Various Air Flow Designs in the Telecommunication Room

국사냉각 급배기 방식 기술

6ARIOUS !IR &LOW $ESIGNS IN THE 4ELECOMMUNICATION 2OOM

노홍구( + .OH 실장기술팀 선임연구원 정영숙9 3 *UNG 4")운영팀 연구원

점차적으로 고발열화되고 있는 국내 전화국사의 교환기실을 효율적으로 냉각할 수 있는 새로운 국내 교

환기실의 급배기 방식의 개발에 이용하고자실제 국내 교환기실의 모델을 대상으로 한 수치적인 연구방

법으로써 각 급배기 방식에 따른 속도 분포 및 교환기 내의 전자부품 온도 분포 등 각 급배기 방식에 따

른 냉각 특성을 조사 비교하였다본 연구에서 제시한 결과들은 고발열화되는 국내 교환기실의 새로운

급배기 방식 설정을 결정하기 위해 효과적으로 이용될 수 있을 것이다

)

국내 전화국사의 교환기실 내에는 전전자 교환기4IME $IVISION %XCHANGE 4$8 혹은 .O!.UMBER ! 교환기 등이 여러 대 설치되 어 전화 통신의 송수신 교환 기능을 수행한다 근 래에 시내외 전화 국제 전화 및 이동 통신 전화 등 각종 전화 사용의 수요가 점차적으로 증가함에 따라 교환기로부터 방출되는 열로 인한 교환기실 의 발열밀도가 점점 높아졌다 기계식 교환기를 운용하였던 과거에는 발열밀도가 교환기실의 전 체 면적의  M^ 면적당  7 정도였으나 전전 자 교환기인 현재에는  i  7M^에 이르고 )3$.)NTEGRATED 3ERVICES $IGITAL .ETWORK 용 교환 기로 향상될 향후에는  i  7M^정도에 이를 것으로 예상하고 있다; = 이와 같이 교환 기의 발열이 있는 교환기실을 냉각하기 위해 실내

에 냉각 공기가 급배기즉 급기 및 배기 되고 있 으며 점차적으로 고발열화되고 있는 국내 고발열 교환기실의 냉각에 대처하기 위해 더욱 효율적인 급배기 방식 개발에 대한 연구가 요구되고 있다

교환기실 냉각의 주목적은 실내 교환기 내에 많은 수의 전자부품들을 냉각시키는 것이다 높은 온도에 매우 취약한 특성을 지닌 전자부품들은 최 대 허용온도가 ^b# 정도;=이며 전자부품의 온도 가 이러한 최대허용온도를 초과하면 오동작이 발 생하므로 전자부품의 온도를 최대허용온도보다 낮게 유지시켜야 한다 따라서 교환기실의 급배기 방식은 교환기 내의 전자부품의 온도가 최대허용 온도보다 최대한 낮게 유지시키는 급배기 방식이 어야 한다 현재 국내의 교환기실 급배기 방식으 로서 한국통신사의 @수평 급배기 방식(ORIZONTAL AIR SUPPLY AND RETURN aOW SYSTEM ;=을 들 수 있 으며 이 국내의 급배기 방식의 냉각 가능한 교환



국사냉각 급배기 방식 기술

기실의 발열밀도는  7M^ 이하인 것으로 알 려져 있다;= 이러한 국내의 급배기 방식은 점점 고발열화되고 있는 국내 교환기실의 냉각에 대해 미흡한 급배기 방식이다

고발열화되고 있는 국내 교환기실에 대하여 기 존의 수평 급배기 방식보다 냉각 효과가 더 우수 한 새로운 급배기 방식으로서 바닥급기 천정배기 방식 혹은 천정급기 바닥배기 방식에 대한 개발이 국내에서 검토 단계에 있다;= 본 연구에서는 이 와 같은 상황을 감안하여 국내의 교환기실에 바 닥급기 천정 배기 방식과 천정급기 바닥배기 방 식을 적용할 경우에 나타나는 냉각 특성을 기존 의 수평 급배기 방식의 냉각 특성과 비교하여 그 결과를 제시함으로써 국내의 고발열 교환기실의 급배기 방식 선정에 도움을 주고자 한다

))

국내 전화국사에서 회선 용량  i 회선 의 전화 수요를 담당할 경우에 사용되는  M세 로 X 방향 X  M높이 Y 방향 X  M가로 Z 방향 정도의 크기인 실제 교환기실을 그림  에 나타내었다 그림  에 나타낸 좌표를 참조하여 X   M X   M Y   M Y   M 및 Z   M Z   M에는 벽면들 바닥 및 천정 등이 있다

