현열 냉방부하 저감을 위한 쉘앤튜브형 간접증발 냉각기의 개발 및 성능평가

Abstract

본 연구에서는 친수성 소재를 삽입한 금속 튜브 기반의 파일럿 규모 쉘앤튜브형 간접증발 냉각기와 그래핀 코팅 튜브 기반의 실험실 규모 쉘앤튜브형 간접증발 냉각기를 설계 및 제작하고, 이에 대한 성능평가를 각각 여름철 외기 조건과 다양한 작동 조건(공급 공기의 온도, 습도비, 유량 그리고 추기율) 하에서 수행하였다. 이때, 간접증발 냉각기의 성능은 냉방 용량과 습구온도 및 노점온도 유용도를 사용하여 평가하였다. 파일럿 규모 간접증발 냉각기의 냉방 용량은 본 연구에서 고려한 여름철 외기 조건 하에서 최대 2.06 kW이었으며, 습구온도 및 노점온도 유용도는 각각 0.895, 0.572이었다. 한편, 실험실 규모 간접증발 냉각기의 냉방 용량은 고려된 작동 조건 하에서 공급 공기의 온도와 유량이 증가함에 따라 증가하였으며, 습도비가 증가함에 따라 감소하였다. 이에 반해, 습식채널로의 추기율이 냉방 용량이 미치는 영향은 미미하였다. 한편, 간접증발 냉각기의 유용도는 공급 공기의 온도와 추기율이 증가함에 따라 증가하였으며, 습도비와 유량이 미치는 영향은 상대적으로 미미하였다. 이때, 본 연구에서 고려한 기준 작동 조건 하에서 실험실 규모 간접증발 냉각기의 냉방 용량은 5.69 W이며, 습구온도 및 노점온도 유용도는 각각 0.209, 0.140이었다. |In this study, a metal tube (hydrophilic material inserted) based pilot-scale shell-and-tube type indirect evaporative cooler (IEC) and a graphene-coated tube-based lab-scale shell-and-tube type indirect evaporative cooler were designed and manufactured, and their performance evaluation was performed experimentally. Experimental performance evaluation was conducted under the outdoor air conditions in summer and key operating conditions such as the temperature, humidity ratio and flow rate of inlet air, and the extraction ratio, respectively. The cooling capacity, wet-bulb effectiveness and dew-point effectiveness were used as performance indices. It was shown that the maximum cooling capacity of the pilot-scale IEC was 2.06 kW, and the maximum wet-bulb and dew-point effectiveness were 0.895 and 0.572, respectively. The cooling capacity of the lab-scale IEC increased with increasing temperature and flow rate of inlet air and decreased with increasing humidity ratio. Meanwhile, the effect of extraction ratio was negligible. In addition, both effectiveness increased as the inlet air temperature and extraction ratio increased, and the effect of humidity ratio and flow rate was insignificant. The lab-scale IEC achieved a cooling capacity of 5.69 W, and wet-bulb and dew-point effectiveness of 0.209 and 0.140, respectively, under the baseline operating conditions considering in this study.