터닝 베인 소개
기류 관리에서 덕트 코너의 설계는 환기 및 HVAC 시스템과 풍동의 효율성과 성능에 핵심적인 역할을 합니다. 덕트 작업에서 종종 피할 수 없는 급격한 회전을 통해 공기가 강제로 통과할 때 수력 저항이 증가하여 더 높은 압력 손실과 난류가 발생합니다. 이는 기류를 유지하는 데 더 많은 에너지가 필요하기 때문에 시스템 효율성을 감소시킬 뿐만 아니라 난류 유동에 의해 가해지는 불균일한 압력 하중을 통해 덕트의 구조적 무결성에도 영향을 미칩니다.
이때 코너 베인 또는 안내 베인이라고도 하는 터닝 베인이 사용됩니다(그림 1). 코너 내부에 설치된 터닝 베인은 최소한의 저항으로 회전부를 통해 공기를 유도하여 부드러운 반경 굴곡에 필요한 추가 공간 없이 압력 손실과 난류를 줄입니다. 따라서 터닝 베인은 좁은 공간에서 기류를 효율적으로 관리하기 위한 이상적인 솔루션입니다.
그림 1. TunnelTech 터닝 베인 코너 섹션 어셈블리
일반적인 HVAC 솔루션의 대안으로서의 고성능 터닝 베인 섹션.
급격하게 구부러진 덕트의 난류, 압력 손실 및 소음을 줄이는 전통적인 방법은 반경 엘보우(radius elbow)입니다(그림 2 및 그림 4, 사례 2). 반경 엘보우는 급격한 굴곡의 전형적인 난류, 소음 및 압력 손실을 부분적으로 완화하지만(그림 4, 사례 1 참조), 그 자체의 문제를 가져옵니다.
구부러진 스플리터 베인이 있는 부드럽게 구부러진 판금으로 만들어진 몇 가지 기존 HVAC 덕트 굴곡이 왼쪽 그림 2에 나와 있습니다. 이들은 HVAC 덕트 작업에서 일반적으로 사용되는 전형적인 표준 변형입니다(예: DW144 덕트 표준 준수).
이러한 덕트 구성 요소는 에너지 비용이 중요한 요소가 아닌 토목 공학, 소규모 기업 및 저전력 HVAC 시스템의 소규모 애플리케이션에 일반적이고 비용 효율적입니다. 그러나 이 설계는 수력 효율성과 에너지 절약이 필수적인 중대규모 고용량 애플리케이션(발전, 야금, 터보기계, 열교환기, 폐열 회수 및 현대적인 친환경 및 재생 에너지)의 환기 및 냉각 시스템에는 좋은 솔루션이 아닙니다.
그러나 수력 네트워크의 에너지 소비를 완전히 최적화해야 할 때마다 맞춤형 비표준 덕트를 구축할 필요는 없습니다. 오른쪽의 동일한 그림 2는 에너지 효율적이고 소음과 난류가 적으며 HVAC 시스템의 산업 표준을 충족하고 대규모 고출력 산업용 애플리케이션에도 사용할 수 있는 TunnelTech의 대각선 터닝 베인 코너 섹션의 변형을 보여줍니다. 대각선 터닝 베인 섹션을 쉽게 통합할 수 있는 대규모 시설의 예가 그림 3에 나와 있습니다.
그림 2. DW144 표준을 준수하는 판금 스플리터 베인이 있는 기존의 중규모 HVAC 부드러운 엘보우(왼쪽) 및 표준 공기 덕트용 고성능 TunnelTech 대각선 터닝 베인 어셈블리(오른쪽).
그림 3. 풍동, 발전 및 산업용 애플리케이션을 위한 대규모 TunnelTech 공기 덕트 터닝 베인 코너 섹션.
압력 강하, 난류 및 소음 저감을 위한 터닝 베인 설계
다양한 터닝 코너 설계를 비교하기 위해 압력 강하(ΔP) 및 CFD 시뮬레이션 유동 패턴을 아래 그림 4에 나타내었습니다. 데모 예시로 20 m/s의 흡입 기류 속도와 2×2 m의 정사각형 덕트를 선택했습니다. 실내 스카이다이빙용 전문가급 수직 풍동은 일반적으로 터닝 섹션의 유속이 10~30 m/s인 모드에서 대부분 작동하기 때문에 20 m/s의 속도를 선택했습니다. CFD 계산은 1 표준 기압, 20 °C, 공기 습도 0인 상태에서 압축성 가스와 거칠기가 250 µm인 단열 벽을 사용하여 수행되었습니다. 도메인당 600만~1,000만 개의 셀 메시가 사용되었습니다. 흡입구 경계에는 평평한 흡입 프로파일과 2%의 난류가 적용되었습니다. 난류는 k-ε 모델을 사용하여 모델링되었습니다.
