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제안 방법
- 하지만 차량의 경우 탑승객의 위치가 일정하고, 차 실내 온도변화가 큰 특성 때문에 빠른 온도제어에 적합하도록 공조시스템이 설계되어 있어 차 실내 공간 중심 공조가 아닌, 차량에 탑승하는 사람중심, 즉 탑승객 존(Zone) 지향 개별공조 제어시스템이 공조에너지 축소에 도움이 될 수 있다. 이에 탑승객 지향 개별공조시스템(OZ HVAC : Occupied Zone HVAC)을 개발하였으며, 지금부터 그 개발 과정을 기술한다.
- 먼저 차량 공조시스템의 기본 알고리즘을 보면 차량 전체 열부하에 기반을 둔 비례 제어와 차 실내 온도 피드백제어 알고리즘을 바탕으로 풍량과 토출온도를 HVAC을 통해 구현한다. 이때 차량 열부하는 일사에 의한 복사열 취득, 외기온과 차 실내 온도차 및 엔진룸과 온도차에 의한 열손실, 환기손실 및 내장재 축열에 의한 열손실을 기반으로 하며 시험적으로 그 값을 Mapping한다.
- 특히 존 간 열출입에 대한 고려를 위한 별도 열모델 식을 고려해보면 존을 3개로 나눈다고 가정할 경우에도 식은 3배로 많아지고, 각 존 간에 열부하 식이 커플되어 있어 별도 열부하식을 이용한 제어로직을 개발하는 것은 상당히 어려운 개발이 된다. 따라서 본 개발에서는 기존 제어로 직에서 전체 열부하에 대한 개별 존 열부하의 비율(ZEER : Zonal Energy Efficiency Ratio)을 정의하고, 해석을 통해 그 값을 정하였다(그림 7 b) 참조).
- 해석적 접근을 통해 열부하 Mapping을 구하기 위해서, 각 존에 대한 해석은 상용 CFD툴과 차량 열전달 해석 프로그램을 커플링 하여 차량 내외부간의 열전달량 및 유동전달량을 계산하는 방법으로 수행한다. 이때 차 실내는 개별 존의 열부하를 각각 계산할 수 있는 수준으로 구분하여 모델링을 한다.
- 해석적 접근을 통해 열부하 Mapping을 구하기 위해서, 각 존에 대한 해석은 상용 CFD툴과 차량 열전달 해석 프로그램을 커플링 하여 차량 내외부간의 열전달량 및 유동전달량을 계산하는 방법으로 수행한다. 이때 차 실내는 개별 존의 열부하를 각각 계산할 수 있는 수준으로 구분하여 모델링을 한다. 그리고 각 환경조건(외기온,일사 등)별 개별존 HVAC 작동 시 차 실내 공조성능을 해석한다.
- 이때 차 실내는 개별 존의 열부하를 각각 계산할 수 있는 수준으로 구분하여 모델링을 한다. 그리고 각 환경조건(외기온,일사 등)별 개별존 HVAC 작동 시 차 실내 공조성능을 해석한다. 해석 결과의 정확도를 위해 타당성 분석 후 전체 해석을 수행하였으며, 결과적으로 ZEER 값을 성공적으로 도출하여 제어로직 개발을 완료하였다(그림 8 참조).
- 즉, 냉난방을 탑승자 신체 주위의 좁은 영역에 집중하도록 하여 주변공간으로의 손실을 최소화하는 것이다. 이를 위해 인체 전체 중 쾌적성에 영향을 주는 주요 부위(머리, 가슴, 팔, 다리 등 노출부)에 대한 냉난방 된 기류를 형성시켜 줄 수 있는 시스템을 개발하고, 쾌적성과 손실 최소화를 가능하게 하는 Eco-Comfort 신체 부위를 연구하며, 그 위치에 가장 근접하는 곳으로 벤트 위치를 옮기는 최적화 기술이 필요하다. 대표적인 예시 기술이 냉난방 시트와 벨트이며, 도어 측 환기와 발측 냉난방 장치도 검토되고 있다.
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