물-공기 직접접촉식 공기조화장치의 성능해석 논문자료

 

물-공기 직접접촉식 공기조화장치의 성능해석
Performance Analysis of Water/Air 
Direct Contact Air Conditioning System

공기와 물방울 사이에서 열과 질량이 직접 전달되는 물/공기 직접 접촉 공조 시스템의 성능을 반경험적 방법을 사용하여 시뮬레이션합니다. 직접 접촉 시스템은 기존 간접 접촉 시스템에 비해 운송 효율성을 향상시킵니다. 본 연구에서는 hc에 대한 상관관계가 A/cpm 직접 접촉 시스템의 용량을 나타내는 이는 실험 데이터로부터 공기 및 물 유량의 함수로 도출됩니다. 물/공기 직접 접촉 공조 시스템의 냉난방 성능은 이러한 상관 관계를 사용하여 평가됩니다.

[연구 주제]

1. 문제 정의

본 연구에서는 공기조 화장치의 성능을 평가하기 위하여 가능한 최대 열전달률에 대한 실제 열 전달률의 비를 의미하는 유효성(effectiveness)을 계산하였다.

물-공기 직접 접촉식 공기조 화장 치에 대해 열 및 물질전달 모델을 적용하여 공기 조화장치의 출구상태를 예측하고, 여러가지 작동 변수가 성능에 미치는 영향을 평가하는데 그 목적이 있다.

2. 가설 설정

여기서 증발되는 물의 양은 무 시되어 L과 G는 일정하게 유지되는 것으로 가정한다.

여기서는 열전달과 물질전달 이 물에서 공기로 전달되는 것으로 가정하였다.

[연구 방법]

1. 제안 방법

공기조화장치의 용량을 나타내는 hcA/cpm의 실험상 관식을 열및 물질전달 모델을 바탕으로 성능시험 결과로부터 구하였으며, 이상관식을 이용하여 공기조화장치의 출구에서 공기상태를 예측하고 유효성을 구하였다.

공기와 물분무입자가 대향류로 접촉할 때 스프레이 노즐에서 분무되는 물 온도로부터 공기와의 접촉 후 물 온도까지 일정 온도로 증가시켜가면서 각 미소구간에서 공기와 물 사이의 열전달, 물질 전달, 에너지 평형을 계산한 후, 이로부터 hcA/ce 값을 계산하였다.

난방 성능을 해석하기 위해서 공기조화장치로 유입되는 공기의 상태를 건구온도 1.7℃, 상대 습도 80%, 습도비 3.4g/kg으로 정하였다.

냉방 성능을 해석하기 위해서 공기조화장치로 유입되는 공기의 상태를 대전광역시의 여름철 외기설계조건인 건구온도 33.3습구온도 26.11, 상대습도 57.3%, 습도비 18.42g/kg으로 정하였다.

2. 대상 데이터

본 연구에서는 KAlcg0 값을 열 및 물질 전달 모델을 바탕으로 작성한 프로그램을 이용하여 성능시험 데이터로부터 구하였다.

3. 이론/모형

난방 성능을 해석하기 위해서 냉방 성능에서와 같은 방법으로 hcAjCg 의 실험상관식을 구하였으며, 이때 상관식의 계수는 a =1.0932, C2 =0.7627, c3=-0.9210, c4=0.1463, c5= 1.9444, c6=-1.1191, 0=0.5438, c8=0.0738, c9= -0.0498이다.

분무입자에서 공기로 전달되는 현열 열전달율은 Newton의 냉각법칙으로부터 다음과 같이 구한다.

[연구 결과]

1. 성능/효과

냉방성능 해석에서 노즐에서 분무되는 냉각수 유량이 증가할수록, 냉각수 온도가 낮아질수록 공기조화장치 출구에서 공기 온도와 습도비가 감소한다.

냉방성능 해석에서 냉각과 제습이 동시에 일어나는 것을 알 수 있으며, 유효성은 현열과 잠열을 고려할 경우 80% 이상으로 나타났다.

난방성능 해석에서 물유량이 증가할수록, 물 온도가 높아질수록 공기 온도와 습도비가 증가한다.

난방성능 해석에서 가열과 가습이 동시에 일어나는 것을 알 수 있으며, 유효성은 현열과 잠열을 고려할 경우 현열만을 고려한 경우에 비해서 2배 이상으로 나타났다.

대부분의 연구에서 무시되었던 분산 입자들의 합착(coalescence)과 분열(breakup)을 고려한 모델을 제시하여, 상변화가 있는 직접 접촉 열전달에서 체적 열전달 계수를 구하였고, 이 결과가 실험값과 잘 일치함을 보였다.

현열과 잠열을 고려한 것으로 냉각수 온도가 낮을수록 유효성이 증가하며 L/G비가 증가할수록 유효성이 증가한다.

현열과 잠열을 고려한 것으로 물 온도가 증가할수록, L/G 비가 증가할수록 유효성이 증가하며, 이것은 현 열만을 고려한 유효성이 물 온도의 증가와 함께 감소된다는 것과는 반대 경향이다.

공기의 입구상태와 출구상태로부터 가열과 가습이 동시에 이루어지는 것을 확인할 수가 있으며, 모든 조건에서 현열과 잠열을 고려한 유효성이 현 열만을 고려한 유효성의 2배 이상으로 나타나는 것을 알 수 있다.

모든 경우에 출구온도가 입구 건구온도(33.3P)보다 낮고, 출구상태의 습도비가 입구 상태의 습도비(18.42 g/kg) 보다 작으므로 냉각과 제습이 동시에 이루어지고 있는 것을 알 수 있다.

모든 조건에서 유효성이 80% 이상으로 현열만을 고려한 경우보다 높으며, 따라서 냉각에 의한 열전달과 제습에 의한 열전달이 동시에 이루어지는 것을 알 수 있다.

2. 후속 연구

온도와 습도를 동시에 조절하는 방안에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO200411922187293

[논문]물-공기 직접접촉식 공기조화장치의 성능해석