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복사-대류 겸용 하이브리드 냉방기에 대한 실험 연구
An Experimental Study on Radiation/Convection Hybrid Air-Conditioner 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.6, 2019년, pp.288 - 296  

김내현 (인천대학교 기계공학과)

초록
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그간 복사 냉방은 천정이나 바닥면을 냉각 표면으로 활용하기 때문에 표면 온도노점 온도 이상으로 높이거나 보조적인 제습 에어컨을 설치해야 하는 문제가 있었다. 본 연구에서는 주택 적용을 목표로 복사 판넬 표면에 결로를 유발시킴으로써 냉각 열량을 증가시키고 실내 쾌적감도 개선할 수 있는 1.0 kW 용량의 복사-대류 방식의 하이브리드 냉방기에 대하여 검토하였다. 이 냉방기는 2개의 냉동 사이클 - 강제 대류 제습 사이클과 복사 판넬 냉방 사이클로 구성된다. 시제품 실험 결과 복사 판넬 사이클의 경우 실외 $35^{\circ}C/24^{\circ}C$, 실내 $27^{\circ}C/19.5^{\circ}C$의 표준 조건에서 냉매 순환량은 8.8 kg/h, 응축 온도 $51^{\circ}C$, 증발 온도 $8.8^{\circ}C$, 냉방 능력은 376 W, 성적계수는 1.75로 나타났다. 또한 복사 판넬의 온도는 $13^{\circ}C{\sim}14^{\circ}C$ 사이에서 고르게 분포되었다. 또한, 상대 습도가 감소할수록 냉방 능력은 감소하나 소비 동력은 거의 변화가 없었다. 제습 사이클의 경우, 표준 조건에서 냉매 순환량은 21.1 kg/h, 응축온도 $61^{\circ}C$, 증발 온도 $5.0^{\circ}C$, 냉방능력은 949 W, COP는 2.11로 나타났다. 한편, 복사 판넬과 제습 냉방 사이클을 동시에 가동시키며 표준 조건에서 시험 결과, 복사 판넬의 냉방 능력은 333 W, 제습부의 냉방 능력은 894 W, COP는 1.89로 나타났다. 홴 풍량이 감소하면 복사 판넬, 제습부 모두 냉방 능력이 감소함을 보였는데 특히 제습부에서 감소량이 두드러졌다. 본 실험 데이터를 기반으로 냉방 부하의 변동에 대비하여 가능한 제어 로직을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Radiation cooling has used ceilings or floors as cooling surfaces. In such cases, to avoid moisture condensation on the surface, the surface temperature needs be higher than the dew point temperature or an additional dehumidifier is added. In this study, with a goal for residential application, inte...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 제습이 발생하는 경우는 냉각 부하가 급증하므로 냉매 유량 변동의 폭이 크게 되고 따라서 유량 조절 장치로는 전자 팽창변이 적합하다. 본 연구에서는 우선 미세조절이 가능한 Swagelok사의 수동 팽창 밸브를 사용하여 증발 압력의 변화에 따른 시스템 거동을 살펴보았다. 응축기는 판넬 냉방부과 제습부를 동시에 냉각할 수 있도록 하였는데 핀-튜브형으로 폭 0.
  • 따라서 복사 냉방은 대형 건물에 일부 적용되었을 뿐 가정용으로 개발되지는 않았다. 본 연구에서는 주택 적용을 목표로 복사 판넬 표면 온도를 노점 온도 이하로 유지하여 표면에 결로를 유발시킴으로써 냉각 열량을 증가시키고 실내 쾌적감도 개선할 수 있는 1.0 kW 용량의 복사-대류 방식의 하이브리드 냉방기에 대하여 검토하였다. 이 냉방기는 복사 판넬 후방에 대류 방식의 제습부가 설치되어 실내 잠열부하를 담당하도록 설계하였다 [8].
  • 그간 복사 냉방은 천정이나 바닥면을 냉각 표면으로 활용하기 때문에 표면 온도를 노점 온도 이상으로 높이거나 보조적인 제습 에어컨을 설치해야 하는 문제가 있었다. 본 연구에서는 주택 적용을 목표로 복사 판넬 표면에 결로를 유발시킴으로써 냉각 열량을 증가시키고 실내 쾌적감도 개선할 수 있는 1.0 kW 용량의 복사-대류 방식의 하이브리드 냉방기에 대하여 검토하였다. 이 냉방기는 복사 판넬 후방에 대류 방식의 제습부가 설치되어 실내 잠열부하를 담당하도록 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현열 부하를 처리하는 방안이 활발히 연구돼온 이유는?. 이러한 문제는 현열 부하와 잠열 부하를 별도로 처리하면 해결이 가능하다. 그 중에서도 특히 현열 부하를 처리하는 방안으로 강제 대류식 보다는 복사식 냉방이 열 쾌적성 면에서 우수한 것으로 알려져 이에 대한 연구가 유럽을 중심으로 활발하게 이루어져 왔다[1-3]. 복사 냉방에서는 현열 열전달은 공기를 우선 냉각해야 하는 대류 열전달과는 달리 복사 형태로 냉각 표면에서 인체로 직접 전달되므로 냉각 효과가 순간적으로 발생하고 쾌적성이 증진된다고 알려져 있다[2,3].
제습 냉방 시스템은 무엇으로 구성되는가? 제습 냉방 시스템은 압축기, 응축기, 증발기, 팽창장치로 구성된다. 실험은 우선 실외 35o C/24o C, 실내 27o C/19.
복사 냉방을 천정이나 바닥면에 냉각 코일을 설치하여 이들을 냉각 표면으로 활용하는 방안의 문제점은? 그간 복사 냉방은 천정이나 바닥면에 냉각 코일을 설치하여 이들을 냉각 표면으로 활용하는 방안이 검토되어 왔다. 하지만 이 경우 천정이나 바닥면에 결로가 생겨서는 안 되기 때문에 표면 온도를 노점 온도 이상으로 높이거나 보조적인 제습 에어컨을 설치해야 하는 문제가 있다[6,7]. 따라서 복사 냉방은 대형 건물에 일부 적용되었 을 뿐 가정용으로 개발되지는 않았다.
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