참고: 그림 4의 그림은 작동 원리를 설명하고 몇 가지 유형의 터닝 베인 코너 섹션을 비교하기 위해 제시된 특정 예시일 뿐입니다. 모든 사용 사례에 대한 일반적인 결과로 간주될 수 없습니다. 실제 환기 시스템 또는 기타 수력 네트워크의 경우, 모든 계산 지점에서 특정 수력 매개변수, 덕트 크기 및 모양, 거칠기 및 구조적 불규칙성, 유동 불균일성 및 정확한 물리적 가스 특성을 고려해야 합니다. 당사에 문의하여 특정 시스템에 대한 이러한 계산을 주문할 수 있습니다.
다음과 같은 설계 사례가 제시됩니다:
- 터닝 베인이 없는 코너 섹션.
- 방사형으로 구부러진 스플리터 베인이 있는 부드럽게 구부러진 코너 섹션(r = 덕트 높이의 ½). 압력 강하는 스플리터의 수와 기하학적 구조에도 영향을 받습니다. 이 예시는 최적의 형상을 갖춘 최소한의 스플리터 플레이트 수를 보여줍니다.
- 단순한 방사형 곡면의 얇은 플레이트(두께 10~20 mm).
- 주요 경쟁사의 일반적인 비최적화 터닝 베인.
- 최적화된 프로파일을 갖춘 TunnelTech 터닝 베인(TTE-TV).
소수의 단순한 구부러진 플레이트 스플리터가 있거나 베인이 전혀 없는 곡선형 덕트의 가장 큰 문제는 터닝 섹션 출구에서의 압력 및 속도 분포입니다(그림 4, 사례 2, 출구 단면 참조). 각 유동 하위 채널의 외벽에서 내벽으로 갈수록 속도가 증가하여 불균일한 유동, 심한 난류 및 소음을 발생시킵니다. 회전 반경이 작을수록 유동 박리, 압력 및 속도장 왜곡, 더 높은 소음 및 더 높은 압력 강하의 위험이 커집니다.
이러한 문제를 극복하는 유일한 방법은 코너 섹션의 곡률 반경을 크게 하고 스플리터 베인의 수를 늘리는 것입니다. 이는 두 번째 문제를 야기합니다. 즉, 이러한 굴곡을 수용하는 데 필요한 추가 공간과 덕트 단면 크기에 맞춘 여러 개의 곡선형 스플리터의 재료비입니다. 대형 덕트 시스템에서 부드러운 반경의 굴곡은 비합리적으로 큰 구조물로 이어질 수 있으며, 특히 공간이 제한된 경우 이 접근 방식은 비실용적입니다. 필요한 추가 공간은 아래 그림 4, 사례 2의 점선으로 표시되어 있습니다. 각 회전부의 높이와 너비는 덕트 크기의 최소 ½ 이상 증가해야 합니다. 순환식 풍동의 경우 이는 건물의 크기를 각 방향으로 수 미터씩 늘려야 함을 의미하며, 이는 덕트 작업 비용과 자본 투자를 증가시킵니다. 또한 각 스플리터의 비용은 덕트 벽 자체의 비용과 맞먹습니다.
그림 4. 덕트의 코너 섹션 – 설계 및 성능 비교
풍동 및 산업용 환기를 위한 최적의 솔루션은 그림 4의 사례 3~5에 표시된 바와 같이 에어포일 프로파일 터닝 베인의 대각선 캐스케이드입니다.
위의 모든 CFD 이미지는 실내 스카이다이빙 및 저속 아음속 풍동과 가장 관련성이 높은 사례로서, 20 m/s의 기류 속도에서 2×2 m 흡입구를 가진 공기 덕트 코너 섹션을 예로 든 것입니다.
