목 차1. 개요1- 1. 공조 계획 순서31- 2. 건물의 용도31- 3. 건물의 과거 및 현재 동향과 추진배경41- 4. 건물의 특징 및 방향 41- 5. 건물 개요 52. 열원 기기2- 1. 현재 건물에 사용되는 열원기기 방식 및 신재생에너지61) 지열히트펌프 냉난방 시스템 ( 1~6층 )61) - 1. 지열히트펌프 냉난방 시스템 장 · 단점 61) - 2. 지열히트펌프 시스템 종류71) - 3. 에너지공급방식에 따른 분류91) - 4. 지열시스템 지중열교환기 방식 비교101) - 5. 그린에너지관에 설치되어 있는 물-공기 지열 멀티형 열펌프112) 전기히트펌프 냉난방 시스템 ( 7 ~10층 ) 122) - 1. 전기히트펌프 냉난방 시스템 장 · 단점122- 2. 현재 건물에 적용 할 수 있는 열원기기 및 신재생에너지13?열원기기 선정 시 고려사항131) 지열 히트펌프142) 태양광으로부터 얻는 전력143) 집단에너지 지역난방으로 얻는 냉난방 및 전력 (열병합 발전)144) 연료전지 + 지열155) 쿨튜브 시스템 ( Cool Tube System )156) 축열 시스템 (축열조, 축열식 히트펌프보일러)163. 환기시스템3- 1. 환기개요161) 환기의 목적 및 방향 162) 교육시설(대학교)의 오염원173) 환기설비 설치기준 및 고려사항 ( 정압, 부압 )174) 환기시스템 계획 ( 법규 및 기준 참고 )204) 환기의 외기 및 실내 환경기준 - 관련법규 ( 비주거, 주거 )225) 환기방법의 종류23① 제 1종 환기법 ( 기계급기 + 기계배기 ) 전열교환 동시급배기 시스템23② 제 2종 환기법 ( 기계급기 + 자연배기 ) 급기형 시스템23④ 제 4종 환기법 ( 자연급기 + 자연배기 ) 패시브 환기23⑤ 희석환기 ( 전체 환기 )24⑥ 집중환기24⑦ 국소환기243- 2. 현재 건물에 사용되는 환기시스템 방식251) 흄후드 ( FUME HOOD ) ( 2층 위생설비실험실 ) ( 8~9층 )251) - 1. 흄후드 방식 및 장 · 단점 ( 국소환기 방식 ) 2도 냉난방이 전환이 가능하며 장비가 단순하여 잔고장이 적음2) 운전 온도가 장비의 정격운전에 적합한 조건이므로 시스템 수명이 약 25년 (ASHRAE)? 외관상의 문제 해결1) 냉각탑, 실외기등이 불필요하여 지하철, 체육관, 소음규제지역에 적용이 우수함2) 옥상공간의 이용이 용이함? 높은 안정성1) 확성연료의 사용이 없어 화재나 폭발의 위험이 적음2) 냉각탑을 통한 세균번식 등의 우려가 없음단점? 높은 초기 투자비1) 1차 열원설비 비용이 126만원/KW로 초기 설치비가 고가임2) 설비비 융자, 보금사업, 복합 지열원 시스템 등으로 초기투자비 감소방안 모색 필요? 반송동력 증가1) 지열 열교환기의 길이가 긴 경우 순환수 수송에 필요한 동력이 많음2) 시스템의 유량조절 및 자연수위 파악으로 펌프동력 절감? 천공면적 필요1) 지중 열교환기 설치 및 지하수 취입을 위한 면적이 필요함1) - 2. 지열히트펌프 시스템 종류그린에너지관의 경우 지열을 이용해 물-공기 방식을 이용한 히트펌프로 냉난방과 물-물 방식을 이용한 히트펌프로 급탕을 만들어 사용하고 있다. 냉매의 경우 오존층 파괴지수가 0인 환경 친화적인 R-410a를 사용하고 있다.1) - 3. 에너지공급방식에 따른 분류시스템 구성시스템 특징지열 히트펌프에서 생산된 냉·온수를 직접 부하측의 실내기(FCU or 공기조화기)로 보내 냉·난방 을 수행?가장 일반적인 방식?환기성능이 가장 우수?중앙공조방식에 적용시스템 구성시스템 특징기계실에서 설치된 히트펌프에서 직접 열교환이 된 공기를 직접 실내측에 보내 냉·난방을 수행출처) 한국에너지관리공단 (지열시스템)?공사비용이 높음?환기성능이 떨어짐(설치위치에 따른 공 기질에 영향을 줌)?설치실적이 적음1) - 3. 에너지공급방식에 따른 분류시스템 구성시스템 특징실내에 설치된 콘솔형 히트펌프에 직접 지중열교환기 순환배관이 연결되며,실내공기와 직접 열교환을 통해 냉·난방을 수행출처) 한국에너지관리공단 (지열시스템)?