[논문]에어커튼형 레인지후드의 슬롯 토출 각도 변화와 배기 효율

성순경

doi:10.6110/kjacr.2015.27.9.468

에어커튼형 레인지후드의 슬롯 토출 각도 변화와 배기 효율
Effect of Slot Discharge-Angle Change on Exhaust Efficiency of Range Hood System with Air Curtain 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.27 no.9, 2015년, pp.468 - 474

성순경 (가천대학교 설비소방공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

When oil is used for cooking in detached or apartment houses, large amounts of oil-mist, smoke, and particulate substances are generated and dispersed into the indoor-air environment. These pollutants diffuse into the surroundings and spread their odor while rising fast at a high temperature due to the heat energy from the gas range. Although the exhaust gas is discharged from the exhaust hood, which is installed on the top of a gas range to remove the diffuse pollutants, the exhaust conditions can vary greatly because they depend on the shape of the exhaust hood and the discharge rate. In this paper, the air that is required for the gas-exhaustion process is supplied by an air curtain that surrounds the kitchen hood, and the pollutant-capturing efficiency varies depending on the angle of the discharge grills; the pollutant-capturing efficiency was studied using a numerical-analysis method. The results indicate that the pollutant-capturing efficiency is not significantly changed by a change of the discharge-grill angle at a low air-discharge rate; however, at a high air-discharge rate, the efficiency value increases with an increase of the discharge-grill angle, whereby the best value occurs at 30 degrees and the efficiency decreases above this angle. Below 30 degrees, the effect of the discharge rate on the capturing efficiency is more than that of the discharge-grill angle.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

25 m/s의 포집속도에 크게 미치지 못하므로⁽¹⁾ 오염물질을 배출하기 위한 배기능력이 크게 떨어질 수밖에 없는 실정이다. 본 논문에서는 주방후드 주변에 에어커튼을 이용하여 배기에 필요한 공기를 공급하는 경우 토출그릴의 각도 변화에 따라 배기효과가 어떻게 달라지는지 여러 조건에 따라 비교 연구하였다. 본 연구와 관련 있거나 유사한 주방후드에 관한 기존의 연구사례를 보면 Sung⁽²⁾은 에어커튼형 주방 레인지후드의 배기특성 연구에서 에어커튼의 토출속도 변화에 따라 하향 에어커튼이 있는 경우에 배기 효과를 높일 수 있는지 연구하였다.
여기에서는 레인지후드에서 고려된 배기풍량과 슬롯의 토출 공기 속도에서 슬롯의 토출각도를 변화시켰을 때 형성되는 기류의 형상과 유동 상태를 통하여 에어커튼의 차단효과가 일어나는지 보고자 한다.

가설 설정

3 m로 설정하였다. 주방식당의 삼면은 창호가 있어도 기밀 성능이 높으므로 막힌 벽체로 가정하였고, 나머지 한 면은 실내와 연결된 공간으로 상부와 측면에 200 mm의 돌출 벽체가 있는 개방된 면으로 설정하고 배기에 필요한 일부 공기가 유입되는 것으로 하였다. 주방 내에서는 일렬 형태의 주방가구를 배치하여 가스대와 레인지후드를 중앙에 설치하고, 가스대의 높이는 일반적인 850 mm, 가스대 윗면에서 레인지후드 하부까지는 750 mm로 하였다.

