[논문]윈드터빈 자연환기 장치의 외기풍속 및 온도차에 따른 환기특성에 관한 실험연구

한동훈; 김영식; 정한식; 정효민; 최순호

doi:10.6110/kjacr.2017.29.4.175

윈드터빈 자연환기 장치의 외기풍속 및 온도차에 따른 환기특성에 관한 실험연구
An Experimental Study on the Ventilation Characteristics of a Wind-Turbine Natural Ventilator According to the Outdoor-Wind Velocity and the Indoor/Outdoor-Temperature Difference 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.29 no.4, 2017년, pp.175 - 184

한동훈 (마산공업고등학교) , 김영식 (대성에어테크) , 정한식 (경상대학교 에너지기계공학과 해양산업연구소) , 정효민 (경상대학교 에너지기계공학과 해양산업연구소) , 최순호 (경상대학교 에너지기계공학과 해양산업연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

With the improvement of living standards, the ventilation for the mitigation of indoor or outdoor air-pollution problems has recently attracted a lot of attention. Consequently, the ventilation for the supply of outdoor fresh air into a room is treated as an important building-design factor. The ventilation is generally divided into the forced and natural types; here, the former can control the ventilation rate by using mechanical devices, but it has the disadvantages of the equipment costs, maintenance costs, and noise generation, while the latter is applied to most workshops due to the absence of noise and the low installation and maintenance costs. In this experimental study, the ventilation performance of a typical rotating-type natural ventilator, which is called a "wind turbine," was investigated with the outdoor-wind velocity and the indoor/outdoor-temperature difference. From the experiment results, it was confirmed that the temperature difference of $10^{\circ}C$ corresponds to the ventilation driving force with an outdoor-wind velocity of 1.0 m/s. Additionally, the intake-opening area of a building also exerts a great effect on the ventilation rates.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 자연환기장치의 환기특성을 정량적으로 조사할 필요가 있음을 인식하고 환기성능을 평가할 수 있는 실험설비를 제작하여 현재 가장 많이 사용되고 있는 회전식 자연환기 장치, 즉 윈드터빈(Wind Turbine)을 대상으로 하여 풍속, 외기/내기의 온도차 및 급기구 면적에 따른 환기특성을 파악하였다.

제안 방법

송풍부에서 환기장치로 공급되는 풍속, 급기구로부터 흡입되는 환기량, 건물의 실내를 모사하는 챔버 내부의 공기온도와 환기되는 공기흐름을 측정하고, 가시화시키기 위해 Fig. 5에 보인 (a) Data logger, (b) Hot wire anemometer, (c) Fog machine (d) Thermo couple 등의 측정장치를 사용하였다.
실험은 Table 1에 정리한 것과 같이 나타난 외기풍속에 따른 환기성능을 측정하기 위해 사이즈가 다른 3가지 종류(300, 450, 600 mm)의 윈드터빈에 외기를 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0 m/s의 풍속으로 공급하였다. 그리고 온도차에 따른 환기량 측정은 3가지 크기의 윈드터빈에 대해 외부온도와 내부온도의 차이를 5, 10, 20, 30℃로 설정하였으며, 실내공기의 온도안정을 위해 대기시간 20분 이후부터 측정을 하였다.
하지만 전술한 기존의 연구들은 모두 환기성능에 대한 외부풍속에 의한 영향을 연구한 것이며, 본 연구에서는 외기풍속뿐만 아니라 실내/실외의 온도차에 의한 환기량에 대한 실험을 각각 수행함으로서 외기풍속과 온도차의 등가구동력을 확인할 수 있었으며, 윈드터빈의 사이즈와 개구부 면적에 따른 환기성능을 보다 정량적으로 파악할 수 있는 실험자료를 확보하였다.

대상 데이터

Fig. 2는 본 연구에서 사용한 회전식 자연환기 장치(300, 450, 600 mm)의 외부 모습과 내부의 모습을 보여주는 것이며, Fig. 3은 환기성능을 측정하기 위한 전체 실험장치를 보여주는 그림이다.

데이터처리

평균풍속과 중앙풍속의 상관관계를 구하기 위한 공기유속의 측정방법은 해당 지점에서 10초간 3회를 측정하여 평균값을 취하였다.

