[논문]에어커튼형 주방 레인지후드의 배기 특성

성순경

doi:10.6110/kjacr.2014.26.12.594

[국내논문] 에어커튼형 주방 레인지후드의 배기 특성
Exhaust Characteristics of Kitchen Hood System with Inclined Air Curtain 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.26 no.12, 2014년, pp.594 - 599

성순경 (가천대학교 설비소방공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

There have been many cases that the air curtain installed in the apartment can not well remove the gases such as carbon dioxide and particles such as smokes, oils and vapors generated during the cooking to disperse the pollutants into the room. This study uses the numerical analysis to show how the pollutant-removing performance of the range hood is changed when the air curtain is installed on the range hood of kitchen. As a result of the study, it turned out that, when the air amount supplied by air curtain through the slot was about 60% of exhaust amount, the capturing efficiency of range hood for pollutants increased by 70~80% more than the case without the air curtain. Even when the exhaust amount was small, the capturing efficiency was improved a lot with the use of air curtain. In case that the air flow velocity of slot was greater than 2 m/s, the capturing efficiency turned out to decrease.

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문제 정의

은 주방 레인지 주위에 상부방향으로 분출하는 “ㄷ”자 모양의 에어막을 설치하여 오염공기의 실내 확산을 방지할 때 공기의 포집효율에 관한 연구를 하였다.
25 m/s 의 포촉속도에 크게 미치지 못하므로 오염물질을 배출하기 위한 배기효과는 크게 떨어질 수밖에 없는 실정이다. 본 연구에서는 이와 같이 필요 풍량 보다 적은 배기 풍량일 때 보충공기로 외기를 흡입하여 하향 에어커튼으로 공급하여 주방후드의 흡입 면속도를 높일 수 있는지 연구하고, 이때 배기 효과에 미치는 영향과 특성을 알아보고자 하였다. 본 연구와 유사하거나 관련 있는 주방후드에 관한 국내 연구 동향을 살펴보면 Lim et al.

가설 설정

3 m로 설정하였다. 그 실의 삼면은 막힌 벽체로 가정하고 한 면은 상부와 측면에 200 mm 크기의 벽체가 있는 개방된 면으로 설정하여 배기에 필요한 추가 공기가 유입될 수있도록 하였다. 실의 한쪽 면에는 가스대와 주방가구를 배치한 상태로 하였으며, 가스대와 레인지후드는 한쪽 벽 중앙에 설치하고, 가스대의 높이는 850 mm, 가스대 윗면에서 렌지후드 하부까지는 750 mm이다.

제안 방법

은 후드 측면부에 에어커튼 및 배기 유도 노즐을 설치 하여 포집효율을 향상하고자 하였으며,⁽⁴⁾ Koo et al.은 주방 레인지후드 좌우측과 전면에 하향 슬릿을 통한 에어커튼을 설치하였을 때 실험을 통하여 실내 공기 오염성능을 조사하였다.⁽⁵⁾ 이와 같이 주방 레인지후드에 관한 연구는 다양하게 이루어지고 있으나 하향 에어커튼의 토출조건에 따른 배기 효과에 대한 연구는 없는 실정이다.
레인지후드에 의한 배기 성능을 해석하기 위하여 배기그릴에서의 배기량은 팬에 작용하는 정압이 변화함에 따라 15, 10, 5, 0 mmAq인 경우를 기준으로 200 m³/h,270 m³/h, 310 m³/h, 380 m³/h의 4단계인 경우로 하였다. 정압 5 mmAq일 때를 최대 풍량을 기준으로 하면 일반적인 렌지후드의 고, 중, 저 3단의 스위치를 갖는 경우와 비슷한 풍량이다.
급기슬롯의 토출풍속은 슬롯이 없는 경우와 Table 1과 같이 각 배기 풍량의 20%에서 60%까지 5가지 경우에 대하여 토출 풍속을 바꾸어 해석하였다. 이때 슬롯에서의 토출 풍속은 0.
그리고 조리대에서 발생되는 입자상 오염물질이 배기그릴을 통하여 제거되는 성능을 확인하기 위하여 가스레인지 위의 가열 팬을 통하여 1200개의 미세 입자가 발생되는 것으로 하였다. 이때 레인지후드를 통하여 입자상 오염물질의 배출성능은 식(1)과 같이 포집 효율 ε_c로 나타내었다.
해석은 3차원 수치해석 방법으로 약 540만 개의 셀로 이루어진 비정렬 격자를 이용하였고, 레인지후드의 슬롯 주위와 가스레인지 주위, 그리고 배기구 주변은 유동 상태를 세밀하게 해석하기 위하여 조밀한 격자로 구성하였다. 수치해석은 정상상태로 계산하였으며, k-ε난류모델을 사용하고, 급기슬롯의 난류강도는 0.
레인지후드를 이용하여 배기하는 경우 레인지후드의 슬롯에서 공급되는 공기를 후드의 바깥 30도 방향으로 분출되도록 하여 Fig. 3과 같이 에어커튼을 형성하고 후드로 유입되는 주위 공기의 유동면적을 작게하여 후드의 면속도를 높여 줌으로 배출 오염물질의 확산을 줄이고자 하였다. 이때 슬롯에서 토출되는 공기속도에 따라 에어커튼의 형성 상태와 도달거리가 달라지므로 에어커튼 효과에 차이를 가져 온다.

