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보고서 상세정보

복사-대류 병용 하이브리드 냉방기 설계 및 제조기술 개발
Development of the hybrid air conditioner using radiative and convective heat transfer

  • 사업명

    건설핵심기술연구개발사업

  • 과제명

    복사-대류 병용 하이브리드 냉방기 설계 및 제조기술 개발

  • 주관연구기관

    (주)삼화에이스

  • 연구책임자

    김학근

  • 참여연구자

    송광렬   육성진   김우중   임병환   이용일   박왕신   황경순   백병수   유병호   정승룡   최병남   ...  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2008-12

  • 과제시작년도

    2006

  • 주관부처

    건설교통부

  • 사업 관리 기관

    한국건설교통기술평가원
    Korea Insitute of Construction & Transportation Technology Evaluation and Planning

  • 등록번호

    TRKO201000018829

  • 과제고유번호

    1500001077

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    On this study we will develop hybrid air conditioner which is able to radiative and convective cooling with dehumidification in t...

    On this study we will develop hybrid air conditioner which is able to radiative and convective cooling with dehumidification in the same time. The hybrid air conditioner is constituted to interior machine which is in charge of room load and outdoor machine which is charge of cooling the heat from room to the outdoor air. Interior machine have the radiative cooling panel which is in charge of the sensible load and partial latent load of the interior. Fin-tube type dehumidifier is bonded by the back side of the radiative cooling panel which is in charge of the latent load of room. The upper part of the fin-tube type evaporator have small cross-flow fan which makes air flow. The bottom of the interior machine take drain pan for condensation water. The outdoor machine has compressor and condenser of fin-tube type, expansion valve.
    This study is going to three part. The first part is to develope the basic design technique using concept of radiation-convection hybrid air conditioner. The second part is to evaluate he beginning machine of the hybrid air conditioner. The third part is to develope the application method of the hybrid air conditioner in building.
    The embodied developing contents and the development range of hybrid air conditioner is shown as follows.
    - 1st Year
    1) Refrigeration Cycle Simulation : Element parts analysis, Radiative Cooling Analysis
    2) Main Refrigeration Component Design & Manufacturing : Compressor & Expansion Valve Selection, Various component Design and production starting
    3) Radiative Cooling Panel Design & Manufacturing : Quality of material selecting(Radiation paint and coating, high emissivity), Panel form Design(Expansion surface shape-wave shape)
    4) Hybrid Air Cooler beginning machine production : Based on Cycle Simulation Results The beginning machine of various spec. design & Manufacture
    5) Performance Evaluation technicalness development : Performance Evaluation Base & Technique Development
    6) Application plan research the inside building of hybrid air cooler : The radiative cooling panel which consider the interior total heat load characteristic and sensible heat & latent heat load control amount distribution research and load responsiveness improvement plan research
    - 2nd Year
    1) Refrigeration Cycle Simulation : Refrigeration Cycle Analysis Program development
    2) Main Refrigeration Component Design & Manufacturing : Various Component design & Manufacturing Complete, Interior Machine Air-side path design
    3) Radiative Cooling Panel Design & Manufacturing : Design of pitch & length of refrigerant path(Refrigerant distribution optimization, Infrared light thermograph uses), Development of panel union technique for refrigerant path modeling
    4) Hybrid Cooler beginning machine manufacturing : Based on Cycle Simulation Results The beginning machine of various spec. dedign & Manufacture
    5) 1st performance evaluation : To apply the performance evaluation technique which is developed, detail performance evaluation
    6) Application plan research the inside building of hybrid air cooler : Design & application plan research the inside building of hybrid air cooler, according to Surface temperature & position of hybrid air cooler the PMV analysis of occupant
    7) The beginning machine improvement : Simulation program uses, Refrigeration system optimization, Radiative cooling panel optimization
    8) Development of Hybrid air cooler capacity control technique : Inverter application technique, Expansion valve application technique, The system optimization which considers as a dew condition
    9) Performance Test & Analysis : Detailed performance evaluation
    10) Application plan research the inside building of hybrid air cooler : Analysis of used energy amount of hybrid air cooler, Hybrid air cooler vs. room air conditioner LCC analysis, Operating method & institution guideline of hybrid air cooler drawing up


    본 연구에서는 복사냉방과 제습을 동시에 수행하는 복사-대류의 하이브리드 방식을 개발 하고자 한다. 본 연구를 통해 개발하고자 하는 복사-대류 병용 하이브리드 냉방 시스템은 분리형으로 실내의 냉방부하를 담당하는 실내기와 냉방열을 외부...