제안 방법

주방 내에서는 일렬 형태의 주방가구를 배치하여 가스대와 레인지후드를 중앙에 설치하고, 가스대의 높이는 일반적인 850 mm, 가스대 윗면에서 레인지후드 하부까지는 750 mm로 하였다.⁽¹⁾ 주방 배기용 레인지후드는 폭 600 mm인 범용적인 것을 기준으로 하였고, 레인지 후드에는 전면과 양 측면에 폭 20 mm의 급기용 토출슬롯을 설치하고 하향 수직 방향을 0도로 하였을 때 바깥 방향으로 10도, 20도, 30도, 40도의 경사를 갖도록 하여 에어커튼을 형성하도록 하였다. 레인지후드 하부 면에서 가로 400 mm, 세로 250 mm의 배출그릴을 통하여 배기되도록 하였다.
⁽⁶⁾은 후드 측면부에 에어커튼 및 배기 유도 노즐을 설치하여 포집효율을 향상하고자 하였으며, Koo et al.⁽⁷⁾은 주방 레인지후드 좌우측과 전면에 하향 슬릿을 통한 에어커튼을 설치하였을 때 실험을 통하여 실내 공기 오염성능을 조사하였다. 이와 같이 주방 레인지후드에 관한 연구는 다양하게 이루어지고 있으나 에어커튼을 이용할 때 슬롯의 토출각도 변화에 따른 배기 효율의 변화와 관련된 연구는 없는 실정이다.
레인지후드로 인한 오염물질의 유동 현상을 해석하여 배출성능을 확인하기 위하여 3차원 수치해석 방법으로 약 540만 개의 셀로 이루어진 비정렬 격자를 이용하였고, Fig. 2와 같이 레인지후드의 슬롯 주위와 가스레인지 주위, 그리고 배기구 주변의 유동 상태를 세밀하게 해석하기 위하여 조밀한 격자로 구성하였다. 수치 해석은 상용 프로그램을 이용하여 정상상태로 계산하였으며, k-ε 난류 모델을 사용하고, 급기슬롯의 난류강도는 0.
레인지후드의 토출 그릴에서 토출각도를 변화시켰을 때 배기성능의 변화를 해석하기 위하여 하향 수직 방향을 기준으로 바깥 방향으로 10도, 20도, 30도, 40도의 경사를 갖도록 하였다. 배기그릴에서의 배기량은 Table 1과 같이 국내 레인지후드의 제품 성능을 참조 하여 200 m³/h, 270 m³/h, 310 m³/h, 380 m³/h의 4단계를 기준으로 하였으며, 토출슬롯에서의 토출풍속은 선행 연구⁽¹⁾에서 배기효율이 높게 나타난 각 배기풍량에서 1.
레인지후드의 토출 그릴에서 토출각도를 변화시켰을 때 배기성능의 변화를 해석하기 위하여 하향 수직 방향을 기준으로 바깥 방향으로 10도, 20도, 30도, 40도의 경사를 갖도록 하였다. 배기그릴에서의 배기량은 Table 1과 같이 국내 레인지후드의 제품 성능을 참조 하여 200 m³/h, 270 m³/h, 310 m³/h, 380 m³/h의 4단계를 기준으로 하였으며, 토출슬롯에서의 토출풍속은 선행 연구⁽¹⁾에서 배기효율이 높게 나타난 각 배기풍량에서 1.26 m/s, 1.7 m/s, 1.63 m/s, 2.0 m/s일 때를 기준으로 하였다.
조리 시 조리대에서 발생하는 여러 오염물질이 배기그릴이나 실내로 확산되는 유동현상과 배기그릴로 유동하여 제거되는 성능을 확인하기 위하여 조리대 가스레인지 위에 세 종류의 가열 팬을 설치하고, 이 가열팬에서 1,200개의 미세 입자가 발생하도록 하였다. 이때 발생된 입자상 오염물질이 레인지후드의 배기그릴을 통하여 빠져나가는 배출성능을 식(1)과 같이 포집 효율 ε_c로 나타내었다.
주거용 주택에서 에어커튼형 주방용 레인지후드의 배기그릴을 통하여 조리대에서 발생하는 오염물질을 제거하고자 할 때 슬롯에서의 에어커튼을 보급공기로 이용하고 토출각도를 변화시켰을 때 오염물질의 포집효율에 대한 연구 결과는 아래와 같다.

대상 데이터

레인지후드에 조리 시 발생하는 오염물질의 배기 특성을 파악하기 위하여 본 연구에서는 국내에서 가장 보편적으로 공급되는 중소형 공동주택의 주방 식당을 대상으로 선정하여, Fig. 1과 같이 주방의 공간을 폭 3 m, 깊이 3 m, 높이 2.3 m로 설정하였다. 주방식당의 삼면은 창호가 있어도 기밀 성능이 높으므로 막힌 벽체로 가정하였고, 나머지 한 면은 실내와 연결된 공간으로 상부와 측면에 200 mm의 돌출 벽체가 있는 개방된 면으로 설정하고 배기에 필요한 일부 공기가 유입되는 것으로 하였다.

