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소형 대향류식 열회수 팬의 개발

관리자
2019-02-08

두 개의 팬과 하나의 열교환기를 단일 부품으로 결합함으로써 작고 높은 효율성을 자랑하는 환기 시스템을 설계할 수 있게 되었다. 이는 건물 현대화에 특히 적합한 형태이다. 대항류식 팬은 공기흐름(실외/공급 및 추출/배출 공기)을 생성하고 동시에 대항류식 열교환기의 역할을 수행한다. 팬 날개 사이의 공간은 재생 열교환기로 작동하는 요소로 채워져 있다. 수치 최적화에 기초하여 싱글/더블 룸 유닛의 첫 번째 실험용 시제품이 제작되었다. 본 기사는 2017년 9월 13일부터 14일까지 영국 노팅엄에서 열린 2017년 제38회 AIVC, 제6회 TightVent, 제4회Venticool Conference, 2017 “Ventilating healthy low-energy buildings"에서 발표된 논문을 기반으로 한다.

 

▶키워드 : 열회수 팬, 소형 환기 시스템, 전면 통합, 야간 환기, 습도 회복 

 

크리스토퍼 스피어, 라이너 플뤼거
오스트리아 인스부르크 대학

 

 

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적절한 공기의 질을 보장하기 위해 건물 신축 및 기존 건물의 현대화 시 환기시스템이 필요하다. 열회수가 가능한 기계식 환기시스템을 설치하면 공기 교환을 제어할 수 있는 동시에 에너지 손실을 줄일 수 있게 된다. 특히, 건물 개조 시에는 공간 절약형 솔루션이 유용하다. 콤팩트하고 비용을 절감하는 분산형 환기 시스템을 구축하고자 CHRF(Counterflow Heat Recovery Fan)가 개발되었다. 

 

CHRF의 주요 부품은 공기흐름(실외/공급 및 추출/배기)을 생성하고 동시에 대항류식 열교환기 역할을 하는 회전식 직교류 팬이다. 유동 전도 및 제작된 실험용 시제품은 그림 1과 같다. 시스템은 두 가지 레벨로 구분되어 공급 및 추출된 공기는 1차 레벨, 실외 및 배출 공기는 2차 레벨에 배치된다. 기류의 레벨은 팬의 고정된 내부 부분을 통해 변경되며 직교류 팬이 양쪽 레벨에서 대항류식 열교환기의 역할을 수행한다. CHRF의 개발 개념, 실험 결과 및 시뮬레이션 결과는 (Speer, 2015a)[1]을 참조한다.


사용된 직교류 팬은 두 가지 기능을 수행해야 하며 가능한 한 효율적으로 공기흐름을 생성하고 대항류식 열교환기로서의 기능이 매우 효율적으로 작동해야 한다. 해당 부품 외에 사용할 수 있는 부품은 (Speer, 2015b)[4]를 참조하며, 사용 가능성이 높은 두 가지 변형 형태는 그림 2와 같다. 이 두 가지는 주로 직교류팬으로 구성되며, 여기에는 공기흐름을 생성하고 재생 열회수를 담당하는 중간요소를 발생시키는 30개의 블레이드가 장착되어 있다. 해당 요소는 예를 들어 거품소재(그림 2(상단)) 또는 수평의 얇은 레이어(그림 2(하단))로 만들 수 있다.

 

싱글/더블 룸 유닛으로 사용하기 위한 CHRF 개발의 틀 내에서 팬의 흡입구 및 배출구에 사용된 단면적을 증가시킴으로서 열회수율뿐만 아니라 환기효율을 향상시키기 위해 유동 전도 개념을 수정하였다. 팬의 공기흐름은 방사형으로 팬에 들어가고 나선형 곡선을 따라 레벨이 변경된 후 다시 방사형 모양으로 팬에서 나오기 때문에 훨씬 더 넓은 표면적을 사용하게 된다. 

 

이러한 유동 전도 개념을 사용하면 거의 모든 사용 가능한 표면이 압력 강하를 줄이고 열회수를 증가시키는 데 사용된다. 수정 개념은 그림 3과 같다. 아래에 명시된 냉각모드는 야간 환기에 유용한 작동 모드이다. 기존의 환기 시스템은 일반적으로 겨울철 열회수모드 및 여름철 야간 환기를 위해 설계된 것이 아니기 때문에 이 개념을 위해 넓은 유량 범위가 필요하다. 

 

그러나 CHRF의 대구경은 비용과 공간에 대한 추가 투입 없이 높은 유속 옵션을 제공한다. 장치가 외벽에 통합된 경우, 외부 압력 강하가 최소로 떨어질 수 있으며, 이는 야간 환기 시 높은 유량에서의 효율성이 높은 경우필수적이다. 아래에서 볼 수 있듯 열회수 모드에서 냉각모드로 전환되는 경우 유속이 거의 10배 증가할 수 있다.

 

중략...