    본 연구에서는 복사냉방과 제습을 동시에 수행하는 복사-대류의 하이브리드 방식을 개발 하고자 한다. 본 연구를 통해 개발하고자 하는 복사-대류 병용 하이브리드 냉방 시스템은 분리형으로 실내의 냉방부하를 담당하는 실내기와 냉방열을 외부 공기로 방출하는 실외기로 구성된다. 실내기에는 복사냉방 판넬과 판넬 후방에 핀-튜브형 증발기가 장착되는데 복사냉방 판넬에서는 실내공기의 현열부하와 부분 잠열 부하를 담당하고, 핀-튜브형 증발기에서는 실내의 주 잠열부하를 담당한다. 핀-튜브형 증발기 상부에는 소형 cross-flow 팬을 설치하여 증발기에 유동을 형성한다. 실내기 하부에는 응축수 배출을 위하여 드레인 팬이 설치되어 있다. 실외기는 압축기와 공랭식 핀-튜브형 응축기, 그리고 전자팽창밸브로 구성된다.
    이러한 개발 방향과 개략 시스템 구성안을 바탕으로 본 연구에서는 연구 범위와 내용을 크게 3가지로 나누어 계획하였다.
    첫째 복사-대류 병용 하이브리드 냉방기에 대한 기본 개념을 바탕으로 설계기술을 개발하고, 둘째 이러한 설계에 따른 냉방기의 시작품을 제작하고 성능을 평가하며, 셋째 개발된 시작품의 건물 적용 방안을 연구하는 것이다. 각각의 연구 내용은 앞에서부터 위탁기관인 인천대학교, 주관기관인 (주) 삼화에이스, 참여기업인 (주)한일엠이씨가 담당하는 것으로 연구 내용을 분담하였다.
    이러한 복사-대류 병용 하이브리드 냉방기의 구체적 개발 내용 및 범위를 각 차년도별로살펴보면 다음과 같다.
    - 1차년도
    1) 냉동 사이클 시뮬레이션 : 요소부품 해석, 복사냉방 해석
    2) 주요 냉동 부품 설계 및 제작 : 압축기 및 전자팽창밸브 선정, 각종 구성품 설계 및 제작 착수
    3) 복사냉방 판넬 설계 및 제작 : 재질선정(복사 페인트, 코팅, 높은 방사율), 판넬 형상 설계(확장 표면형-물결형)
    4) 하이브리드 냉방기 시작품 제작 : 사이클 시뮬레이션 결과를 기초로 다양한 사양의 시작품 설계 및 제작 착수
    5) 성능평가 기술 개발 : 성능평가 기준 및 기술 개발
    6) 하이브리드 냉방기의 건물 내 적용 방안 연구 : 실내 전열 부하 특성을 감안한 복사냉방기의 현열 및 잠열 부하 처리 용량 분배 연구, 부하 응답성 향상 방안 연구
    - 2차년도
    1) 냉동 사이클 시뮬레이션 : 냉동 사이클 해석 프로그램 개발
    2) 주요 냉동 부품 설계 및 제작 : 각종 구성품 설계 및 제작 완료, 실내기 공기측 유로 설계
    3) 복사냉방 판넬 설계 및 제작 : 냉매 유로의 피치 및 길이 설계(냉매분배 최적화, 적외선 열화상장치 사용), 냉매 유로 형성을 위한 판넬 접합기술 개발
    4) 하이브리드 냉방기 시작품 제작 : 사이클 시뮬레이션 결과를 기초로 다양한 사양의 시작품 설계 및 제작 완료
    5) 1차 성능 평가 : 개발된 성능평가 기술을 적용하여 세부 성능 평가
    6) 하이브리드 냉방기의 건물 내 적용 방안 연구 : 복사-대류 병용 하이브리드 냉방기의 건물 적용방안 및 설계, 복사냉방 판넬 표면 온도 및 위치에 따른 재실자의 쾌적감 (PMV) 분석
    7) 시작품 개선 : 시뮬레이션 프로그램 활용, 냉동시스템 최적화, 복사냉방판넬 최적화
    8) 냉방기 용량제어기술 개발 : 인버터 적용기술, 전자팽창변 적용기술, 결로를 고려한 시스템 최적화
    9) 성능시험 및 분석 : 세부 성능 평가
    10) 하이브리드 냉방기의 건물 내 적용 방안 연구 : 복사냉방기의 에너지 사용량 분석, 복사냉방기와 룸 에어컨의 경제성(LCC) 분석, 복사냉방 판넬의 실내 운전 방법 및 설치 지침 작성


