[논문]단프라시트를 적용한 간접식 증발냉각 장치의 냉각 성능 예측

김명호; 김병재

doi:10.5762/kais.2020.21.11.892

[국내논문] 단프라시트를 적용한 간접식 증발냉각 장치의 냉각 성능 예측
Prediction of Cooling Performance for Indirect Evaporative Cooling System Using Danpla Sheet 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.11, 2020년, pp.892 - 897

김명호 (충남대학교 기계공학부) , 김병재 (충남대학교 기계공학부)

초록
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본 연구에서는 간접식 증발냉각 장치의 냉각 성능을 예측하고 다양한 공기 유량 및 물 분무 유량 조건을 만족하는 성능 상관식을 제안한다. 기존의 플라스틱 열교환기는 공조 공간의 크기에 따라 금형을 새로 제작해야 하기 때문에 높은 효율에도 불구하고 잘 사용하지 않았다. 한편 단프라시트는 일반적으로 두께가 얇아 열교환이 우수하고, 특히 제작이 매우 용이하다. 따라서 열교환기를 단프라시트로 제작할 경우 금형이 별도로 필요하지 않아 열교환기 제작 비용을 크게 절감할 수 있다. 이에 본 연구에서는 단프라시트로 다채널 열교환기를 제작하여 간접식 증발냉각 장치를 제작하였다. 성능 실험장치는 열교환기, 물 분사 노즐, 터보홴, 항온조, 순환 펌프, 온도 센서, 습도 센서, 차압식 유량계 및 자료획득 장치로 구성하였다. 증발냉각 시 공기 유량이 증가하면 유용도가 감소하였고, 수공비에 따라 유용도 최적점이 존재하였다. 등온 조건에서 냉각 성능을 예측하는 상관식과 실내 환기 온도와 외기 상태를 반영하는 성능 상관식을 제안하였다. 상관식들의 냉각 성능 오차는 4 % 이내였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Previous plastic heat exchangers are expensive because the mold must be newly manufactured depending on the air conditioning space. On the other hand, danpla is so thin that the heat exchange performance is excellent. Moreover, danpla can be used easily in ventilation systems in view of fabrication. This study proposes correlations for the cooling performance of an indirect evaporative cooling system. The experimental apparatus consisted of a heat exchanger, spray nozzle, fan, thermostat, pump, and measuring sensors for temperature, humidity, and airflow rate. The results showed that the effectiveness decreased gradually as the airflow rate increased. In addition, there was an optimal condition in terms of effectiveness. The performance prediction correlations were determined using the experimental data from various conditions. The proposed correlations showed performance accuracies within 4 % error.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Photograph of heat exchanger(HEX)
그림 Fig. 2. Experimental apparatus for indirect evaporative cooling system: (a) Schemati;c (b) Photograph
표 Table 1. Experimental conditions
그림 Fig. 3. Variation of effectiveness with air flow rate and water flow rate in case of cross-flow (a) Variation of air flow rate, (b) Variation of water flow rate
그림 Fig. 4. Comparison of measured effectiveness with those of correlation calculated by Re and water to air ratio
그림 Fig. 5. Comparison of measured effectiveness with those of correlation at various RA and OA temperatures

