2.1 개요

2018년 건축기계설비분야에서 발표된 논문들은 냉난방 및 환기시스템 관련 기술, 공동주택 및 건물 외피 관련 기술, 데이터센터 및 클린룸 관련 기술, 신재생에너지 관련 기술, 기타 기술로 분류할 수 있으며 각 논문의 내용을 정리하면 다음과 같다.

2.2 냉난방 및 환기시스템

Kim et al.^[1]은 일반 공조시스템의 토출온도에 따른 에너지소비량 및 온열환경 분석을 실시하였다.

Yeon et al.^[2]는 급기구 조건에 따른 바닥공조시스템의 온도성층화 현상을 EnergyPlus와 Phi-Gamma 방정식으로 분석하였다.

Cho et al.^[3]은 실험을 통해 저온온수 모세유관 바닥복사 난방시스템(Capillary radiant floor heating system)의 에너지 효율과 실내 환경 개선 효과에 대해 정량적인 분석결과를 제시하였다.

Park et al.^[4]은 바닥복사 난방시스템의 최적제어를 위해 RC 모델과 PSO(particle swarm optimization)을 이용한 최적화 방안을 제시하고 타당성 검증을 위한 파라미터 스터디를 수행하였다.

2.3 공동주택 및 건물외피

Kim et al.^[5]은 국내 바닥복사 난방시스템에 상변화물질(Phase Change Material; PCM)을 적용하여 실내온도 변화에 미치는 영향을 분석하였는데, 국내 바닥복사 난방의 표준바닥구조에 PCM을 다양한 방법으로 적용한 Mock-up 실험동을 구축하여 난방 가동전후에 PCM 상변화온도, 바닥 표면온도 및 실내온도 변화 등을 측정하여 축열체의 건물적용에 의한 에너지소비절감 가능성을 분석하였다.

Lee et al.^[6]은 공동주택을 대상으로 중앙 냉난방시스템을 적용하기 위한 기계설비 분야의 적용방안, 고려사항 등을 검토하여 적용 가능한 시스템 3개를 선정하고, 이들 시스템의 초기투자비에 대한 경제성 분석을 수행하였다.

Kwon^[7]은 공동주택의 공용 수직 덕트시스템의 풍량 제어방식에 따른 에너지소비량에 대한 연구를 수행 하였다.

Min and Hong^[8]은 일사 변동에 따른 가변형 창호 열관류율 성능과 하절기 및 동절기 차폐성능 변경에 따른 에너지성능을 비교 분석하였으며, 사무소 건물에서 냉방부하 저감에 따른 에너지 절감량을 분석하였다.

Oh et al.^[9]은 지역난방 이용 공동주택 통합배관시스템의 효용성에 대해 TRNSYS 17을 이용한 분석을 실시하였다.

또한 Oh et al.^[10]은 열풍건조기를 대상으로 건조성능과 공기령과의 상관관계를 실험과 CFD 시뮬레이션을 통해 도출하였다.

Park et al.^[11]은 건물에너지 통합 공급시스템의 전력수요관리에 대응할 수 있는 기술 요구사항을 발전기 내장 가스히트펌프를 중심으로 분석하였다.

2.4 데이터센터 및 클린룸

Song et al.^[12]은 국내 기상조건 하에서 증기가습 방식 클린룸과 일유체 노즐(one fluid nozzle)을 이용한 실내 수분무가습 방식 클린룸에 대한 공조프로세스 및 에너지소비량을 실시간으로 측정하고 비교하는 실험을 수행하고, 실험결과에서 도출된 에너지환산계수를 이용하여 연간 에너지소비량 수치계산 방법을 검증하고 가습 방식에 따른 연간 에너지소비량을 산출하여 비교하였다.

Cho et al.^[13]은 성능위주 데이터센터의 IT 환경 및 에너지사용 특성을 반영한 공조냉각시스템의 운영 효율을 측정, 분석하기 위한 평가지표 및 모니터링 방법을 문헌조사 및 현장조사 등을 통해 제시하였다.

Chang et al.^[14]은 데이터센터를 대상으로 급기온도 변화에 따른 서버 냉각성능을 분석하였다.

