고분 공조시스템의 운전특성 및 제습부하에 관한 연구 논문자료

 

고분 공조시스템의 운전특성 및 제습부하에 관한 연구
A Study on the Performance and Dehumidification Load 
of an HVAC System for Conservation of Ancient Tombs

왕릉을 비롯한 유적지의 올바른 보존의 중요성은 널리 알려져 있음에도 불구하고, 이를 실현하기 위한 시설에 대해서는 아직까지 많은 관심이 이루어지지 않고 있다. 한반도에는 수많은 고대 왕릉이 공개되어 있으며, 그 중 일부는 대중이 접근할 수 있도록 선별적으로 전시되어 있습니다. 그러나 이들 유적지의 보존 조치는 진지하게 조사되지 않았습니다. 무덤 지하 환경에 대한 이해 수준도 만족스럽지 못한 수준이다. 본 연구에서는 온도와 습도 측면에서 적절한 보존 조건을 유지하기 위해 제습 부하에 중점을 둡니다. 경북대학교(공주대학교) 캠퍼스에는 크기가 다른 실험무덤 2기가 L×W×H 규격으로 조성되었습니다. 1.0m×2.8m×1.0 및 1.3m×3.0m\시간1.2m, 각각 HVAC 시스템은 보존에 적합한 조건, 즉 22±2°C를 유지하기 위해 설치됩니다. 온도 및 55±5 상대습도에서 고분 내부의 온도와 습도를 규정 범위 내에서 유지하면서 응축수를 측정하여 제습부하를 추정합니다.

[연구 주제]

1. 문제 정의

본 연구는 고분보존용 공조시스템을 개발할 목적으로 공조시스템을 적용한 고분 내부의 실내환경 자료를 확보하고자 수행하였으며, 본 실험연구를 통하여 고분 내 제습부하자료를 제시하였다.

습도 환경을 적절히 유지하고또한 제습부하량을 확인하기 위하여 본 연구에서는 공기조화기를 실험용 고분에 설치하였다.

[연구 방법]

1. 제안 방법

본 연구에서는 고분의 장기보존을 위한 최적의 공조시스템을 제시하기 위한 노력의 일환으로 공주대학교 박물관의 자문을 받아 2기의 실험용 고분을 공주대학교 구내에 제작하였으며, 부하계산을 통하여 공조시스템의 용량을 산정하여 제작 후 고분 내부에 설치하였다.

습도를 용량 및 제어설정의 영향, 풍량 및 기류속도의 영향으로 나누어 분석하였다.

또한, 공조시스템에 필요한 적절한 제습부하를 확인하기 위하여 제습량을 측정하였고, 이를 실내 체적에 따라 비교하였다.

주요 구성재료로는 자연활석, 자연석, 평석, 봉토, 잔디이며, 문은 철제문으로 제작하였다.

시스템 운전특성 분석을 위하여 자료획득장치 (Yokogawa, DA-100)를 컴퓨터와 연결하여 온도및 습도를 측정하였다.

습도 제어는 제어패널을 통하여 수행하였다.

습도 특성을 상세히 관찰하기 위하여 4~5개의 채널을 고분 내부에 설치하고, 외기온도 및 습도를동시에 측정하였다.

실내고분 내 설계조건은 박물관 등 유물보존에 적합한 조건으로서 온도의 경우 22±lt, 상대습도의 경우 55±5%로 설정하였으며, 계산과정에서 환기량은 고분 Ie 135m3/h, 고분 Ⅱ는 195m%로 하였고, 조명 발생열은 25 Watt(Factor : 1.2)로 하였다.

습도 변화를 측정함으로써 고분내부 환경자료를 확보하고, 공조시스템의 운전상태를 관찰하였다.

온도 및 습도는 공조기의 가동에 의한 시간변화 및 고분 내부의 위치에 따른 차이를 확인하기 위하여 실내기 출구를 포함하여 복수의 채널을 통하여 측정하였고, 별도로 외기의온도 및 습도를 측정하였다.

팬 셋팅은 조절된 공기의 유속 및 유량에 직접 관계되며, 본 연구에서는 고분 Ⅱ에 대하여 고정된 제어조건하에서 정면에서 즉정한 풍속을 기준으로 팬 셋팅을 하였다.

습도의 공간분포특성을 관찰하였다.

