[논문]건물 공조용 냉수 코일의 열 설계

김내현; 변호원

doi:10.5762/kais.2015.16.10.6445

초록
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건물용 공기조화기의 냉수 코일은 작동조건에 따라 건표면, 습표면 또는 부분적인 습표면이 형성된다. 따라서 냉수코일을 적절히 설계하기 위해서는 건표면과 습표면, 그리고 부분적 습표면에 대한 열전달 해석이 필요하다. 본 연구에서는 미소체적에 대한 해석을 통하여 냉수코일의 성능을 계산하는 미소체적 모델을 제시하였다. 해석 모델의 예측치를 냉수코일 실험결과와 비교한 결과 미소 체적 모델은 공기측 전열량을 10.1% 이내에서 예측하고 공기측 압력손실을 11.1%, 현열비도 5.7%내로 예측하였다. 해석 모델을 활용하여 물측 회로의 변화가 냉수코일의 성능에 미치는 영향을 검토하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The surface of the cooling coil becomes dry, wet or partially wet depending on the operating condition. Thus, a proper design of the cooling coil should include a heat transfer analysis on dry, wet or partially wet surfaces. In this study, an elementary model, which analyzes the cooling on an elemen...

The surface of the cooling coil becomes dry, wet or partially wet depending on the operating condition. Thus, a proper design of the cooling coil should include a heat transfer analysis on dry, wet or partially wet surfaces. In this study, an elementary model, which analyzes the cooling on an elementaty basis, is proposed. Comparison of the predictions of the model with experimental data of the cooling coil revealed that heat transfer rates were predicted within 10.1%, airside pressure drop within 11.1% and sensible heat ratio within 5.7%. The model was used to investigate the effect of water circuitory on cooling coil performance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

상기 논의는 본 연구의 미소체적 모델이 냉수코일 해석에 무리없이 적용될 수 있음을 보여준다. 따라서 본 모델을 사용하여 물측 회로가 전열성능에 미치는 영향을 검토하였다. 핀 형상은 Fig.
본 연구에서는 미소체적에 대한 해석을 통하여 냉수코일의 성능을 계산하는 미소체적 모델을 제시하였다. 성능실험을 통하여 미소체적 모델을 검증하고 이 모델을 활용하여 냉수코일의 물측 회로가 전열 성능에 미치는 영향을 검토하였다.
본 연구에서는 미소체적에 대한 해석을 통하여 냉수코일의 성능을 계산하는 미소체적 모델을 제시하였다. 성능실험을 통하여 미소체적 모델을 검증하고 이 모델을 활용하여 냉수코일의 물측 회로가 전열 성능에 미치는 영향을 검토하였다.

제안 방법

4) 해석 모델을 활용하여 물측 회로의 변화가 냉수코일의 성능에 미치는 영향을 검토하였다. Full circuit, half circuit, quarter circuit 순으로 전열량이 감소한다.
검사체적의 공기측이 건표면인지 습표면인지 판단은 우선 습표면 해석을 수행하여 핀 평균 액막 온도를 구한 후 입구공기의 이슬점 온도와 비교하여 핀 평균 액막온도가 낮으면 습표면, 핀 평균 액막온도가 높으면 건표면으로 판단하였다.
본 연구에서는 미소체적에 대한 해석을 통하여 냉수 코일의 성능을 계산하는 미소체적 모델을 제시하였다. 성능실험을 통하여 미소체적 모델을 검증하고 이 모델을 활용하여 관 내 회로가 전열 성능에 미치는 영향을 검토하였다. 주된 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 미소체적에 대한 해석을 통하여 냉수코일의 성능을 계산하는 미소체적 모델을 제시하였다. 성능실험을 통하여 미소체적 모델을 검증하고 이 모델을 활용하여 냉수코일의 물측 회로가 전열 성능에 미치는 영향을 검토하였다. 본 모델은 건물 공조용 냉수코일의 설계 및 해석에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
실험은 입구 공기의 건습구 온도를 27℃/19℃, 냉수 입구온도를 13℃로 유지하고 공기 전방 풍속을 0.5 ~ 2.0 m/s, 물 유속을 0.5 ~ 1.0m/s로 변화시키며 공기측 열량 Qair (W), 현열비 Qsens/Qair, 물측 열량 Qwater (W), 공기측 압력손실 ΔPair (Pa), 물측 압력손실 ΔPwater (kPa)를 측정하였다.