2.5 신재생에너지

Kim et al.^[15]은 지열 히트펌프 시스템 관련해서 유닛형 지중열교환기의 열교환 해석 모델을 이용하여 파이프 배열 타입 및 토양 조건에 따른 수치해석을 실시하고, 소규모 건축물에의 도입 타당성을 검토하였다.

Kim et al.^[16]은 유지관리와 적용이 용이하고 계간 축열에서 부하가 본격적으로 공급되는 동절기 동안 발생하는 성층화를 유지하는 방법으로 변유량과 변위치가 결합된 제어를 제안하고 두 제어의 조합에 대한 모형실험과 TRNSYS를 이용한 스케일업 시뮬레이션으로 각각의 효과와 성능을 비교 분석하였다.

2.6 기타

Park et al.^[17]은 마이크로 전주도금 공정을 이용하여 니켈구조로 제작된 초소형 충격스위치를 제안하였다. 본 충격스위치는 추가 질량체를 구비하고 있으며, 추가 질량체의 크기를 조절하는 방법으로 감지 가능한 충격의 범위를 변경시킬 수 있는데 이를 시험적으로 증명하고 그 적용성을 검증하였다.

3.1 개요

건축환경 분야의 논문은 크게 실내 환경, 건물에너지 및 기타 등으로 분류할 수 있다. 실내 환경 분야로는 아케이드형 재래시장의 지붕 환기구 개선 방안에 관한 연구, 신축 공동주택에서 플러쉬아웃에 따른 폼알데하이드 농도 저감 효과에 관한 연구, 국가지정 음압격리 입원치료병상의 슬라이딩 도어의 개폐속도 및 의료진의 이동속도에 따른 오염공기 유출에 관한 해석적 연구가 수행되었다.

건물에너지 관련 논문으로는 창호 에너지소비효율등급제에 따른 공동주택의 열성능 평가가 수행되었다. 기타 논문으로 운전자의 심리․생리 반응을 고려한 승용차 쾌적 난방모드에 관한 연구, 고강도 수도용 PVC관의 성능평가 연구, 모헤어 개수, 틈새 길이 및 축소된 길이의 창문 기밀성 및 개폐력에 대한 실험적 연구, 간이수식을 통한 태양광모듈에 발생하는 그림자 예측에 관한 연구가 수행되었다.

3.2 실내 환경

실내 환경 관련 논문으로 Ma et al.^[18]은 아케이드형 지붕을 적용한 재래시장에서 화재발생시 통로 내부의 열과 연기의 배연성능을 비교 분석하였다. 또한 지붕의 형태와 환기구의 유무에 따른 180초 동안의 열과 연기의 흐름을 Computational Fluid Dynamics(CFD)을 통해 분석하였다. 이 논문에서는 아케이드 환기구의 형태에 따라 비교하였다. 열에 의한 영향은 인명안전기준에 모두 만족하고, 연기에 의한 영향은 아케이드의 길이 방향에 수직으로 환기구를 내었을 때 가장 연기의 배출이 원활한 것으로 나타났다.

Park et al.^[19]은 신축 공동주택을 대상으로 플러쉬아웃 전과 후의 폼알데하이드 농도를 분석하고, 플러쉬 아웃 시행 조건에 따른 실내 오염물질 저감 효과를 정량적으로 분석하였다. 제안된 플러쉬아웃을 통한 저감 효과를 분석한 결과, 0.5회/h의 환기횟수로 7일 이상의 베이크아웃을 실시한 경우 플러쉬아웃 이후 실내 폼알데하이드 농도가 27.6~54.2\% 감소하는 결과가 나타났다.

