대용량 저속 팬

High-volume low-speed fan
대용량 저속 팬

대용량 저속(HVLS) 팬은 직경 2.1m보다 큰 기계식 팬의 일종이다.[1] HVLS 팬은 일반적으로 천장 팬이지만 일부는 폴에 장착된다. HVLS 팬은 천천히 움직이며 낮은 회전 속도로 대량의 공기를 분배한다. 따라서 "고량, 저속"이라는 이름이 붙었다.

HVLS 팬을 위한 일반적인 애플리케이션은 산업과 상업의 두 가지 분류로 분류된다. 산업용 애플리케이션에서 HVACR은 종종 비용이 엄청나게 들거나 비실용적이며, 보통 냉장 창고나 냉장 또는 냉동 식품의 제조에만 사용된다.[2] 창고, 축사, 격납고, 유통센터 등의 공간에 설치된 선풍기는 열 스트레스를 예방하고 작업자의 쾌적성을 높이고 작업자와 가축 모두의 생산성을 높일 수 있다.[3] HVLS 팬은 에어컨이 더 흔한 상업 공간에서도 사용되지만 천장 팬에서 공기 이동을 증가시키면 비용 효과적으로 탑승자의 편안함을 높이거나 층화를 방지할 수 있다. 대표적인 상업적 어플리케이션으로는 쇼핑몰, 교회, 사무실 건물, 공항 터미널 건물, 피트니스 센터, 학교 등이 있다.

역사

1990년대 후반에는 리버사이드 캘리포니아 대학의 윌리엄 페어뱅크 교수와 월터 K. MacroAir Technologies의 설립자인 보이드는 처음에는 HVLD(High-Volume, Large-Diameter) 팬이라고 불리는 새로운 형태의 순환기 팬을 발명하고 특허를 얻었다.[4] 이런 종류의 선풍기는 원래 농업용으로 개발되었기 때문에 초기 연구는 HVLS 선풍기가 낙농 생산에 미치는 이점에 초점을 맞췄다.[5][6][7]

HVLS 팬 작동 방식

HVLS 팬은 차가운 이동 공기가 몸을 감싸는 수분 포화 경계층을 분해하고 증발을 가속화해 냉각 효과를 내는 원리를 연구한다. 천장 선풍기는 돌면서 공기 기둥을 만들어 낸다. 이 기둥이 바닥을 따라 아래로 움직인다. 수평 플로어 제트라고 불리는 이 수평 이동 공기의 깊은 벽은 팬의 직경에 비례하고, 그보다 작은 정도는 팬의 속도에 비례한다. 플로어 제트기가 잠재력에 도달하면 측면 벽이나 다른 수직 표면을 만날 때까지 바깥쪽으로 이동한다.[8]

이상적인 조건에서 직경 2.4m의 팬은 약 36인치(910mm) 깊이의 공기를 바닥으로 분사한다. 24피트(7.3m) 직경의 선풍기는 108인치(2,700mm) 깊이의 바닥 제트기를 생산하는데, 이는 바닥에 서 있는 사람이나 소를 집어삼킬 수 있을 만큼 충분히 큰 것이다.[8]

상용 HVLS 팬은 직경, 회전 속도 및 성능에 있어 가정용 천장 팬과 다르다. 일부 팬들은 공기를 이동하기 위해 현대식 칼날을 사용하는 반면, 에어포일을 사용하는 것과 같은 다른 방법들이 더 효율적이게 하기 위해 사용되고 있다.[citation needed]

대형 선풍기 대 소형 선풍기

직경이 큰 팬은 같은 속도로 작은 팬보다 더 많은 공기를 이동할 수 있다. 난류, 고속의 제트기는 매우 빨리 소멸한다. 그러나 커다란 공기 기둥은 움직이는 공기와 고정된 공기의 마찰로 작은 공기보다 더 멀리 "이동한다"고 하는데, 이는 움직이는 기둥의 주변부에서 발생한다.[8]

공기 기둥의 둘레는 기둥 직경에 따라 직접적으로 달라진다. 단면적은 직경의 사각형에 따라 다르지만, 큰 기둥은 비례적으로 농어가 적고 따라서 끌림이 적다. 따라서 직경 3피트(0.91m)의 팬에서 나오는 공기 기둥은 직경 20피트(6.1m)의 팬에서 공기 기둥으로 이동하는 공기 부피당 마찰 접점이 6배 이상 된다.[8]

HVLS 팬의 아래쪽 공기 기둥이 바닥에 닿으면 공기는 모든 방향에서 기둥으로부터 멀리 수평 방향으로 회전한다. 바깥쪽으로 흐르는 공기는 "수평형 플로어 제트"라고 불린다. 바닥 제트기의 높이는 공기 기둥의 직경에 의해 결정되기 때문에 직경이 큰 팬은 자연적으로 공기 기둥을 더 크게 만들어 더 높은 바닥 제트기를 생산한다.[8]

등가 변위의 소형 고속 팬은 동일한 효과를 낼 수 없다.

팬을 구동하는 힘은 팬을 통한 평균 공기 속도의 큐브에 따라 대략 증가한다. 시속 20마일(mph)의 속도로 공기를 전달하는 상업용 선풍기는 5mph의 속도로 공기를 전달하는 비슷한 크기의 선풍기에 비해 약 64배의 전력을 필요로 한다.[8]

공기속도는 팬 '효과'와 결합해 사람이나 동물을 식히는 것이 목표일 때 초소형 고속 선풍기보다 초소형 저속 상업용 선풍기가 더 효율적이고 효과적이라는 의미다.