고분 I에서 제습량은 증발기에서 응축되어 드레인 되는 응축수를 드레인 호스를 통하여 외부에 있는 통에 저장하고, 그 양을 매 시간마다 매스실린더에 옮겨 체적을 측정하였다.

고분 내 증발기에서 응축된 물은 드레인 호스를통하여 외부에 있는 통에 저장되고, 통에 저장된물은 주간에는 2시간마다, 야간에는 10~12시간마다 측정하였다.

그러나 고분과 같은 특수한 환경에서의 제습 부하 기초자료가 없으므로 설치된 공기조화기의 냉방부하를 충분히 크게 제작하였다.

2. 대상 데이터

사용된 공기조화기는 가열, 가습, 냉방 및 제습을할 수 있으며, 히터, 가습기, 증발기 및 송풍기로 구성된 실내기와 압축기와 응축기를 포함하는 실외기, 그리고 가습용 물탱크로 구성된다.

고분 Ⅱ의 경우에는 보다 해상도가 높은 센서를 채택하여 자료를 획득하였다.

[연구 결과]

1. 성능/효과

습도 조건을 유지함을 확인할 수 있었다.

측정결과 6일간 외기(채널 5) 온도의 변화는 일교차에 의해 최저 3℃에서 25℃까지 변화하였으나 실내(채널 1~4) 온도변화는 20 ~24℃를 나타내었으며, 각 채널별 시간 평균은 20.9℃에서 232C로 나타났다.

흥미로운 점은 온도의 경우 시간 평균을 중심으로 일정한 변화를 나타낸 반면, 습도의 경우에는 시간경과에 따라 평균 습도 자체가어느 정도의 변화과정을 겪음을 확인하였다.

습도 측정결과는 고분 I에서의 그것과 대체로 유사하며 전체적으로 원하는 실내조건을 유지하는 것으로 나타났다.

즉, 히터에 의하여 온도가 상승하는 동안에는 상대습도가 낮아지고, 반대로 온도가 하강하는 동안에는 상대습도는 높아짐을 알 수 있다.

실험결과에 의하면 유속이 느린 경우(low setting) 위치에 따른 시간 평균 온도 및 습도의 변화가 적은 것으로 나타났으며, 시간변화에 따른 표준편차도 작게 나타났다. 

결과들로부터 평균 제습량은 물을 분무한 날, 오는 날, 맑은 날의 순으로 많이 나왔다.

공조시스템의 최대 제습용량은 2, 663mL/h(569 mL/h, n?)로서 측정된 평균 제습량 508mL4의 약 5.2배 정도인 것으로 분석되었다.

이상의 2기의 실험용 고분에 대한 평균 제습부하는 실내체적이 2.97m, 인 고분 I의 경우 258.3mL/h, 실내체적이 4.68n;인 고분 Ⅱ의 경우에는 508mL/h로 나타나 내부체적이 큰 경우에 더 큰 제습 부하가 적용됨을 확인할 수 있다.

(1) 규모가 작은 모형고분(고분 I)의 경우 공조기를 설치한 결과 고분 내부의 온도는 외기의 영향을 받지 않고 최소 20P에서 최대 24℃의 온도로 변화하고 있으며, 그 차이는 4℃로 나타났지만, 채널의 각 위치에 따른 온도변화는 2℃ 정도로 나타났다.

(2) 실물을 복원한 고분 Ⅱ의 경우 공조기를 설치한 결과 온도의 경우 최저 18.30부터 최고 23.2 ℃를 나타내었고, 그 차이는 4.9℃이다.

(3) 실내 측정위치에 따른 시간 평균 온도는 최저 20OC(채널 2)이고, 최고 214C(채널 3) 로나타났다.

(4) 2기의 고분 내에 서로 다른 공기조화기를적용하고 고정된 위치에서 온도 및 습도변하를 관찰한 결과 온도 및 습도의 변화 정도가 큰 차이를 보였으며, 이는 주요 구성부품의 용량 및 제어시스템에 의하여 영향을 받는 것으로 판단되어, 정밀한 온 . 습도 제어를 위해서는 신중한 검토가 필요하다.

그러나 내부체적이 큰 경우에 제습부하가 증가함을 확인하였고, 측정결과 모형고분의 경우 평균적으로 87.0mL/h, m3, 실물고분의 경우 평균적으로 108.5mL/h,n?로 나타났다.

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO200712242537122

[논문]고분 공조시스템의 운전특성 및 제습부하에 관한 연구