[논문]풍량 측정 장치 소형화를 위한 노즐 정압차 측정 연구

오상택; 김영일; 정광섭

doi:10.6110/kjacr.2016.28.10.414

풍량 측정 장치 소형화를 위한 노즐 정압차 측정 연구
A Study of Static Pressure Differential Measurement of Nozzle for Miniaturization of a Air Flow Meter 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.28 no.10, 2016년, pp.414 - 419

오상택 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원) , 김영일 (서울과학기술대학교 건축학부) , 정광섭 (서울과학기술대학교 건축학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Air flow measurement is a fundamental and important task for testing, adjusting, and balancing of HVAC system. However, it is difficult to carry out in the field due to the large size and weight of the flow meter. In this study, for the purpose of developing a small and portable flow meter, we proposed a different method of static pressure measurement and verified it experimentally. In the proposed method, static pressure difference was measured by inserting a tube inside the chamber before and after the nozzles. The results were compared with measurements according to the ANSI/ASHRAE standard. The results were in good agreement, indicating that the inserted tube method could be used for static pressure measurement of a portable flow meter. The proposed method eliminates the pressure tubes that are attached outside, which results in smaller size and easy handling.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 기존의 ANSI/ASHRAE 51-1999에서 제시된 외부에 설치된 정압탭으로 인하여 제품의 크기가 증가되며 현장의 특성상 파손의 위험이 존재하기 때문에 제품의 소형화를 위해서는 필수적으로 선행되어야 하는 연구이다. 따라서 ANSI/ASHRAE 51-1999의 멀티 노즐 설계기준을 근거로 하여 소형화를 달성하면서도 정밀한 풍량 측정이 되는 휴대형 풍량 측정 장치 개발에 가장 핵심적인 노즐의 정압차 측정 방법을 개선하는 연구를 진행하였다.
4와 같이 정압관을 챔버 내부 벽면에 부착시키면 장치의 크기와 파손 측면에서 유리한 장점을 가지게 된다. 반 면에 내부의 설치된 정압관은 장치 내부의 유동 흐름에 영향을 미칠 수 있어 본 연구를 통하여 삽입형 정압관의 영향 및 오차를 측정 실험으로 확인하였다.
본 결과를 통하여 소형 풍량 측정 장치의 정압 측정 방식의 신뢰성을 확인하였다. 소형 풍량 측정 장치의 기준 및 표준화를 마련하기 위해서는 기존의 연구와 함께 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.
본 연구는 기존의 ANSI/ASHRAE 51-1999에서 제시된 외부에 설치된 정압탭으로 인하여 제품의 크기가 증가되며 현장의 특성상 파손의 위험이 존재하기 때문에 제품의 소형화를 위해서는 필수적으로 선행되어야 하는 연구이다. 따라서 ANSI/ASHRAE 51-1999의 멀티 노즐 설계기준을 근거로 하여 소형화를 달성하면서도 정밀한 풍량 측정이 되는 휴대형 풍량 측정 장치 개발에 가장 핵심적인 노즐의 정압차 측정 방법을 개선하는 연구를 진행하였다.
현장 측정이 용이한 휴대형 풍량계 개발을 위해서는 소형화와 이동시 손상이 적은 제품 개발이 필요하다. 본 연구에서는 소형화된 휴대형 풍량 측정 장치를 개발하는 과정에서 가장 중요한 노즐의 정압차 측정에 대한 연구를 진행하고자 한다.
본 연구에서는 이동형 풍량 측정 장치의 개발을 위한 소형화를 위해 풍동 내부에 삽입된 정압관을 통하여 차압 및 유량을 측정하여 풍량 측정 국제 표준인 ANSI/ASHRAE 방식과 비교하여 신뢰성을 검증하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.