이 벽면들 바닥 및 천정은 단열벽으로 되어 있다

Z   M의 위치로부터 교환기 !CABINET !  교환 기 "CABINET "  교환기 #CABINET # 등 대의 교 환기가 Z 방향으로 각각 설치되어 있으며 하나의 교환기의 크기는  M세로 X 방향 r  M높 이 Y 방향 r  M가로 Z 방향 정도이다 교환 기실 내의 냉각 공기가 교환기 내로 유입 혹은 유

출될 수 있도록 하나의 교환기의 하부와 상부는 완전히 뚫려져 있으며 교환기의 전면은 전면 전 체 면적의 가 구멍이 나있는 타공판PUNCHING PLATE 으로 되어 있다 하나의 교환기 내에는 하단 모듈LOWER MODULE  중앙 모듈MIDDLE MODULE  그 리고 상단 모듈UPPER MODULE 등 개의 모듈이 실 장되어 있으며 하나의 모듈 내에는 개의 전자기 판0RINTED #IRCUIT "OARD 0#" 이  M의 간격으 로 배치되어있다 그림  의 상세도에 나타낸 바 와 같이 모듈 내 각 전자기판은 모듈과 모듈 사이 에 있는 전자기판 가이드0#" GUIDE 에 의해 지 지되어 있으며 이 전자기판 가이드에 의해 하단 중간 및 상단 모듈의 각 전자기판이 하나의 일직 선상으로 연결되어 있다 전자기판 및 전자기판 가이드의 재질은 구리로서 동일하다  M세로 X 방향 r  M높이 Y 방향 r  M가로 Z 방향 정도의 크기인 하나의 전자기판상에는 그 림에 보이는 바와 같이  M세로 X 방향 r

 M높이 Y 방향 r  M가로 Z 방향 정 도 크기인 전자부품COMPONENTS 개가  MM 정 도의 균일한 간격으로 하나의 그룹을 이루며 부 착되어 있으며 이러한 개씩의 전자부품의 그룹 은 전자기판상에 크게 세가지 그룹그룹간 간격 약  CM 으로 이루어져 있다 하나의 전자부품은

 7 i  7 정도의 발열량을 가지며 이러한 발 열 전자부품들을 냉각하기 위해 Z   M의 벽면 에 있는  M세로 X 방향 r  M높이 Y 방 향 크기의 하나의 급기구INLET 로부터 교환기실 의 가로 방향즉 Z 방향 에 수평하게 냉각 공기가 급기된다 급기된 냉각 공기AIR SUPPLY 는 교환기 하부 혹은 전면의 타공판으로 유입되어 전자부품 을 냉각하면서 더운 공기로 되며 이 더운 공기는



전 전 전

전자자자통자통통통신신신동신동동동향향향향분분분분석석석석 제권 제호 년 월

그림  실제 교환기실의 형태 단위 M

교환기 상부를 통해 유출된 후 실내로 나와 Z   M의 벽면에 있는  M세로 X 방향 r  M높 이 Y 방향 크기의 하나의 배기구OUTLET 로 배기 된다 이러한 교환기실 내로의 냉각 공기의 급배 기 방식을 수평 급배기 방식(ORIZONTAL AIR SUPPLY AND RETURN aOW SYSTEM 이라 하며 국내 실제 교환 기실의 기존 급배기 방식은 모두 이러한 수평 급 배기 방식을 취하고 있다

그림  과 같은 실제 교환기실에 설치된 하나 의 전자기판상에는 총 개 정도의 전자부품이 부 착되어 있다 이를 교환기실 전체 측면에서 고려 해보면 총 개의 전자부품이 교환기실 내에 있 는 것이 된다 교환기실 내에 이렇게 많은 수의 전 자부품을 수치적인 방법으로 해석하기에는 많은 노고가 따르므로 하나의 교환기 내의 모듈간 전 자기판의 배치 상태와 하나의 전자기판상의 전자

부품 부착 상태를 이용하여 전자부품의 수를 간 략화할 필요가 있다 그림  의 상세도에서 하나 의 전자기판상에서 개의 전자부품들이  MM라 는 미소한 간격으로 하나의 그룹을 형성하며 크게 세가지 그룹으로 이루어져 있으므로 이 하나의 그 룹을 하나의 부품 모델로 모델화할 수 있으며 따 라서 하나의 전자기판상에는 총 개의 부품 모델 이 있는 것으로 간주할 수 있다 이 때 하나의 부 품 모델의 크기와 발열량은 하나의 전자부품 그룹 내 개의 전자부품의 크기와 발열량을 모두 합한 정도의 크기와 발열량이 된다 아울러 그림  의 상세도에 보이는 바와 같이 모듈 내 각 전자기판 은 하단 모듈 중앙 모듈 및 상단 모듈을 따라 가 이드에 의해 일직선상으로 연결되어 있으므로 이 연결된 하단 모듈 중앙 모듈 및 상단 모듈의 각 전자기판을 하나의 전자기판 모델로 모델화할 수



