[논문]조리대에 급기구를 가진 주방 레인지후드의 배기 성능

성순경

doi:10.6110/kjacr.2016.28.12.489

조리대에 급기구를 가진 주방 레인지후드의 배기 성능
Exhaust Performance of a Kitchen Hood System with a Supply Air Slot on a Kitchen Table 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.28 no.12, 2016년, pp.489 - 494

성순경 (가천대학교 설비소방공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

There have been many cases when an air curtain installed in the apartment could not remove the gases well, such as carbon dioxide and particles like as smoke, oils, and vapors generated during cooking to disperse pollutants into the room. This study used a numerical analysis to show how the pollutant-removing performance of the range hood is changed when the air curtain is installed front of the kitchen table. The result of this study was that when the air amount supplied by an air curtain through the slot was about 50% of the exhaust amount, the capturing efficiency of the range hood for pollutants increased 90% more than without an air curtain. Even when the amount of supplied air was small, the capturing efficiency improved markedly with the use of an upward air curtain. In case that the air flow rate of the slot was greater than 60%, the capturing efficiency decreased.

주제어

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문제 정의

25 m/s의 포집속도에 크게 미치지 못하므로 오염물질을 배출하기 위한 배기효과는 크게 떨어질 수밖에 없는 실정이다.⁽¹⁾면속도를 기준값으로 올리기 위하여 풍량을 2.3배 이상으로 늘려야 하나 대용량의 레인지 후드를 설치하기에는 시설비의 상승과 소음으로 인한 비용적인 면과 설치면적 등 제한적인 요소가 작용하므로 본 연구에서는 이와 같이 필요 풍량 보다 적은 배기 풍량일 경우에도 면속도를 향상시키기 위하여 배기에 필요한 외기를 가스레인지 하부에 설치된 슬롯을 통하여 상향으로 토 출하여 에어커튼을 형성하여 줌으로 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.
(4)은 주방 레인지 주위에 상부방향으로 분출하는 “ㄷ”자 모양의 에어막을 설치하여 오염공기의 실내 확산을 방지할 때 공기의 포집효율에 관한 연구를 하였다.

가설 설정

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

제안 방법

⁽⁵⁾은 후드 측면부에 에어커튼 및 배기 유도 노즐을 설치하여 포집효율을 향상하고자 하였으며, Koo et al.⁽⁶⁾은 주방 레인지후드 좌우측과 전면에 하향 슬릿을 통한 에어커튼을 설치하였을 때 실험을 통하여 실내 공기 오염성능을 조사하였다. Sung^{(7), (8)}은 에어커튼형 주방 레인지후드의 배기특성 연구에서 에어커튼의 토출속도 변화에 따라 하향 에어커튼이 있는 경우에 배기 효과를 높일 수 있는지 연구하였다.
가스대 상부에 설치된 레인지후드를 통하여 배기하는 경우 가스대 하부 전면에 설치된 슬롯에서 수직방향으로 보급 공기를 분출되도록 하여 Fig. 3과 같이 조리대 전면에 에어커튼을 형성하고 레인지후드로 유입되는 주위 공기의 유동면적을 작게 하여 후드의 면속도를 높여 줌으로 배출 오염물질의 확산을 줄이고자 하였다. 이때 슬롯에서 토출되는 공기속도와 방향에 따라 에어커튼의 형상과 도달거리가 다르게 되므로 차단 효과에 변화를 가져 온다.
1과 같이 100 mm 돌출된 챔버 윗면에 폭 60 mm, 길이 600 mm의 급기 슬롯을 설치하고 상부로 공기가 공급되도록 하였다. 가스대 위에는 발생된 오염물질을 제거하기 위하여 레인지 후드를 설치하고 후드 하부 면에 가로 400 mm, 세로 250mm의 배기그릴을 통하여 배기하도록 하였다. 가스대에서는 4.
배기 성능을 해석하기 위하여 선행 연구에서 가스대 상부에서 토출하는 공기를 이용한 에어커튼 방식에서 배기 성능이 우수한 경우인 토출풍량 380 m³/h인 경우를 기준으로 하였다. 가스대 하부의 급기슬롯의 토출풍속은 Table 1과 같이 슬롯에서 토출 공기가 없는 경우와 레인지후드 배기 풍량의 20%에서 80%까지 8가지인 경우로 토출 풍속을 바꾸어 해석하였다. 이때 슬롯에서의 토출 풍속은 0.
그리고 조리대에서 발생되는 입자상 오염물질이 레인지후드의 배기그릴을 통하여 제거되는 성능을 확인하기 위하여 가스레인지 위의 가열 팬에서 1,100개의 미세 입자가 발생되는 것으로 하였다. 이때 레인지 후드를 통하여 입자상 오염물질의 배출성능은 식(1)과 같이 포집효율 ε_c로 나타내었다.
배출성능을 해석하기 위하여 3차원 수치해석 방법으로 약 270만 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-ε 난류모델을 사용하고, 급기슬롯의 난류강도는 0.