그림 4의 사례 3은 얇게 구부러진 판금으로 만들어진 단순한 베인이 있는 코너 섹션을 보여줍니다. 그림 4의 사례 4는 TunnelTech의 주요 경쟁사에서 제공하는 최고의 터닝 베인을 보여줍니다. 두 경우 모두 코드(chord)가 짧고 에어포일 형상이 최적화되지 않아 섹션 출구에서 잔류 유동 불균일성, 더 높은 공기역학적 저항 및 더 많은 덕트 소음이 발생하는 것으로 보입니다. 단순하게 구부러진 판금으로 만든 얇은 베인은 일반적으로 낮은 풍속에서도 허용 소음 수준을 초과하며, 코드 대 두께 비율이 낮은 두껍고 짧은 프로파일은 표면적이 작아 냉각식 터닝 베인을 열전달에 사용할 때 단점이 됩니다.
그림 4의 사례 5 하단은 고성능 TunnelTech 터닝 베인이 장착된 공기 덕트 코너를 보여줍니다(주문 시 부품 번호 TTE-TV-90 참조). 단면에서 알 수 있듯이 적절하게 프로파일링된 베인을 사용하면 유동이 더 균일해지며, 이는 압력 강하와 난류가 낮아짐을 의미합니다.
출구 압력/속도 프로파일 또한 긴 코드 베인이 장착된 TunnelTech 코너 섹션이 다른 사례보다 훨씬 우수합니다. 그 결과 전문 스카이다이버 및 기타 고객의 수많은 리뷰에 반영된 바와 같이 TunnelTech의 독보적인 공기역학적 품질이 탄생했습니다.
코드 길이 및 냉각 옵션을 포함한 위의 모든 데이터는 표 1에도 요약되어 있습니다.
| 사례 / 베인 유형 | ΔP (Pa) (*) | ξ (*) | 코드 길이 (mm) | 냉각 |
|---|---|---|---|---|
| 1. 베인 없음, 급격한 회전 | 114 | 0.47 | — | 아니요 |
| 2. 부드럽게 구부러진 코너 섹션 | 41 | 0.17 | > 2000 | 아니요 |
| 3. 단순한 방사형 곡면의 얇은 플레이트 | 80 | 0.33 | 250–500 | 아니요 |
| 4. 주요 경쟁사의 터닝 베인 | 88 | 0.37 | 280 | 예 |
| 5. TunnelTech 최적화 터닝 베인 | 57 | 0.24 | 500 | 예 |
동일한 형상 및 초기 조건에 대해 계산된, 최대 100 m/s의 속도 범위에서 TunnelTech 및 경쟁사 베인이 있는 덕트 터닝 섹션의 수력 손실 계수는 그림 5에 나와 있습니다.
덕트 길이에 따른 수력 손실, 국부 저항 및 총 수력 손실 계수에 대한 자세한 내용은 아래에 나와 있습니다.
그림 5. TunnelTech 및 경쟁사 터닝 섹션 비교: 동일한 형상 및 초기 계산 조건에 대한 달시-바이스바흐(Darcy–Weisbach) 수력 손실 계수.
신뢰할 수 있는 수력 및 구조 안전 계산을 위한 난류 완화
그림 6. TunnelTech 터닝 베인 코너 섹션: 20 m/s에서의 난류 스케일(m)
부드럽고 예측 가능한 압력/속도 프로파일은 실험용 풍동, 실내 스카이다이빙 시설 및 고출력 설비와 같이 높은 난류나 유동 박리가 허용되지 않는 애플리케이션에서 특히 중요합니다. 유동 박리 및 대규모 난류로 인한 압력 맥동과 함께 이러한 기생 효과는 음향적으로 유도된 진동이 없어야 하고 공기 덕트 구조적 안정성을 위해 정압 편차가 허용되지 않는 설비에서도 용납될 수 없습니다. 또한 난류 유동은 소음의 일반적인 원인으로, 전체 시스템 성능과 최종 사용자의 편안함을 더욱 저하시킵니다.