Lee and Hong^[20]은 국가지정 음압병실에서 병상의 원내 2차 감염을 막기 위해 외부로 오염유출이 일어날수 있는 요인들을 해석의 요소로 오염물질 유출량에 관하여 연구하였다. 여러 가지 요인 중 출입문의 개폐속도(Case A)와 의료진의 이동속도(Case B)를 매개변수로 격리병실로부터 전실로 유출되는 격리병실 내의 오염 공기량을 분석하여 오염확산을 방지할 수 있는 출입문의 개폐속도를 파악하고자 하였다. 분석 결과, 출입문의 개폐속도가 빠를수록 급격한 오염공기 유출을 발생시키지만, 열리는 시간이 짧아 개폐속도가 느린 것보다 가장 적은 오염공기를 유출시킨다고 분석하였다. 의료진의 이동속도의 변화에 따라서는, 의료진의 이동속도가 느릴수록 격리병실과 전실 사이의 공기유동에 영향을 적게 주어 가장 적은 양의 오염공기를 유출시킨다고 보고하였다.

관련하여 Kim and Hong^[21]은 음압격리병상의 스윙도어 개폐속도와 의료진의 이동속도에 따른 실간 압력변동 및 전실사이의 공기교환량을 비교하였다. 그 결과 의료진이 격리실에서 전실로 이동할 경우 보다 전실에서 격리실로 이동할 경우 교차오염의 가능성이 높아진다고 예상하였다.

Jang et al.^[22]은 프리즘시트를 적용한 광선반을 실제 스케일로 제작한 테스트베드를 작성하여 조명에너지 절감 및 빛환경 개선 성능에 관한 연구를 수행하였다.

Jung et al.^[23]은 어린이 실내 테마파크의 이산화탄소 농도를 측정하고 자연환기 및 기계환기 방법을 통하여 실내 이산화탄소의 농도의 저감 성능을 비교함으로써 환기방식에 따른 차이를 분석하였다.

Oh and Son^[24]은 화재 발생 시 지하주차장 층고의 높이 변화와 제연시스템 작동 유무에 따른 시뮬레이션을 통해 온도변화와 가시거리 변화를 관찰하였다. 사례분석에서 층고변화에 따른 온도변화의 차이는 크고 가시거리도 시간에 따라 다양한 변수가 있음을 확인 하였다.

Byun^[25]은 옥상 쿨루프에 관한 국내의 연구문헌 조사 및 분석을 통해서 설치효과, 설치기준, 분석방법, 경제성 분석 등에 대한 관련 연구의 동향을 소개하였다.

3.3 건물에너지

건물에너지 관련 논문으로 Lim et al.^[26]은 창호 에너지소비효율등급제에 따른 공동주택의 열성능 평가를 위해서, 먼저 공동주택에 적용 가능한 1~3등급의 128개 창호를 THERM과 WINDOW 7.4 시뮬레이션 프로그램을 통해 SHGC와 U-value를 분석하였다. 이 해석결과를 동적 열부하 계산 시뮬레이션 프로그램인 TRNSYS를 이용하여 공동주택의 중간세대에 대한 연간 냉․난방부하를 분석하였다. 연구결과, 창의 열성능 평가기준을 U-value로 한정하는 경우 에너지절약 효과는 제한적이며, SHGC를 포함한 새로운 평가기준이 제안되어야 한다고 주장하였다.

Cho et al.^[27]은 병원건물의 시설의 다양성과 시설특징 및 운영패턴, 에너지 사용특성을 반영하고, 설비시스템의 최적운영을 통한 에너지 절감을 객관적으로 검증하기 위한 진단/평가방법 체계화 및 에너지관리 프로세스를 제안하였다.

3.4 기타 분야

기타 논문으로 Kim et al.^[28]은 승용차에서의 겨울철 열적 불쾌감을 단시간에 해소시키기 위해 실내 난방 시 쾌적 난방 모드를 분석하였다. 또한 운전자의 심리․생리적 반응을 고려하기 위해 20대 피험자 20명을 대상으로 뇌파와 심전도를 분석하였다. 생리반응 중 뇌파 반응에서 온풍모드 난방 시 열적 편안함은 37% 증가하였으나, 심리반응에서 실험자의 90%가 건조하다고 느끼는 것으로 연구되었다. 결과적으로 탑승 초기 10분 이내에 실내 온도 상승을 위해 온풍난방을 사용하고, 그 이후부터는 열선시트 난방을 하는 것이 겨울철 승용차 운전자의 온열 쾌적성을 향상시킬 수 있다고 주장하였다.

