본 연구에서는 기존의 공조방식 및 본 연구에 제안된 개별환경제어시스템(PEM)으로부터 재실자가 거주하여 사용하고 있는 컴퓨터룸(CR)에 대해 기하학적으로 3차원 시뮬레이션을 수행하여 CR의 열취득과 재실자 온열 쾌적감을 감성공학적 측면에서 분석하였다. 본 연구로부터 바닥으로부터 공기를 유입하여 천정으로 유출하는 바닥취출공조(TAM)방식이 실내 환경 개선에 유리하고 디퓨저만을 통하여 공기가 유입되어 천정과 바닥으로 공가가 유출되는 개별공조(PEM) 방식은 열적 냉각 성능은 좋으나 컴퓨터와 재실자 주변에 강력한 ㅐ순환 유동을 유인하여 실내 환경의 쾌적감 측면에서는 불리하다. 그러나 PEM과 TAM방식의 결합이 감성공학적 온열특성 분포로부터 CR의 재실자 주변온도 분포에 최적임을 알 수 있다.
현대인의 생활은 대부분 실내에서 생활하고 있으며, 실내 거주공간을 쾌적화하기 위한 다양한 시스템을 설계하고 제어하고 있다. 제어기 설계에 있어서 중요한 인자는 온도, 자연광, 실내조명, 공간 넓이 등이 중요한 인자이며 이들 인자들 사이의 상관관계를 규명하여 쾌적제어기를 설계하고 있다. 본 논문에서는 온도, 습도 그 외에 실내 환경에 영향을 주는 조도와 실내 공간 넓이에 대한 기류 센서 등의 센서모듈을 설계하여 실내 환경에 대한 정보를 획득 한 뒤 실내에 사람의 유무에 대한 정보를 기준으로 PMV(Predicted Mean Vote) 규격화를 통하여 실내 환경을 쾌적하게 제어하는 시스템을 설계하였다. 또한, LonWorks 기반의 전력선 통신을 이용하여 실내조명을 제어하며, 공조용 에어컨을 제어할 수 있는 LonWorks 기반의 무선 리모콘을 설계하여 에어컨을 제어하고 원격 모니터링 기능을 수행하는 지능형 제어시스템을 제시하고자 한다.
실내 공기조화를 하는 거주역에 대한 온열환경요소의 자극 변화를 통해 실내 에너지를 절약할 수도 있으며 쾌적감도 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 거주자의 온열감각을 자극할 수 있는 온열요소 중 비교적 영향이 크고 용이하게 제어할 수 있는 온도 및 기류의 변동으로 한국인의 온열감각(온냉감, 쾌적감, 만족감)에 미치는 영향을 실험을 통하여 파악하였다. 온도 및 기류별 실험을 통하여 22$^{\circ}C$, 24$^{\circ}C$, 26$^{\circ}C$의 각 온도에 대한 패케지 에어컨의 강, 중, 약 기류에 대한 인체순응 시간과 인체 변화를 파악하였다. 또한 인체순응시간을 고려한 온도 상승 실험을 통하여 24$^{\circ}C$, 26$^{\circ}C$에서 1$^{\circ}C$온도 상승시 인체의 온열쾌적감의 변화를 파악하였으며 온도 상승을 통한 인체 순응시간을 도출하였다. 본 실험을 통하여 초기공조 조건을 24C$^{\circ}C$ 로 한 경우 인체순응을 통한 온도 상승으로 30분 후의 공조중기와 공조후기에 온도 및 기류의 지속적인 변동 자극으로 온냉감은 "약간 서늘하다"를 지속적으로 유지하고 있으며 온도상승으로 인한 쾌적존의 높은 온도에서도 기류의 영향으로 쾌적감은 30분 이후부터 "쾌적"을 지속적으로 유지하는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구를 통하여 인체순응을 고려한 온도 및 기류의 자극을 통하여 공조초기부터 공조말기의 장시간에도 인체가 지속적인 쾌적성을 유지한다는 것을 알 수 있었다.성을 유지한다는 것을 알 수 있었다.
