수치해석 방법으로 약 290만 개의 셀로 이루어진 비정렬 격자를 이용하였고, 정상상태로 계산하였으며, SIMPLE 방법과 k-∊ 난류모델을 사용하고, 급기슬롯의 난류강도는 0.
수평형 에어커튼의 차단 효과를 해석하기 위하여 건물 주변에 공간을 최대한 확보하도록 하여 가로, 세로, 높이가 12 m×10 m×6 m인 외부 공간을 구성하고, 외부 공간 안에 대상건물을 Fig. 2와 같은 형상으로 설치하였다.
05로 하였다. 이때 출입구에 설치된 에어커튼의 급기 슬롯과 흡입구 부분 그리고 실내 난방을 위한 급기구, 환기구 주변은 조밀한 격자로 구성하였으며, 급기슬롯의 토출풍속은 6 m/s에서 14 m/s까지 변화시켜 성능을 비교하고자 하였다. 에어커튼이 설치된 공간에서의 유동현상과 설치 후의 성능을 해석하기 위한 지배방정식은 식(8)∼식(10)과 같은 연속방정식, 운동량방정식, 에너지방정식이다.

대상 데이터

비순환형은 에어커튼을 나온 공기가 공간내로 분산되는 형식이고, 순환형은 에어커튼을 나온 공기를 맞은편에서 흡인하여 재순환하는 방식이다. 본 논문에서는 수평 순환 토출형과 하향 토출형의 성능을 비교하기 위하여 수평 토출형을 대상으로 하였다.
1에서 출입구 안쪽의 한 쪽 수직면에 토출구인 제트슬롯을 두고 출입구 맞은편에는 흡입구를 설치하여 공기는 순환하도록 하였다. 에어커튼의 길이는 개구부의 높이와 같은 2 m로 하였으며, 에어커튼의 공기가 출입하는 슬롯의 폭은 일반적으로 많이 사용되고 있는 단일형의 30 mm로 하였다. 에어커튼의 흡입구를 통하여 흡인된 공기를 가열하여 20℃의 상태로 토출슬롯에서 흠입구 방향으로 토출하도록 하였다.
에어커튼이 설치된 공간 건물의 가로, 세로, 높이는 4 m×4 m×3 m이고, 출입구는 폭 1.8 m, 높이 2.0 m인 경우를 선정하였다.

이론/모형

건물 출입구를 통하여 들어오는 외기의 양은 에어커튼이 설치된 대상 검사체적에서 연속방정식과 에너지 보존법칙을 이용하여 계산하였다. 에어커튼과 풍압에 의하여 영향을 받는 건물 내의 작용압력은 높은 값이 아니므로 실내공기를 비압축성으로 고려하면 출입구를 통하여 들어오는 공기와 나가는 공기의 체적유량은 같으므로 식(6)과 같이 나타낼 수 있다.
바람에 의한 영향을 고려하기 위하여 풍속 0 m/s, 2 m/s, 3 m/s일 때 출입구를 향하여 정면으로 불어오는 경우로 하였다. 해석은 3차원 수치해석 방법으로 약 290만 개의 셀로 이루어진 비정렬 격자를 이용하였고, 정상상태로 계산하였으며, SIMPLE 방법과 k-∊ 난류모델을 사용하고, 급기슬롯의 난류강도는 0.05로 하였다. 이때 출입구에 설치된 에어커튼의 급기 슬롯과 흡입구 부분 그리고 실내 난방을 위한 급기구, 환기구 주변은 조밀한 격자로 구성하였으며, 급기슬롯의 토출풍속은 6 m/s에서 14 m/s까지 변화시켜 성능을 비교하고자 하였다.

성능/효과

(1) 출입구 하부에서는 토출공기의 기류 중심축이 실내 쪽으로 크게 굴절하면서 토출슬롯의 맞은편에서는 다량의 외부 공기가 유입되고, 출입구의 상부에서는 기류중심축이 밖으로 굴절하면서 토출기류와 실내공기가 외부로 빠져 나감으로 에어커튼의 차단효율이 하향토출형보다 낮게 됨을 알 수 있었다.
(2) 출입구 상부에서 바람이 없는 경우 토출풍속이 6 m/s일 때와 8 m/s일 때의 회절량은 8 m/s일 때가 30% 정도 작게 나타나고, 외부 풍속이 2 m/s일 때는 35% 정도 작게 나타나며, 외부 풍속 3 m/s일 때는 55% 정도 작게 나타나고, 출입구 하부에서는 바람이 없는 경우 토출풍속 8 m/s의 경우가 6 m/s인 경우에 비하여 40% 정도 작게 회절하고, 바람이 있는 경우에는 외부 풍속이 2 m/s일 때 토출풍속 8 m/s의 경우가 45% 정도 작게 회절하며, 풍속 3 m/s일 때는 토출풍속 8 m/s의 경우가 20% 작게 회절한다. 여기에서 토출풍속 빠르면 토출기류의 회절량은 줄어들고 외부풍속이 증가하는 경우에도 회절현상을 줄이는 차단효과가 큼을 알 수 있다.
(3) 바람이 없는 경우에 비하여 외부 바람의 속도가 2 m/s, 3 m/s로 증가하였을 때 침입외기량의 증가비율은 슬롯의 토출속도에 크게 다르지 않고 각각 20%, 30% 정도 증가하였다.
(4) 여러 외부 풍속에 대하여 슬롯의 토출풍속이 6 m/s일 때 외기 차단효율은 10% 정도로 아주 낮고, 10 m/s, 14 m/s일 때는 약 30%, 45% 정도로 나타나 수평 토출형 에어커튼의 차단 효율이 하향 토출형 에어커튼에 비하여 훨씬 낮은 것을 알 수 있어 난방공간에 대한 에어커튼은 수평 토출형이 불리함을 알 수 있다.
선도에서와 같이 출입구 상부에서는 바깥쪽으로 회절하고, 하부에서는 실내 쪽으로 회절하는 것을 볼 수 있다. 이때 슬롯에서의 토출속도에 따라 회절의 크기가 다르며, 출입구 상부에서는 6 m/s일 때에 비하여 토출속도가 8 m/s, 10 m/s, 12 m/s, 14 m/s로 빨라질수록 28%, 43%, 58%, 60% 정도 적게 회절하고, 아래 부분에서의 14%, 55%, 70%, 72% 적게 회절하는 것으로 나타났다. 이는 토출공기의 토출속도가 높으면 유동공기의 운동량이 커 회절현상이 작게 일어나고, 토출속도가 낮으면 운동량이 작아 회절현상이 크게 일어나는 것을 볼 수 있다.