  • 목차(Contents) 

    1. 제출문 ...1
    2. 요약문 ...2
    3. SUMMARY ...8
    4. 목차 ...14
    5. 그림목차 ...19
    6. 표목차 ...23
    7. CONTENTS ...25
    8. 제1장 서 론 ...26
    9. 1. 연구개발의 필요성 ...26
    10. 가. 연구개발 개요 ...26...
    1. 제출문 ...1
    2. 요약문 ...2
    3. SUMMARY ...8
    4. 목차 ...14
    5. 그림목차 ...19
    6. 표목차 ...23
    7. CONTENTS ...25
    8. 제1장 서 론 ...26
    9. 1. 연구개발의 필요성 ...26
    10. 가. 연구개발 개요 ...26
    11. 나. 연구개발의 중요성 ...29
    12. (1) 기술적 측면 ...29
    13. (2) 경제.산업적 측면 ...30
    14. (3) 사회.문화적 측면 ...30
    15. 제2장 국내ㆍ외 기술개발현황 ...31
    16. 1. 국내 연구개발 실적 ...31
    17. 2. 국내외 관련 기술 및 산업 동향 ...31
    18. 가. 국내 기술 및 산업 동향 ...31
    19. (1) 국내 시장 현황 및 예측 ...31
    20. (2) 국내 주요 관련 업체 ...33
    21. (3) 국내 전문가 및 연구기관 현황 ...34
    22. (4) 국내연구 인프라 수준 ...34
    23. (5) 국내 기술개발 수준 ...35
    24. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...36
    25. 1. 복사-대류 하이브리드 시스템 개요 ...36
    26. 2. 판넬 냉방시스템 해석 및 시뮬레이션 ...39
    27. 가. 압축기 성능해석 및 시뮬레이션 ...39
    28. 나. 팽창장치 성능해석 및 시뮬레이션 ...43
    29. 다. 응축기 모델링 ...46
    30. (1) 단상영역 ...48
    31. (2) 이상영역 ...49
    32. (3) 응축기 시뮬레이션 ...50
    33. 라. 복사 판넬 및 제습 증발기 모델링 ...53
    34. (1) 복사 판넬의 열 및 물질전달 ...53
    35. (2) 관내 냉매 증발 열전달 ...55
    36. 3. 판넬 냉방 시스템 설계 ...60
    37. 가. 냉동싸이클 구성 부품 설계 ...60
    38. (1) 압축기 선정 ...60
    39. (2) 200 W 급 복사 냉방 판넬 설계 ...61
    40. (3) 800 W 급 제습 증발기 설계 ...66
    41. (4) 응축기 설계 ...74
    42. (5) 팽창장치 선정 ...76
    43. (6) 하이브리드 냉방기 시뮬레이션 ...77
    44. 나. 복사-대류 냉방기 제어 방안 ...79
    45. 4. 복사-대류 하이브리드 냉방기 제작 ...81
    46. 가. 제작 일정 및 제작 과정 ...81
    47. (1) 1차년도 복사판넬 시작품 제작 (2007년 4월) ...81
    48. (2) 2차 시작품 (2007년 10월) ...81
    49. (3) 3차 복사판넬 시작품 (2007년 12월) ...82
    50. (4) 4차 시작품 (2008년 1월) ...83
    51. (5) 5차 시작품 (2008년 2월) ...84
    52. (6) 6차 시작품 (2008년 5월) ...84
    53. (7) 7차 시작품 (2008년 7월) ...85
    54. (8) 8차 시작품 (2008년 8월) ...86
    55. (9) 9차 시작품 (2008년 10월) ...86
    56. (10) 10차 시작품 (2008년 10월) ...87
    57. (11) 기타 주요 부품 사진 ...88
    58. 나. 성능 시험을 통한 시작품 개선 과정 ...88
    59. (1) 압축기의 개선 과정 ...88
    60. (2) 2 Comp.- 1 Condenser 시스템 도입 ...90
    61. (3) 복사용 배관 부착 방식의 개선 ...91
    62. (4) 복사 판넬부 Pass 개선 ...92
    63. (5) 기액분리기 추가 ...93
    64. (6) 결로수 물받이 개선 ...94
    65. 5. 성능평가 기술 개발 ...96
    66. 6. 성능 시험 ...97
    67. 가. 표준 조건 (실외 35℃/24℃, 실내 27℃/19.5℃) 판넬 냉방실험 ...99
    68. 나. 실내 상대습도 변화시 (실외 35℃/24℃, 실내 27℃/50%~30%) 판넬 냉방실험 ...99
    69. (참고 1) 복사부 1열 시작품 성능시험 ...105