유동 정류기, 허니컴, 난류 스크린 또는 기타 유동 조절 장치를 사용하지 않으면 하류로 갈수록 유동 불규칙성이 커지고 심해지는 경향이 있다는 점도 명심해야 합니다 [1-3]. 정확한 가스 역학 분석을 위해서는 수력 네트워크의 이전 요소에 의해 생성된 실제 흡입구 압력/속도 프로파일을 사용하여 각각의 연속적인 덕트 요소의 저항을 계산해야 합니다. 긴 수력 네트워크의 경우 엄청난 크기 때문에 전체 시스템의 CFD 시뮬레이션을 실행하는 것이 불가능한 경우가 많습니다. 이러한 경우 무차원 유동 수 및 기하학적 기준 [4]에 기반한 근사 반경험적 계산이나 이러한 방법에 기반한 소프트웨어가 사용됩니다. 마찬가지로 덕트 구조적 안정성의 FEA 모델링은 일반적으로 덕트 벽에 적용되는 일정한 정압 필드를 사용하여 수행됩니다. 따라서 하류에서 발생하는 심각한 유동 불규칙성은 하중 지지 구조물의 안전에 중요한 분석에 오류를 유발할 수도 있습니다.
근사법은 일반적으로 수력 네트워크 요소의 흡입구에서 속도 프로파일의 왜곡을 다루지 않습니다. 기껏해야 프로파일이 완전히 발달했는지 또는 아직 발달하지 않았는지(균일한지), 그리고 경계층 매개변수를 고려할 뿐입니다. 풍동 및 산업용 환기 시스템에서 유동의 각 회전은 불균일성과 강한 스월을 유발할 수 있으며, 이는 긴 네트워크의 수력 저항 계산에 불확실성을 초래합니다. 따라서 가능한 한 큰 속도 프로파일 불규칙성을 피해야 합니다.
그림 6과 위의 결과는 TunnelTech 터닝 베인이 있는 터닝 섹션이 추가적인 유동 교란을 일으키지 않을 뿐만 아니라 섹션 하류의 스월과 불균일성을 감쇠시키는 데에도 사용될 수 있음을 보여줍니다. 따라서 TunnelTech 베인이 있는 터닝 베인 코너 섹션은 축류 팬, 덕트 디퓨저, 열교환기, 테스트 섹션, 덕트 분기 또는 탭오프, 또는 기타 난류 발생 요소의 하류에 설치될 때 효과적인 유동 정류기 역할도 할 수 있습니다.
국부 저항 계수
터닝 코너의 국부 저항은 잘 알려진 달시-바이스바흐(Darcy–Weisbach) 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다:
ΔP = ξ · ρ · v² / 2
여기서:
- ΔP – 총 압력 손실(압력 강하), 단위 Pa;
- ξ – 국부 저항(달시-바이스바흐) 계수;
- ρ – 유체 밀도(kg/m³);
- V – 흡입구 단면에서의 유체 속도(m/s).
공기 덕트의 에너지 효율을 결정하는 이러한 매개변수는 터닝 베인 설계에 크게 좌우됩니다.
[4]에 따르면, 복잡한 수력 요소의 총 저항은 길이에 따른 마찰 저항 ξL과 국부 저항 ξ0의 합으로 나타낼 수 있습니다:
ξSUM = ξL + ξ0
직선 공기 덕트의 경우 길이 저항은 길이에 비례하고 수력 직경에 반비례하며, 다음 공식으로 표현됩니다:
ξL = (L / D) · f
여기서 f는 달시 마찰(Darcy friction) 계수입니다.
단순한 형태의 덕트(예: 원형, 정사각형, 육각형)의 경우, f는 레이놀즈 수만의 비선형 함수로 표현될 수 있습니다. [4]의 2장 또는 https://en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation을 참조하십시오.
매끄러운 벽, 흡입구에서 완전히 발달된 유동 프로파일 및 난류 영역(레이놀즈 수 Re > 4×103)을 갖는 단순한 원형 파이프(원형 덕트)의 마찰 계수 f는 다음 공식으로 계산할 수 있습니다:
f = 1 / (1.81 · lg(Re) – 1.64)²
실제 덕트의 경우 벽 거칠기도 고려해야 합니다.
아래 그림 7은 [5-8]에서 Nikuradse가 처음 발표한 다양한 상대 벽 거칠기 값에 대한 레이놀즈 수 Re 대 달시 마찰 계수의 플롯을 보여줍니다. 이 그래프는 무디 다이어그램(Moody diagram) [9] 또는 콜브룩-화이트 상관관계(Colebrook–White correlation) [10-11]로도 알려져 있습니다. 매끄러운 파이프에 대한 더 최근의 연구는 [12]에서 찾을 수 있습니다.