후속연구

2에서와 같이 출입구 안쪽 상부는 양압 상태가 되어 슬롯의 수평 토출기류와 실내 공기가 바깥으로 회절하면서 빠져나가고, 하부에서는 부압이 형성되고 외부공기의 풍압 증가로 슬롯의 수평 토출기류가 실내 방향으로 크게 회절되면서 외기 유입현상이 크게 일어나 침입 외기량이 증가하는 것으로 보인다. 이를 개선하기 위하여 후속연구에서는 슬롯의 토출각도와 입구형태의 변화를 통해서 수평토출형에서의 차단효율을 높일 수 있는 방안에 대하여 연구할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공공건물이나 상업용 건물의 대공간에 외기가 침입하는 현상이 발생하면 어떤 문제가 생기는가?	이때 실내외 온도차이로 인하여 출입구를 통한 외기의 침입 현상이 일어나며 특히 바람이 부는 경우에는 풍압에 의하여 더 많은 양의 외기가 침입하는 현상이 일어난다. 이로 인하여 냉방 시나 난방 시 외부의 공기가 들어오게 되어 외기 침입으로 인한 열에너지의 부하가 증가하고 이는 직접적인 에너지의 손실로 나타나게 된다. 그런데 외기로 인한 에너지 손실은 구조체를 통한 전열에 의한 손실보다 훨씬 크므로 외기의 침입을 최대한 줄일 필요가 있게 된다.
	에어커튼의 종류를 대별하면?	에어커튼의 종류를 대별하면 공기순환방식에 따라 순환형과 비순환형이 있으며, 에어커튼을 나오는 공기의 토출방향에 따라 하향형과 상향형 그리고 수평형이 있다.(1) 하향형의 경우는 비순환형이 주류이고 수평형의 경우는 순환형으로 하는 경우가 많이 있다.
	에어커튼 장치의 원리는 무엇인가?	그런데 외기로 인한 에너지 손실은 구조체를 통한 전열에 의한 손실보다 훨씬 크므로 외기의 침입을 최대한 줄일 필요가 있게 된다. 외기의 침입을 줄이기 위하여 동일한 유체인 공기를 이용하여 차단막을 형성하는 에어커튼 장치가 이용되고 있다. 이와 같은 에어커튼은 개폐가 곤란하여 개방된 상태로 열려 있는 공간이나 출입이 빈번한 장소 등 여러 곳에서 이용되고 있다.

참고문헌 (6)

ASHRAE, 1999, ASHRAE Handbook, Heating, Ventilating, and Air-Conditioning Applications, pp. 28.18-28.20.
Kai Sire'n., 2003, Technical dimensioning of a vertically upwards-blowing air curtain-part I, Energy and Buildings, Vol. 35, pp. 681-695.

상세보기
Sung, S. K., 2009, Performance of downwardblowing air curtain in heating space considering external wind condition, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 21, No. 7, pp. 417-423.
Hayes, F. C. and Stoecker, W. F., 1969, Design data for air curtains, ASHRAE Transactons, Vol. 75, pp. 168-179.
Foster, A. M., Swain, M. J., Barrett, R., D'Agaro, P., and James, S. J., 2006, Effectiveness and optimun jet velocity for a plane jet air curtain used to restrict cold room infiltration, International journal of refrigeration, Vol. 29, pp. 692- 699

상세보기
Luis, P. C., Neto, M. C., Silva, G., and Costa, J. J., 2006, On the use of infrared thermography in studies with air curtain devices, Energy and Buildings, Vol. 38, pp. 1194-1199.

상세보기

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

공조공간에서 수평토출형 에어커튼의 차단 성능
Isolation Performance of the Single-Sided air Curtain in Air-Conditioned Space 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

공조공간에서 수평토출형 에어커튼의 차단 성능 Isolation Performance of the Single-Sided air Curtain in Air-Conditioned Space 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (6)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

공조공간에서 수평토출형 에어커튼의 차단 성능
Isolation Performance of the Single-Sided air Curtain in Air-Conditioned Space 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper