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문제 정의
- (2)은 나선유로에 의한 태양열 축열조 성층화 촉진에 대한 연구를 수행하였다. TRNSYS를 이용한 시뮬레이션의 적합성을 검증하고, 가열방식 및 유량변화에 따른 비교와 더불어 부하가 적용된 시스템의 시뮬레이션을 수행하였다.
- 는 극-저온에서 금속표면의 열 접촉 저항을 측정하였다. 본 연구에서 온도 변화에 따라 열 접촉 저항이 변한다는 결과를 보고하였다.
- (37)은 기존 건축물의 실제 성능진단 데이터를 건물에너지 해석 시뮬레이션의 입력 데이터로 사용하여 시뮬레이션 모델의 정확성을 높이는 방법을 제안하였다. 사례분석을 통하여 시뮬레이션 모델의 오차를 줄인 결과를 보고하였다.
- 이 논문은 2014년도 한 해 동안 설비공학 국문논문집에 발표된 논문을 분석하여 설비공학 분야의 최근 연구동향을 파악하기 위한 것이다. 주제에 따라 열유체분야, 열전달 및 열교환기분야, 냉동분야, 건축기계설비분야, 건축환경분야로 분류하여 고찰하였다.
- 0 Program)을 사용하여 시뮬레이션에 의한 에너지 소비에 대한 해석을 수행하였다. 현재 운영 중인 밀폐시설을 대상으로 슈퍼단열재와 하이브리드 신재생에너지 열원시스템(PV+Solar Geothermal Heat Pump Hybrid System, SGHS) 적용 시 연간 에너지 절감에 대해 비교 분석하여 에너지 절감을 위한 에너지 시스템의 개선방안을 도출하고자 하였다.
제안 방법
- (12)은 핀-타원관 열교환기가 사용된 팬코일 유닛을 개발하고, 기존의 핀-원형관 열교환기가 사용된 팬코일 유닛과 비교하여 성능실험을 수행하였다. 그 결과 효율과 열전달량이 높음을 확인하였고, 압력 강하는 낮다는 성능을 확인하였다.
- (2) 열전달 일반분야에서는 극 저온에서 금속표면의 열접촉 저항측정, 핀-타원관 열교환기, 판형열교환기에서의 형상 및 설계변수 따른 파울링 형성 고찰, 리브가 한 벽면에 설치된 사각 확대채널에서 리브 리치와 높이의 비 변화에 따른 열전달과 마찰계수에 대한 실험, 수직관을 흐르는 슬러그 유동에 대해 침투이론 모델과 비교하여 반경험적 해석, 진공상태에서 운전되는 건조 장치 제작 및 성능 특성 파악, 마이크로 표면 주름 형상에 따른 열전달 촉진 효과를 연구, 용접형 판형 열교환기에 대한 Nu를 예측할 수 있는 상관식 제시, 극저온 환경에서 작동하는 인쇄기판형 열교환기에 대한 CFD 해석이 수행되었다.
- Ko et al.(4)은 진공상태로 유지되는 건조기에서 건조에 필요한 열량을 줄임과 동시에 감귤 페기물의 내부에서도 열전달이 이루어질 수 있도록 고주파를 공급하는 실험 장치를 제작하고 건조성능을 실험을 통하여 평가하였다. Yang et al.
- (5)은 사무소건물의 실물공간에 창호 블라인드를 설치하여 실험과 실측을 통해 블라인드의 각도 변화와 상변화물질(PCM, Phase Change Material)의 적용에 따른 건물에너지 절감효과를 분석하였다. 블라인드 각도와 PCM 적용에 대하여 약 20%, 야간복사냉방은 최대 43.
- (2)은 나선유로에 의한 태양열 축열조 성층화 촉진에 대한 연구를 수행하였다. TRNSYS를 이용한 시뮬레이션의 적합성을 검증하고, 가열방식 및 유량변화에 따른 비교와 더불어 부하가 적용된 시스템의 시뮬레이션을 수행하였다.
- 실내환경 분야에서는 터널 내의 작업소음 분석과 광선 반의 성능평가 및 시스템 개발에 관한 연구 연구가 수행되었다. 건물에너지 분야는 효율적인 에너지 사용방안을 위하여 시뮬레이션과 실측을 통한 에너지 사용량 예측과 공동주택의 열사용량원 단위 산정 및 사례분석에 관한 연구를 수행하였다. 특수시설 및 기타 분야는 플랜트 엔니지어링산업 취업을 활성화하기 위한 대학교육개선, 간이도일법 산정 및 지중온도 예측, 자동차 에어컨의 제어알고리즘 평가, 초고층건물의 제연시스템 성능평가, 특수시설인 생물안전 밀폐시설의 에너지시스템 개선, 태양열 취득률(SHGC) 측정장치 개발 및 평가 등에 관한 연구가 수행되었다.
- (85)은 지역난방을 사용하는 아파트 세대에 대하여 일정한 유량을 공급하는 정유량 제어 방식과 부하에 비례하여 유량을 공급하는 메인유량조절 방식을 비교분석하기 위하여 난방에너지 시뮬레이션과 실측 실험을 수행하였다. 또한 일정온도 공급방식과 외기보상 제어에 따른 공급수온도의 영향을 파악하였다. 메인유량조절방식은 정유량 제어방식에 비해 공급유량이 절반 정도로 줄일 수 있으며, 이는 펌프 소비 동력저감과 환수온도를 낮출 수가 있어 공동구에서의 에너지 손실량을 감소시킬 수가 있다고 보고하였다.
- 산업용 열교환기 분야에서는 나선유로에 의한 태양열 축열조 성층화 촉진, 냉장고 가스켓 삽입부 형상설계에 대해 부분해석법, 지열 교환기의 최종 설계 길이에 미치는 영향에 대한 고찰, 3가지 형상의 SCW형 지중 열교환기, 복합화력의 냉각수 배열 회수를 위한 히트펌프의 성능평가 사례를 분석, 블라인드의 위치 및 슬랫 반사율에 따라 슬랫 각도를 90도 수평으로 고정 시켰을 때, 여름 및 겨울철 대표일에 실내로 유입되는 일사투과량 및 벽체를 통해 획득된 대류열량에 대한 분석이 진행되었다.
- 은 태양열 시스템의 성능을 높이기 위해 축열조내의 성층화를 촉진시키기 위한 분배기의 적용을 위한 형상 및 유량에 따른 영향을 실험 및 계산을 통하여 분석하였다. 소규모 태양열 시스템에서 온수매트의 사용을 전제로 하였을 때, 환수유량 0.3 lpm 인 경우 내경 8.5 mm, 96개의 구멍인 경우 최적의 반응값을 추정하였다.
- 0을 활용하였다. 시뮬레이션을 통하여 수직연기 확산에 미치는 영향인자를 분석하여 피난대피층과 연계한 계단실 수직구획화를 통한 연기제어 효과를 검토하고 성능위주 설계를 위한 개선방안을 제시하였다.
- (43)은 재실자의 위치정보를 기반으로 하는 위치인식기술 적용 광선반 시스템을 제안하였다. 실내 주거환경을 고려한 테스트베드를 구축하여 제안된 위치인식기술을 적용한 광선반시스템과 미적용 광선반과의 에너지 저감성능을 비교 분석하여 제안한 시스템의 성능을 검증하였다. 그 결과 95% 이상의 조명에너지 저감이 가능하다고 보고하였다.
- (48)은 열전달 촉진관에서 HFC32/HFC152a 혼합냉매의 외부 응축열전달계수에 대한 연구를 수행하였다. 연구에서는 벽면 과열도를 3에서 8 K로 변화시키면서 혼합냉매의 조성비에 따른 외부 응축열전달계수를 평관, 낮은 핀관 그리고 Turbo-C 촉진관을 사용하여 측정하였다.