저용량에서 가장 적합(히트펌프가 실내 에 설치되기 때문에 소음에 민광 정남향 30도 각도일 때 100%라면 지금 설치되어 있는 것이 91%정도 나온다고 한다.각 주차장 활용도와 현장 여견을 따지면 최적화 된 상태라고 한다.참고) 한밭대학교 최연우 설비팀장 (녹취록)3) 집단에너지 지역난방으로 얻는 냉난방 및 전력 (열병합 발전)출처) 충남도시가스 ( http://www.choongnamcitygas.co.kr ) 집단에너지 사업▶?열병합발전을 통해 열과 전기를 생산?친환경 연료인 천연가스를 연료로 열 과 전기를 동시에 생산·공급해 효율 향상과 녹색성장에 일조할 수 있고 분산형 전원으로서 국가 에너지 효율 개선과 전력 수급 난 해소에도 기여▶(집단에너지 고시지역)월평?만년?어은지구학하?덕명노은3, 4지구충남도시가스( 주 )학하 집단에너지 사업소2013년 04월 22일 준공충남도시가스가 사업다각화 차원에서 진출한 학하지구 구역형 집단에너지(CES) 사업은 집중된 에너지 생산시설에서 열과 전기를 생산해 사용자에게 일괄적으로 공급하는 사업이다. 학하지구에서 지역난방과 전기를 덕명지구등에 지역난방을 공급하여 최근 블랙아웃, 송전망 건설 반대 등의 문제를 해결할 대안으로 주목 받고 있는 분산형 전원을 통해 안정적 전력수급과 송전 손실 방지로 에너지 이용 효율을 높일 수 있다.4) 연료전지 + 지열연료전지 발전은 LNG(액화천연가스)에서 수소를 분리해 전기를 생산하는 방식이다. 연소 과정이 필요 없기 때문에 장기적으로 도심 내 전력부족 문제를 친환경적으로 해결할 수 있는 게 장점이다. 일반적으로 사용되는 기존 화력발전기와 달리 연소과정이 없기 때문에 배출가스가 없고 소음도 적다.대형건축물에 적용되는 신재생에너지 설치의무에 따른 신재생원 선택에서 지열과 연료전지를 조합하는 사업모델이 확산되고 있다. 근래에는 넓은 설치면적이 요구되지 않는 연료전지를 조합해 지열이 충족치 못하는 일부 의무량을 공급하거나, 지열 발전이 어려운 곳은 연료전지로만 공급하는 방안도 채택되고 있다. 하지만 지자체 조례와 ‘공공기관 신재생에너지설비 설치의무화 제도’ 변괴사건을 계기로, 환기구는 보행자 및 건축물 이용자의 안전이 확보되도록 바닥으로부터 2m 이상의 높이에 설치하여야 한다는 안전기준이 마련되었다다만, ① 환기구를 벽면에 설치하는 등 사람이 올라설 수 없는 구조로 설치하는 경우로서, 배기를 위한 환기구에서 배출되는 공기가 보행자 및 건축물 이용자에게 직접 닿지 않도록 설치된 경우이거나 ② 안전펜스 또는 조경 등을 이용하여 접근을 차단하는 구조로 설치된 경우에는 예외적으로 환기구의 높이가 바닥으로부터 2m 미만이어도 된다.제11조의2(환기구의 안전 기준) ① 영 제87조제2항에 따라 환기구[건축물의 환기설비에 부속된 급기및 배기를 위한 건축구조물의 개구부를 말한다. 이하 같다]는 보행자 및 건축물 이용자의 안전이 확보되도록 바닥으로부터 2미터 이상의 높이에 설치하여야 한다. 다만, 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 경우에는 예외로 한다.1. 환기구를 벽면에 설치하는 등 사람이 올라설 수 없는 구조로 설치하는 경우. 이 경우 배기를 위한 환기구는 배출되는 공기가 보행자 및 건축물 이용자에게 직접 닿지 아니하도록 설치되어야 한다.2. 안전펜스 또는 조경 등을 이용하여 접근을 차단하는 구조로 하는 경우② 모든 환기구에는 국토교통부장관이 정하여 고시하는 강도이상의 덮개와 덮개 걸침턱 등 추락방지시설을 설치하여야 한다. [본조신설 2015.7.9.]출처) 건축물의 설비기준 등에 관한 규칙 [국토교통부령 제219호, 2015.07.09. 일부개정](시행 2015.07.09) [제11조의2] 환기구의 안전기준4) 환기시스템 계획 ( 법규 및 기준 참고 )?에너지 절약 방안환기는 쾌적한 실내환경을 유지하는데 필수적이어서 일정한 시간동안 공기를 교체하는 방법으로 수행된다. 그런데 이러한 공기 교환을 할 때 많은 에너지가 소비되며 적절한 관리를 하지 않을 경우 에너지 낭비가 발생한다. 