Upper module

Middle mod

ule

Lower module

3 groups of components

PCB guides PCB

9components in a group

z y x

2.4 6.0

3.0

Cabinet A Cabinet B Cabinet C

Punching plate Outlet

Inlet

Air return

Panel

Wall Ceiling

Floor

Middle

Lower Upper module

Air supply

국사냉각 급배기 방식 기술

있다 즉 하나의 전자기판 모델의 높이는 하단 모 듈 중앙 모듈 및 상단 모듈 등 개의 각 모듈의 높 이를 합한 것이 된다 이를 상기에서 모델화한 부 품 모델과 함께 고려해 보면 하나의 전자기판 모 델상에 총 개의 부품 모델이 있는 것이 되며 교 환기실 내에는 총 개의 부품 모델이 있는 것으 로 간략화된다

그림  수평 급배기 방식 모델 단위 M

위에서와 같이 실제 교환기실의 전자기판 및 전자부품의 수를 간략하게 모델화한 교환기실 모 델을 본 연구의 수평 급배기 방식의 수치 계산 모 델로 설정하였으며 이를 그림  에 자세히 나타 내었다 그림  의 구성은 상기의 모델화 방법에 의해 교환기 내부의 하나의 전자기판 크기와 하나 의 전자기판상의 부착된 전자부품 수가 간략화되 었으며 이 이외의 모든 구성은 그림  의 구성과 동일하다 그림  에서 하나의 교환기 내부에는 Z 방향으로  M의 간격으로  M세로 X 방향 r  M높이 Y 방향 r  M가로 Z 방향 크 기의 전자기판 개가 탑재되어 있다 따라서 교환 기실 내에는 총 개의 전자기판이 각각 Z  

M  M  M  M  M  M  M 

M  M  M  M 및  M의 위치에 배치 되어 있다 하나의 전자기판상에는 세로 X  

M  M 및  M의 위치에서 이 위치마다 높이 Y   M  M 및  M의 세 곳에 즉 총 개의 세라믹 전자부품COMPONENT 이 부착되어있다 하 나의 전자부품의 크기는  M세로 X 방향 r

 M높이 Y 방향 r  M가로 Z 방향 이며 하나의 전자부품의 발열량 1_C는  7 i  7 정도로 일정한 발열량을 갖는다 따라서 교환기 실 내의 총 발열량 1_R에서는  K7 i  K7 정도 의 발열량이 있으며 이를 냉각하기 위해  M세 로 X 방향 r  M높이 Y 방향 크기의 급기구 에서 풍량 1_IN  M^MIN 정도의 냉각 공기가 4_IN  ^b#의 균일 온도와 Z 방향으로 균일한 속 도 분포로 실내에 급기되는 것으로 본 연구의 수 치 계산에서 정하였다 여기에서 정한 교환기실의 총 발열량 1_R과 급기구에서의 풍량 1_IN 및 온도 4IN등의 값은 실제 교환기실에서 통용되는 값이 다 이와 같이 설정된 수평 급배기 방식의 수치 계 산 모델의 타당성을 확인하기 위해 그림  의 실 제 교환기실 모델과 그림  의 수평 급배기 방식 모델에 대해 뒤에 논의될 수치계산방법과 계산 조 건을 각각 동일하게 적용하여 수치 계산을 수행하 였다 수치 계산으로부터 얻은 실제 교환기실 모 델 및 수평 급배기 방식 모델에 대한 동일한 위치 에서의 유동장 및 온도장의 값들은   이내로 일치하였으며 이로써 실제 교환기실로부터 간략 화된 본 연구의 수평 급배기 방식의 수치 계산 모 델에 대한 결과의 타당성을 확인할 수 있었다