제안 방법

ANSI/ASHRAE 51-1999 기준과 내부 정압 삽입관 두 방식을 비교실험 하였다.
/h 범위의 풍량을 소형화된 풍량 측정 장치로 공급하였다. 소형화된 풍량 측정 장치 입구에서는 공기의 온․습도를 측정하였으며 또한 입구에서는 정압센서를 부착하여 정압을 측정하였다.
풍동내부 노즐판 전후에는 ANSI/ASHRAE 51-1999 기준에 따른 차압 측정을 할 수 있는 정압탭을 유동방향의 수직으로 Table 5와 같이 설치하였다. 실험은 유동방향 및 특성에 의한 측정오차가 나타날 수도 있어 Fig. 7과 같이 중앙과 측면을 구분하여 실험조건을 구분하였으며 노즐 전단에 타공판을 삽입하여 유동특성을 단순화 시켰다.
5에 나타내었다. 실험을 위하여 ANSI/ASHRAE 51-1999 규격에 의거하여 풍량 10~ 500 m3 /h 측정이 가능한 멀티노즐 형식의 장비가 제작 되었고, 장비의 3차원 모습은 Fig. 6과 같으며 장비 제원은 Table 3에 나타내었다.
압력의 측정은 압력계를 이용하였고, 정압실의 정압 측정과 노즐 전·후단의 차압을 측정하는데 이용하였다.
풍량공급장치를 이용하여 10~500 m³/h 범위의 풍량을 소형화된 풍량 측정 장치로 공급하였다. 소형화된 풍량 측정 장치 입구에서는 공기의 온․습도를 측정하였으며 또한 입구에서는 정압센서를 부착하여 정압을 측정하였다.
실험은 ANSI/ASHRAE 기준에 근거한 방법과 내부벽에 부착한 정압관을 이용한 방법을 비교하는 방식으로 그 결과는 Table 7과 같다. 풍량의 변화와 측정하는 노즐의 조합 변화를 통하여 두 방식을 비교하였다.

데이터처리

실험은 Table 6의 6가지 Case에 대하여 각각 10회 이상의 실험을 반복하여 실험 결과의 신뢰성을 검증하였다.

이론/모형

넓은 범위의 풍량을 측정하기 위해서는 ANSI/ASHRAE 51-1999의 멀티노즐 방식을 널리 사용한다.⁽⁴⁾또한 국내의 경우는 KS B 6311에 근거하여 덕트의 한 단면에 16 또는 64 지점의 풍속을 측정한 후 이를 평균하여 단면적을 곱하여 풍량으로 환산하는 방법도 있다.

성능/효과

(1) 다중 노즐에서 중앙 노즐 개방인 Case 1과 Case 4 의 비교 실험에서는ANSI/ASHRAE과 내부 삽입 정압관의 풍량 차이는 평균 0.78%로 나타냈다.
(2) 다중 노즐에서 측면 노즐 개방인 Case 2과 Case 5 의 비교 실험에서는 ANSI/ASHRAE과 내부 삽입 정압관의 풍량 차이는 평균 0.85%로 나타냈다.
(3) 다중 노즐에서 전체 노즐 개방인 Case 3과 Case 6 의 비교 실험에서는 ANSI/ASHRAE과 내부 삽입 정압관의 풍량 차이는 평균 0.14%로 나타나 3 방식 중 가장 차이가 적었다.
(4) 정압차 100~800 Pa 측정 결과 ANSI/ASHRAE과 내부 정압관의 풍량 차이는 ± 2% 이내임을 확인하였다. 따라서 정압관을 내부에 설치하여 소형화와 높은 유지관리성을 달성한 본 연구에서 개발한 소형 풍량 측정 장치는 현장 사용시 신뢰성이 높은 측정이 가능함이 입증되었다.
Fig. 8은 중앙에 위치하는 노즐을 개방하여 측정한 결과로 ANSI/ASHRAE와 삽입 정압관의 차이는 평균적으로 0.78%로 삽입 정압관 방식으로도 문제점이 없음을 확인하였다. Fig.
(4) 정압차 100~800 Pa 측정 결과 ANSI/ASHRAE과 내부 정압관의 풍량 차이는 ± 2% 이내임을 확인하였다. 따라서 정압관을 내부에 설치하여 소형화와 높은 유지관리성을 달성한 본 연구에서 개발한 소형 풍량 측정 장치는 현장 사용시 신뢰성이 높은 측정이 가능함이 입증되었다.
본 장비는 기존의 ANSI/ASHRAE 51-1999 규격의 장비 외부에 설치된 정압탭이 소형화된 풍량측정장치 내부의 정압관으로 삽입되어 장치 유동방향의 단면적이 약 25% 소형화를 달성할 수 있었다.