따라서 실내 공기의 질을 일정하게 유지하면서 에너지를 절약할 수 있는 방법을 모색해 효과적으로 운영하는 것이 필수적이다.① 환기량의 신뢰성 및 실내 화장실 등에 이용한다. 소규모 숙박시설에 많이 사용한다.실내의 압력이 음압(-)이 되어 오염물질이 문바깥으로 새어나가지 않고 환풍기에 의해 강제 배출되는 시스템④ 제 4종 환기법 ( 자연급기 + 자연배기 ) 패시브 환기일반적으로 자연환기라 하며, 급기와 배기를 자연에 의존하는 방법인위적으로 압력을 조절하기 어려우며, 급기창과 배기창의 높낮이를 다르게 하여야한다.⑤ 희석환기 ( 전체 환기 )희석환기는 열기나 유해물질이 실내에 널리 산재되어 있거나 이동되는 경우에 아래 그림과 같이 급기로 실내의 전체공기를 희석하여 배출시키는 방법으로 일명 전체환기라고 한다.희석환기방식( 실내 전체가 혼합된 유동)집중환기 방식 (일부 영역만 혼입 된유동)출처) SI단위 공기조화설비 신치웅 저 (P.471) [그림 11-6, 11-7]⑤ 집중환기집중환기는 유해물지이 한 구역에 집중되 있는 경우 그림과 같이 그 구역만을 집중적으로 환 기시키는 방법으로 투입된 공기의 일부는 실내공기로 혼입된다.⑤ 국소환기국소환기는 주방, 공장, 실험실에서와 같이 오염물질의 확산 및 방산을 가능한 국소화 시키려 고 할 때 적용되며, 국소환기 장치로서는 흔히 그림과 같은 후드(hood)를 사용한다. 그러나 효 과적인 환기를 위해서는 국소환기에서 누설된 유해물은 집중환기법 또는 희석환기법에 의해 배출시키는 것이 바람직하다. 후드는 그림과 같이 형식, 기류 방향, 흡입방향, 오염발생원의 위 치에 따라 구분된다.출처) SI단위 공기조화설비 신치웅 저 (P.472) [그림 11-9, 11-10, 11-11]형식에 따른 분류흡입에 방향에 따른 분류발생원의 위치에 따른 분류3- 2. 현재 건물에 사용되는 환기시스템 방식1) 흄후드 ( FUME HOOD ) ( 2층 위생설비실험실 ) ( 8~9층 )인체에 해로운 물질이나 흄이 나오는 실험을 할 때, 그 나쁜 물질들이 코로 들어가기 전 오염된 공기를 외부로 배출하는 장비이다. 흄후드는 배기장비로 건물에 부탁되어 있는 공조시설(덕트)을 통해 배출하며 흄후드 배기 출력은 저지절감
목 차I. 서 론1) 실험 개요22) 실험의 목적2II. 본 론1) 실험 내용21-1 관련 내용3폐열회수 환기장치 (전열교환기)3폐열회수 환기 (전열교환기) 시스템 장 · 단점4전열교환기 건물적용 예51-2 관련 계산식62) 실험 장치72-1 실험 방법7III. 실험 결과 분석 및 설명3) 결론 및 고찰9IV. 참고 문헌I. 서 론1) 실험 개요전열교환기는 배기되는 공기와 도입외기사이에 공기의 교환을 통하여 배기가 지닌 열량을 회수하거나 도입외기가 지닌 열량을 제거하여 도입외기를 실내 또는 공기조화기로 고급하는 전열교환장치이다.또한 공조부하중 외기부하가 차지하는 비중은 약 30%정도가 되는데 전열교환기는 이러한 외기부하를 저감시키기 위해 공조배기와 급기가 직접 공기대공기로 열교환하여 70% 전휴의 열량(현열+잠열)을 회수하는 장치이다.공기대 공기의 열교환기로서 현열은 물론 잠열까지도 교환되는 엔탈피 교환장치로서 공조시스템에서 배기와 도입되는 외기와의 전열교환으로 공조기는 물론 보일러나 냉동기의 용량을 줄일수 있다. 연료비를 절약할 수 있는 에너지절약기기로 공기방식의 중앙공조시스템이나 공장등에서 환기에서의 에너지 회수방식으로 많이 사용된다.전열교환기를 사용한 공조시스템에서 중간기(봄, 가을)을 제외한 냉방기와 난방기의 열회수량은 실내외온도차가 클수록 많다.2) 실험의 목적전열교환기는 배기되는 공기와 도입외기사이에 공기의 교환을 통하여 배기가 지닌 열량을 회수하거나 도입외기가 지닌 열량을 제거하여 도입외기를 실내 또는 공기조화기로 공급하는 전열교환장치이다.이러한 장치를 통하여 전열교환기의 현열효율, 잠열효율, 전열효율, 열회수량 등을 해석하여 외기부하 저감, 공조기, 보일러, 냉동기 등의 용량을 줄일 뿐만 아니라 에너지 절약, 에너지 회수 등에 응용할 수 있도록 하는데 있다.II. 