Park et al.^[29]은 PVC 소재의 상수관 적용을 위해 고강도 상수도관을 대상으로 한 성능평가를 진행하였다. 개발된 고강도 수도관에 대한 성능평가 결과, 장기 내 수압평가, 외부 충격시험, 순간 파괴압 시험을 통해 PVC 재질의 고강도 수도관이 ASTM, AWWA에서 제시한 수도관 기준을 만족하며, 특히 철제 수도관과 비교하여 우수한 성능을 가짐을 입증하였다.

Choi et al.^[30]은 PV 모듈의 성능에 미치는 주변 건물의 영향에 대한 판단을 내릴 수 있는 간이식 개발을 위한 연구를 진행하였다. 건물의 형태에 따른 그림자 넓이를 산출할 수 있는 식을 제시하고 그림자 비율 도출식을 통해 PV에 대한 건물 그림자 영향성을 간이식을 통해 수치화하였으며 시뮬레이션 데이터와의 비교 분석을 통해 타당성을 검증하였다. 결과적으로 2% 이내의 오차로 해당 간이식의 신뢰성을 가진다고 보고하였다.

Kim et al.^[31]은 PV 부착형 광선반의 PV 면적에 따른 집광 및 조명에너지 효율을 분석하였으며, 각각의 상관관계를 평가하여 적정규격을 도출하고자 하였다.

4.1 개요

냉동분야의 논문은 냉동사이클에 관한 연구, 냉동시스템에 관한 연구, 히트펌프, 차량공조 등으로 분류할 수 있다. 특히 제습 및 흡수식 냉동기 관련 논문이 많이 발표된 것이 특징이라고 할 수 있다.

4.2 냉동사이클, 냉방시스템

Jung and Park^[32]은 가정용 패키지 에어컨의 제습부하를 줄이기 위해 중공사막 멤브레인 제습시스템을 사용하는 복합 제습공조시스템에 대한 실험 및 에너지 시뮬레이션 결과를 기초로 한 LCC 분석을 실시하였다. 분석 결과, 복합 제습공조시스템은 연간 17.6%의 에너지 절감효과와 세대당 시스템 초기투자 증가분에 대한 투자회수 기간은 13.7년으로 나타났다. 시스템의 제한적인 가동시간으로 인해 투자회수기간이 길게 예측된다고 주장하였다.

Kim et al.^[33]은 식품산업에서 사용하는 대형 냉동고의 작동오류를 진단, 감지하기 위해 5종의 기계학습 알고리즘을 상용 냉동고에 적용하여 분석하였다. 그 결과 커널 형태의 분류체계를 가진 알고리즘이 냉동고 작동오류의 진단과 예측에 가장 효과적이며 실제 발생할 수 있는 다양한 상황에 대한 더 많은 원시데이터를 사용하여 더 정확한 작동오류 진단이 가능하다고 주장하였다.

Jung et al.^[34]은 공기냉각식 CO2 냉장고의 고압으로 인한 제조상의 어려움과 겨울철 증발압력이 높은 취약점을 개선하기 위하여 저압 2단 팽창 오토캐스케이드(Auto cascade) 열펌프의 성능특성에 관한 해석적 연구를 수행하였다. CO2 냉매의 압력을 낮추기 위하여 포화압력이 낮은 R134a를 혼합냉매로 적용하고, 고압측을 130 bar의 절반정도인 70 bar로 하였으며, 저압측 증발기의 온도는 최소 -10℃ 이하가 되는 공정이 이루어지도록 하는 2단 팽창 오토캐스케이드 냉동사이클의 성능에 미치는 인자들을 파악하고 분석하였다.

Kim^[35]은 흡수식 냉동기에 관한 연구로써 박막형 흡착열교환기에 대하여 폴리머 제습제를 포함한 복수의 흡습성 폴리머를 상용 열교환기에 코팅한 개발품에 대하여 시험과 해석을 통한 결과를 비교 분석하였다. 해석모델의 정확성은 판형흡착열교환기를 채용한 흡착식 냉동기의 2차원 수치모델과 비교하였다. 4가지 종류의 흡착열교환기에 대하여 흡착식 냉동기의 사이클 주기를 변화시키면서 탈착열량 및 증발열량 등을 실험결과와도 비교하였다. 열매체의 온도 및 유량, 휜피치가 냉동기의 성능에 미치는 영향을 예측한 결과, 흡착열교환기의 성능개선을 위하여 휜피치를 줄여 면적밀도를 높여서 냉동기의 성능을 개선하는 결과를 제시하였다.