국내의 실제 교환기실에 구조적으로 적용 가 능하고 냉각 효과가 좋을 것으로 판단되는 바닥 급기 천정배기 방식과 천정급기 바닥배기 방식이



y x

2.4 6.0

3.0

Cabinet A Cabinet B Cabinet C

Outlet Inlet

Air return

Panel

Wall Ceiling

Floor PCB

Component 2.0 1.0

1.2 1.8

z

Punching plate AirSupply

전 전 전

전자자자통자통통통신신신동신동동동향향향향분분분분석석석석 제권 제호 년 월

그림  바닥급기 천정배기 방식 모델 단위 M

본 연구에서 설정되었으며 이에 대한 계산 모델 을 그림  및 그림  에 각각 나타내었다 그 림에 나타낸 이 두가지 급배기 방식의 모델의 전 체 크기 교환기의 구성 및 크기는 상기의 그림

 에서 설명한 바와 동일하나 단지 급기구와 배기 구의 수와 배치가 달라 냉각 공기의 흐름이 달라 진다 그림  에 나타낸 바닥급기 천정배기 방식 모델에서는 교환기 내의 개의 전자기판이 위치 한 곳마다 아래 바닥에 개의 급기구를 배치시 켜 냉각 공기를 발열 전자부품과 전자기판에 직 접 유입시켜 냉각 효과를 높이고자 하였다 급기 구 INLET  i 급기구 INLET  등 개의 급 기구들은 하나의 급기구의 크기가  M세로 X 방향 r  M가로 Z 방향 로 개의 각 급기구

그림  천정급기 바닥배기 방식 모델

크기가 모두 동일하다 개의 각 급기구들은 그 림에 나타낸 바와 같이 교환기실 내의 개의 전 자기판들이 있는 곳의 바닥마다 전자기판을 향하 여 X   M Y   M 및 Z      

       M에 각각 위치되어 있다 교환기실의 천정에 위치한 배기구 OUTLET

 i 배기구 OUTLET  등 개의 배기구들의 각 크기 및 위치도 바닥에 위치한 각 급기구의 크 기 및 위치와 일치되도록 배치되어 있다 이러한 급기구 및 배기구들의 배치에 의해 급기구로부터 유입된 냉각 공기가 교환기의 하부를 통해 교환기 내부로 직접 유입되며 교환기 내부를 냉각하면서 더운 공기로 된 후 교환기의 상부를 통해 천정의 배기구로 유출된다 그림  에 나타낸 천정급기 바닥배기 방식 모델의 급기구 및 배기구들은 그 림  의 바닥급기 천정배기 방식 모델의 급기구들 이 배기구들로 바뀌며 배기구들은 급기구들로 바 뀌게 되는 형태를 취한다 따라서 천정에 위치한 급기구로부터 유입된 냉각 공기가 교환기의 상부 를 통해 교환기 내부로 직접 유입되며 교환기 내



y z x

Ceiling

Outlets : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Floor 0.9

Outlets 1 2 3 4

0.1×××× 3

Inlets : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0.9

Inlets : 1 2 3 4

0.1×××× 3

z y x

Ceiling

Inlets : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Floor Outlets : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

국사냉각 급배기 방식 기술

부를 냉각한 후 교환기의 하부를 통해 바닥의 배 기구로 유출된다

)))

균일 발열 운전 상황일 때 하나의 전자부품의 발열량 1_C는  7  7 및  7 등으로써 1_C를

 7씩 단계별로 증가시키는 총 세가지 종류의 통 상적인 발열량을 본 연구에서 고려하였다 교환기 실 냉각의 주요 목적은 교환기실 내의 전자부품을 냉각하기 위한 것이므로 본 연구에서의 교환기실 내의 온도 분포는 전자부품들의 온도 분포를 주로 관찰하였다

그림  Z방향의 전자부품 온도 분포

1C  7에 대해 세로 X   M 및 높이 Y 

 M의 위치에서 가로 Z 방향에 따른 각 급배기 방식별 전자부품의 온도 4_C의 분포를 그림  에 나타내었다

그림  전체 평균온도의 비교

그림을 살펴 보면 수평 급배기 방식에서는 교 환기 ! 교환기 " 및 교환기 # 등 Z 방향으로 갈수 록 4_C값의 분포가 높아지고 있다 이는 깊이 Z   M에 있는 급기구로부터 나온 냉각공기에 의한 교 환기 내의 냉각이 Z로 갈수록 불리해지기 때문이 다 이와 같이 수평 급배기 방식의 전자부품 온도 4C는 앞에서 논의된 세로 X 방향 및 높이 Y 방향보 다 가로 Z 방향을 따라 큰 폭의 온도 변화를 보이 므로 부품의 전체평균온도 4_MEAN 값은 가로 Z 방 향에 따라 거의 좌우되며 국부최대온도 4_MAX값과 위치도 가로 Z 방향에서의 부품의 최대 값과 그 최 대 값의 Z위치에 의해 결정됨을 알 수 있다 그림 에 나타난 바와 같이 수평 급배기 방식의 국부최 대온도 4_MAX는 Z   M의 위치에서 ^b# 정도 의 값을 가진다 바닥급기 천정배기 방식의 전자 부품 온도 4_C는 Z 방향을 따라 미소한 폭으로 증가



z (m) 25

35 45 55 65 75 85

2 3 4 5

Underfloor air supply and overhead return Overhead air supply and underfloor return

