[논문]판형 종이 재질 전열교환 소자의 장기 성능 변화에 대한 실험적 연구

김내현

doi:10.6110/kjacr.2016.28.4.165

판형 종이 재질 전열교환 소자의 장기 성능 변화에 대한 실험적 연구
An Experimental Study on the Long-Term Performance Variation of the Plate-Type Enthalpy Exchange Element Made of Paper 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.28 no.4, 2016년, pp.165 - 170

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Long-term performance of the enthalpy exchange element is a topic of current interest due to the concern of possible performance degradation over time. In this study, a 350 CMH enthalpy recovery ventilator equipped with an enthalpy exchange element was installed in an office room, and the performance has been traced over the past 5 years. The appearance, overall dimension, thermal performance, leakage ratio and anti-bacterial performance were checked annually. Results showed that the change in thermal performance (sensible, latent and enthalpy efficiency) was negligible with periodic cleaning with an air gun. However, the leakage ratio increased with time, measuring 7.3% after 5 years. Anti-bacterial test revealed that no bacteria were found during the test period. The largest change in the dimension occurred at the middle location of the element, although the change was less than 2% of the initial value.

주제어

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문제 정의

Kim et al.⁽⁹⁾은 동일 펄프를 사용하여 기체 차폐도, 밀도 등 물성이 상이한 전열교환 소자에 대한 실험을 통하여 종이 물성이 전열교환 소자의 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 전열막의 밀도가 증가할수록 현열교환 성능은 증가하였다.
소자의 전열 성능은 소자가 장착된 열회수 환기장치의 전열 성능을 측정함으로써 평가하였다. 열회수환기장치의 성능은 배기로부터 회수되는 열의 회수 효율로 나타내는데 여기에는 온도 교환효율, 습도 교환효율, 전열 교환효율이 있다.

제안 방법

이를 위하여 본 연구에서는 C사 사무실에 350 CMH급 열회수 환기장치를 설치하고 5년간 소자의 성능 변화를 추적하였다. 대략 매년 1회씩 환기장치로부터 소자를 탈착하여 소자의 외관, 외곽 치수, 전열 성능, 누설률, 항균 성능을 측정하였다.
이는 소자의 교환 주기와도 관련이 있는 중요한 사항이다. 이를 위하여 본 연구에서는 C사 사무실에 350 CMH급 열회수 환기장치를 설치하고 5년간 소자의 성능 변화를 추적하였다. 대략 매년 1회씩 환기장치로부터 소자를 탈착하여 소자의 외관, 외곽 치수, 전열 성능, 누설률, 항균 성능을 측정하였다.
소자에 대한 세균 검사도 수행하였다. 세균 검사는 I대학교 환경연구소에서 수행되었는데 소자의
전열막의 기체 차폐성은 Gurley 법⁽⁸⁾을 사용하여 측정한다. 실험원리는 전열막 시료 전후에 1.23 kPa의 압력차를 형성하고 100 mL의 공기가 시료 단면적 6.42 cm²을 통과하는데 걸리는 시간을 측정하여 기체 차폐도로 정의한다.⁽⁸⁾ 참고로 일반 복사지의 기체 차폐도는 4초 정도이고 전열교환 소자로 사용되기 위해서는 1,000초 이상이 되는 것이 바람직하다.
외관 상태는 육안으로 색상, 접착 부위, 골심지 상태 등을 검사하였다. 외곽 치수는 소자의 폭(상, 중 하)과 높이를 외기(OA), 급기(SA), 환기(RA), 배기(EA)부에서 각각 측정하였다.
8에 외기(OA)부에서 소자의 외곽 치수 변화를 나타내었다. 외곽 치수로 소자의 폭(상, 중 하)과 높이를 측정하였다. Fig.
전술한 바와 같이 대략 매년 1회씩 소자의 외관, 외곽 치수, 전열 성능, 누설률, 항균 성능을 측정하였다. 외관 상태는 육안으로 색상, 접착 부위, 골심지 상태 등을 검사하였다. 외곽 치수는 소자의 폭(상, 중 하)과 높이를 외기(OA), 급기(SA), 환기(RA), 배기(EA)부에서 각각 측정하였다.
이는 소자의 교환 주기와도 관련이 있는 중요한 사항이다. 이를 위하여 본 연구에서는 C사 사무실에 350 CMH급 열회수 환기장치를 설치하고 5년간 소자의 성능 변화를 추적하였다. 대략 매년 1회씩 환기장치로부터 소자를 탈착하여 소자의 외관, 외곽 치수, 전열 성능, 누설률, 항균 성능을 측정하였다.
실험은 환기부 챔버의 농도가 7,000 ppm을 유지한 상태에서 수행되었다. 이산화탄소의 농도 측정은 외기(OA), 급기(SA), 환기(RA) 덕트 세 곳에 이산화탄소 센서를 설치하여 측정하였다. 누설률은 누설량을 급기량으로 나눈 값으로 다음 식으로 정의된다.
전술한 바와 같이 대략 매년 1회씩 소자의 외관, 외곽 치수, 전열 성능, 누설률, 항균 성능을 측정하였다. 외관 상태는 육안으로 색상, 접착 부위, 골심지 상태 등을 검사하였다.
⁽¹⁰⁾ 누설률은 이산화탄소 이행법으로 측정하였다. 즉, 환기(RA)부에 고농도의 이산화탄소를 공급하고 누설로 인한 외기(OA)부와 급기(SA)부의 이산화탄소 농도 변화를 측정하여 누설량을 결정한다. 측정 중 환기부의 이산화탄소 농도가 균일하게 유지되는 것이 중요한데 이를 위하여 환기부에 별도의 챔버를 설치하고 이산화탄소 봄베로부터 공급되는 고농도 이산화탄소와 유입되는 환기가 잘 섞이도록 한다.
⁽¹⁰⁾ 실험장치는 2개의 항온항습 챔버, 흡입식 풍동(cord tester), 온습도 측정 장치, 자료획득 장치로 구성된다. 환기 장치 시료를 두 챔버 사이에 설치하고 실내와 실외 챔버의 온습도를 일정하게 유지한 상태에서 환기, 급기, 외기 덕트 내의 온습도를 측정하고 이 측정값으로부터 온도, 습도 및 전열교환효율을 계산한다. 공기측 풍량은 ASHRAE 41.