최근 국내에서도 개별제어를 지향하는 공조시스템의 오피스건물에의 적용이 적극적으로 검토되고 있으며 또 몇몇 실제 적용된 사례가 보고되고 있다. 그 내용을 보면, 바닥취출공조시스템이나 시스템 에어컨이 대부분으로 어떤 의미에서 본격적인 개별공조 (personal air-conditioning system)라고 할 수 없으며, 오히려 실의 공조죠닝을 세분화해 국부적인 재어성을 향상시킨 쾌적성 향상 또는 에너지절약 시스템이라고 할 수 있다. (중략)
지구온난화 방지 등 환경보전을 목적으로 전기기기 및 설비의 전력소비를 저감시키기 위한 성에너지관련법이 일부에서 시행되어 각 방면에서 그에 대한 대책이 이루어지고 있다. 전기기기 중에서도 공조기는 일반가정의 소비전력에서 차지하고 있는 비율이 $24\%$로 상당히 큰 편이다 최근 공조기는 소비전력을 저감시키기 위해 기간부품의 효율 개선을 도모하여 왔으나, 이 효율 개선에는 전력소비가 큰 압축기(탑재)모터와 이것을 구동하는 인버터의 손실 저감도 반드시 필요하다. 또 효율개선 외에 공조기 운전시의 쾌적성 향상의 관점에서 저진동화 및 저소음화를 도모할 필요가 있어 구조명과 함께 인버터 제어면에서의 대책을 시행하여 왔다. 압축기 중에서도 성능개선이 두드러진 룸에어컨은 압축기에 고효율의 브러시레스 DC모터를 탑재하여 정현파구동방식을 이용한 인버터에 의해 고효율화를 실현하였다. 이 정현파구동방식은 독자적인 과(過)변조 PWM(Pulse-Width Modulation) 방식을 적용하여 효율 개선에 크게 기여하고 있다. 또 인버터는 압축기 특유의 맥동(脈動)부하에 기인하는 진동을 제어$\cdot$억제하여 저진동화를 실현하였다. 또한 패키지에어컨에서는 인버터 캐리어주파수에 기인하는 캐리어음(音)을 인버터제어로 억제하여 저소음화를 실현하였다. 본고에서는 공조기를 대상으로 특히 에너지 소비가 큰 압축기용 모터와 이것을 구동하는 인버터의 효율개선 기술과 저진동화 및 저소음화를 도모하기 위한 인버터 응용기술에 관하여 기술한다.
야간의 잉여전력으로 열을 저장해두었다 주간에 이용하는 축열공조에는 50여년에 걸친 긴 역사가 있었다. 이 방식이 가지는 효용에 일찍부터 눈뜬 선각자들의 노력에도 불구하고 당초 보급은 늦어져 그다지 진전이 없었다고 한다. 이러한 정세가 일변한 것은 전력공급에 병목현상이 생겨 부하 평준화가 안정공급에 있어 필요불가결의 과제가 되었기 때문이다. 특히 공조는 피크성이 강한 수요이므로 공조용 전력을 야간으로 옮기는 작업의 이점이 큰 것은 당연하다. 비 수요시간대의 요금이 큰 폭으로 떨어짐으로써 수요자측에서 보아도 야간의 전력을 어떻게 활용할까하는 것은 매력적인 연구테마였다. 이리하여 축열공조가 관심을 불러 보급이 기도에 놓인 지 2O년 가까이 되었다. 처음에는 물을 사용한 축열이 대부분이었으나, 축열조 용량의 제약으로 얼음을 만들어 저장하는 빙축열방식이 도입되어 현재의 표준적인 축열방식이되었다. 그러나 빙축열에도 비용상의 문제가 있어 전면적인 보급에 이르기까지는 아직 연구의 여지가 더 남아있는 듯하다. 한편, 교토의정서의 발효 등에 의해 지구환경에 대한 관심이 높아지게 되었다. 이 같은 배경 속에 건물및 건축설비의 에너지절약 기술의 중요성이 대두되고, 특히 창 주변의 공조방식, 조광제어, 축열 공조시스템 등, 건물부하의 직접적인 저감과 전력부하 평준화에 의한 환경부하저감 및 운영비용의 저감을 목적으로 한 건물일체형 설비시스템을 적극적으로 도입하기에 이르렀다. 환경을 배려한 건축구조.설비시스템의 채택 사례가 증가하며 건축물 종합환경성능 평가시스템과 성능검증 등 건물설비의 평가.검증 수법도 연구되어 건물에 적합한 운용면에서의 사고가 중요함이 인식되었다. 이와 같이 건축구조와 설비시스템의 양면에서 에너지절약성 및 환경성, 쾌적성, 편리성의 추구가 적극적으로 도입되는 가운데, 슬래브축열시스템은 건축구조와 공조설비가 균형있게 융합됨으로써 초기비용의 삭감과 부하 평준화에 의한 경제성 향상, 복사에의한 실내환경의 향상 등의 효과를 기대할 수있는 시스템으로 추목받고 있다.
