[논문]냉동 물류 창고 내 도크시스템을 통한 에너지 손실량 분석

양성준; 김영주; 허준; 김태성

doi:10.6110/kjacr.2017.29.8.419

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, energy loss due to ventilation load in the dock system was analyzed through simulation. Also, flow generated in the dock system of the warehouse was measured using manufactured measuring devices. Numerical simulation was conducted by simulating the most common picking tasks by examini...

In this study, energy loss due to ventilation load in the dock system was analyzed through simulation. Also, flow generated in the dock system of the warehouse was measured using manufactured measuring devices. Numerical simulation was conducted by simulating the most common picking tasks by examining the actual working environment. Incompressible and unsteady turbulent flows were assumed, and the turbulence model was the k-e standard model. Proper grid was selected through grid dependency test. Measurement was conducted using Honeywell and Vaisala sensors, and flow and temperature inside the warehouse were measured and compared with simulation results to validate simulation. When comparing amount of loss occurring in two hours and amount of loss occurring in 15 minutes, docking time of the former was eight times longer but energy loss was 3.8 times lower. Ventilation load occurring during the initial period after opening docking system accounted for a large proportion of total ventilation load. Also, comparing the load when the dock was closed and the load when the truck was parked, ventilation load was significantly higher than load due to heat conduction from the wall. Therefore, in improving the docking system, it is effective to reduce the gap by improving compatibility of the docking system and truck, rather than wall material.

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문제 정의

본 연구에서는 도크시스템 개선에 앞서 현재 문제되고 있는 환기 부하를 파악하기 위하여 시뮬레이션을 진행하였고, 이를 측정 결과와 비교하여 타당성을 검증하였다. 각 도크시스템에서 가장 범용적인 집하 작업을 모사하여 측정을 진행하였으며 주된 환기 부하의 원인이 유입되는 열기임을 도출하였다.

가설 설정

1을 사용하였다. 모델은 외부로부터 열기가 들어가는 도크시스템과 트럭의 탑재 공간 사이에 상부 틈, 물류 창고 내부의 냉기가 빠져나가는 하부 틈과 창고 내부와 외부라고 가정한 일정한 공간으로 구성되어 있다. 실제 물류 창고의 면적이 도크시스템에 비해 매우 크기 때문에 각 도크시스템이 영향을 미치는 일정한 면적을 가정하였다.
물류센터 내 유동은 비압축성 점성 유체이며, 난류유동이라고 가정하였다. 난류 모델은 일반적으로 사용되는 표준 k-ε 모델을 사용하였다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 실제 냉동 물류 창고 설계도를 바탕으로 형상을 모델링하여 도크시스템에서 발생하는 환기 부하에 따른 전기에너지 소비량을 시뮬레이션을 통해 고찰하였고, 측정기기를 제작하여 해당 물류창고의 도크시스템에서 유출입되는 유동을 측정하여 비교하였다. 실제 냉동 물류 창고에서 진행되는 집하작업은 트럭의 종류, 집하 시 주차상황 등 임의의 인적 변수들이 많아 모든 상황을 고려하여 실험하는 것이 불가능하다.
격자 수가 많을수록 해석 결과가 더욱 정확해지나, 많은 해석 시간이 소요되므로 적절한 격자를 고려해야 한다. 따라서 물류 창고 내부 온도를 기준으로 격자 수가 해석결과에 미치는 영향을 비교하였다.

대상 데이터

주요 실험 공간은 크게 도크시스템을 경계로 물류 창고 내부와 바깥인 외부로 구분된다. 이는 Fig.
1에 나타나 있다. 측정실험에 쓰이는 차량은 1톤 트럭과 5톤 트럭이 있으며, 각 냉동 공간의 규격은 1톤 트럭의 경우 3,200 mm×1,600 mm×1,600 mm, 5톤의 트럭의 경우 6,100 mm×2,300 mm×3,100 mm이다. 도크시스템은‘작은 도크’, ‘큰 도크’로 표현되는 두 가지로 자세한 규격은 Fig.
측정된 데이터는 블루투스 통신 모듈을 이용해 원격으로 수집된다. 도크시스템에서 흐르는 유동은 변화가 매우 빈번하게 일어나므로 모든 데이터는 초당 100번 전후로샘플링을 진행하였다.

이론/모형

1초로 총 1,200초까지 진행하였다. 운동량 보존 방정식 및 에너지 보존 방정식은 2차 방정식을 사용하였으며, 난류 에너지 방정식은 1차 방정식을 사용하였다. 속도압력 커플링은 SIMPLE 알고리즘을 사용하여 해를 구하였다.
운동량 보존 방정식 및 에너지 보존 방정식은 2차 방정식을 사용하였으며, 난류 에너지 방정식은 1차 방정식을 사용하였다. 속도압력 커플링은 SIMPLE 알고리즘을 사용하여 해를 구하였다. ⁽⁶⁾ 해석은 에너지 방정식의 잔류 값이 10^-6 이하이고, 다른 모든 방정식은 10^-3 이하가 될 때 수렴했다고 판단하였다.