Horizontal air supply and return

Cabinet A Cabinet B Cabinet C Tc (o C)

35 45 55 65 75

Horizontal air supply and return

Underfloor air supply and overhead return

Overhead air supply and underfloor return Qc = 55 W

Qc = 50 W

Qc = 45 W Tmean(o C)

전 전 전

전자자자통자통통통신신신동신동동동향향향향분분분분석석석석 제권 제호 년 월

및 감소를 반복하였으며 Z   M의 위치에서 최 대 값을 가지므로 국부최대온도 4_MAX의 Z 방향 위 치는 Z   M임을 알 수 있다 천정급기 바닥배기 방식의 전자부품 온도 4_C는 Z   M 및  M의 위치에서 다른 곳보다 비교적 높은 온도를 나타낸 다 이는 이들 위치에서의 재순환 유동이 형성되 며 이 재순환 유동에 의해 이 위치들의 부품 냉각 이 불리하기 때문이다 천정급기 바닥배기 방식에 서의 국부최대온도 4_MAX의 Z 방향 위치는 Z  

M임을 그림에서 알 수 있다

H표 I전체 평균온도의 냉각성능 비교

1_C7 !VERAGE

   OF _MEAN 5NDERaOOR AIR

SUPPLY AND    

_MEAN OVERHEAD RETURN /VERHEAD AIR

SUPPLY AND    

UNDERaOOR RETURN

H표 I국부 최대온도의 냉각성능 비교

1_C7 !VERAGE

  OF _MEAN 5NDERaOOR AIR

SUPPLY AND   

_MEAN OVERHEAD RETURN /VERHEAD AIR

SUPPLY AND   

UNDERaOOR RETURN

1_C  7  7 및  7로 전자부품의 발열 량을 세가지 단계로 증가시키면서 세가지 종류의 급배기 방식별 전체평균온도 4_MEAN에 대한 비교 를 그림  에 나타내었다 그림에서 1_C  7 일 때 수평 급배기 방식 바닥급기 천정배기 방식 및 천정급기 바닥배기 방식의 전체평균온도 4_MEAN은

각각 ^b# ^b# 및 ^b#로서 바닥급기 천정 배기 방식 및 천정급기 바닥배기 방식의 전체평 균온도 4_MEAN이 수평 급배기 방식보다 상당히 낮 다 따라서 바닥급기 천정배기 방식 및 천정급기 바닥배기 방식이 우수한 전체평균온도 기준 냉각 성능을 가지며 특히 바닥급기 천정배기 방식이 가 장 우수한 전체평균온도 기준 냉각 성능을 가짐을 알 수 있다 1_C  7 일 때 수평 급배기 방식 바 닥급기 천정배기 방식 및 천정급기 바닥배기 방식 의 전체평균온도 4_MEAN은  7의 1_C의 증가에 의해 각각 ^b# ^b# 및 ^b# 정도 증가되었으며 이 로 보아 수평 급배기 방식의 전체평균온도의 증가 폭이 다른 두 방식보다 커짐을 알 수 있다 1_C 

7에서도 각 방식의 전체평균온도 4_MEAN 증가 폭 은 이전과 유사하며 바닥급기 천정배기 방식 및 천정급기 바닥배기 방식이 수평 급배기 방식보다 우수한 전체평균온도 기준 냉각 성능을 가진다

따라서 바닥급기 천정배기 방식 및 천정급기 바 닥배기 방식을 취함으로써 모든 1_C에 대해 수평 급배기 방식보다 전체평균온도 기준 냉각 성능의 증대 효과를 얻을 수 있으며 특히 바닥급기천정배 기 방식이 전체평균온도 기준 냉각 성능 측면에서 가장 효율적인 방식이라 말할 수 있다 바닥급기 천정배기 방식 및 천정급기 바닥배기 방식의 비교 냉각 성능 _MEAN의 값을 계산하여 H표 I에 나타내 었다 표의 두 방식 모두에서 _MEAN값은 전자부품 의 발열량 1_C에 따라 증가하며 1_C에 따른 _MEAN의 전체 평균 값은 바닥급기 천정배기 방식에서 