본 론1) 실험 내용- 구조 및 원리전열교환기를 설치한 공조시스템측면도 정면도전열교환기는 공기 대 공기의 열교환기로서, 현열은 물론 잠열까지도 교환되는, 즉 엔탈피 교환장치이다.위의 그림과 같은 공조시스템에서 배기와 도입되는 외기와의 전열교환으로 공조기는 물로 보일러나 냉동기의 용량을 줄일 수 있고, 연료비를 절약할 수 있는 에너지 절약 기기로 공기방식의 중앙공조 시스템이나 공장등에서 환기에서의 에너지 회수방식으로 많이 사용된다.1-1 관련 내용폐열회수 환기장치 (전열교환기)출처) hotelrestaurant 뉴스 [유용욱 JY D&C 대표이사] 효율적인 환기 운영방안 ( http://www.hotelrestaurant.co.kr/news/article.html?no=1285 ) 폐열회수 환기의 원리폐열회수 환기장치의 작동원리폐열이란 사용하고 버려지는 열을 말한다. 폐열회수 환기란 환기를 위해 외부로 배출하는 공기의 열을 실내에 재사용할 수 있도록 함으로써 에너지를 절약할 수 있도록 개발한 것이다.폐열회수 환기장치의 원리는 겨울철 외부로부터 유입되는 차갑고 신선한 공기에 외기로 배출되는 따뜻한 공기의 열을 이용해 데워주고 여름철에는 실내로 유입되는 뜨겁고 신선한 공기에 실내에서 배출되는 공기의 냉기로 냉각해 주는 것이다.폐열회수 환기장치를 사용하지 않을 경우 겨울철에는 실내의 따뜻한 공기가 그대로 실외로 배출되고 실내로는 차가운 외기가 그대로 유입돼 재실자가 차가운 공기에 의한 불쾌감이 발생하며 실내의 난방을 위한 운전비가 증가한다. 또한 여름철에는 온도가 높고 습한 공기가 그대로 유입되기 때문에 실내의 불쾌감 유발 뿐만 아니라 습기제거를 위한 운전비가 많이 발생한다.위 그림은 폐열회수 환기장치의 내부 구조 및 열교환의 원리이다. 폐열회수 환기장치는 열 교환 소자와 팬으로 구성돼 있는데, 폐열회수 환기장치내의 전열 소자에 의해 실내와 실외의 공기의 교환 시, 열을 회수한다. 겨울철에는 차가운 외기를 실내로 도입할 때 전열소자에 실내의 따뜻한 공기를 교차시켜 줌으로써 실내로 유입되는 공기를 예열해줘 난방부하를 절감할 수 있다. 여름철에는 온도가 높고 습한 공기를 실내로 유입할 때 실내의 차갑게 냉방된 공기와 교차해 줌으로써 실내로 유입되는 공기의 온도와 습도를 낮춰줘 실내의 냉방부하를 줄일수 있다. 이와 같은 폐열회수 환기장치를 사용할 경우 실내의 냉난방 비용을 연간 20% 가량 절감할 수 있다.폐열회수 환기 (전열교환기) 시스템 장 · 단점장점? 환기 시 버려지는 열을 회수하는 시스템 ( 약 60% )? 강제 급/배기(제1종환기) 방식을 이용하여 급배기량 확보가 유리? 개별 및 자동제어 가능? 현열, 잠열 에너지를 모두 회수할 수 있어 경제성이 뛰어남? 난연성 재질을 이용하여 제품이 안정되고 배기가스가 혼입되는 것을 방지단점? 환기 시 버려지는 열을 회수하지만 전기에너지 소모가 큼 (약 70~80W)? 유지관리비 상승 및 유지보수 필요 (덕트청소, 필터교환, 열교환기 교환 등)? 덕트공사 필요 → 설치비 증가? 자연환기에 비해 장치비 고가 → 초기투자비 상승? 장비에 대한 이해가 있는 사람이 써야 효율이 좋다아파트의 경우 의무적으로 사용하는 추세인데 모르는 사람이 계속 켜놓아 전기값 이 많이 나온 사례가 있다. 또 실험실에서 학생들이 사용법을 몰라 문을 열고 트 는 경우 에너지를 낭비하게 된다.전열교환기 적용사례 ? 2층 공조시스템실1-2 관련 계산식- 난방의 경우난방시의 상태변화1) 효율 (난방시)?현열효율은eta _{HS} = {t _{SA} -t _{OA}} over {t _{RA} -t _{OA}} ?잠열효율은eta _{HL} = {x _{SA} -x _{OA}} over {x _{RA} -x _{OA}} ?전열효율은eta _{HT} = {h _{SA} -h _{OA}} over {h _{RA} -h _{OA}} 2) 전열교환기의 회수열량?현열회수량 [KW]는q _{HS} =1.21Q(t _{SA} -t _{OA} )#````````````=1.21Q(t _{RA} -t _{OA} ) eta _{HS} ?