대상 데이터

8%로 나타났다. 본 실험에 사용된 Fig. 5와 Fig. 6의 실험장치는 KOLAS⁽¹⁴⁾ 인증 설비로 한국산업기술시험원의 실험장치와 비교실험을 통하여 동일한 정확도로 보정, 유지되고 있다.
본 연구에 사용된 열회수 환기장치는 S사 350 CMH제품으로 C사의 전열교환 소자가 장착되어 있다. C사의 전열교환 소자는 Fig.
본 연구의 C사 제품의 경우 투습도는 3,500 g/m2day,기체 차폐도는 5,200초, 두께는 40 μm, 평량은 40 g/m2이다.
4에 열회수 환기장치 설치도를 나타내었다. 환기장치는 C사 사무실에 2010년 5월에 설치되었다.

이론/모형

6에 나타나 있다.⁽¹⁰⁾ 누설률은 이산화탄소 이행법으로 측정하였다. 즉, 환기(RA)부에 고농도의 이산화탄소를 공급하고 누설로 인한 외기(OA)부와 급기(SA)부의 이산화탄소 농도 변화를 측정하여 누설량을 결정한다.
환기 장치 시료를 두 챔버 사이에 설치하고 실내와 실외 챔버의 온습도를 일정하게 유지한 상태에서 환기, 급기, 외기 덕트 내의 온습도를 측정하고 이 측정값으로부터 온도, 습도 및 전열교환효율을 계산한다. 공기측 풍량은 ASHRAE 41.2⁽¹¹⁾에 규정된 노즐 차압을 이용하여 측정하고 시료의 입출구 온습도는 ASHRAE 41.1⁽¹²⁾에 규정된 샘플링 방법에 의해 측정한다. 온습도 측정에는 고정밀 Pt-100Ω 센서(정밀도 ±0.
01℃)를 사용한다. 실험은 KS 규격(KS B 6879：열회수형 환기장치)에 따라 수행되었다. 냉방 조건일 경우 실내측 온습도는 24℃/17℃(건구/습구)로 유지되었고 실외측 온습도는 35℃/24℃(건구/습구)로 유지되었다.
외기(OA)부와 급기(SA)부 각각 2곳에 대하여 평판도말법(Streak Plate Method)으로 녹농균(Pseudomonas aeruginosa), 대장균(Escherichia coli), 포도상구균(Staphylococcus aureus)에 대해 실험을 수행하였다. 실험 결과의 한 예를 Fig.
칼렌더링이란 원지를 간극이 점차로 좁아지는 원통형 롤러(칼렌더) 사이로 연속적으로 통과시키며 섬유 조직의 치밀도를 증가시키는 작업을 말한다. 전열막의 기체 차폐성은 Gurley 법⁽⁸⁾을 사용하여 측정한다. 실험원리는 전열막 시료 전후에 1.
종이 재질의 전열막의 경우는 수분 흡착을 강화하기 위하여 표면에 염화칼슘, 염화리튬 등 흡습제를 코팅하기도 한다. 전열막의 수분 투과 성능은 중량법⁽⁷⁾으로 측정한다. 중량법에서는 건조제(질산칼륨, 염화나트륨 등)가 담겨있는 접시 상부에 전열막을 설치한 후 이 접시를 규정된 온도와 습도로 유지되는 항온항습기 내에 하루 동안 두어 증가한 중량 즉, 전열막을 통과한 수분의 양을 측정하여 투습도(g/m² day)를 구한다.