대상 데이터

[11, 12]의 값과 동일하다. 시료의 크기는 높이 609.6 mm (16단), 폭 800 mm이고 열수는 4열이다. 열교환기의 일단에는 냉수의 유입과 유출을 위한 헤더가 장착되어 있고 냉수 측 회로는 직교대향류로 구성되어 있다.
3 mm이다. 시료의 크기는 높이 762 mm (20단), 폭 800 mm이고 열수는 4열이다. Fig.
3 mm)에서 열수를 변경시키며 건표면 및 표면 실험을 수행하였다. 시료의 크기는 폭 440 mm, 높이 381 mm (10단)이고 물측 회로는 단일 입출구에 직교대향류로 구성되었다. Fig.

이론/모형

는 실험 상관식으로 부터 구한다. 냉수 코일에는 주로 평활관이 사용되므로 관 내측 열전달계수는 Gnielinski 상관식 [15]을 사용하여 구한다. 공기측 열전달계수는 실험을 통해 얻어진 Reynolds 수 (Re)와 j인자의 관계식으로부터 구한다.
물측 압력손실 ΔPw (Pa)은 잘 알려진 Pethukov 상관식 [16]을 사용하여 구한다.
[10]도 대구경핀-관 열교환기에 대한 실험을 통하여 유사한 경향을 보고하였다. 본 연구에서는 상기 j와 f인자를 아래와 같이 Reynolds수의 3차 다항식으로 피팅하여 사용하였다.
열교환기 성능 공인 인증 센터인 한국 냉동 공조 인증센터 (KRAAC)에서 실제 사용되는 크기의 시료에 대하여 AHRI Standard 410 [1]에 의거하여 성능시험을 수행하였다. Fig.

성능/효과

1) 미소 체적 해석은 냉수코일에 건표면, 습표면 뿐 아니라 부분적 습표면이 형성되는 경우에도 해석이 가능하다.
3) 해석 모델의 예측치를 냉수코일 실험 데이터와 비교한 결과 미소 체적 모델은 공기측 전열량을 10.1% 이내에서 예측하고 공기측 압력손실을 11.1%, 현열비도 5.7% 내로 예측하였다.
5) 또한 해석 결과 입구 물 온도가 감소할수록, 공기와 물의 유속이 증가할수록 전열량이 증가하였다.

후속연구

2) 해석에 필요한 공기측 j와 f인자를 구하기 위해서는 별도의 소규모 시료에 대한 건표면 및 습표면 실험이 필요하다.
성능실험을 통하여 미소체적 모델을 검증하고 이 모델을 활용하여 냉수코일의 물측 회로가 전열 성능에 미치는 영향을 검토하였다. 본 모델은 건물 공조용 냉수코일의 설계 및 해석에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
상기 논의는 본 연구의 미소체적 모델이 냉수코일 해석에 무리없이 적용될 수 있음을 보여준다. 따라서 본 모델을 사용하여 물측 회로가 전열성능에 미치는 영향을 검토하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	건물용 공기조화기의 냉수 코일의 작동조건에는 어떤 것들이 있는가?	건물용 공기조화기의 냉수 코일은 작동조건(입구 건도 온도, 습구 온도, 냉각수 온도 등)에 따라 건표면, 습표면 또는 부분적인 습표면이 형성된다. 따라서 냉수코일을 적절히 설계하기 위해서는 건표면과 습표면, 그리고 부분적 습표면에 대한 열전달 해석이 필요하다.
	입구 물 유속이 증가할수록 현열비가 감소하는 과정은 어떻게 되는가?	또한 현열비는 감소함을 알 수 있다. 이는 입구 유속이 증가할수록 공기와 물과의 평균 온도차가 증가하여 전열량이 증가하고, 현열비는 감소하는 것으로 판단된다. 또한 Table 4는 half circuit과 quarter circuit이 full circuit 전열량의 95 ~ 98%, 85 ~ 93%임을 보여준다.
	물측 압력손실이 full circuit에서 half circuit, quarter circuit으로 갈수록 현저히 증가하는 이유는?	또 다른 이유로는 Table 3에 나타나 있듯이 full circuit에서 half circuit, quarter circuit으로 갈수록 출구 물 온도가 증가하고 따라서 공기와 평균 온도차가 감소하기 때문으로 판단된다. 한편 물측 압력손실은 full circuit에서 half circuit, quarter circuit으로 갈수록 현저히 증가하는데 이는 회로의 길이가 길어지기 때문이다.

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