잠열회수량 [KW]는q _{HL} =3,001Q(x _{SA} -x _{OA} )#````````````=3,001Q(x _{RA} -x _{OA} ) eta _{HL} ?전열회수량 [KW]는q _{HT} =1.2Q(h _{SA} -h _{OA} )#````````````=1.2Q(h _{RA} -h _{OA} ) eta _{HT}여기서, 1.21 : 공기의 단위체적[1㎥]당 정압비열[kJ/㎥·K]3,001 : ( 1.2 × 2501 ) 1.2 : 공기의 밀도 Q : 풍량 [㎥/s]- 냉방의 경우냉방시의 상태변화1) 효율 (냉방시)?현열효율은eta _{CS} = {t _{OA} -t _{SA}} over {t _{OA} -t _{RA}} ?잠열효율은eta _{CS} = {x _{OA} -x _{SA}} over {x _{OA} -x _{RA}} ?전열효율은eta _{CT} = {h _{OA} -h _{SA}} over {h _{OA} -h _{RA}} 2) 전열교환기의 열발출량?현열방출량 [KW]는q _{CS} =1.21Q(t _{OA} -t _{SA} )#````````````=1.21Q(t _{OA} -t _{RA} ) eta _{CS} ?잠열방출량 [KW]는q _{CL} =3,001Q(x _{QA} -x _{SA} )#````````````=3,001Q(x _{OA} -x _{RA} ) eta _{CL} ?전열방출량 [KW]는q _{CT} =1.2Q(h _{OA} -h _{SA} )#````````````=1.2Q(h _{OA} -h _{RA} ) eta _{CT}여기서, 1.21 : 공기의 단위체적[1㎥]당 정압비열[kJ/㎥·K]3,001 : ( 1.2 × 2501 ) 1.2 : 공기의 밀도 Q : 풍량 [㎥/s]2) 실험 장치배기 / 외기전열 교환기절연교환소자풍량 측정기컨트롤 박스온?습도 다용도 측정기① 전원을 키고 장치를 기동시킨다.? 실험실의 온도, 습도를 측정한다.② 풍량 측정기를 이용하여 외기, 배기, 급기, 환기를 측정한다.? 측정기의 방향과 일치하게 놓고 측정한다.③ 다용도 측정기를 이용하여 외기, 배기, 급기, 환기를 측정한다.? 환기 측 온도와 습도를 기준으로 각 상대습도를 측정한다.④ 측정한 데이터를 표에 정리한다.? 각 측정한 값을 계산식에 대입하여 자료를 정리하고 결과를 계산한다.? 결과 분석에 대한 토의를 한다.2-1 실험 방법III. 실험 결과 분석 및 설명구분단위외기(OA)급기(SA)환기(RA)배기(EA)풍량㎥/s*************5온도℃21.52019.521상대습도%6562.15454.7절대습도kg/kg0.010410.009040.007610.00847엔탈피kJ/kg11.4510.269.2710.15현열효율%{21.5`-`20} over {21.5`-`19.5} `=`0.75`=`75%잠열효율%{0.01041`-`0.00904} over {0.01041`-`0.00761} `=`0.49`=`49%전열효율%{11.45`-`10.26} over {11.45`-`9.27} `=`0.55`=`55%현열회수량kW1.21 TIMES 230 TIMES (21.5-19.5) TIMES 0.75`=`417.45`KW잠열회수량kW3001 TIMES 230 TIMES (0.01041-0.00761) TIMES 0.49`=`947`KW전열회수량kW1.2 TIMES 230 TIMES (11.45-9.27) TIMES 0.55 TIMES 4.2`=`1389.64`KW실험 데이터를 바탕으로 계산해본 실험결과 전열교환기를 통해 열교환은 현열보다는 잠열 교환이 더 큰 것을 볼 수 있고, 마찬가지로 회수량 역시 현열보다 잠열이 더 많은 열량을 방출하는 것을 알 수 있다. 전열회수량을 보면 현열 과 잠열을 합한 열량과 대략 계산값이 비슷한 것을 볼 수 있는데, 이것은 선도를 읽는 과정에서 사람마다 보는 값이 다르기 때문에 오차가 조금 있었다고 생각한다. 전열교환기 효율은 55%로 일반적인 전열교환기 효율보다는 다소 떨어졌다.