이 다이어그램은 거칠기 값이 다른 원형 파이프에 대한 복잡한 의존성 f(Re)를 보여줍니다. 정사각형 및 기타 비원형 덕트의 경우 다이어그램은 훨씬 더 복잡해집니다. 따라서 유동 영역(레이놀즈 수), 덕트 형상 및 상대적인 벽 거칠기를 모두 고려해야 합니다.
그림 7. 다양한 상대 거칠기 값에 대해 레이놀즈 수 Re에 대한 달시-바이스바흐 마찰 계수 fD를 보여주는 무디(Moody, 일명 Nikuradse) 다이어그램 – 원본 다이어그램: S. Beck 및 R. Collins, 셰필드 대학교, CC BY-SA 4.0에 따라 공유됨, wikimedia.org
실제 거친 덕트의 경우에도 총 저항을 길이 저항과 국부 저항의 합인 ξSUM = ξL + ξ0으로 나타낼 수 있습니다.
저항을 이 합으로 분할하면 덕트 매개변수 연구가 단순화됩니다. 국부 저항 ξ0은 단순화된 요소 형상(예: 더 작은 계산 도메인에서의 문제의 주기적 공식화 또는 2D 공식화)에 대해 계산할 수 있기 때문입니다. 그림 4에 표시된 예시의 계산 도메인 크기에 유의하십시오. 섹션은 높이 3 m, 길이 18 m이며, 적절한 그리드 수렴은 1,000만 개 이상의 메시 요소에서만 시작됩니다. 동일한 사례의 주기적 또는 2D 공식화는 메시 요소를 한 자릿수 적게 사용할 수 있으며, ΔP(v) 곡선의 각 속도 지점에 대한 단순화된 계산은 몇 시간이 아닌 몇 분 또는 몇 초가 걸립니다.
따라서 저항을 두 가지 구성 요소로 분할하면 계산을 크게 단순화할 수 있습니다. 국부 저항 ξ0이 빠르게 결정되고 길이 저항 ξL이 추가됩니다. 후자는 게시된 표나 무차원 수 및 덕트 형상 매개변수를 기반으로 한 근사 공식을 통해 빠르게 추정할 수 있습니다. 유동 방향이 급격히 변하는 수력 및 덕트 네트워크 요소(각진 엘보우, 부드러운 굴곡, 터닝 베인이 있거나 없는 다양한 각도의 굴곡)의 경우, 포괄적인 수력 저항 핸드북(Handbook of Hydraulic Resistance) [4]의 6-1장 및 6-2장에 유사한 접근 방식과 방법이 제시되어 있습니다.
기술 사양
정밀 엔지니어링 및 성능 계산을 위한 포괄적인 기술 데이터입니다.
통합 냉각 기술
풍동 설계를 혁신하는 당사의 터닝 베인은 통합된 내부 냉각수 채널을 특징으로 하여 공기 흐름 품질을 손상시키지 않으면서 우수한 열교환 효율을 제공합니다.
- 수백 킬로와트에서 수십 메가와트까지 확장 가능한 대규모 열 방출 용량.
- 공기 흐름 난류나 스트림 품질에 악영향을 주지 않는 효율적인 열 관리.
- 최대 열 효율을 위해 베인당 6개의 통합 내부 냉각 채널로 설계됨
- 표준 산업용 수냉 인프라와의 원활한 통합
제품 하이라이트
TunnelTech의 기류 터닝 베인(제품 TTE-TV)은 이 기술의 최전선에 서서 기류 관리에서 비교할 수 없는 효율성을 제공합니다. 당사의 제품은 실내 스카이다이빙 시설 및 풍동에서 HVAC 및 환기 시스템에 이르기까지 광범위한 애플리케이션을 위해 설계되었으며, 최첨단 공기역학적 설계 및 에너지 효율성을 구현합니다.
공기 덕트 내 터닝 베인 섹션 성능
TunnelTech의 고성능 터닝 베인은 출력 및 공기역학적 효율성에 대한 업계 표준을 제시합니다. 당사의 에너지 절약형 터닝 베인은 공기역학적 손실을 최소화하도록 설계되어 원활한 기류를 보장하고 에너지 소비를 줄입니다.
TunnelTech 터닝 베인은 공기 덕트에서 우수한 국부 저항 특성을 갖습니다. 위에서 설명한 바와 같이 달시-바이스바흐(Darcy–Weisbach) 방정식으로 계산된 저항 매개변수는 아래 그림(그림 8 참조) 및 터닝 베인 데이터시트에 제시되어 있습니다.