Son et al.^[36]은 흡수/흡착식 냉동기에 있어서 근래에 새롭게 개발되고 있는 유하액막식 증발전열관에 대하여 냉동기의 컴팩트화를 위해서 falling film type의 고효율 증발전열관 8종의 열전달 및 총괄열전달계수를 냉매 액막 유량, 증발기 내부압력 및 전열관 냉수 유속에 대하여 분석하였다. 유하액막식 증발기 실험장치를 제작하여 외경과 길이는 같은 8종의 전열관에 대하여 동일한 조건에서 성능을 비교하였다. 전열성능이 좋은 전열관 일수록 적정 액막 레이놀즈수가 낮고, 증발기 장치의 내부압력이 낮을수록 열전달량은 높으나 압력변화에 따른 열량 감소보다 대수평균온도차 감소량의 기울기의 크기 때문에 총괄열전달 계수는 압력이 높을수록 커지는 현상을 파악하였다.

Jung et al.^[37] 삼중효용 흡수식 냉동기용 수직관식 고온재생기의 작동특성에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 기존의 삼중효용흡수식 냉동기에 관한 연구가 재생기의 온도를 100℃ 이하인 일종효용 흡수식 사이클의 작동 조건에서 이루어 진 것에 대하여 본 연구에서는 170℃ 이상의 고온에서 작동되는 냉동기의 관류보일러형 수직관식 고온재생기에 대한 연구이다. 고온재생기의 시험부는 스테인리스 강관으로 제작하였으며, 열량공급을 위하여 세라믹 밴드 히터를 부착하였다. 실험을 통하여 희용액의 질량유량의 변화에 따른 열유속과 증기발생량을 측정하였으며, 입출구에서의 용액의 농도차를 분석하였다.

Lee et al.^[38]는 폐열회수를 위한 랭킨사이클에 있어서 기존의 연구는 해수 혹은 발전소 온배수 등의 비교적 낮은 온도의 열원에 대한 연구가 주를 이루고 있는 점에 착안하여 디젤엔진의 고온 배기가스 열원을 이용하는 연구를 수행하였다. 디젤발전기의 고온 배기가스는 포화상태의 2차 작동유체와 열교환하고 이 2차 작동유체를 증발기의 열원으로 이용하며, 해수를 응축기의 냉각수로 활용하는 유기랭킨사이클에 대한 최적설계를 수행 하였다. 랭킨사이클의 냉매의 혼합율에 따른 성능을 평가하였으며, 혼합냉매로는 기존의 유기랭킨사이클에 많이 사용된 R235fa 대비 HFO계의 냉매 R1233zd와 R1234yf의 대체 가능성 및 삼원냉매(R235fa, R1233zd, R1234yf)의 혼합에 대한 사이클 효율을 비교하였다.

Kim^[39]은 액체식 제습시스템의 핵심부품인 공기중의 수분을 수용액으로 전달하는 제습기에 대해 수평채널로 구성되어 높은 풍속에서도 흡습제의 비산을 최소화 할 수 있는 제습소자를 개발하고 LiCl 수용액을 사용하여 제습실험을 수행하였다. 소재는 흡습성이 우수한 셀룰로오스/PET 복합 재질을 사용하였으며, 입구 온습도를 일정하게 유지하고 전방의 풍속을 변화시키면서 수행하여 비산의 발생여부를 관찰하였다. 실험결과에서는 기존에 개발된 셀룰로오스로 만들어진 Celdek과 본 연구의 개발품의 제습효율을 비교하였고, 이론 해석식 및 기존 상관식들과 실험결과를 비교하였다.