후속연구

본 결과를 통하여 소형 풍량 측정 장치의 정압 측정 방식의 신뢰성을 확인하였다. 소형 풍량 측정 장치의 기준 및 표준화를 마련하기 위해서는 기존의 연구와 함께 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가장 많이 사용되어지는 차압식 유량계에는 어떤 것들이 있는가?	차압식 유량계는 산업용 유량 측정 분야에서 약 40% 이상 사용될 정도로 널리 이용되어지고 있으며 다양한 분야에서 사용되고 있다. 가장 많이 사용되어지는 차압식 유량계는 오리피스, 벤츄리 튜브, cone meter, 노즐형 등이 있다. (7)
	노즐형 풍량계는 어떻게 사용되는가?	노즐형 풍량계는 다른 차압식에 비하여 압력손실이 적고 다양한 크기의 노즐 조합을 통해 넓은 범위의 풍량을 측정할 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인하여 유체기계의 풍량 측정 장치에서 널리 사용되고 있다. 특히 송풍기의 풍량 측정에 있어서는 결과의 정밀도를 높이고 다양한 크기의 송풍기를 측정하기 위해 챔버형(chamber type)의 멀티노즐 성능시험장치(multi nozzle fan tester)가 업계의 표준으로 사용되고 있다. (8)
	노즐형 풍량계의 장점은 무엇인가?	노즐형 풍량계는 다른 차압식에 비하여 압력손실이 적고 다양한 크기의 노즐 조합을 통해 넓은 범위의 풍량을 측정할 수 있는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인하여 유체기계의 풍량 측정 장치에서 널리 사용되고 있다.

참고문헌 (10)

Hassouneha, K., Alshboula, A., and Al-Salaymehb, A., 2012, Influence of infiltration on the energy losses in residential buildings in Amman, Sustainable Cities and Society, Vol. 5, pp. 2-7.

상세보기
ASHRAE, 2004, ANSI/ASHRAE Standard 62-2004, Ventilation for acceptable indoor air quality, Atlanta, Georgia, USA, ASHRAE.
Lee, S. C., 2006, A Study on the optimal orifice location for air flow measurement in an air duct leakage tester, SAREK, pp. 186-191.
ANSI/ASHRAE, 1999, ANSI/ASHRAE 51-1999. Laboratory Methods of Testing Fans for Aerodynamic Performance Rating.
Han, S. K., 2012, A Study on the overall envelope air leakage measurement methods of large buildings using an air-handler fan pressurization approach, Proceeding of KIAEBS, pp. 176-179.
Seo, Y. B., 1992, For Flow Rate Measurement, Journal of the SAREK, Vol. 21, No. 5, pp. 353-356.
NEL, 2010, An Introduction to Differential-Pressure Flow Meters, Practice Guide, http://www.tuvnel.com/site2/download/an_introduction_to_differential_pressure_flow_meters.
Lee, K. Y., Jung, U. H., and Choi, Y. S., 2013, Development of Platform Technology of Design and DAQ for Nozzle Type Flow Meter, 2013 Conference On Korean Society of Mechanical Engineers, pp. 4172-4175.
Korean Standard Association, KS B 6311, 1997, Testing methods for industrial fans.
Cengel, Y. A., Cimbala, J. M., and Turner, R. H., 2012, Fundamentals of Thermal Fluid Sciences, McGraw-Hill.

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