AI 본문요약
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제안 방법

건구온도와 습구온도는 T-type 열전대를 사용하여 측정 부위를 세 부분으로 나누어 측정하였다. 측정된 데이터는 자료 획득 장치(DAS: Data Acquisition System)를 이용하여 수집하였으며, 위치에 따른 편차를 최소화하도록 측정값을 산술평균하여 저장하였다.
물과 접촉하지 않는 주 유동에서는 외기(OA: Outdoor Air)가 장치로 유입되어 급기(SA: Supply Air)를 통해 실내로 공급되며, 물과 직접적으로 접촉하는 2차 유동에서는 실내 환기(RA: Return Air)로 공기가 유입되어 배기(EA: Exhaust Air)로 배출된다. 공기 유동은 터보홴으로 발생시키고, 공기 유량은 슬라이닥스로 조절하여 노즐을 이용한 차압식 유량계로 측정하였다. 외기 온도는 항온조에 공기 가열용 열교환기를 연결하여 일정 온도의 물을 순환시켜 조절하였으며, 습도는 덕트 입구 측에 가습기를 배치하여 분무량을 조절하였다.
다양한 크기의 환기시설에 배기열 회수 열교환기를 적용하기 위해서는 성능뿐만 아니라 열교환기 제작의 용이성이 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 포장재, 단열재, 차음재 등으로 많이 쓰여 시중에서 쉽게 구매가 가능하고 다양한 크기로 제작하기에 용이한 단프라시트(Danpla sheet)를 간접식 증발냉각장치에 적용하여 성능을 분석하였다. 또한, 기존의 열교환기와의 성능 및 유동 방향의 차이를 고려하여, 단프라 시트를 적용한 열교환기의 성능 상관계수를 제안하였다.
따라서 본 연구에서는 포장재, 단열재, 차음재 등으로 많이 쓰여 시중에서 쉽게 구매가 가능하고 다양한 크기로 제작하기에 용이한 단프라시트(Danpla sheet)를 간접식 증발냉각장치에 적용하여 성능을 분석하였다. 또한, 기존의 열교환기와의 성능 및 유동 방향의 차이를 고려하여, 단프라 시트를 적용한 열교환기의 성능 상관계수를 제안하였다.
외기조건은 증발냉각의 냉각성능을 최대한으로 이용할 수 있는 여름철의 기상조건을 모사하여 30 ~ 41 ℃ 범위로 조절하였다. 또한, 실내조건은 에너지 절약을 위한 공공기관의 실내온도 조건인 24 ~ 28 ℃ 범위로 변화시켜가며 실험하였다. 이때 공기 유량은 슬라이닥스의 전압 가용범위에 따라 50 ~ 250 CMH 까지 50 CMH 단위로 조절하였다.
이를 Re수로 환산하면 70 ~ 350 범위에 속한다. 물 분무유량은 소형 펌프의 전압 가용범위에 맞춰 0.012 ~ 0.018 CMH (200 ~ 300 mL/min) 범위로 조절하여 물 분무유량에 따른 효과도 확인하였다.
분무되는 물은 펌프를 통해 순환하면서 온도가 거의 일정해지므로 증발냉각 성능에 거의 영향을 미치지 않는다고 판단하여 따로 온도를 측정하지 않았다. 물 분무유량은 저울을 이용하여 일정 시간 동안 나온 물의 양을 평균하였다.
시중에서 값싸고 손쉽게 구할 수 있는 단프라시트를 이용하여 직교류의 다채널 열교환기를 설계·제작하고, 이를 간접식 증발냉각장치에 적용하였다.
01285로 계산되었다. 실험 데이터는 각 Case 별 Table 1의 온도조건으로 실험하였으며, 약 12,000여 개의 측정값을 이용하여 높은 신뢰도의 유용도 상관식을 제안하였다. 상관식은 Table 1과 같은 실험조건에서 실험값과 4 % 이내의 오차를 보임을 확인하였다.
2와 같다. 열교환기에 분사되는 물은 작은 입자 형태로 분사시켜 공기와 접촉하는 표면적을 넓게 하여 증발이 잘 이루어지도록 제작하였다. 펌프에 인버터를 달아 전압의 세기로 물 분무유량을 조절하였다.
공기 유동은 터보홴으로 발생시키고, 공기 유량은 슬라이닥스로 조절하여 노즐을 이용한 차압식 유량계로 측정하였다. 외기 온도는 항온조에 공기 가열용 열교환기를 연결하여 일정 온도의 물을 순환시켜 조절하였으며, 습도는 덕트 입구 측에 가습기를 배치하여 분무량을 조절하였다. 외기-급기와 환기-배기의 두 유로는 열교환기에 의해 서로 분리되어 있기 때문에 물질전달은 일어나지 않는다.
열교환기에 분사되는 물은 작은 입자 형태로 분사시켜 공기와 접촉하는 표면적을 넓게 하여 증발이 잘 이루어지도록 제작하였다. 펌프에 인버터를 달아 전압의 세기로 물 분무유량을 조절하였다. 증발되지 않고 장치 하단으로 흐르는 물은 바닥으로 빠져나와 수조에 재유입 되고 펌프를 통해 재순환된다.

대상 데이터

본 연구에서 제작한 다채널 열교환기는 255 x 255 mm2 면적을 갖는 정사각형 모양의 플라스틱 판형 열교환기이다.

데이터처리

건구온도와 습구온도는 T-type 열전대를 사용하여 측정 부위를 세 부분으로 나누어 측정하였다. 측정된 데이터는 자료 획득 장치(DAS: Data Acquisition System)를 이용하여 수집하였으며, 위치에 따른 편차를 최소화하도록 측정값을 산술평균하여 저장하였다. 증발냉각 실험은 약 30분간 예비가동을 하여 정상상태까지 도달시켰으며, 외기 및 실내온도 변화를 고려한 실험조건은 Table 1에 나타내었다.

참고문헌 (9)

E. S. Yang, S. J. Lee, A. R. Kim, IEA World Energy Outlook 2018 Analysis, Investigation Report, Korea Energy Economics Institute, Korea, p.3.
M. R. Jo, Korean Climate Change Assessment Report 2020, p.362, Ministry of Environment, 2020, pp.14-15.
C. W. Park. "Research and development trends of absorption chillers at domestic and abroad", The magazine of the Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, Vol. 43, p.19, 2014.
S. M. Woo, S. Y. Lee, K. Y. Kim, H. S. Kim, "A Study on the Development of Triple Effect Absorption Chiller", Proceedings of The Society Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea Conference on Summer, SAREK, Pyeongchang, Korea, pp.412-416, June 2019.
I. O. Mikulionok, "Use of Polymer Materials in Heat Exchangers (Review of Patents)", Chemical and Petroleum Engineering, Vol.55, Nos.7-8, pp.687-695, August 2019. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s10556-019-00680-z

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G. H. Choi, Y. I. Kim, M. S. Kim, "A Numerical Study on the Performance of Plastic Coated Aluminium Plate Heat Exchanger", Korea Society of Geothermal Energy Engineers, Vol.14, No.1, pp.22-29, February 2018. DOI: https://doi.org/10.17664/ksgee.2018.14.1.022

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S. Y. Yoo, T. H. Kim, M. H. Kim "Study on Performance Prediction and Energy Saving of Indirect Evaporative Cooling System", Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers-B, Vol.39, No.9, pp.743-749, September 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.3795/KSME-B.2015.39.9.743

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S. Y. Yoo, M. H. Chung, Y. M. Lee, "A Study on the Factors Affecting the Performance of Plastic Plate Heat Exchanger", Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol.17, No.9, pp.839-849, September 2005.
S. Y. Yoo, T. H. Kim, M. H. Kim "Performance of Heat Recovery System using Evaporative Cooling", Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers-B, Vol.39, No.1, pp.37-43, January 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.3795/KSME-B.2015.39.1.037

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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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