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(1) 전열효율과 전열회수량 계산식
전열교환기는 실내로 배출되는 공기의 열을 이용하여 외부에서 유입되는 신선한 공기를 예열하는 장치입니다. 겨울철 난방 시 전열교환기를 사용하면 난방 부하를 줄이고 에너지 효율을 높일 수 있습니다.
1. 전열효율 ()
전열효율은 전열교환기가 얼마나 효과적으로 열을 교환하는지를 나타내는 지표입니다. 일반적으로 온도 효율로 나타내며, 다음과 같이 계산됩니다.
- 현열 효율 (): 공기의 온도 변화에 대한 효율여기서,
- : 급기되는 신선한 공기의 온도 [°C]
- : 외부 공기의 온도 [°C]
- : 실내에서 배출되는 공기의 온도 [°C]
- : 전열교환기를 통과 후 배출되는 공기의 온도 [°C]
- : 전열교환기를 통과 전 외부 공기의 온도 (와 동일) [°C]
- 전열 효율 (): 공기의 엔탈피 변화에 대한 효율 (현열과 잠열 모두 고려)여기서,
- : 급기되는 신선한 공기의 엔탈피 [kJ/kg]
- : 외부 공기의 엔탈피 [kJ/kg]
- : 실내에서 배출되는 공기의 엔탈피 [kJ/kg]
- : 전열교환기를 통과 후 배출되는 공기의 엔탈피 [kJ/kg]
- : 전열교환기를 통과 전 외부 공기의 엔탈피 (와 동일) [kJ/kg]
2. 전열회수량 ()
전열회수량은 전열교환기를 통해 회수되는 열량으로, 다음과 같이 계산됩니다.
- 현열 회수량 ():여기서,
- : 공기의 질량 유량 [kg/s]
- : 공기의 정압 비열 [kJ/(kg·K)]
- 전열 회수량 ():
(2) 상태변화를 습공기선도로 표시
겨울철 난방 시 전열교환기에서의 공기 상태 변화를 습공기선도에 나타내면 다음과 같습니다.
- 외부 공기 (점 OA): 낮은 온도와 습도를 가집니다. 습공기선도에서 좌측 하단에 위치합니다.
- 실내 배출 공기 (점 RI): 실내에서 발생한 열과 수분을 포함하여 외부 공기보다 높은 온도와 습도를 가집니다. 습공기선도에서 우측 상단에 위치합니다.
- 전열교환 후 배출 공기 (점 RO): 실내 배출 공기가 전열교환기를 통과하면서 열을 외부 공기에 전달하여 온도와 습도가 낮아집니다. 점 RI보다 좌측 하단 방향으로 이동합니다. 이상적인 경우, 배출 공기의 현열과 잠열의 일부가 회수되어 외부 공기를 예열 및 가습하는 데 사용됩니다.
- 전열교환 후 급기되는 신선한 공기 (점 SA): 외부 공기가 전열교환기를 통과하면서 실내 배출 공기로부터 열을 전달받아 온도와 습도가 높아집니다. 점 OA보다 우측 상단 방향으로 이동합니다.
습공기선도에서의 변화:
- 외부 공기 (OA)는 전열교환을 통해 현열과 잠열을 얻어 급기되는 신선한 공기 (SA)로 변합니다. 이 과정은 습공기선도 상에서 우측 상향으로 이동하는 것으로 나타납니다.
- 실내 배출 공기 (RI)는 전열교환을 통해 현열과 잠열을 잃어 전열교환 후 배출 공기 (RO)로 변합니다. 이 과정은 습공기선도 상에서 좌측 하향으로 이동하는 것으로 나타납니다.
주의사항:
- 이상적인 전열교환기의 경우, 배출 공기와 급기되는 공기의 질량 유량은 동일하다고 가정합니다.
- 실제 전열교환기에서는 완벽한 열교환이 이루어지지 않으므로, 전열효율은 100%보다 낮습니다.
- 전열교환기의 종류 (판형, 로터리형 등)에 따라 습공기선도 상에서의 상태 변화 경로가 약간 다를 수 있습니다. 예를 들어, 로터리형 전열교환기는 현열뿐만 아니라 잠열 교환 효율도 높아 습도 변화가 더 크게 나타날 수 있습니다.
이러한 이해를 바탕으로 겨울철 난방 시 전열교환기의 효율적인 활용은 실내 공기 질을 유지하면서 에너지 소비를 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.
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