4.3 히트펌프

Wang et al.^[40]은 산업공정에서 발생하는 폐열을 회수하여 120℃의 스팀을 생산하기 위해 R245fa 냉매, 개방형 스크류 컴프레서 및 브레이징 판형 열교환기로 구성한 열펌프와 LNG보일러 및 전열기기로 구성한 열원부, 플래시 탱크를 포함한 증기발생부로 구성한 스팀발생 열펌프시스템을 시험, 최적화하여 열원온도 70℃ 조건에서 가열열량 101 kW, COP 3.05가 달성되는 것을 확인하였다.

Kim et al.^[41]은 수축열조와 열펌프로 구성된 축열식 열펌프시스템을 대상으로 5가지 제어방식을 고려한 연간 에너지 시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션으로 예측한 열펌프의 전력 비용을 분석한 결과 부하 대응 제어방식이 열펌프 우선 방식 대비 43%, 축열조 우선방식 대비 4.4%, 구간 제어방식 대비 2.4% 전력비용이 절감되는 것을 확인하였다. 부하 대응 제어방식이 동적계획법 방식과 유사한 수준의 절감효과를 기대할 수 있는 경쟁력 있는 제어방식이라고 보고하였다.

Kim et al.^[42]은 50 RT급 축열식 지열원 열펌프시스템의 하절기 실증운전 결과를 분석하고 비축열 시스템의 시뮬레이션 결과와 비교한 결과, 비축열식 시스템의 주간 시간대 소비전력량의 72.1%를 경부하 시간대로 이동시킴으로써 전력부하 평준화에 크게 기여하는 동시에 약 24.3%의 총 전력요금 절감이 가능하다고 보고 하였다.

Kim et al.^[43]은 복수정 지열시스템에서 지하수위 변동으로 인해 발생하는 성능저하 및 운전제한 문제에 대한 해결책으로 취수정과 주입정 사이에 도수로를 설치한 복수정 페어링시스템을 제안하고 기존 수주지열정(SCW) 지열시스템과 동일부하조건에서 시험한 결과를 분석한 결과, 기존 SCW 시스템 대비 열펌프 소비전력은 18%, 전체 소비전력은 12% 감소하여 열펌프 냉방 COP는 36%, 시스템 COP는 29% 높게 향상되는 결과를 제시 하였다.

4.4 차량공조

Choi et al.^[44]은 차량용 CO2 에어컨 시스템에 로터리베인 타입의 일체형 팽창기-압축기를 채용하여 사이클의 성능을 개선하는 시스템을 제안하고 시뮬레이션을 통해 압축기 소요 동력은 5.2% 감소하고 냉동능력은 3.06% 증가하여 사이클 COP가 8.69% 증가하는 결과를 제시하였다. 그러나 압축기 운전속도가 임계속도 이하로 감소하는 경우에는 사이클이 형성되지 않아 팽창기 운전을 중지하고 바이패스 팽창밸브를 사용해야 한다고 주장하였다.

Choi et al.^[45]은 친환경 차량의 에어컨용으로 가장 적합하다고 여겨지는 전동식 스크롤 압축기에 대하여 축 방향 순응 기구에 대한 개선안을 제시하고, 개선한 축 방향 순응 기구에 대한 성능을 수치해석을 통해 평가 하였다. 스크롤은 폴리노미얼 상이며, 축방향 순응기구인 배압실 구조에서 순응기능 개선을 위해 배압공을 선회 스크롤 경판의 중간압 위치가 아닌 고압영역에 위치하도록 하여 배압구조의 변경이 배압 형성과 압축기의 토출유량에 미치는 영향을 분석하였다.

Choi et al.^[46]는 차량의 냉각계 요소들의 개선을 통하여 연비에 미치는 효과가 차량의 연비 인증모드의 정밀도의 오차수준보다 낮아서 개선효과를 제대로 평가하지 못하는 문제를 제기하고 그 개선책으로 차량 열관리시스템(Vehicle Thermal Management System, VTMS)의 개선을 통한 연비효과를 효과적으로 검증하기 위해서 모드실험 뿐 아니라 냉각계 단품실험 및 시뮬레이션을 통하여 연비효과를 검증하기 위한 방안에 대하여 연구하였다. 본 연구에서는 차량 냉각계를 시뮬레이션 하여 실제 냉각수 및 엔진오일, 변속기 오일의 온도거동을 모사하고, 실제 자동차를 이용한 모드실험 결과와 비교하여 그 정확도를 검증하고, 효과적으로 VTMS의 연비기여도를 분석하는 방안에 대하여 제시하였다.