성능/효과

- 식(1)과 식(2)로 주어지는 환기구동력은 윈드터빈의 흡입부 면적과 실외의 공기가 실내로 유입될 수 있는 건물의 개구부 면적과의 비에 영향을 받으며, 동일한 환기구동력에 대해 면적비가 증가할수록 환기량이 증가함을 확인하였다.
- 온도차가 증가할수록 환기량은 증가하지만 윈드터빈의 크기가 커질수록 회전부의 무게가 증가하기 때문에 회전을 위해 요구되는 실내외 공기의 온도차 역시 증가되어야 하지만 면적비가 증가할수록 요구되는 온도차는 감소한다.
- 온도차에 의한 환기량 실험에서는 실외와 실내공기의 밀도차에 의해 환기가 발생하므로 역류현상은 발생하지 않는다.
- 외기풍속에 대한 윈드터빈의 환기량은 선형적으로 증가하지만 실외와 실내공기의 온도차에 의한 환기량은 지수함수적으로 증가한다.
- 외기풍속에 의한 환기량 측정에서, 300 mm, 450 mm, 600 mm 사이즈 윈드터빈은 외기풍속이 각각 0.6, 0.7 및 1.6 m/s 이상에서 회전하기 시작하였고, 각 사이즈에 대응하는 이들 최저풍속 이하에서는 역류가 발생하였다. 이는 윈드터빈의 경우, 일단 회전을 시작하면 환기가 이루어진다는 것을 의미한다.
- 일반적인 실내, 실외공기의 온도차인 10℃까지를 고려하면, 300 mm, 450 mm 사이즈의 윈드터빈의 경우에 한해 온도차 5℃는 외기풍속 1.0 m/s에 의해 발생하는 환기구동력에 대응하지만 600 mm 윈드터빈의 경우에는 이와 같은 비례성을 확인할 수 없었다.

후속연구

온도차에 실내와 실외공기의 온도차에 의한 환기량에 대해서 한 가지 유의하여야 할 점이 있는데, 본 실험 연구에서는 급기구와 배기구의 높이차에 따른 식(2)의 굴뚝효과(Stack Effect)에 대해서 고려하지 않았다는 점이다. 굴뚝효과는 급기구와 배기구의 높이차에 의해 발생하는데, 본 실험에서는 흡기구와 배기구의 높이차가 1.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	환기가 실내 재실자들에게 중요하게 된 이유는 무엇인가?	생활수준의 향상에 의한 자동차 보급의 폭발적인 증가, 산업화에 의한 대기오염, 실내 내장재로 부터 확산되는 화학물질의 발산, 유해물질을 취급하는 작업장 내의 공기오염 때문에 환기(Ventilation)는 실내 재실자(Indoor Occupant)들의 건강을 보장하기 위한 매우 중요한 설계요소로 부각되고 있다. (1, 2)
	환기는 어떻게 분류되는가?	환기에는 강제환기(Forced Ventilation)와 자연환기(Natural Ventilation)로 분류되며, 강제환기는 급기(Air Supply)와 배기(Air Exhaust)를 위해 팬(Fan), 블로워(Blower), 공조조화장치(Air-conditioning Device) 등의 기계장치를 사용하기 때문에 환기량(Vantilation Rate)과 급기의 온도 및 습도(Humidity)를 필요에 따라 인위적으로 제어할 수 있는 장점이 가지지만, 동시에 설비의 설치비와 유지관리비, 소음 등의 단점을 가지고 있다. (3, 4) 이에 반해 자연환기는 실내/실외의 온도차에 의한 압력차(Differential Pressure)와 외기풍속에 의해 발생하는 실내/실외의 압력차를 환기의 구동력으로 이용하기 때문에 낮은 설비비와 유지관리비가 발생하지 않고, 소음이 거의 없다.
	자연환기(Natural Ventilation)의 장점은 무엇인가?	환기에는 강제환기(Forced Ventilation)와 자연환기(Natural Ventilation)로 분류되며, 강제환기는 급기(Air Supply)와 배기(Air Exhaust)를 위해 팬(Fan), 블로워(Blower), 공조조화장치(Air-conditioning Device) 등의 기계장치를 사용하기 때문에 환기량(Vantilation Rate)과 급기의 온도 및 습도(Humidity)를 필요에 따라 인위적으로 제어할 수 있는 장점이 가지지만, 동시에 설비의 설치비와 유지관리비, 소음 등의 단점을 가지고 있다. (3, 4) 이에 반해 자연환기는 실내/실외의 온도차에 의한 압력차(Differential Pressure)와 외기풍속에 의해 발생하는 실내/실외의 압력차를 환기의 구동력으로 이용하기 때문에 낮은 설비비와 유지관리비가 발생하지 않고, 소음이 거의 없다. 이와 같은 이유로 대부분의 단순한 기계가공을 수행하는 작업장에서는 자연환기를 적용하는 것이 일반적이다.

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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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