팬 성능 측정

일반적으로, 천장 팬 성능 결정을 위한 공기 이동 및 제어 협회 표준 230은 통일된 시험 절차를 설정한다.

AMCA 230은 등급, 인증 또는 보증 목적을 위한 추력 측면에서 성능을 결정하기 위해 공기 순환 팬에 대한 실험실 시험의 통일된 방법을 설정한다. 1999년 버전은 개발된 추력을 결정하는 방법을 기술하였고 측정된 추력을 기류로 변환하기 위해 간단한 방정식을 사용했다. 주기적인 검토 과정에서 계산된 기류가 너무 높은 것으로 결정되었다. 따라서 이 버전은 더 이상 인위적으로 기류를 계산하지 않고 측정된 성능을 추력 단위로 남겨둔다.

현재 버전인 AMCA 230-12는 수정된 방정식과 새로운 효율성 지표를 통해 기류 속도를 재도입했다. 표준의 공식 범위는 직경 6피트(1.8m) 미만의 천장 팬으로 제한되었다.[9] 따라서 현재 표준은 HVLS 팬에는 적용되지 않는다. 그 표준의 새로운 버전은 현재 검토 중에 있다.

냉난방 혜택

공기의 움직임은 인간의 온열 쾌적성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 추운 조건에서는 바람의 냉기가 해로운 것으로 여겨지지만, 중립에서 따뜻한 환경으로의 공기 이동은 이로운 것으로 여겨진다. 이는 보통 공기 온도가 약 74°F(23.3°C)를 넘는 조건에서 일정한 내부 온도를 유지하기 위해서는 신체가 열을 손실해야 하기 때문이다.

방을 시원하게 해주는 에어컨과 달리 선풍기는 사람을 시원하게 해준다. 천장 팬은 탑승자 수준에서 공기 속도를 증가시켜 보다 효율적인 열 제거를 촉진하여 공간보다는 탑승자를 냉각시킨다.[10][11][12] 공기속도가 높아지면 신체의 대류 및 증발열 손실률이 높아져 공기의 건구 온도를 바꾸지 않고도 탑승자가 더 시원함을 느끼게 된다.

뜨거운 공기는 차가운 공기보다 밀도가 낮아 대류라는 과정을 통해 자연스럽게 뜨거운 공기가 천장 높이까지 상승하게 된다. 고요한 공기에서는 일정한 온도층이 형성되며, 바닥에서는 가장 춥고 상층에서는 가장 따뜻하다. 이것을 층화라고 한다. 층화된 공간에서 공기를 섞는 가장 효율적이고 효과적인 방법은 뜨거운 공기를 탑승자 수준으로 밀어내는 것이다. 이를 통해 건물 벽과 지붕을 통한 열 손실과 건물 에너지 소비량을 모두 줄이면서 공간 내 공기를 완벽하게 혼합할 수 있다. 드래프트가 발생하지 않도록 팬을 천천히 작동시켜 승객 수준의 공기 속도가 분당 40피트(12m/분)를 초과하지 않도록 해야 한다.[13][14]

참조

  1. ^ "Department of Energy 10 CFR Parts 429 and 430" (PDF). Energy.gov. U.S. Department of Energy. Retrieved 20 September 2015.
  2. ^ "U.S. Energy Information Administration". U.S. Energy Information Administration. Retrieved 20 September 2015.
  3. ^ "ASHRAE Technical FAQ" (PDF). ashrae.org. ASHRAE. Archived from the original (PDF) on 18 July 2014. Retrieved 20 September 2015.
  4. ^ "Patent number 6244821". Retrieved 20 September 2015.
  5. ^ "Minnesota/Wisconsin Engineering Notes" (PDF). University of Wisconsin Extension. Retrieved 20 September 2015.
  6. ^ Schultz, Thomas. "Electric Power Saving Fan Options for Cow Cooling" (PDF). University of California Davis. Retrieved 20 September 2015.
  7. ^ "Dairies Test New Fans for Cooling Cows" (PDF). Southern California Edison. Retrieved 20 September 2015.
  8. ^ a b c d e f Tetlow, Karin. "HVAC for Large Spaces: The Sustainable Benefits of HVLS Fans". McGraw Hill Construction.
  9. ^ "ANSI/AMCA Standard 230-12: Laboratory Methods of Testing Air Circulating Fans for Rating and Certification. 2010. Arlington Heights, IL" (PDF). U.S. Department of Energy. Air Movement and Control Association International, Inc. Retrieved 20 September 2015.
  10. ^ Ho, Son; Rosario, Luis; Rahman, Muhammad. "Thermal Comfort Enhancement by Using a Ceiling Fan" (PDF). Applied Thermal Engineering. Retrieved 20 September 2015.
  11. ^ Chiang, Hsu-Cheng; Pan, Ching-shu; Wu, Hsi-Sheng; Yang, Bing-Chwen. "Measurement of Flow Characteristics of a Ceiling Fan with Varying Rotational Speed" (PDF). Proceddings of Clima 2007 WellBeing Indoors. Retrieved 20 September 2015.
  12. ^ "Cooling Your Homes With Fans and Ventilation" (PDF). National Renewable Energy Laboratory. Energy Efficiency and Renewable Energy Clearinghouse. Retrieved 20 September 2015.
  13. ^ ASHRAE 55-2013 Standard 55-2013 -- Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy (ANSI Approved). 2013. Retrieved 20 September 2015.
  14. ^ ISO 7730:2005 Ergonomics of the thermal environment -- Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria (3 ed.). 15 November 2005.

외부 링크