성능/효과

각 도크시스템에서 가장 범용적인 집하 작업을 모사하여 측정을 진행하였으며 주된 환기 부하의 원인이 유입되는 열기임을 도출하였다. 또한, 도크시스템을개방한 후 일정 시간 동안 유입되는 외기가 전체 환기 부하에서 차지하는 비율이 큰 점을 확인하였으며, 벽에서 발생하는 열전도로 인한 부하보다 환기 부하가 훨씬 크다는 결과를 얻었다. 또한 도크시스템을 개선할 시 열전도를 막기 위해 재질을 개선하는 것 보다 집하 작업 중에 발생하는 도크시스템의 개방 면적을 줄이는 것이 효과적이며, 이를 위해서 여러 가지 규격의 트럭 탑재 공간과 도크시스템 간 호환성이 중요하다는 결과를 도출할 수 있었다.
또한, 도크시스템을개방한 후 일정 시간 동안 유입되는 외기가 전체 환기 부하에서 차지하는 비율이 큰 점을 확인하였으며, 벽에서 발생하는 열전도로 인한 부하보다 환기 부하가 훨씬 크다는 결과를 얻었다. 또한 도크시스템을 개선할 시 열전도를 막기 위해 재질을 개선하는 것 보다 집하 작업 중에 발생하는 도크시스템의 개방 면적을 줄이는 것이 효과적이며, 이를 위해서 여러 가지 규격의 트럭 탑재 공간과 도크시스템 간 호환성이 중요하다는 결과를 도출할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	에너지 손실량 계산에 가장 중요한 요인은?	에너지 손실량 계산에 가장 중요한 요인은 물류 창고 내부 온도변화량이다. 또한, 압력과 유량은 시뮬레이션 결과와 비교 및 경계조건으로 활용하기 위해 측정을 진행하였다.
	격자 수가 많을수록 해석 결과가 더욱 정확해지지만 어떤 문제가 있나?	유동 해석에서 격자는 해석결과에 영향을 미치는 변수 중 하나이다. 격자 수가 많을수록 해석 결과가 더욱 정확해지나, 많은 해석 시간이 소요되므로 적절한 격자를 고려해야 한다. 따라서 물류 창고 내부 온도를 기준으로 격자 수가 해석결과에 미치는 영향을 비교하였다.
	냉방 부하는 물류 창고의 벽인 판넬을 통해 전도되는 열과 실제 트럭이 주차했을 때 도크를 개방하여 들어오는 따뜻한 공기에 의한 부하로 이를 통제해야되는 이유는?	냉방 부하는 물류 창고의 벽인 판넬을 통해 전도되는 열과 실제 트럭이 주차했을 때 도크를 개방하여 들어오는 따뜻한 공기에 의한 부하가 있다. 이러한 요인들은 외부 온도에 민감하기 때문에 계절에 따라 전기에너지 사용량을 2배 이상 증가시킨다. 때문에 도크시스템 개선에 앞서 현재 소비되고 있는 전기에너지에 주된 요인을 정확히 파악하여 개선 후 절약할 수 있는 전기에너지 소비량을 확인할 필요가 있다.

참고문헌 (6)

Engineering Research Insistute of Kusan National Univ., 2000, The Evaluation of the Energy Performance for the Refrigerated Warehouse Envelopment System, Group.One Ltd.
Ho, S. H., Rosario, L., and Rahman, M. M., 2010, Rahman Numerical simulation of temperature and velocity in a refrigerated warehouse, Refrigeration, Vol. 33, No. 5, pp. 1015-1025.

상세보기
Goncalves, J. C., Costa, J. J., Figueiredo, A. R., and Lopes, A. M. G., 2012, CFD modelling of aerodynamic sealing by vertical and horizontal air curtains, Energy and Buildings, Vol. 52, pp. 153-160.

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Evans, J. A., Hammonda, E. C., Gigiel, A. J., Fostera, A. M., Reinholdt, L., Fikiin, K., and Zilio, C., 2014, Assessment of methods to reduce the energy consumption of food cold stores, Applied Thermal Engineering, Vol. 62, No. 2, pp. 697-705.

상세보기
Goncalves, J. C., Costa, J. J., Figueiredo, A. R., and Lopes, A. M. G., 2012, Study of the aerodynamic sealing of a cold store-Experimental and numerical approaches, Energy and Building, Vol. 55, pp. 779-789.

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ANSYS, 2015, Theory Guide in ANSYS FLUENT 16.0 User's Guide, USA : ANSYS Inc.

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