- 도 판형열교환기에 대한 연구 결과를 보고하였다. 연구에서는 용접형 판형 열교환기를 사용하였고, Nu를 예측할 수 있는 상관식을 제시하였다.
- (14)은 서울 및 부산의 기상자료를 사용하여 가변평형점온도에 대한 간이 냉난방도일 계산법에 대하여 연구하였다. 이를 바탕으로 냉난방도일의 계산에 필요한 서울 및 부산지역의 월별평균 외기온과 일평균 외 기온의 월별 표준편차를 제공하여 간단하게 가변평형점온도에 따른 월별 냉난방도일 값을 계산할 수 있는 방안을 제시하였다.
- 이 논문은 2014년도 한 해 동안 설비공학 국문논문집에 발표된 논문을 분석하여 설비공학 분야의 최근 연구동향을 파악하기 위한 것이다. 주제에 따라 열유체분야, 열전달 및 열교환기분야, 냉동분야, 건축기계설비분야, 건축환경분야로 분류하여 고찰하였다. 논문집에 게재된 89편의 논문에 대한 평가와 리뷰를 통하여 설비분야의 전반적인 연구 동향을 파악함으로써 앞으로의 연구 방향을 설정하는데 유익한 정보가 될 것으로 기대한다.
이론/모형
- (8)은 기화식 가습기 모듈내의 유동에 대하여 Eulerian Wall Films 모델을 사용하여 수치해석 연구를 수행하였다. 높은 가습효율을 유지하기 위해서는 수막을 형성하는 가습모듈의 형태와 배열방법을 중요한 인자로 보고 가습모듈 사이를 흐르는 유동을 CFD 해석하여, 가습기 출구에서의 공기 상태로부터 모듈의 간격이 좁을수록 높은 가습효율을 나타낸다고 하였다.
- (52)은 초고층 건물에서 동절기 실내외 온도차에 의한 연돌현상으로 층별 압력차가 크게 나타나며 이로 인하여 화재 시 수직연기확산을 효과적으로 제어하기 위한 설계방안에 관한 연구를 하였다. 연돌현상 등에 의한 초고층 건축물 수직유동특성 분석 및 수직적 연기확산 제어를 위해 네트워크 시뮬레이션 모델로 개발된 Contam 3.0을 활용하였다. 시뮬레이션을 통하여 수직연기 확산에 미치는 영향인자를 분석하여 피난대피층과 연계한 계단실 수직구획화를 통한 연기제어 효과를 검토하고 성능위주 설계를 위한 개선방안을 제시하였다.
성능/효과
- (1)은 보일러 배가스 열회수 히트펌프 시스템의 에너지 절감효과를 검증하기 위해 320 RT 흡수식 냉온수기에 70 kW급 히트펌프를 결합하여 성능특성 측정, 최적운전 맵을 작성하고 경제성을 분석한 결과, 12월부터 3월 중순의 15주, 일일 난방 6시간의 조건에서 약 50%의 비용절감을 예측하였다.
- (3)은 국내 플랜트 엔니지어링 산업체에 취업을 희망하는 건축공학 전공자를 위하여 대학교육에 산업체 실무를 연계하여 졸업 후 바로 플랜트 산업체에서 업무를 수행할 수 있도록 산업체의 기술수준 파악, 인력수급 문제점 고찰, 산업체의 요구수준을 파악하여 대학 교육을 개선방안을 제시하였다.
- (47)은 중간열교환기를 채용한 가스 인젝션 시스템을 전기자동차용 R134a 히트펌프에 적용하여 일반 히트펌프 대비 난방성능의 개선 효과를 분석한 결과 시스템의 안정성과 성능이 향상되었으며 중간열교환기 가스 인젝션이 전기자동차 난방에 효과적임을 보였다.