천정급기 바닥배기 방식에서 이 된다 따라서

 7 i  7의 전자부품의 발열량 1C의 범위에 서 바닥급기 천정배기 방식은 수평 급배기 방식보 다 약 배 정도로 천정급기 바닥배기 방식은 수



국사냉각 급배기 방식 기술

평 급배기 방식보다 약 배 정도로 전체평균온도 기준 냉각 성능이 증대됨을 알 수 있다

그림  국부 최대온도의 비교

이어서 국부최대온도 기준 냉각 성능을 조사 하기 위해 각 급배기 방식별 1_C에 따른 4_MAX의 분포를 그림  에 그리고 바닥급기 천정배기 방 식 및 천정급기 바닥배기 방식의 비교 냉각 성 능 _MEAN의 값을 H표 I에 각각 나타내었다 그 림  을 살펴볼 때 모든 1_C에 대해 바닥급기 천정 배기 방식 및 천정급기 바닥배기 방식의 국부최 대온도 4_MAX가 수평 급배기 방식보다 상당히 낮 다 특히 1C  7일 때에는 수평 급배기 방식 의 국부최대온도 4_MAX가 전자부품의 최대허용온 도를 넘어서게 된다 따라서 수평 급배기 방식은 전자부품의 발열량이  7보다 낮은 경우에서 운 용되어야 하며 전자부품의 발열량이  7 정도일 경우에는 급배기 방식으로서 바닥급기 천정배기 방식 또는 천정급기 바닥배기 방식을 취하는 것이 전자부품의 최대허용온도 초과를 피할 수 있게 됨

을 알 수 있다 H표 I에 나타낸 바와 같이  7 i  7의 전자부품의 발열량 1_C의 범위정도에서 국부최대온도 기준 비교 냉각 성능 _MEAN의 값을 1C에 따라 평균해 볼 때 바닥급기 천정배기 방식 은 수평 급배기 방식보다 약 배 정도로 천정급 기 바닥배기 방식은 수평 급배기 방식보다 약 배 정도로 전체평균온도 기준 냉각 성능이 상당히 증 대됨을 알 수 있다 지금까지 논의한 바닥급기 천 정배기 방식과 천정급기 바닥배기 방식의 전체평 균온도 기준 및 국부최대온도 기준의 냉각 성능 증대량을 종합적으로 비교해 볼 때 바닥급기 천 정배기 방식이 가장 우수한 냉각 성능을 가지는 급배기 방식이라고 말할 수 있다

H표 I불균일 발열운전 상황의 발열조건 1_C7 !VERAGE 1C

#ABINET ! " # 7

.ON UNIFORM

   

POWERING  .ON UNIFORM

   

POWERING 

)6

교환기별로 불균일 발열 운전 상황일 때의 냉 각 특성을 조사하였다 불균일 발열 운전 상황에서 통상적으로 발생할 수 있는 교환기별 전자부품의 발열량 1_C의 발열 구성을 감안하여 본 연구에서 는 불균일 발열 운전 상황에서의 교환기별 전자부 품의 발열량 1_C의 발열 구성을 H표 I과 같이 .ON UNIFORM POWERING 의 경우와 .ON UNIFORM POWER ING 의 경우로 설정하였다 표에서 .ON UNIFORM POWERING 의 경우는 교환기 !의 1_C가 가장 낮고 교환기 " 및 교환기 #로 갈수록 1_C가 점차적으로



Horizontal air supply and return

Underfloor air supply and overhead return

Overhead air supply and underfloor return 85

75

65

55

45

35

Fail Maximum

allowable temperature

Qc = 55 W Acceptable

Tmax (o C) Qc = 50 W Qc = 45 W

전 전 전

전자자자통자통통통신신신동신동동동향향향향분분분분석석석석 제권 제호 년 월

높아지는 경우이다 .ON UNIFORM POWERING 의 경 우는 교환기 !의 1_C가 가장 높고 교환기 " 및 교 환기 #로 갈수록 1_C가 점차적으로 낮아지는 경우 로서 .ON UNIFORM POWERING 의 경우와 발열구성 이 서로 반대되는 상황이다 상기 두 가지 종류의 발열구성 .ON UNIFORM POWERING 및 .ON UNIFORM POWERING 의 경우 모두 평균 1C는 일정하다

