[논문]황토지로 제작된 전열교환소자의 전열특성 및 항균특성에 관한 연구

조민철; 오세기; 안영철

doi:10.9726/kspse.2017.21.1.050

황토지로 제작된 전열교환소자의 전열특성 및 항균특성에 관한 연구
Heat Transfer and Sterilization Characteristics of an ERV Element Made of Hwang-to Paper 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.21 no.1, 2017년, pp.50 - 56

조민철 (LG전자(주)) , 오세기 (LG전자(주)) , 안영철 (부산대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

To increase the enthalpy exchange efficiency of ERV elements, the moisture exchange character must be improved. The moisture exchange efficiency depends on material characteristics. The material used for ERV is Hwang-to paper based on Han-ji which is Korean traditional paper. The paper has excellent performance in moisture exchange and heat transfer compared with polymer and other papers. To have an anti bacteria performance and to improve moisture exchange performance of Han-ji, Hwang-to is added to the Han-ji. The enthalpy exchange efficiency of the Hwang-to paper shows 5% greater than that of the conventional paper. In case of Escherichia Coli, the reduction rate of bacteria is 96.6% and in case of Pseudomonas, the reduction rate of bacteria is 97.5%. The ERV element made of Hwang-to paper has a great possibility as an ERV element.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 한국의 전통종이인 한지와 황토를 이용하여 만든 전열교환소자의 열교환 특성 및 항균특성에 대해 분석하였으며, 기존 소자와 비교하여 전열교환소자 재질로서의 가능성에 대해 검토하였다.
특히 열전도도가 큰 재질의 경우 현열교환효율이 높다. 본 연구에서는 한지로 만들어진 황토지의 현열교환효율 특성을 분석하기 위해 Cross flow, Single pass, Unmixed의 조건을 가지는 열교환기의 현열교환효율식을 이용하여 시뮬레이션하였다. 사용된 관계식은 Effectiveness- NTU 방법으로 식 (4)와 같다.
본 연구에서는 한지와 황토를 섞은 기능성 종이로서 황토지를 제작하였고 단품 및 셋트에서의 전열교환특성을 분석하였으며, 이를 기존에 사용하고 있는 전열교환소자와 비교함으로써 전열교환소자로서의 사용 가능성을 확인하였다.

제안 방법

그리고 일반적인 전열교환 소자로 사용되고 있는 종이재질을 기반으로 하여 “종이 1”은 흡수성을 강화시킨 재질이며 “종이 2”는 투기성능을 개선한 재질이다. 그리고 데이터의 비교를 위하여 고분자 재료로 만들어진 소재와 연료전지용으로 개발되어 높은 공기 투과시간과 수분 흡수성을 가지는 멤브레인을 사용하여 비교하였다.
설치되는 시편의 크기는 100 mm × 100 mm이며, 고습조건과 저습조건의 챔버는 각각 90 %RH, 25±3℃ 조건과 30 %RH, 25±3℃ 조건을 유지한다. 수분전달성능은 격막의 재질별 절대습도 전달량(AHT, Absolute Humidity Transmission) 측정을 통해 분석되었다. 시편주위의 수분전달을 위한 공기유동은 DC fan을 통해 제어하였으며, 정상상태 도달 후에 절대 습도량의 변화를 5분 간격으로 30분 동안 측정하였다.
수분전달성능은 격막의 재질별 절대습도 전달량(AHT, Absolute Humidity Transmission) 측정을 통해 분석되었다. 시편주위의 수분전달을 위한 공기유동은 DC fan을 통해 제어하였으며, 정상상태 도달 후에 절대 습도량의 변화를 5분 간격으로 30분 동안 측정하였다.
우선 두 가지 종류의 기능성 종이(황토지)를 제작하여 사용하였으며, “기능성 종이 1”은 황토의 배합비율이 한지의 무게 대비 20%를, “기능성 종이 2”는 10%를 혼합하여 제조하였다.
황토는 그 자체로 항균과 탈취성능을 가지는 것으로 알려져 있으며, 이러한 황토가 혼합된 기능성 전열교환소자에서의 항균 성능을 확인하기 위해 “기능성 종이 1”을 대상으로 실험을 수행하였으며 Fig. 7에 결과를 나타내었다.

대상 데이터

실내와 실외 공기상태를 조절할 수 있는 환경 챔버와 전열교환 소자를 삽입하여 가동시킬 수 있는 환기시스템으로 구성되어있다. 실험조건은 여름철 조건의 냉방모드와 겨울철 조건의 난방모드로 구성하였다.^11,12) Table 1은 실내측 챔버와 실외측 챔버의 모드별 상세 온도, 습도조건을 나타낸다.