대상 데이터

주방에서의 배기 성능은 여러 가지 조건으로 인하여 달라진다. 배기 성능을 해석하기 위하여 선행 연구에서 가스대 상부에서 토출하는 공기를 이용한 에어커튼 방식에서 배기 성능이 우수한 경우인 토출풍량 380 m³/h인 경우를 기준으로 하였다. 가스대 하부의 급기슬롯의 토출풍속은 Table 1과 같이 슬롯에서 토출 공기가 없는 경우와 레인지후드 배기 풍량의 20%에서 80%까지 8가지인 경우로 토출 풍속을 바꾸어 해석하였다.
주방용 레인지후드의 대상 공간은 지난 연구⁽⁷⁾와 배기 성능을 비교하기 위하여 국내 중소형 공동주택의 주방 식당을 대상으로 하였으며, 주방의 공간은 폭 3 m, 깊이 3 m, 높이 2.3 m로 같이 설정하였다. 그 실의 삼면은 막힌 벽체로 가정하고 한 면은 상부와 측면에 200 mm 크기의 벽체가 있는 개방된 면으로 설정하여 배기에 필요한 추가 공기가 유입될 수 있도록 하였다.

이론/모형

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

성능/효과

(1) 에어커튼의 슬롯을 통하여 상부로 공급되는 공기의 양을 배기 풍량의 50% 정도로 할 경우 오염물질의 포집효율은 에어커튼이 없는 경우 보다 약 1.9배 정도 개선되는 것을 알 수 있다.
(2) 배기 풍량의 비율이 적은 20%인 경우에도 포집효율이 80% 정도로 상당히 개선되는 것을 알 수 있다.
(3) 배기 풍량의 비율이 60%를 넘는 경우에는 포집효율이 점차 낮아지는 것을 알 수 있다.
(4) 에어커튼의 토출방향을 전면으로 10도 향하였을 때 수직방향인 경우보다 포집효율이 낮게 나타나므로 수직방향으로 하는 것이 유리하다.
이 경우에도 조리대 하부에 설치된 급기슬롯의 돌출부로 인하여 돌출부가 없는 경우보다 레인지후드의 포집효율이 약간 개선되는 것을 선행 연구⁽⁷⁾와 비교하여 보았을 때 알 수 있었다. Case 1인 경우 슬롯을 통하여 공급되는 풍량을 레인지 후드 배기 풍량의 20~80%로 10%씩 증가시켜 슬롯의 토출공기 속도를 증가시켰을 때 포집 성능을 비교하여 보면 50%까지 증가시킬 때 포집성능이 97% 정도까지 향상되어 크게 개선되는 것을 볼 수 있다. 토출 공기의 양을 더 증가시켜 60%를 넘게 되면 오히려 포집성능이 점차 낮아지는 것을 볼 수 있다.
Case 2인 경우 슬롯의 토출 각도를 전면으로 10도 방향으로 기울였을 때 레인지 후드의 포집 성능은 공급 풍량이 점차 늘어남에 따라 증가하여 60%에서 가장 높게 나타났으며 수직 방향으로 토출하는 Case 1의 경우보다 전 영역에서 낮은 성능으로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	면속도에 영향을 끼치는 요소는 무엇인가?	정상적인 상태의 레인지후드라도 국내 주방후드의 경우 형식적인 레인지후드 설치로 인하여 배기 면속도가 너무 낮은 경우가 대부분이어서 조리기구 위에서 고온 상태로 발생하는 많은 오염물질을 제거하지 못하고 있는 실정이다. 오염물질 제거에 영향을 주는 면속도는 레인지 후드의 배기 풍량과 후드의 돌출길이, 후드의 설치 형태, 후드와 가스레인지와의 거리, 조리기구나 조리 상태로서 여러 변수에 영향을 받는다. 공동주택의 일반적인 레인지후드의 H/E비는 1.
	어떤 경우에 레인지후드에서의 배기 효과가 현저하게 떨어지는가?	이때 발생되는 오염물질을 신속하게 배출하기 위하여 가스레인지 위 부분에 배기용 레인지후드를 이용하지만 레인지후드의 배기량과 형상에 따라 가스레인지에서 발생된 다량의 오염물질 중 상당 부분이 실내로 확산되고 있는 실정이다. 특히 레인지후드를 통하여 빠져나가는 배기량만큼 주방으로 공기를 공급하여야 하나 최근의 창호 기밀 성능이 높아짐에 따라 유입 공기가 거의 발생하지 않으므로 별도의 외부 공기를 유입하는 유입구가 없는 경우도 많이 있다. 이 경우에는 레인지후드에서의 배기 효과가 현저하게 떨어지게 된다.
	면속도를 기준값으로 올리기 위하여 필요한 방법과 그 한계는 무엇인가?	25 m/s의 포집속도에 크게 미치지 못하므로 오염물질을 배출하기 위한 배기효과는 크게 떨어질 수밖에 없는 실정이다. (1) 면속도를 기준값으로 올리기 위하여 풍량을 2.3배 이상으로 늘려야 하나 대용량의 레인지 후드를 설치하기에는 시설비의 상승과 소음으로 인한 비용적인 면과 설치면적 등 제한적인 요소가 작용하므로 본 연구에서는 이와 같이 필요 풍량 보다 적은 배기 풍량일 경우에도 면속도를 향상시키기 위하여 배기에 필요한 외기를 가스레인지 하부에 설치된 슬롯을 통하여 상향으로 토 출하여 에어커튼을 형성하여 줌으로 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.

참고문헌 (10)

Shon, B. S., Park, J. A., Park, S. C., and Kim, M. C., 2001, Industrial Ventilation, Dong Hwa Technology, pp. 104-105.
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.
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.

원문보기 상세보기
Sung, S. K., 2015, Effect of Slot Discharge-Angle Change on Exhaust Efficiency of Hood System with Air Curtain, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, Vol. 27, No. 9, pp. 468-474.

원문보기 상세보기
Li, Y. and Delsante, A., 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 Transactons, Vol. 75, pp. 168-179.

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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