- 은 수평형 지중열교환기 성능분석에 위하여 필요한 지중깊이 3 m 이상의 지점에 대한 지중온도를 파악하기 위하여 기상청에서 제공하고 있지 않은 지역의 지중온도 예측방법에 관한 연구를 하였다. Buggs의 실험식과 부산지역 지중 매설깊이에 따른 온도주기곡선을 비교 검토하여 지중온도의 위상을 분석하였으며 그 결과를 창원지역에 적용하여 제안한 지중온도 예측 방법의 타당성을 입증하였다.
- 은 인버터 히트펌프 시스템에 R410A 및 R32 냉매를 적용하여 다양한 냉방, 난방 운전조건에서 성능과 에너지 소비 효율에 대한 최적화 평가를 수행하였다. R410A 대비 냉매 충전량은 약 24% 감소하였고, 냉방 및 난방 효율, 제상 및 무제상 효율, 냉방 SEER, 난방 HSFP, APF 등이 모두 증가함을 보였으며, 전체 시스템으로 약 10%의 성능향상이 있다고 하였다.
- (23)은 냉장고 가스켓 삽입부 형상설계에 대해 부분해석법을 수행하였다. 결과에서는 설계 결과를 제시하였고, 부분해석법을 통해 해석을 했을 때 필요한 해석시간이 전체 해석법에 비해 약 64% 감소한다고 보고하였다.
- (63)은 혼합형 광선반의 적용 기준을 개선할 목적으로 광선반의 내외부 각도 조절을 통하여 실내의 주광 유입 대한 혼합형 광선반의 채광성능을 평가하였다. 계절변화에 관계없이 혼합형, 외부형, 내부형 광선반 순으로 채광성능이 가장 우수하게 나타났다. 혼합형 광선반은 각도 조절을 통해 실내 깊숙이 주광의 유입이 가장 유리하며, 빛의 질적인 균제도 측면에서도 가장 높은 채광 성능을 보였다.
- (12)은 핀-타원관 열교환기가 사용된 팬코일 유닛을 개발하고, 기존의 핀-원형관 열교환기가 사용된 팬코일 유닛과 비교하여 성능실험을 수행하였다. 그 결과 효율과 열전달량이 높음을 확인하였고, 압력 강하는 낮다는 성능을 확인하였다.
- (28)은 공동주택 지하공간 엘리베이터 홀의 결로 발생을 감소시키기 위해서 설치하는 제습기의 위치에 따른 실내 기류분포에 대한 CFD 해석을 수행하였다. 다습한 공기가 유입되는 입구위치에 설치하는 것과 높이방향으로는 아래쪽에 설치하는 것이 유리하다고 하였으며, 높은 실내온도를 유지하고 평균 기류속도를 높이는 것이 결로 방지에 효과적이라고 하였다.
- 은 공기유동이 불균일한 시 성능이 하락하는 원인 중 하나는 열저항들의 상관관계에서 풍속이 증가한 부분보다 감소한 부분의 영향이 더 크기 때문이라고 보고하였다. 또한 냉매측 열저항이 작아질수록 불균일한 풍속분포의 영향은 커지고, 풍속이 커질수록 불균일의 영향은 작아진다는 결과를 제시하였다.
- (58)은 공동주택 에너지원 단위 산정 시 고려되는 문제점과 원단위 정립의 기초자료를 제시하기 위하여 지역난방을 사용하는 대전지역 공동주택 31개 단지 23,791세대의 열사용량 원단위를 분석하였다. 면적 기준에 따라 원단위 값이 약 20% 차이가 나타났으며 객관적인 원단위 비교․분석을 위해 열원형태 및 면적 기준에 대한 정립이 필요성을 제시하였다. 또한 Lee et al.
- (76)은 국제적 표준화가 없는 SHGC의 평가 기술을 개발을 목적으로 KS L 9107의 시험방법에 따라 솔라 시뮬레이터를 이용한 SHGC 측정장치를 개발하였다. 복층유리를 대상으로 측정결과와 ISO 15099의 해석 알고리즘을 기반으로 하고 있는 미국의 LBNL에서 개발한 Window 7.2, Optic 6.0 프로그램을 사용한 시뮬레이션의 결과를 비교 검토하여 개발한 SHGC 측정장치의 타당성을 검증하였다.
