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건물외벽 에너지시스템의 모델링을 위한 외기대류계수 상관관계식에 대한 고찰

전문가 제언: ○ 이 자료에 언급된 바와 같이 외기대류계수, hw의 가장 일반적인 식은, hw= 5.678 {a+b[((294.26/(273.16+Ta))×Vw/0.3048]n}의 형태이며 대류에서 유도된 풍속, Vw을 이용한 식이다. 여기서 상수 a, b와 지수 n은 실험에 의해 구해진 값이고, Ta는 주위온도(℃)이다.

○ 외기대류계수의 관계식은, 1922년에 처음 발표되고 감쇠 항이 포함된 Nusselt-Jϋrges의 포괄적 상관관계식(SI단위) hw= 1.713Vw0.78+5.35e-0.6Vw를 거쳐 현재는 모델링과 시뮬레이션에 광범위하게 이용되는 선형방정식인 McAdams의 hw= 5.7+3.8Vw에 이르게 되었다.

○ 대류열전달은 표면과 유체간의 열 교환으로 대류속도방정식 열 플럭스는, q/A=hΔT로 표현되며 h는 대류열전달계수이다. 대류열전달계수의 결정은 쉽지 않으며, 이것은 유체흐름의 전달메커니즘과 유체의 성질 및 계의 기하학적 특성과도 관계가 있기 때문이다.

○ 유체의 흐름이 층류인 경우에 고체표면과 접촉유체나 유체충돌 사이의 열전달은 분자운동에 의해 발생하지만, 난류인 경우에는 서로 다른 온도영역 사이의 유체입자들의 혼합으로 열전달속도가 빨라진다. 자연대류는 유체의 온도차에 의한 밀도변화와 부력효과의 순환이고, 강제대류는 팬이나 펌프 등과 같은 외부 힘에 의해 일어나는 유체순환이다.

○ 대류열전달에서 수력학적 경계층(δ)과 열 경계층(δt)은 대류공정을 해석하는데 중요한 인자가 된다. 대류열전달계수, h를 평가하는 데는 차원 해석, 경계층 해석, 에너지와 운동량 전달 사이의 유사성 해석 등의 방법이 있다.

○ Prandtl 수, Pr(Pr=μcp/k)는 유체의 물성을 나타내는 온도함수로서 기체는 거의 1이다. 또한 δ(x)/δt(x)=Pr1/3의 관계가 성립하고, Reynolds 수, Re(Re=ρύD/μ)와의 관계는 평판층류 경계층해로부터 δ(x)=4.64xRe-1/2, δt(x)=4.64xRe-1/2Pr-1/3으로 된다. 이러한 대류열전달계수의 해는 향후 본문에서와 같은 태양에너지 등에 대한 바람의 영향을 계산하는 데 활용할 수 있는 참고자료라고 사료된다.

저자: J.A. Palyvos
자료유형: 학술정보