데이터처리

수치 해석은 상용 프로그램을 이용하여 정상상태로 계산하였으며, k-ε 난류 모델을 사용하고, 급기슬롯의 난류강도는 0.05로 하였다.

성능/효과

(1) 에어커튼의 슬롯을 통하여 공급되는 토출공기의 토출각도로 인한 오염물질의 포집효율은 토출공기 속도가 낮은 경우에는 별 차이가 없으나 토출공기의 속도가 큰 경우에는 토출각도가 커질수록 점차 높아져 30도인 경우가 가장 좋게 나타났다. 그 이상이 되면 낮아지는 것을 알 수 있다.
(2) 토출공기의 속도가 2.0 m/s이고 토출각도가 30도일 때 오염물질의 포집성능이 가장 높은 86%로 나타나 토출각도와 토출속도에 따라 영향을 받음을 알 수 있다.
(3) 슬롯에서의 토출각도가 30도 이내에서는 포집성능은 토출각도 변화보다 토출속도에 따른 영향이 더 큰 것을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	냄새를 퍼트리는 주된 원인은 무엇인가?	특히 기름을 포함한 조리의 경우 유증기와 입자상 물질이 실내 공기 중으로 전파된다. 냄새를 퍼트리는 주된 원인은 입자상 물질의 오염물질로서 조리과정에서 배출되는 기름입자와 발생 연기가 주류를 이룬다. 발생되는 오염물질은 가스레인지에서 가열되는 열에너지로 말미암아 고온 상태로 되어 상승하면서 주변으로 빠르게 확산이 일어난다.
	조리대에서 발생하는 오염물질을 제거하고자 할 때 에어커튼을 보급공기로 이용하고 토출각도를 변화시켰을 때 오염물질의 포집효율에 대한 연구 결과는?	(1) 에어커튼의 슬롯을 통하여 공급되는 토출공기의 토출각도로 인한 오염물질의 포집효율은 토출공기 속도가 낮은 경우에는 별 차이가 없으나 토출공기의 속도가 큰 경우에는 토출각도가 커질수록 점차 높아져 30도인 경우가 가장 좋게 나타났다. 그 이상이 되면 낮아지는 것을 알 수 있다. (2) 토출공기의 속도가 2.0 m/s이고 토출각도가 30도일 때 오염물질의 포집성능이 가장 높은 86%로 나타나 토출각도와 토출속도에 따라 영향을 받음을 알 수 있다. (3) 슬롯에서의 토출각도가 30도 이내에서는 포집성능은 토출각도 변화보다 토출속도에 따른 영향이 더 큰 것을 알 수 있다.
	공동주택에 설치된 레인지후드의 대부분이 조리기구 위에서 발생된 다량의 오염물질을 제거하지 못하는 이유는?	공동주택에 설치된 레인지후드의 대부분이 조리기구 위에서 발생된 다량의 오염물질을 제거하지 못하는 것은 조리대 위 주위에서 후드 사이의 면속도가 너무 낮아 발생 오염 물질을 충분히 흡입하지 못하고 주위로 확산되기 때문이다. 이 면속도와 같이 배기 효과에 영향을 주는 것은 급기량, 후드의 돌출길이, 후드의 모양, 조리 기구의 종류나 조리 대상물이다.

참고문헌 (9)

Shon, B. S., Park, J. A., Park, S. C., and Kim, M. C., 2001, Industrial Ventilation, Dong Hwa Technology, pp. 104-105.
Sung, S. K., 2014, Exhaust Characteristics of Kitchen Hood System with Inclined Air Curtain, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, Vol. 26, No. 12, pp. 594-599.

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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.
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Hayes, F. C. and Stoecker, W. F., 1969, Design data for air curtains, ASHRAE Transactons, Vol. 75, pp. 168-179.
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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