일반적으로 덕트 크기를 알 수 없는 경우, 길이에 따른 추가적인 벽 마찰, 거칠기 또는 기타 국부 매개변수를 고려하지 않고 주기적인 측면 경계 조건을 갖는 이상화된 요소에 대한 값이 제공됩니다. 그림 8은 무한 주기적 캐스케이드의 근사치로서 주기적 경계 조건을 갖는 15개의 베인 스택에 대해 계산된, TunnelTech 베인이 있는 이상화된 코너 요소에 대한 값을 제공합니다.
그림 8. TunnelTech 터닝 베인: 국부 저항 계수 및 해당 압력 강하.
HVAC 또는 기타 수력 시스템이 유동 경로를 따라 유동 단면이 일반적으로 변하지 않는 덕트로 구성된 경우, 단위 길이당 저항을 추정하는 것이 근사 계산에 편리합니다(물론 전체 속도 범위에 걸쳐 추정해야 함):
KL = ξL / L = f / Dh
여기서 Dh는 덕트의 수력 직경입니다. KL 값은 위에서 논의한 바와 같이 참고 문헌에서 쉽게 결정할 수 있습니다. 여기에 길이를 곱하고 데이터시트에서 가져오거나 독립적으로 계산된 국부 저항 값 ξ0을 더하면 시스템의 총 압력 손실을 빠르게 추정할 수 있습니다.
ξSUM = KL · L + ξ0
그림 4의 예시(계산에 사용된 가스 매개변수 및 거칠기를 갖춘 2×2 m 정사각형 덕트)는 KL = ξL / L ~ 2.1 Pa 정도의 단위 길이당 저항을 갖습니다. 이 값은 굴곡, 베인 또는 기타 내부 장비가 없는 평평한 정사각형 덕트에 적용됩니다. 공기가 덕트를 따라 이동하는 전체 21 m에 걸쳐 이는 ~44 Pa의 압력 강하를 제공합니다. 그림 8의 값(터닝 베인 데이터시트, 표 A.2.1에서 가져온 20 m/s에서 11 Pa)을 더하면 터닝 베인이 있는 실제 2×2 m 덕트 섹션의 총 저항은 55 Pa이 됩니다. 이 값은 그림 4, 사례 5에 표시된 값과 잘 일치합니다.
CFD 없이 모든 모양의 덕트 저항을 계산하는 근사법에 대한 자세한 내용은 [4] 및 유사한 문헌에서 찾을 수 있습니다.
참고: 그림 4의 예시는 터닝 베인의 작동 방식을 보여주는 특수한 경우일 뿐이며 임의의 덕트를 평가하는 데 사용할 수 없습니다. 그림 8은 더 광범위하게 적용되지만 고객 덕트의 특정 매개변수는 여전히 고려되어야 합니다. 각 시스템에는 상세한 분석이 필요하며, 이는 TunnelTech에 주문할 수 있습니다. 덕트 수력 저항의 정확한 계산과 환기 또는 풍동 장비의 에너지 소비에 대한 전문가 평가를 원하시면 당사에 문의해 주십시오.
산업용 냉난방을 위한 터닝 베인
산업용 공기 덕트용 터닝 베인 중에서도 독보적인 당사 제품은 높은 유량으로 냉각재를 순환시킬 수 있어 공기가 덕트를 통과할 때 효율적으로 냉각하거나 가열할 수 있습니다. 이는 실내 온도 조절 베인 및 저저항 덕트 내 열교환기와 같은 열 조절의 새로운 가능성을 열어주며, 고객의 기류 요구 사항에 맞는 다목적 솔루션을 제공합니다.
외부 공기와 베인 냉각재 사이의 대수 평균 온도차(ΔTLMTD) 켈빈당 터닝 베인 길이 미터당 열유속(와트)을 정량화하는 HTCL(선형 미터당 열전달 계수) 방식을 사용하여 평가된 당사의 터닝 베인은 다양한 기류 조건에서 효과적인 열전달을 위해 설계되어 안정적인 성능과 온도 조절을 보장합니다.