4.5 기타

Lee et al.^[47]은 분자동역학에 기초한 수치 해석적 방법을 이용하여 연꽃잎의 돌기와 유사한 나노크기의 사각기둥으로 덮인 두 구조물의 표면에서 수액적의 정적 및 동적 젖음 특성을 비교 분석하였다. 정적상태에서는 사각 기둥에 사각 돌기가 있는 경우와 없는 경우 모두 소수성을 증가시키는 경향을 보였으나 동적상태에서는 사각 돌기가 없는 사각 기둥의 경우 완전 젖음 현상이 커지지만 사각 돌기가 있는 경우에는 여전히 소수성이 크게 증가함을 확인하였다.

Baik et al.^[48]은 발전소 온배수의 안정적인 대규모 열회수를 위한 가스킷 방식의 판형열교환기에 대한 실험 데이터를 확보하기 위해 발전소의 실제 운전조건에서 운전하여 파울링이 형성된 열교환기와 파울링이 없는 열교환기를 시험하여 파울링의 유무와 유량 및 온도조건에 따른 성능 변화를 분석한 결과, 파울링이 있는 경우 총괄열전달계수는 평균 21.2% 작고 압력강하는 평균 400% 이상 컸으며 동일 온도 조건에서 동일 유량 조건에서 압력강하에 대한 온도의 영향은 미미함을 확인하였다.

5.1 개요

열전달 및 물질전달 분야에서는 일반적인 열전달 현상에 관한 연구를 비롯하여 열전달 촉진을 위한 증발 및 응축에 관한 열전달 실험 연구, 그리고 각종 산업용 열교환기 성능 특성에 관한 연구가 수행되었다.

5.2 열전달 및 물질전달

Lee et al.^[49]은 CFD를 이용하여 실제 스케일로 터널과 열차를 모델링하고 격자이동 기법을 이용하여 지하철 열차의 교차운행을 구현하여 3차원, 압축성, 비정상상태의 유동조건으로 CFD 시뮬레이션을 실시하였다. 또한 반사파 간섭에 의한 유동특성을 비교, 분석하기 위해 두 열차의 교차가 완료될 때까지 반사파가 간섭하지 못하는 긴 터널과, 교차 중 반사파가 간섭하도록 설계된 짧은 터널의 시뮬레이션 결과를 비교, 분석하였다.

Kim et al.^[50]은 사류각이 다른 4종류의 전열교환소자(30°, 45°, 60°, 90°)를 제작하고 시험을 통하여 열 및 물질 전달 성능을 측정하였다. 또한 측정된 데이터를 기반으로 사류형 전열교환 소자에 적용할 수 있는 일반 상관식을 도출하였다. 본 연구는 주로 직교류 전열교환 소자의 열 및 물질 전달에 집중되었던 연구를 사류형으로 확장했다는데 의미가 있다.

Lee^[51]는 멀티 단위전지 PEMFC로 이루어진 시스템을 제작하고 습도 분포 및 성능변화를 평가하였다. 본 연구에서는 독립적으로 부하 조절이 가능한 멀티 단위전지 PEMFC에 대하여 외부 가습조건을 다양하게 변경시키는 가운데 수소와 공기의 흐름을 평행류와 대향류로 변화시키고 그 흐름에 의한 각 단위전지의 습도분포 및 성능변화를 실험적으로 측정하였다.

Son and Ha^[52]는 가상경계 기법(Immersed Boundary Method)을 사용하여 저온의 사각 밀폐계 내부에 존재하는 고온의 타원 실린더의 각도 변화가 자연대류 현상에 미치는 영향을 연구하였다. 연구결과는 Ra수와 내부 타원 실린더의 각도 변화가 밀폐계 내부의 자연대류 현상에 큰 영향을 끼침을 보여주고 있다.