목 차I. 서 론1) 실험 개요22) 실험의 목적2II. 본 론1) 실험 내용21-1 관련 계산식31-2 용어정리52) 실험 장치82-1 실험 장치 개요82-2 실험 방법9III. 실험 결과 분석 및 설명3) 결론 및 고찰11IV. 참고 문헌I. 서 론1) 실험 개요실험장치는 물과 물 사이의 열교환에 관하여 실험적이고 관찰하고, 열전달률 및 열교환량을 측정한다. 병류와 향류의 시험이 가능하도록 설계되었으며, 온수 및 냉수의 속도를 가감하면서 층류, 난류의 실험을 행 할 수 있다.2) 실험의 목적? 가장 간단한 열 교환기의 기초식을 학습한다.? 열 교환기의 열수지를 계산한다.? 총괄 전열계수를 실측하고 유체의 유량과의 관계를 조사한다.II. 본 론1) 실험 내용- 관련 이론2중관 열교환기에서 단일 원관과 투관 (보온관) 모형이 아래 그림과 같이 되어있다면 이 2중관 열교환기의 내관에 고온유체를 흘리고 또 쟈켓트 내부에 저온 유체의 병류 또는 향류가 흐를 시 정상 상태 대로 열교환이 이루어 진다면 고온 유체가 방출하는 열량은 저온 유체가 얻는 열량과 같지 않으면 안되기 때문에 열수지를 차식에서 얻을 수 있다.q _{W} : 고온 유체의 방출 열량(Kcal`/`h)T : 고온 유체의 온도 (℃)W : 고온 유체ㅐ의 유량(kg`/`h)C _{p} : 고온 유체의 비열(`Kcal`/kg`)q _{w} : 저온 유체의 흡수열량(Kcal`/`h`)t : 저온 유체의 온도(`kg`/`h`)w~ : 저온 유체의 유량(`kg`/`h`)c _{p} : 저온 유체의 비열(Kcal`/`kg`)이중열교환기 설명도1-1 관련 계산식?q _{W} ``=`W`C _{P} ``(T _{1} ``-`T _{2} ) ?q _{w``=`w``c _{p} `(`t _{2} ``-`t _{1} `)} ?q _{W} ``=`q _{w`} ``=`q또한 고온 유체의 포화수증기 때문에 상변화를 일으키는 유체를 사용 하고자 할 때에는 열수지는 다음식으로 구할 수 있다.?m lambda `+`mC _{p} ` t _{1} `=`T _{1} `-`t _{1} ``,`` TRIANGLE t _{2} ``=`T _{2} ``-`t _{2}TRIANGLE t _{m} `=` {(T _{1} `-`t _{2} `)`-`(T _{2} `-`t _{1} )} over {ln {(T _{1} `-`t _{2} )} over {(T _{2} `-`t _{1} )}} `=` {TRIANGLE t _{1} `-` TRIANGLE t _{2}} over {ln {TRIANGLE t _{1}} over {TRIANGLE t _{2}}} (향류)여기에서TRIANGLE t _{1} `=`T _{1} `-`t _{2} ``,`` TRIANGLE t _{2} ``=`T _{2} ``-`t _{1}TRIANGLE t _{m}은 대수평균 온도차이다.이상과 같이 총괄전열계수U`=` {q} over {A`` TRIANGLE t _{m}} 으로 구하면 된다.열교환기의 열교환율을eta _{h}라 하면, 고온유체W에 관계되는 계산식은 다음과 같다.? 병류의 경우eta _{h`} `=` {실제교환열량} over {이론교환열량} `=` {W`C _{p} `(T _{1} ``-`T _{2} `)} over {W``C _{p} `(T _{1} `-`t _{1} `)} `=` {T _{1} ``-`T _{2}} over {T _{1} ``-`t _{1}}? 향류의 경우eta _{h`} `=` {실제교환열량} over {이론교환열량} `=` {W`C _{p} `(T _{1} ``-`T _{2} `)} over {W``C _{p} `(T _{1} `-`t _{2} `)} `=` {T _{1} ``-`T _{2}} over {T _{1} ``-`t _{2}}Reynold's Number (Re) 에 대해서 유체의 흐름이 층류인가 난류인가를 판정할 때는Re`=` {V`d} over {nu } 로 구하는데d는 알고있는 수치이며, 또한nu 는W`=`A`V로부터W~가 실험치 이므로 단면적A를 알면 구해진다.