성능/효과

(1) 5년간 전열교환 성능(유효온도교환효율, 유효습도 교환효율, 유효전열교환효율)의 변화는 무시할 만하였다.
(2) 누설률은 시간이 지남에 따라 증가하였다. 작동 5년 후 누설률은 7.
(3) 세균 검사 결과 소자 내에서 세균이 전혀 검출되지 않았다.
(4) 외곽 치수 변화는 소자의 중심부에서 가장 크게 나타났는데 초기 값의 2%이내이었다.
42 cm²을 통과하는데 걸리는 시간을 측정하여 기체 차폐도로 정의한다.⁽⁸⁾ 참고로 일반 복사지의 기체 차폐도는 4초 정도이고 전열교환 소자로 사용되기 위해서는 1,000초 이상이 되는 것이 바람직하다. 종이 재질에서는 기체 차폐도가 크면 투습도가 감소하는 경향을 보이므로⁽¹⁾ 최적의 전열성능을 위해서는 둘 사이의 적절한 조화가 필요하다.
검은 부분은 에어 건으로 제거되지 않았다. 전열막과 골심지 접착 상태, 골심지 형상을 육안으로 살펴본 결과 상태가 양호함을 확인하였다. 소자의 다른 부분(RA, SA, EA)은 외기(OA)부 보다 상태가 양호하였다.
⁽⁹⁾은 동일 펄프를 사용하여 기체 차폐도, 밀도 등 물성이 상이한 전열교환 소자에 대한 실험을 통하여 종이 물성이 전열교환 소자의 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 전열막의 밀도가 증가할수록 현열교환 성능은 증가하였다. 하지만 잠열교환 성능은 기체 차폐도, 밀도 등에 관계없이 거의 동일하게 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	열교환 소자에서 판형 방식의 장점은?	로터리 방식은 판형 방식에 비하여 열교환 효율은 높으나 급기와 배기가 섞이는 문제가 있고 모터가 장착되므로 장치가 복잡해진다. 판형 방식은 구조가 간단하여 소용량의 환기장치에 널리 사용된다. 판형 열교환 소자의 재질로는 알루미늄, 폴리프로필렌, 기능성 종이, 고분자 전열막 등이 사용된다.
	실내 냉난방부하를 증가시키는 실외공기로 인한 문제는 어떻게 완화할 수 있는가?	또한 공동주택을 포함한 건축물들은 에너지 손실을 줄이기 위하려 고기밀화, 고단열화 되는 추세이어서 실내에 오염물질이 축적되고 따라서 환기장치를 이용한 강제 환기가 필요하게 된다. 하지만 환기시 도입되는 실외공기는 실내 냉난방부하를 증가시키는데 이러한 문제는 열회수 장치가 장착된 환기장치를 사용함으로써 완화할 수 있다. 열회수 환기장치로는 열교환기가 휠 형태로 제작되어 회전하면서 급기와 배기사이에 열교환을 하는 로터리 방식과 열교환기가 판형 고정식으로 제작되어 열교환하는 판형 방식이 있다.
	열회수 환기장치 중 로터리 방식이 판형 방식과 비교하였을 때 가지는 단점은 무엇인가?	열회수 환기장치로는 열교환기가 휠 형태로 제작되어 회전하면서 급기와 배기사이에 열교환을 하는 로터리 방식과 열교환기가 판형 고정식으로 제작되어 열교환하는 판형 방식이 있다. 로터리 방식은 판형 방식에 비하여 열교환 효율은 높으나 급기와 배기가 섞이는 문제가 있고 모터가 장착되므로 장치가 복잡해진다. 판형 방식은 구조가 간단하여 소용량의 환기장치에 널리 사용된다.

참고문헌 (14)

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상세보기
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Korea Lab, Accredition Scheme, Korea Agency for Technology and Standards, Ministry of Knowledge and Economy.

저자의 다른 논문 :

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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