그림  불균일 발열운전 상황일때의 전자부품온도 분 포수평 급배기 방식

균일 발열 운전의 상황의 온도 분포에서 논의 된 바와 같이 불균일 발열 운전 상황에서도 교환 기실 내의 온도 분포는 전자부품들의 온도 분포를 주로 관찰하였으며 .ON UNIFORM POWERING 의 경 우 및 .ON UNIFORM POWERING 의 경우 등 두 가지 발열 구성에 대해 X   M와 Y   M의 위치에 서 가로 Z 방향에 따른 전자부품 온도 4_C의 분포 를 수평 급배기 방식 및 천정급기 바닥배기 방식 별로 각각 그림  및 그림  에 각각 나타내었 다 수평 급배기 방식의 그림  를 살펴보면 교

환기 !에서는 .ON UNIFORM POWERING 의 경우의 1C가 .ON UNIFORM POWERING 의 경우보다 작기 때 문에 .ON UNIFORM POWERING 의 경우의 4C분포가 .ON UNIFORM POWERING 의 경우보다 낮다 그러나 교환기 #에서는 .ON UNIFORM POWERING 의 경우 의 1_C가 .ON UNIFORM POWERING 의 경우보다 작 기 때문에 .ON UNIFORM POWERING 의 경우의 4_C가 .ON UNIFORM POWERING 의 경우보다 낮게 분포한 다 그러므로 교환기 !에서는 .ON UNIFORM POW ERING 의 경우가 냉각에 유리하며 교환기 #에서 는 .ON UNIFORM POWERING 의 경우가 냉각에 유리 하다 그러나 그림에 보이듯이 교환기 #의 Z  

그림  전자부품온도 분포의 비교천정급기 바닥배기 방식

M 정도 위치에서 .ON UNIFORM POWERING 의 경우 의 4_C가 전자부품의 최대허용온도를 초과하게 되 므로 .ON UNIFORM POWERING 의 경우는 수평 급 배기 방식에서 적합하지 않은 경우로 볼 수 있다

따라서 수평 급배기 방식의 교환기실에서는 .ON UNIFORM POWERING 의 경우와 같이 가로 Z방향으



35 45 55 65 75 85 95

2 3 4 5

z (m)

Cabinet A Cabinet B Cabinet C Non-uniform powering 1 Non-uniform powering 2

Tc (o C)

25 35 45 55 65 75

2 3 4 5

z (m)

Cabinet A Cabinet B Cabinet C Non-uniform powering 1 Non-uniform powering 2

Tc (o C)

국사냉각 급배기 방식 기술

로 가면서 교환기의 1C을 작게 구성하여야 냉각 에 유리해짐을 알 수 있다

천정급기 바닥배기 방식의 그림  에서도 교 환기 !에서는 .ON UNIFORM POWERING 의 경우가 냉각에 유리하며 교환기 #에서는 .ON UNIFORM POWERING 의 경우가 냉각에 유리하다 그러나 교 환기 #의 Z   M위치에서 .ON UNIFORM POW ERING  및 .ON UNIFORM POWERING 의 경우에서 4_R의 최대값이 각각 ^b# 및 ^b#로서 .ON UNIFORM POWERING 의 경우에서의 4C의 최대값이 .ON UNIFORM POWERING 의 경우보다 낮으므로 이 최대값의 측면에서 .ON UNIFORM POWERING 의 경 우가 .ON UNIFORM POWERING 의 경우보다 냉각에 유리하다

그림  불균일 운전 상황의 국부 최대온도 비교

세가지 급배기 방식별로 국부최대온도 4_MAX의 값을 그림  에 나타내었다 수평 급배기 방식 에서 .ON UNIFORM POWERING 의 경우의 국부최대

온도 4MAX의 값은 ^b#로서 전자부품의 최대허 용온도를 초과하게 되므로 .ON UNIFORM POWERING

의 경우는 수평 급배기 방식에서 적합하지 않은 경우이다 그러나 .ON UNIFORM POWERING 의 경우 를 취할 때 국부최대온도 4_MAX의 값은 ^b#가 되며 전자부품의 최대허용온도를 초과하지 않는 다 따라서 수평 급배기 방식에서는 .ON UNIFORM POWERING 의 경우와 같은 발열 구성을 채택하 는 것이 좋다 바닥급기 천정배기 방식에서 .ON UNIFORM POWERING  및 .ON UNIFORM POWERING 의 경우의 국부최대온도 4_MAX의 값은 각각 ^b# 및 ^b#로서 두 가지 경우 모두 유사하다 천정 급기 바닥배기 방식에서 .ON UNIFORM POWERING  및 .ON UNIFORM POWERING 의 경우의 국부최대온 도 4_MAX의 값은 각각 ^b# 및 ^b#로서 .ON UNIFORM POWERING 의 경우에서의 국부최대온도 4MAX의 값이 .ON UNIFORM POWERING 의 경우보다