    70. (참고 2) R-22 압축기 사용 시작품 성능시험 ...106
    71. 다. 제습부 성능시험 ...107
    72. 라. 하이브리드 냉방기 (복사부 + 제습부) 성능시험 ...109
    73. 마. 팬 풍량 조절을 통한 용량제어 ...112
    74. 바. 하이브리드 냉방기 소음 ...117
    75. 사. 소결 ...118
    76. 7. 하이브리드 냉방기 건물적용 방안 ...119
    77. 가. 침실(공부방) 부하 특성 분석 ...119
    78. (1) 적용 시뮬레이션 툴 ...120
    79. (2) 시뮬레이션 조건 ...121
    80. (3) 시뮬레이션 결과 ...123
    81. 나. 하이브리드 냉방기 용량 설정 ...124
    82. 다. 하이브리드 냉방기 적용 가능성 검토 ...125
    83. (1) 개 요 ...125
    84. (2) 전산유체해석 개요 ...126
    85. (3) 계산형상 및 격자계 ...127
    86. (4) 지배방정식 ...128
    87. (5) 경계 조건 ...128
    88. (6) 전산유체해석 결과 및 고찰 ...129
    89. 라. 하이브리드 냉방기 부하 대응성 및 응답성 향상 방안 ...131
    90. 마. 하이브리드 냉방기 설문 ...134
    91. (1) 기존 대류 냉방방식(에어컨)에 대한 소비자 설문 결과 ...135
    92. (2) 하이브리드 냉방기 설문결과 ...138
    93. 바. 공동주택(공부방) 평면분석을 통한 하이브리드 냉방기 설치 위치 선정 ...141
    94. 사. 재실 위치별 쾌적감 분석 ...146
    95. (1) 복사부 가동시 위치별 온열쾌적감(PMV)...148
    96. (2) 복사부 + 제습부 가동시 위치별 온열쾌적감(PMV) ...150
    97. 아. 하이브리드 냉방기 재실측정 ...152
    98. (1) 재실측정 실의 현황 ...152
    99. (2) 재실측정 계획 ...152
    100. (3) 측정 범위 및 방법 ...153
    101. (4) 측정 장비 개요 ...154
    102. (5) 측정 및 장비 설치 위치 ...157
    103. (6) 측정결과 ...159
    104. (참고 1) 하이브리드 냉방기 실내 측정 포인트별 온도 데이터 ...167
    105. (참고 2) 에어컨 실내 측정 포인트별 온도 데이터 ...169
    106. 자. 모드별 운전방안 및 결로수 처리 방안 ...171
    107. 차. 하이브리드 냉방기 vs 대류형 냉방기 비교분석 ...174
    108. (1) CFD를 활용한 온열쾌적감 비교 ...174
    109. (2) 에너지 사용량 분석 ...183
    110. (3) 경제성 분석 ...194
    111. 8. 결 론 ...206
    112. 제4장 연구개발목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ...209
    113. 1. 당해연도 연구목표의 달성도 ...209
    114. 가. 연구개발 수행 진도율 ...209
    115. 나. 연구개발 목표의 달성도 ...210
    116. 2. 관련분야에의 기여도 ...211
    117. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...212
    118. 1. 연구결과의 활용방안 ...212
    119. 가. 상용화를 위한 기술 보완 점 ...212
    120. (1) COP 성능개선 ...212
    121. (2) 소음 발생량의 최소화 ...213
    122. (3) 판넬 전면적/두께 최소화 ...213
    123. 나. 연구결과의 활용방안 ...213
    124. (1) 기술적 측면 ...214
    125. (2) 사회.경제적 측면 ...215
    126. 다. 연구결과의 기업 활용방안 ...215
    127. (1) 참여기업별 연계방안 및 추진전략 ...215
    128. 라. 타 산업에 미치는 효과 ...216
    129. 마. 정부 정책과의 연계 방안 ...216
    130. 바. 관련 후속연구개발의 전망 ...217
    131. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...218
    132. 제7장 참 고 문 헌 ...219
    133. 부록 1 복사냉방기 실험과정 ...221
    134. 부록 2 설문조사지 ...224
    135. 부록 3 판교 27블럭 구조체 열관류율 ...231
    136. 부록 4 특허 및 논문 요약 ...232
    137. 부록 5 시험성적서(KOLAS) ...237
  • 참고문헌

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