집중기획
신 일 용 ㈜삼우종합건축사사무소
[email protected] 이 진 천 ㈜디씨에스 [email protected]
머리말
공조설비 설계를 수행하기 위해선 일차적으로 공기의 상태를 이해 하는 것이 매우 중요하다. 우리가 일반적으로 느끼는 대기 중의 공기 는 건공기가 아닌 습공기 상태가 대부분을 이루고 있다. 이는 다시 말 해 주위의 공기가 동일 온도 조건일지라도 수증기의 함유량이 달라짐 에 따라 공기의 상태 값이 바뀐다는 것이다. 이 상태 값들은 각각의 계 산식에 의해 수계산으로 일일이 구할 수 있지만 많은 시간이 소요된 다. 하여 작업의 편의성을 높이기 위해 각각의 공기 상태값 계산식을 도시화한 것이 그림 1의 습공기선도(Psychrometric Chart)이다. 이 습 공기선도는 공기의 상태값 및 변화 과정을 손쉽게 확인할 수 있는 장 점이 있지만 여전히 정확한 값을 찾아내기에는 어려움이 따른다. 따라 서 우리 대한설비공학회 공조부하계산 표준화프로그램 특별위원회에 서는 위와 같은 여러 가지 불편한 사항들을 개선하기 위해 PsyChart- SAREK을 개발하였다. 단위계 또한 기존 중력 단위계(공학단위계)에 서 국제 단위계(SI)로 변경하였다. 이 프로그램은 이제 막 공조설비 설 계에 입문한 학생들에서부터 현업에 종사하는 실무자들 대상으로 만 들어졌으며 누구나 쉽게 조작할 수 있고 정확한 값을 도출할 수 있도
PsyChart-SAREK의 응용 및 적용 방법
대한설비공학회 공조부하계산 표준화프로그램 특별위원회에서 개발한 습공기선도 프로그램(프 로그램명: PsyChart-SAREK)의 개발 취지와 프로 그램의 구성 및 사용법에 중점을 두어 설명하고자 한다.
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록 하였다.
PsyChart-SAREK 프로그램의 설치
본 습공기선도 프로그램은 .NET 플랫폼 환경
에서 개발하였고 Windows 7 SP1 이하의 운영체 제에서 원활히 사용할 수 있다. 또한, 프로그램을 설치하는 방법은 대한설비공학회 홈페이지 하단 에 있는 ‘습공기선도 프로그램’ 배너를 클릭하여 진행 절차에 따르면 된다(그림 2 참조).
PsyChart-SAREK 프로그램의 구성
PsyChart-SAREK은 그림 3과 같이 크게 ① 메 뉴, ② 습공기상태, ③ 조건입력, ④ 습공기선도 총 4개의 창으로 구성된다. 각 항목의 특징을 살 펴보면 ① 메뉴에는 PsyChart-SAREK의 작업내 용 저장 혹은 불러오기, 습공기선도 조건입력, 표 시항목 정의, 인쇄, 화면캡처 및 도움말 기능 등이 있다. ② 습공기상태창은 습공기선도창 내부에 마우스 커서가 위치한 곳의 습공기 상태값을 실 시간으로 표현한다. ③ 조건입력창에는 실질적인
[그림 1] 습공기선도
[그림 2] PsyChart-SAREK 다운로드 위치
습공기선도 작성에 필요한 실명 기입, 상태점 위 치 지정, 선분 긋기 및 교차점 찾기 기능 등이 있 다. 마지막으로 ④ 습공기선도창은 위에서 입력 한 조건 및 값들이 표현되는 영역이다.
그러면 이제부터 각 주요 항목에 대한 세부적 인 기능들을 살펴보도록 하겠다.
PsyChart-SAREK 프로그램의 기능 [메뉴]
□ 파일
파일에는 본 습공기선도 프로그램을 이용하 여 작성한 데이터를 저장 또는 불러오기 할 수 있는 기능이 있다. 저장 시 확장자는 PsyChart- SAREK의 앞글자를 따서 *.psy라 지정하였다.
□ 도구
도구의 주요 기능은 습공기선도 상에 제목을 부여하고 습공기선도 뷰 디테일 및 범위를 정의
[그림 3] PsyChart-SAREK 실행화면 1
3 4
2
한다.
- 문자열 : 메뉴바에서 도구>문자열을 선택한 후 습공기선도 창 위에서 마우스 좌클릭을 하면 그림 4와 같이 “○○프로세스”라는 임시 제목이 배치된다. 그 다음 임시 제목 위에서 마우스 우클 릭을 하면 그림 5와 같이 임시 제목을 수정할 수 있는 창이 뜨며 이 창을 통해 글씨 크기, 색상, 내 용 등을 수정할 수 있다.
- 옵션 : 메뉴바에서 도구>옵션을 선택하면 그림 6과 같은 창이 나타난다. 이 창에서는 해발 고도 입력에 따른 대기압 상태가 나타나고 건구 온도 및 절대습도 범위를 입력하여 습공기선도창 에 나타나는 습공기선도의 표시영역을 그림 7과 같이 조절할 수 있다. 또한, 선도 표시 항목에서 는 해당 항목을 선택 또는 해제함으로써 그림 8과 같이 습공기선도 표시 형태를 다양하게 변화시킬 수 있다.
[그림 4] 제목 배치
[그림 5] 제목 수정 창
[그림 7] 습공기선도 범위 값(DB, WB) 조정에 따른 변화
[그림 8] 습공기선도 표시 항목 선택에 따른 변화
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[그림 6] 옵션 조정 창
□ 이미지 복사
이미지 복사 버튼을 선택하거나 Ctrl+C를 누 른 면 습공기선도 창의 내용을 그림으로 캡처할 수 있다.