수랭식 터닝 베인의 열전달 계수 매개변수는 건조 공기와 습윤 공기 모두에 대해 그림 9에 제시되어 있으며, 여기서 ΔP [kPa]는 흡입구 및 출구 베인 포트(그림 10의 파란색 및 빨간색) 사이의 수압 차이입니다.
그림 10. 터닝 베인 냉각 채널
그림 9. HTCL 계수. 흡입구 및 출구 냉각재 채널 포트 사이의 다양한 냉각재(물) 압력 차이에서의 건조 공기(RH = 0%) 및 습윤 공기(30 °C에서 RH = 90%).
폐열 회수용 터닝 베인
열교환 채널이 통합된 냉각식 터닝 베인은 다양한 애플리케이션에서 폐열 회수를 위한 다목적 솔루션을 제공합니다. 열교환 시스템에 통합된 이 베인은 손실될 수 있는 잉여 열 에너지를 포착하여 열 회수 시스템으로 전달함으로써 전체 시스템 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
실제로 이 기술은 많은 분야에서 사용될 수 있습니다. 예를 들어 산업 공정에서 냉각식 터닝 베인은 배기가스에서 폐열을 회수하여 유입되는 유체나 공기를 예열하는 데 사용하여 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. HVAC 시스템에서는 배기 기류와 급기 기류 사이에서 열을 전달하는 열 회수 환기 장치(HRV) 및 에너지 회수 환기 장치(ERV)와 같은 장치에 동일한 원리가 적용됩니다. 이는 유입되는 공기를 가열하거나 냉각하는 데 필요한 에너지를 최소화하여 상당한 에너지 절감으로 이어집니다.
냉각식 터닝 베인은 발전 및 재생 에너지 시스템에도 통합될 수 있습니다. 예를 들어 열병합 발전(CHP) 플랜트에서는 발전 과정에서 발생하는 폐열을 회수하여 난방에 사용함으로써 시스템의 전반적인 효율성을 향상시킵니다. 지열 에너지 시스템에서 이 베인은 지면에서 추출한 열 에너지를 관리하여 열전달 과정을 최적화하는 데 도움을 줄 수 있습니다.
친환경 및 재생 에너지 이니셔티브에서 폐열 회수는 탄소 발자국을 줄이고 에너지 시스템의 지속 가능성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 이 접근 방식은 린 제조(lean manufacturing) 원칙과 일치하며, 효과적인 열 관리를 통해 자원 효율성을 향상시키고 운영 비용을 절감합니다. 또한 ESG 프로젝트에서 이러한 기술을 채택하는 것은 더 넓은 지속 가능성 목표에 맞춰 환경적 영향을 최소화하고 자원 사용을 최적화하려는 의지를 보여줍니다.
열 회수 – 관련 프로젝트
TunnelTech는 냉각식 터닝 베인을 사용한 폐열 회수용으로 설계된 열교환 및 HVAC 프로젝트를 제공하는 데 풍부한 경험을 보유하고 있습니다. 손실될 수 있는 열 에너지를 포착하고 재사용하도록 설계된 열교환 시스템에 이러한 베인을 통합함으로써 TunnelTech는 광범위한 산업 및 상업 공정에서 폐열을 보다 효과적으로 회수할 수 있게 합니다. 이는 에너지 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 에너지 소비 및 운영 비용을 절감하여 지속 가능성 목표를 지원합니다.
애플리케이션
당사의 터닝 베인은 다양한 산업과 애플리케이션에 사용됩니다.