성능/효과

2) 전열교환소자의 현열교환특성은 재질의 두께가 얇아질수록 전도에 의한 열전달보다 대류에 의한 열전달이 지배적이기 때문에 두께 0.1 mm 이하에서는 재질의 열전도도와 상관없이 거의 동일한 특성을 가진다.
3) 황토지로 만든 전열교환소자는 염화칼슘이 포함된 일반적인 소자에 비해 뛰어난 수분흡수특성을 가지고 있어 전열교환효율이 5% 정도 우수함을 확인하였다.
4) 황토지의 항균 성능 시험 결과 Escherichia Coli의 경우 96.6%의 정균 감소율을 보였으며, Pseudomonas의 경우 97.5%의 정균 감소율을 나타내었고, 이러한 특성은 환기 시 오염된 공기에 의한 2차오염을 예방하기에 적합하다.
투과시간이 짧은 재료는 환기가 되는 동안 실내의 유해가스가 전열교환소자를 통과하여 쉽게 이동할 수 있기 때문에 환기용 전열교환소자로 부적당하며, 투과시간이 길면 길수록 전열교환소자로서 적합하기는 하나, 일반적으로 공기 투과시간이 큰 재질일수록 수분교환특성이 떨어지기 때문에 이를 보완하기 위해 흡습성이 높은 물질을 추가하여 특성을 보완해야 한다. 따라서 공기 투과시간은 전열교환소자 선정 시 반드시 검토해야 하는 중요한 특성이며 한지를 이용한 황토지의 경우 비교대상인 다른 재질에 비해 수분교환특성은 상당히 우수하고 공기 투과시간은 900초 정도로 분석되었다.
본 연구에서 사용된 황토지의 경우는 기본적으로 한지의 흡습성과 황토의 흡습성이 서로 상호 작용을 하여 추가적인 흡습성 물질이 없더라도 높은 수분교환특성을 나타내는 것으로 확인되며, 또한 공기 투과시간은 일반적인 전열교환소자의 평균 투기도인 1,000초 부근에서 형성되어 전열교환소자로서 충분히 사용가능하다고 판단된다.
5는 알루미늄, 폴리프로필렌, 한지 등 열교환소자의 재질에 따른 현열교환효율을 분석한 결과를 나타낸다. 시뮬레이션 결과 현열교환효율은 열전도특성이 좋은 재질일수록 높은 효율을 가지지만 재질의 두께가 얇아질수록 재질에 따른 특성이 사라지고 거의 동일한 현열교환효율 특성을 나타낸다. 이러한 결과는 열교환소자가 특정 두께 이하에서는 전도율 차이에 의한 효과가 무시되고 거의 동일한 수준의 현열교환효율을 갖는다는 것을 나타낸다.
수분교환특성은 서로 수분 농도가 다른 조건에서 전열교환소자를 통해 얼마나 효과적으로 수분이 전달되는지를 나타내는 특성으로 잠열교환특성을 반영한다. 실험결과 기능성 종이 1, 2가 다른 재질의 전열교환소자에 비하여 2～3배 정도의 높은 습도교환특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 특성은 한지에 포함된 셀룰로오스 섬유의 친수 특성과 섬유들 사이에 형성되어 있는 다공질에 의한 모세관현상으로 강한 흡수성과 셀룰로오스 표면의 수산기(OH-) 영향 때문인 것으로 분석된다.
7에 결과를 나타내었다. 항균성 실험 결과 Escherichia Coli의 경우 96.6%의 정균 감소율을 보였으며 Pseudomonas의 경우 97.5%의 정균 감소율을 나타냄으로써 위생적인 실내환경 구현을 위해 황토지를 전열교환소자로 사용하는 것이 의미가 있음을 확인하였다.
6은 황토지를 이용하여 제작한 전열교환소자와 일반적인 전열교환소자의 유량별 현열 및 전열교환성능을 나타낸다. 현열교환성능에서는 두 소자의 두께를 0.1 mm로 동일하게 제작하였기 때문에 두 시료 간 동일한 성능을 보이고 있으며, 황토지를 이용한 기능성 종이의 전열교환효율이 일반적인 전열교환소자에 비해 5% 이상 높게 나타남을 알 수 있다. 이러한 특성은 황토지로 제작한 전열교환소자의 잠열교환특성이 일반적인 전열교환소자보다 우수하기 때문이며, 일반적으로 이러한 특성은 난방시즌보다 냉방시즌에서 더 효과를 볼 수 있다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전열교환소자의 기능은 무엇인가?	전열교환소자는 급기와 배기간 공기의 이동 없이 현열과 잠열을 교환하는 기능을 한다. 잠열교환효율은 소자의 수분 전달 특성에 따라 결정되기 때문에 전열교환소자로서 중요한 특성이다.
	전열교환소자의 잠열교환특성을 개선하는 효과가 있는 황토지의 특성은 무엇인가?	1) 황토지는 한지에 황토를 첨가하여 만든 재질로 한지의 섬유질과 섬유질사이의 다공에 의해 형성되는 모세관현상으로 강한 수분 흡수성을 가진다. 이러한 특성은 전열교환소자의 잠열교환특성을 개선하는 효과가 있다.
	전열교환 소자의 주된 수분교환 방식은 무엇인가?	둘째는 대류에 의해 일어나는 물질이동으로 매질의 기공, 투기도 및 공기 유속의 영향을 받게 된다. 하지만 실제로 전열교환 소자의 수분교환은 주로 수분농도차이에 의한 방식이 주를 이룬다고 할 수 있다.

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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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