^b# 정도 낮으므로 .ON UNIFORM POWERING 의 경 우가 .ON UNIFORM POWERING 의 경우보다 국부최 대온도의 냉각성능이 우수하다 따라서 교환기실 내에 .ON UNIFORM POWERING 의 경우와 같이 가로 Z방향으로 가면서 교환기의 1C을 작게 구성하는 발열 구성의 방법으로 시스템을 배치하는 것이 냉 각에 유리해짐을 알 수 있다

H표 I불균일 운전 상황의 냉각성능 비교

5NDERaOOR AIR SUPPLY /VERHEAD AIR SUPPLY AND OVERHEAD RETURN AND UNDERaOOR RETURN

MEAN  

MAX  

불균일 발열 운전 상황에서 .ON UNIFORM POW ERING 의 경우가 냉각에 유리한 경우로 판단되었



30 40 50 60 70 80 90

Horizontal air supply and return

Underfloor air supply and overhead return

Overhead air supply and underfloor return Non-uniform powering 1

Non-uniform powering 2

Maximum allowable temperature

Tmax (o C)

전 전 전

전자자자통자통통통신신신동신동동동향향향향분분분분석석석석 제권 제호 년 월

다 따라서 .ON UNIFORM POWERING 의 경우에 대 해 바닥급기 천정배기 방식 및 천정급기 바닥배기 방식이 수평 급배기 방식보다 어느 정도 냉각성능 이 증대되는가를 H표 I에 나타내었다 표에 나타 낸 바와 같이 바닥급기 천정배기 방식 및 천정급 기 바닥배기 방식이 수평 급배기 방식보다 전체평 균온도 기준 냉각 성능 측면에서는 각각 약 배 및 배 정도로 국부최대온도 기준 냉각 성능 측 면에서는 각각 약 배 및 배 정도로 냉각 성 능을 증대시켰다 이 수치를 감안해 볼 때 세가지 종류의 급배기 방식중에서 바닥급기 천정배기 방 식이 가장 우수한 냉각 성능을 가진다고 말할 수 있다

6

본 연구에서는 수평 급배기 방식의 계산 모델 과 바닥급기 천정배기 방식 계산 모델 그리고 천 정급기 바닥배기 방식 계산 모델 등 세가지 종류 의 급배기 방식 계산 모델들을 설정하여 수치적 인 연구를 수행하였다 각 급배기 방식에 따른 전 자부품 온도 분포 전체평균온도 기준 냉각 성능 및 국부최대온도 기준 냉각 성능 등을 조사 비교 하여 얻은 본 연구의 주요 결론은 다음과 같다

 균일 발열 운전 상황에서 수평 급배기 방식 의 교환기실에서는 전자부품의 발열량이  7를 초과하게 되면 국부최대온도 4_MAX가 전자부품의 최대허용온도를 초과하게 되므로 수평 급배기 방 식의 교환기실에서 전자부품의 발열량은  7이 내 범위에서 운용되어야 함을 제시하였다

  i  7 정도의 전자부품의 발열량 범 위인 균일 발열 운전 상황에서 바닥급기 천정배

기 방식 및 천정급기 바닥배기 방식은 수평 급배 기 방식보다 전체평균온도 기준 냉각 성능 측면 에서는 각각 배 및 배 정도를 국부최대온도 기 준 냉각 성능 측면에서는 각각 배 및 배 정도로 서 냉각 성능을 상당히 증대시켰다 따라서 냉각 공기를 교환기 내에 직접 유입하는 급배기 방식이 기존 급배기 방식보다 냉각 성능을 상당한 수준으 로 개선시킬 수 있으며 특히 바닥에서 천정쪽으로 냉각 공기를 유입하는 급배기 방식이 가장 우수한 냉각 성능을 가지는 방식임이 조사되었다

 불균일 발열 운전 상황에서 .ON UNIFORM POWERING 의 경우와 같이 가로 Z 방향으로 가면 서 전자부품의 발열량을 작게 구성하여야 냉각에 유리해짐을 제시하였다

 불균일 발열 운전 상황에서도 냉각 공기 를 교환기 내에 직접 유입하는 급배기 방식이 기 존 급배기 방식보다 냉각 성능을 상당한 수준으 로 개선시킬 수 있으며 특히 바닥에서 천정쪽으 로 냉각 공기를 유입하는 급배기 방식이 가장 우 수한 냉각 성능을 가지는 방식임이 조사되었다

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