Xuan et al.^[53]은 다공성 매체 기법을 사용하여 응축기와 증발기를 모형화하였다. 팬은 MRF 모델을 적용하여 해석하였다. 본 연구에서는 이전 연구에서 수행된 유동해석에 제습기의 열전달해석을 추가하여 압력 강하 특성과 온도 균일도를 수치적으로 해석하였고, 현장에서 관심 있는 여러 제습기 설계인자의 영향을 분석 하였다.

Lee and Yun^[54]은 불순물을 포함한 초임계 이산화탄소의 관 내측 열전달계수 실험데이터를 기준으로 Gnielinski 모델, Dittus-Boelter 모델 그리고 Churchill-Bernstein 모델로 계산된 열전달계수를 비교하여 Gnielinski 모델이 타 모델에 비해 우수하다는 결과를 도출하였다.

Ham et al.^[55]은 초임계 상태에서 불순물 CH4 및 N2가 혼합된 이산화탄소 혼합물의 관 내측 열전달 현상을 해석하여 불순물의 종류와 농도에 따라 최대 열전달계수가 변화함을 발표하였다.

Park et al.^[56]은 LED 디스플레이 냉각을 위한 vapor chamber의 열전도도를 측정하여 발열량과 열전도도의 관계를 규명하였다.

5.3 비등 및 응축

Jeon et al.^[57]은 5종의 막 응축용 전열촉진관들에 대해 R1234ze(E) 및 R134a의 열전달 및 압력강하 특성을 비교하여 R1234ze(E)가 R134a에 비해 약 10%의 성능이 낮음을 관찰하였다.

Kim et al.^[58]은 유하액막식 증발 전열관 8종의 열전달 특성을 냉매 액막 유량, 내부 압력 및 전열관 냉수 유속 변화에 따라 관찰하여 각 전열관별로 최적의 작동 액막 유량이 존재함을 밝혔다.

5.4 열교환

Park et al.^[59]은 4개의 고출력 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)와 2개의 저출력 IGBT가 설치된 히트싱크의 방열 성능에 대해 연구결과 보고하였다. 신뢰성이 검증된 수치 모델을 이용하여 IGBT 최고 온도를 낮출 수 있는 IGBT 설치 배열을 탐색하였고, 최적 배열 IGBT의 설치 위치에 따른 히트 싱크의 방열 성능을 계산하여 최적의 설치 위치를 구하고, 위치에 따른 방열 성능을 예측할 수 있는 상관식을 제안하였다.

Ko and Jeon^[60] 고온 초전도 케이블 냉각을 위한 액체질소 냉각용 극저온 열교환기의 설계 인자들이 열전달 및 압력강하에 미치는 영향을 분석하였으며, 극저온 열교환기의 열전달 성능에 영향을 미치는 주요 인자를 선정하고 이에 대한 최적화 연구를 수행하였다.

Sohn et al.^[61]은 쉐브론 형상 패턴이 16개가 포함된 길이가 긴 판형 열교환기를 대상으로 하고 입출구부까지 고려하여 고온 채널 내의 유동 및 열전달에 대한 CFD 해석을 수행하였다. CFD 해석을 통하여, Re수에 따른 압력손실들로부터 Fanning 마찰계수를 계산하고 기존 상관식들과 비교하여 타당한 결과임을 검증하였다. 또한 고온채널 열유동해석을 통하여 Re수에 따른 표면 평균 열유속(W/m2)과 출구 온도 변화, 유동영역의 온도 및 압력 분포와 국부적 유동 변화에 대하여 분석하였다.

Chung et al.^[62]은 판형 열교환기에서 에틸렌글리콜 수용액의 열전달 및 압력강하 특성을 온도, 농도 및 질량유속 조건 변화에 따라 관찰하고 새로운 상관식을 제시하였다.

Jeong et al.^[63]은 폐열을 효율적으로 이용하기 위한 이중 원통다관형 열교환기를 제안하고 폐열수 온도 변화에 따른 축열 및 방열 특성을 관찰하였다.

Kim^[64]은 기능성 폴리머 재질로 제작된 전열교환소자의 열 및 수분전달 실험을 수행하여 소자의 누설률 및 온도교환 효율을 관찰하였다.