여기에서 단면적 A는2} ) ^{2} `-`(1.9` TIMES `10 ^{-2} ) ^{2} ]#```````````````````````````````````````````````````````````=` {pi } over {4} `(5.85` TIMES `10 ^{-4} `-`2.84` TIMES `10 ^{-4} )#```````````````````````````````````````````````````````````=3.01` TIMES `10 ^{-4} `(m ^{2} )여기에서 외관내 유체의 Reynold's Number를 계산하는데 쓰이는d는 다음과 같은 직경을 사용하고 있다.?d`=` {4 TIMES ` {pi } over {4} `(Di ^{2} `-`do ^{2} )} over {pi (Di`+`do)} `=`Di`-`do`=`2.73` TIMES `10 ^{-2} `-`1.9 TIMES 10 ^{-2} `=`8.3` TIMES `10 ^{-3} `(m)그러므로? 저온 유체의Re _{w}는Re _{w} ``=` {dV} over {nu _{L}} `=` {dx {w} over {A}} over {nu _{L}} `=` {d _{w}} over {nu _{L} `A} 여기에서고온역냉수역병류A층류층류B난류층류C층류난류D난류난류향류E층류층류F난류층류G층류난류H난류난류d`=`8.3` TIMES `10 ^{-3} `(m)A`=`3.01` TIMES `10 ^{-4} `(m ^{2} )W는l/h로 알고 있기 때문에 이것을m ^{3} `/`sec 로 하면1l`/h`=`(1/3.6)` TIMES `10 ^{-6} `(m ^{3} `/`sec) 이것을 대입하면Re _{W} ``=` {8.3` TIMES `10 ^{-3} ` TIMES `10 ^{-6} ` TIMES `w} over {3.01` TIMES `10 ^{-4} ` TIMES `3.6` nu _{L}} `=`7.660` TIMES `10 ^{-6} ` {W} over {nu _{L}}고온역냉수역고온부층류층류저온성계수를 밀도로 나눈 값을 말한다. SI단위에는m ^{2} /sec를 사용하지만cm ^{2} /sec 등으로 나타낼 수 있다.④ 밀도 [density]물질의 질량을 부피로 나눈값. 물질 속의 원자나 분자 배열의 조밀도, 합금이나 혼합물 속의 성분비 등을 알아내는데 이용되는 밀도는`1M ELL 속에 포함된 물질의 질량으로, 단위는`g/M LITER 를 사용한다. 순수한 물질은 고유한 밀도를 갖고 있지만 혼합물은 혼합물을 구성하는 성분들의 조성에 따라 밀도가 달라진다. 밀도는 온도, 색, 농도 등과 함께 물질의 양이 증가해도 변하지 않는 성질을 지니고 있다. 보통 단위로는kg/m ^{3}을 사용하고 있다.⑤ 부피 [volume]물모든 물질은 일정한 공간을 차지하는데 이를 부피라고 한다. 부피의 단위로는 L(리터), ml(밀리리터),cm ^{3}(세제곱센티미터)등이 있다.1L=1,000m ELL =1,000cm ^{3} (=10cm TIMES 10cm TIMES 10cm)⑥ 유속 [velocity of flow]단위 시간에 유적 내의 어떤 점을 통과하는 물입자의 속도. 단위 m/s.유체가 일정한 거리를 흐르는 빠르기의 정도를 말하는 것으로 보통 m/sec로 나타낸다. 하천에서는 하도 내에서 일정한 구간을 흐르는 유수의 빠르기를 말하는 것이다. 평균유속은 하도의 기울기, 배수량, 하도의 모양 등에 의해 결정되며 동일한 하천단면 내의 위치에 따라서 달라진다.⑦ 레이놀즈 수 [Reynolds number]유체의 흐름에서는 점성에 의한 힘이 층류가 되게끔 작용하며, 관성에 의한 힘은 난류를 일으키는 방향으로 작용하고 있다. 이 관성력과 점성력의 비를 취한 것이 레이놀즈수(Re)이다. 관경에 대해서는 Re < 2100층류? Re > 4000Reynolds의 관내 유동 실험난류? 입경에 대해서는 Re < 2 층류, Re > 500 난류로 구분⑧ 층류 / 난류 [laminar flow / turbulent flow]?