대상 데이터

본 연구에 이용된 대상 공간은 국내 중소형 공동주택의 주방 식당을 대상으로 하였으며, 주방의 공간은 Fig. 1과 같은 폭 3 m, 깊이 3 m, 높이 2.3 m로 설정하였다. 그 실의 삼면은 막힌 벽체로 가정하고 한 면은 상부와 측면에 200 mm 크기의 벽체가 있는 개방된 면으로 설정하여 배기에 필요한 추가 공기가 유입될 수있도록 하였다.
실의 한쪽 면에는 가스대와 주방가구를 배치한 상태로 하였으며, 가스대와 레인지후드는 한쪽 벽 중앙에 설치하고, 가스대의 높이는 850 mm, 가스대 윗면에서 렌지후드 하부까지는 750 mm이다. 주방 배기용 렌지후드는 폭 600 mm인 범용적인 것을 기준으로 하였다. 레인지후드는 전면과 양 측면의 세면에서 바깥 방향으로 30도의 경사를 갖는 폭 20 mm의 토출슬롯을 설치하여 에어커튼의 역할을 하도록 하였으며, 레인지후드 하부 면에는 가로 400 mm, 세로 250 mm의 배기그릴을 통하여 배기한다.

이론/모형

수치해석은 정상상태로 계산하였으며, k-ε난류모델을 사용하고, 급기슬롯의 난류강도는 0.05로 하였다.

성능/효과

(1) 에어커튼의 슬롯을 통하여 공급되는 공기의 양을 배기풍량의 60% 정도로 할 경우 오염물질의 포집 효율은 에어커튼이 없는 경우에 비하여 약 70∼80% 정도 개선되는 것을 알 수 있다.
(2) 배기 풍량이 적은 경우에는 에어커튼을 설치하여도 포집 성능이 60% 정도로 나타나 최소 배기풍량을 늘려야 포집효율을 개선할 수 있음을 알 수 있다.
(3) 배기풍량이 적은 경우 에어커튼을 사용할 때 포집 효율의 개선효과가 더 큰 것을 알 수 있다.
(4) 에어커튼의 슬롯 토출속도가 2 m/s 정도일 때 포집 효율의 개선효과가 가장 높게 나타났다.

후속연구

공동주택의 주방 레인지후드에 에어커튼을 설치하여 보급공기로 사용할 때 레인지후드의 오염물질 제거 성능에 관한 연구 결과는 아래와 같으며, 앞으로 슬롯의 폭과 토출각도에 따른 포집효율 변화에 대한 추가 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	음식물의 조리과정에서 배출되는 입자상 물질은 무엇인가?	조리는 주로 가스레인지에서 이루어지며 조리과정에서 발생되는 오염물질은 입자상 물질과 가스상 물질로 대별될 수 있다. 입자상 물질은 음식물의 조리과정에서 배출되는 수증기와 기름입자 그리고 연기 등이 주류를 이루며 가스상 물질은 이산화탄소와 일산화탄소이다. 이때 발생된 물질은 가스레인지에서 발생된 고온의 기류로 인하여 음식의 냄새와 함께 실내로 빠르게 확산된다.
	주거용 건물인 공동 주택에서 실내 공기 오염에 큰 영향을 주는 것은?	주거용 건물인 공동 주택에서 실내 공기 오염에 큰 영향을 주는 것은 조리로 인한 것이다. 조리는 주로 가스레인지에서 이루어지며 조리과정에서 발생되는 오염물질은 입자상 물질과 가스상 물질로 대별될 수 있다.
	가스레인지 상단에 배기후드를 설치함에도, 오염물질이 실내로 확산되는 현상이 발생하는 이유는?	이 확산되는 오염물질을 배출하기 위하여 가스레인지 상단에 배기후드를 설치하여 사용하지만 대부분의 경우 다량의 오염물질이 실내로 확산되는 현상이 발생한다. 이는 최근의 창호 기밀 성능이 월등하게 높아짐에 따라 틈새바람이 거의 없고 별도의 외부 공기를 유입하는 유입구도 없는 상태에서 주방 레인지후드에서의 배기 효과가 현저하게 낮아지기 때문이다. 뿐만 아니라 배기 계통에서 필터의 막힘이나, 개별식 배기 방식일 경우 외기 풍속 증가로 인한 풍압의 상승으로 토출 측정압이 상승하여 실제 배기 풍량이 적어지는 경우도 있다.

참고문헌 (7)

Lim, K. B., Lee, K. S., and Lee, C. H., 2006, A Numerical Study on the Flow Characteristics of Kitchen Hood System, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, Vol. 18, No. 4, pp. 359-369.
Kim, B. G., Choi, H. G., Yong, H. T., and Lee, M. H., 2005, Horizontal Air-Jet Effect on the Natural Convection around a Range-Hood System, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, Vol. 17, No. 4, pp. 333-340.
Park, M. S., Lee, D. W., Kim, J. Y., and Lee, S. H., 2003, Experimental Study on Capture Efficiency of Kitchen Hood with Lower Make-up Air Supply Equipment, Proceedings of Sarek Summer Conference, pp. 1368-1372.
Sohn, D. Y., Lim, J. H., Choi, Y. H., and Park, J. H., 2007, A Numerical Study on the Performance Improvement of Kitchen Range Hood by Air Induction and Air Curtain, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, Vol. 19, No. 4, pp. 321-327.
Koo, N. Y., Lee, Y. K., and Yong, Y. S., 2002, An Experimental Study on the air curtain range hood interrupting the diffusion of polluted air, Proceedings of Sarek Winter Conference, pp. 382-387.
Yuguo Li, and Angelo Delsante, 1996, Derivation of Capture Efficiency of Kitchen Range Hoods in a Confined Space, Building and Environment, Vol. 31, No. 5, pp. 461-468.

상세보기
Hayes, F. C. and Stoecker, W. F., 1969, Design data for air curtains, ASHRAE Transactions, Vol. 75, pp. 168-179.

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