프로젝트는 4차 산업 주요 기술인 ICT, 임베디드 시스템을 사용하여 쾌적한 실내공기를 유지 관리하는 스마트 홈 모형을 제작하고 공기관리를 위해 미세먼지 및 공기질을 측정하는 센서, 공기질에 따른 공조 시스템을 제어하는 컨트롤러, 이를 모바일 기기 등을 이용하여 모니터링 및 제어할 수 있는 스마트 홈
기존의 공조방식 및 본 연구에서 제안한 개별환경제어시스템(PEM)으로부터 열유체 유동 헤석용 PHOENICS 프로그램을 이용하여 3차원 시뮬레이션을 수행하여 재실자가 거주하고 있는 CR(컴퓨터실)에서의 Heat Gain과 재실자 온열성 특성을 감성공학적 측면에서 분석하였다. 본 연구로부터 바닥으로부터 공기를 유입하여 천정으로 유출하는 바닥취출공조방식이 실내 환경 개선에 유리하고 diffuser만을 통하여 공기가 유입되어 천정과 바닥으로 공기가 유출되는 PEM 방식은 열적 냉각 성능은 좋으나 PC와 재실자 주변에 강력한 재순환 유동이 발생되어 실내 환경의 쾌적성 측면에서는 불리하나 PEM과 TAM방식의 결합이 감성공학적 온열특성 분포로부터 CR실의 재실자 주변 온도 분포에 최적임을 알 수 있다.
본 연구에서는 선박의 중앙집중 공조시스템에 공랭식 에어컨을 직접 설치하여 열원의 성능개선과 거주 구역별 독립 냉 난방이 가능한 개별분산 공조시스템을 하고자 하는 것이다. 연구 결과 기존의 중앙집중방식 공조시스템에 비해 열원 제어와 열효율상의 문제점을 보완함과 동시에 장치의 효율을 향상시킴을 확인하였다. 또한 동일한 조건에서 장치의 냉동능력과 성능계수는 평균 약 3 %, 23~26 % 정도 높게 나타났으며, Chilled Water Plants의 압축기 소비동력은 약 12 % 정도 낮게 나타났고, 동일한 조건에서 난방 시 소비동력은 약 33.5 % 낮게 나타났다. 따라서 공랭식 에어컨을 이용한 개별분산 공조시스템이 열원 제어뿐만 아니라 장치의 성능향상과 거주구역별 쾌적한 온 습도 환경 조성에 크게 기여하는 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 보정된 모델링 건물을 대상으로 PMV 변수에 대한 데이터베이스를 구축하였고, 다중회귀분석을 통하여 PMV 회귀모델을 도출하였다. PMV 회귀모델은 민감도 및 데이터 분석을 통하여 단순화하여 단순 PMV 회귀모델을 제시하였다. 단순 PMV 회귀모델과 Fanger PMV 모델에 대한 MAE 및 RMSE 검증을 통하여 단순 PMV 회귀모델이 Fanger PMV 모델을 대체할 수 있는 것으로 분석되었다. EnergyPlus의 EMS(Energy Management System)를 이용하여 보정된 모델링 건물에 PMV 회귀모델 제어를 적용하였다. 단순 PMV 회귀모델과 Fanger PMV 모델 제어의 온열 쾌적도를 비교한 결과, 두 제어 모두 공조기간 동안 약 90% 이상이 온열쾌적 범위를 만족하였고, 온열 쾌적 제어의 특징인 설정 PMV를 만족하는 설정온도에 의하여 제어되는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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