층류 - 유체역학에서 사용되는 용어로서 유체의 이동 상태가 매υ}여기서, A는 유동단면적(m2), S는 접수길이(m)이다.일반적으로 층류에서 난류로 천이할 때의 유속을 임계유속이라고 하며, 이와 같이 천이할 때의 레이놀즈 수를 Rec(critical Reynolds number) 라고 한다. Re가 작을 때의 흐름은 층류이고, Re가 크게 되면 난류로 변한다. 원관 내 유동에서 이 값은 아래와 같다.?층류 : Re< 2,000 ?난류 : Re> 4,000?천이계층 : 2,000< Re > 4,000열교환기 T1고온수 저수조저온수 저수조(탱크)유량계3WAY (3방밸브)이중관 열교환기Control Pannel밸브 (병류 상태)하부 저수조밸브 (향류 상태)2) 실험 장치2-1 실험 장치 개요1) 온수원 : 사각형통- 유량계 : Rotameter - 200ℓ/h- 온도계 : 0 ~ 100℃- 히터 : 3000W(상부수조), 2000W(하부수조)2) 냉수원 : 사각형통- 유량계 : Rotameter - 500ℓ/h- 온도계 : 0 ~ 100℃3) 열교환기- 이중튜브 : sus 1inch, 동관(17mm(in), 19mm(out) × 1000mm (L : 길이)- 흐름선택밸브 : 3way V/V 2개소4) 조절기- 온도조절기 : S.C.R Controll Unit & Digital Temperature Controller5) 온도지시계- Digital Temperature Indicator (4 Point)① 수조에 물을 채운뒤 전원을 켠다.? Control Pannel에서 온수의 온도를 정하고, 펌프를 가동시킨다.? 실험실의 온도, 습도, 대기압을 측정한다.② 밸브를 조절하여 병류가 되도록 조절한다.? 냉동기 작동전 냉매액 압력 초기값을 읽는다.③ 적산유량계를 이용하여 저온수와 고온수의 온도를 측정한다.? 고온수의 온도가 설정온도가 되면T _{1} ,`T _{2} ,`t _{1} ,`t _{2}를 측정한다.④ 밸브를 조절하여 향류가 되도록 조절한다.? ?을 반복한다.⑤ 측정한 데이터를 표에 정리한다.? 각 측정한 값을 계산식에
I. 서 론1) 실험 개요이번 실험은 현열, 잠열, 전열의 개념, 상대습도, 절대습도, 엔탈피, 습공기선도 등 열역학2의 내용을 알고 있어야 한다. 공기조화실험은 공기조화장치를 이용하여 공기의 습도와 온도를 조절하여서 원하는 공기의 상태를 만드는 실험이다. 열, 증기를 증가시키나 온도를 내려 습기를 추출하는 방법, 그리고 지정한 상태에 따라 공기의 성질을 측정하여 그를 비교해보는 실험이다.2) 실험의 목적실내공기의 온도, 습도, 기류, 청정도등을 사용목적에 가장 적합한 상태로 조절하여 유지시켜주는 것을 공기조화라 한다. 공기조화의 여러 과정을 실험함으로써 과정 중에 일어나는 공기의 상태변화와 현열과 잠열변화, 현열비를 측정하여 공기 조화 원리를 파악하는 것이 목적이다. II. 본 론1) 실험 내용- 관련 이론입구 측의 공기의 상태량은 가열코일을 통해서 열량을 받아 출구 측에서 변화가 일어난다. 온도, 습도, 엔탈피 등은 가열과 냉각을 통해서 증가, 감소를 하게 된다. 입구와 출구의 온도와 습도를 측정하여 열량 변화를 측정하여 가열코일에서 가해지는 열량과 비교분석을 해서 변화를 측정한다. 1-1 가열 과정가열기에서 외부로부터 현열량 qs [kcal/h]이 공급되고 수증기의 절대량에 변화가 없다면, 가열기로 들어오는 유량 G [kg/h]의 습공기는 건구온도가 변화하여 배출시키게 된다. 이때 외부로부터 공급되는 열이 전기가열기나 온수코일, 증기코일, 난로 등과 같이 현열만 있고 잠열이 없을 때, 습공기의 상태변화 과정은 수평에서 오른쪽으로 이동한다. (건구 온도 증가, 상대습도 감소, 엔탈피 증가, 비습도 일정)위의 그림에서 가열기로 가열한 열량을 산출하기 위해서는 이 장치에 대한 열평형식을 세우고, 이 식으로부터 가열량 qs를 구하면 다음과 같다.한편, qs는 이 과정중에 습공기의 엔탈피 변화량 (qs = h2- h1)으로 표시된다. 따라서 가열량 qs를 질량유량 G 또는 체적유량 Q를 이용하여 계산하면 다음과 같다.