- 는 복합화력의 냉각수 배열회수를 위한 히트펌프의 성능평가 사례를 분석하였다. 복합화력발전소에 흡수식 히트펌프를 설치하여 기기 냉각수 폐열을 회수할 경우 폐열의 82% 수준이 실제 에너지 생산량 증가로 나타남을 이번 성능시험에서 확인할 수 있었다. 이는 히트펌프 설치 전 사전 경제성 분석 시, 적정 수준의 폐열 회수율을 반영해야 함이라고 결론지었다.
- 은 상당수 시스템이 옥외에 설치되어 있는 태양열 시스템의 특성상 고장이 발생하여도 사용자가 초기에 발견하기 어렵기 때문에, 고장을 진단하기 위하여 열매체의 전기저항을 측정하는 유체센서를 자체 제작하였다. 실험을 통하여 열매체의 농도와 온도에 따른 전기저항을 측정하여 동파위험 알림 및 배관 내 열매체의 누설 여부를 손쉽게 진단할 수 있음을 확인하였다.
- (39)은 축열별 시스템에 PCM 적용 가능성을 연구하였다. 연구에서는 4가지 타입의 국내 공동주택의 안방을 적정 단위 공간으로 설정하고 축열별 시스템에 PCM이 적용가능하다는 것을 검증하였다.
- (42)은 수소를 생산하는 원통형 수증기 개질기(Reformer)의 반응기 경계온도 분포에 따른 개질 성능을 개질가스 조성비를 분석하여 비교하였다. 촉매층의 상류에서 대부분의 개질반응이 이루어짐을 관찰하였고, 촉매층으로 유입되는 공급가스를 최대로 높일 수 있도록 반응기 경계온도를 배치할 때 최대의 효율을 나타낸다고 하였다.
- 계절변화에 관계없이 혼합형, 외부형, 내부형 광선반 순으로 채광성능이 가장 우수하게 나타났다. 혼합형 광선반은 각도 조절을 통해 실내 깊숙이 주광의 유입이 가장 유리하며, 빛의 질적인 균제도 측면에서도 가장 높은 채광 성능을 보였다.
후속연구
- 주제에 따라 열유체분야, 열전달 및 열교환기분야, 냉동분야, 건축기계설비분야, 건축환경분야로 분류하여 고찰하였다. 논문집에 게재된 89편의 논문에 대한 평가와 리뷰를 통하여 설비분야의 전반적인 연구 동향을 파악함으로써 앞으로의 연구 방향을 설정하는데 유익한 정보가 될 것으로 기대한다.
- (54)은 기존의 건물 공조설비 열원시스템의 설계방식과 에너지 사용량 분석방법을 검토하여 설계과정의 제약사항과 문제점을 도출하고, 설계초기과정의 제약된 정보들을 바탕으로 수행될 수 있는 열원시스템 설계방법을 제안하였다. 이러한 연구 성과들은 향후 건물의 초기계획 단계에서 에너지 성능 대비 경제적인 공조설비 설계에 크게 기여할 수 있을 것으로 생각된다. Lee et al.
- (69)은 건물 운용자 활용의 용이성 측면에서 기존의 시뮬레이션이나 모델 기반이 아닌 BEMS에서 실시간으로 제공하는 데이터를 활용하여 최적 예냉운전 방안을 도출하는 방안을 제시하였다. 이를 통하여 각 설비의 설정값에 대해 직접적인 가이드 제공이 가능하게 될 것이며, BEMS가 다양한 설비에서 실질적인 에너지 절약에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
- (89)은 극저온 환경에서 작동하는 인쇄기판형 열교환기의 열유동 성능 분석을 위하여 CFD 해석을 수행하였다. 하지만 결과에서는 Kroeger가 제시한 결과와 차이를 보였고, 자세한 원인분석을 위하여 추가적인 유로 형상 및 유동 조건에 대한 해석이 필요하다고 결론 내었다.
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