HVAC 시스템
| 상업용 건물 | 덕트 최적화, 에너지 효율성, 운영 비용 절감, 효율적인 공기 질 및 온도 제어를 통한 건강과 안전 향상 |
| 주거 단지 | 최적의 공기 질과 기류를 갖춘 편안한 주거 환경; 건강과 안전 향상 |
| 데이터 센터 | 열 관리 터닝 베인이 서버 성능과 수명 연장에 필요한 중요한 온도 및 습도 수준을 유지합니다. |
건축 및 토목 환기 시스템
| 병원 및 의료 시설 | 조용하게 작동하는 터닝 베인이 환자와 직원을 보호하는 필수적인 공기 질 제어를 제공합니다. 공기 질과 온도의 효율적인 제어를 통해 건강과 안전을 향상시킵니다. |
| 교육 기관 | 공기 순환 개선을 통한 더 나은 학습 환경 제공 |
환경 제어
| 전자, 생명공학, 푸드테크 및 기타 첨단 시설 / 클린룸 | 첨단 기술 및 까다로운 생산 공정을 위한 온도 및 습도 제어; 공조용 터닝 베인이 제조 및 연구 시설의 엄격한 기류 기준을 유지합니다. |
| 스포츠 경기장 | 선수와 관중 모두를 위한 편안함과 안전 |
산업 및 특수 애플리케이션
| 터널 건설 및 유지보수 | 터널 환경 내 작업자를 위한 공기 질 및 안전성 향상 |
| 산업 시설 | 덕트 최적화, 에너지 효율성, 지속 가능한 개발, 운영 비용 절감 |
| 주조 공장 및 고부하 산업 시설 | 에너지 효율성, 운영 비용 절감, 폐열 회수, 탈탄소화 및 ESG, 고부하 HVAC 공기 덕트, 열 관리 |
| 해양 공학 | 승무원의 편안함과 장비 신뢰성을 위한 선박 및 잠수함의 환기 개선 |
| 광업 및 지하 건설 | 광산 및 기타 지하 구조물을 위한 필수 환기 시스템으로 위험한 상황 발생 위험 감소 |
이러한 각각의 애플리케이션은 효율적인 기류 관리의 도약을 이룬 TunnelTech 터닝 베인의 첨단 설계와 기능으로부터 큰 이점을 얻습니다. TunnelTech의 저항이 적은 터닝 베인을 선택함으로써 고객은 시스템 성능 목표를 달성하는 것을 넘어 그 이상을 기대할 수 있으며, 동시에
- •에너지 소비량* 최대 30% 절감
- •소음* 60% 저감(기존 공기 덕트 대비)
* TT45 PRO 풍동 형상에 대한 실험 결과입니다.
터닝 베인을 고객의 특정 요구에 맞게 맞춤화하는 방법에 대한 문의 및 자세한 내용은 당사 팀에 문의해 주십시오. 최적의 기류 관리를 달성하는 데 TunnelTech가 파트너가 되어 드리겠습니다.
설치 및 유지보수
- •치수 및 사양
설치 전 덕트 치수 및 터닝 베인 사양 확인
- •장착 옵션
클램프온, 볼트온 및 용접 구성으로 제공
- •하중 취급
안전한 운송 및 배치를 위해 하중 취급 지침 준수
- •단계별 설치
각 제품 배송 시 제공되는 상세한 설치 지침
- •검사 일정
베인 정렬 및 구조적 무결성을 확인하기 위한 정기적인 육안 검사
- •청소 절차
베인 표면에 쌓인 먼지와 이물질을 제거하기 위한 주기적인 청소
- •마모 및 손상 모니터링
부식, 침식 또는 기계적 손상 징후 모니터링
- •문제 해결 가이드
진동, 소음 또는 기류 효율 감소와 같은 일반적인 문제 해결
문서 자료
TunnelTech 풍동 코너 섹션 어셈블리 및 터닝 베인 매개변수에 대한 기술 정보는 TTE-TSA 및 TTE-TV 제품을 다루는 종합 데이터시트에서 확인할 수 있습니다. 이 문서에는 설계 옵션, 수평 및 수직 90도 회전 코너의 국부 저항, 냉각식 터닝 베인의 수력 및 열전달 매개변수가 포함되어 있습니다.
TTE-TSA 데이터시트 다운로드 (PDF)참고 문헌 및 관련 간행물
풍동, 산업용 덕트, HVAC 덕트 및 기류 관리 장비, 팬 유동 정류기 등을 위한 터닝 베인의 설계 및 최적화에 대한 추가 정보는 아래 링크에서 확인할 수 있습니다:
- Baals, D.D., and W.R. Corliss. Wind Tunnels of NASA. NASA; SP-440. Scientific and Technical Information Branch, National Aeronautics and Space Administration, 1981. books.google.rs
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- Pope, A., and K.L. Goin. High Speed Wind Tunnel Testing. Wiley, 1965. books.google.rs
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참고:
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- 달시-바이스바흐(Darcy–Weisbach): en.wikipedia.org/wiki/Darcy–Weisbach_equation
- 마찰 계수: en.wikipedia.org/wiki/Fanning_friction_factor, en.wikipedia.org/wiki/Darcy_friction_factor_formulae
- 마찰 손실: en.wikipedia.org/wiki/Friction_loss