□ 인쇄
직접 작성한 습공기선도를 출력할 수 있다. 또
한, 빈 양식의 습공기선도를 출력하는 용도로도 활용할 수 있다.
[조건 입력창]
PsyChart-SAREK에서 가장 핵심이 되는 입력 창이다. 여기에서는 공기의 상태값 입력, 두 점 선 분 잇기, 두 개의 가상선에 대한 교차점 찾기 등 습공기선도를 작도하는데 도움을 주는 기능들이 들어있다.
□ 습공기 상태값 입력 : 입력할 습공기 상태 값 두 개를 선택하여 체크 표시를 한다. 두 가지 상태값을 입력하면 나머지 비활성화된 상태 값들 은 자동으로 계산된다(그림 9 참조).
□ 점 입력 : 위의 습공기 상태값을 입력한 상 태에서 이름을 기입하고 점 항목의 + 버튼을 누 르면 아래 리스트창과 습공기선도창에 해당 이름 이 표시된다(그림 10 참조).
□ 선 연결 : Ctrl 버튼을 누른 상태에서 점 항 목 리스트 상에 있는 두 개의 점을 선택하고 선 항 목의 + 버튼을 누르면 두 점을 잇는 선분이 리스 트창과 습공기선도창에 표시된다(그림 11 참조).
□ 교차점 생성 : 습공기선도를 작업하는 과정 에서 교차점을 생성해야 하는 경우가 종종 발생 한다. 교차점을 구하기 위해서는
첫째로 기준이 되는 선분을 정의해야 한다. 선 항목의 우측 상단을 보면 그림 13와 같이 여러 선 택 항목들을 볼 수 있다. 이 선택 항목들 중 선분 을 고르면 현재까지 입력된 선분들이 선 항목 리 스트창에 나타난다. 그리고 선분 리스트 중 하나 를 선택하면 우측 습공기선도 창에 해당하는 선
분이 파란색으로 변하게 된다. 이는 교차점을 구 하기 위한 가상선으로서 두 번째 가상선과 함께 교차하는 점을 찾는 용도로 활용된다.
위의 첫 번째 과정 중에 나타나는 선택 항목에 서 선분이 아닌 다른 것(점-DB, 점-WB 등)을 선 택하면 현재까지 입력된 점들이 선 항목 리스트창 에 나타난다. 이 창에서 점 하나를 선택하면 해당 점에서 각 항목(DB, WB 등)에 평행한 파란색 가 상선이 생성된다. 이 또한 다음에 설명하는 두 번 째 가상선과 함께 교차점을 구하는 데 활용된다.
두 번째 가상선은 그림 12에 나타난 항목 및 값의 내용을 조정하여 생성할 수 있다. 예를 들어 항목에서 DB를 선택하고 값에 26을 입력하면 우 측 습공기선도창에 건구온도 26℃에 평행한 파 란색 수직 가상선이 생성된다.
[그림 13] 가상선 생성 항목 [그림 9] 습공기 상태값 입력창
[그림 11] 선 입력창
[그림 10] 점 입력창
[그림 12] 교차점 추가 창
위의 첫 번째, 두 번째 과정이 끝나면 습공기 선도창에는 두 개의 파란색 가상선이 존재할 것 이다. 그 다음 교차점 이름을 입력하고 교차점 추 가 버튼을 누름으로써 교차점을 생성할 수 있다.
마지막으로 선 항목 우측에 있는 파란색선 체 크 박스를 해제하면 습공기선도 창에 가상선은 사라지고 점만 남게 된다(그림 13 참조).
□ 혼합점 생성 : 점 A와 점 B점을 잇는 선분 을 선(AB)라 할 때 혼합점을 생성하는 방법은 다 음과 같다. 선(AB)를 선택하고 혼합 대상이 되는 점(ex. 외기)을 점 항목 리스트에서 선택한다. 그 다음 항목(그림 12 참조)에서 혼합률(%)을 선택 하고 해당 값을 입력하면 선(AB)상에 혼합점이 생성된다.
PsyChart-SAREK 프로그램 활용 예제
본 프로그램을 사용하여 습공기선도 공조 프 로세스에 대한 작도과정을 설명하도록 하겠다. 제 시되는 예제는 냉방과 난방 프로세스이고 주어진 설계 조건에 대해서 작도하는 방법을 설명한다.
[혼합, 냉각, 재열]
□ 설계조건
1) 실내조건: DB: 26℃, RH: 50%
2) 외기조건: DB: 32℃, RH: 65%
3) 현열비: 0.53 4) 외기 혼합비: 20%
5) 바이패스 팩터: 15%
6) 코일표면온도: 7℃
□ 작도법 (그림 14, 15 참조) 1) [점①, 점②, 선①②]
- 점①, ②의 상태값을 입력하고 점①, 점② 를 선으로 연결한다.
2) [점③]
- 선①②와 점②(외기) 선택한 다음 혼합률 20%를 입력하고 교차점 추가 버튼을 클릭한다.
3) [점S, 선S③]
- 점S(코일표면온도, DB:7℃, RH:100%)를 입력하고 점S와 점③을 선으로 연결한다.
4) [점④]
- 선S③을 선택하고 바이패스 비율을 15%
입력한 후 교차점 추가 버튼을 클릭한다.
5) [점⑤]
(1) 선 항목에서 점-SHF(입력값: 0.53)를 선택하고 선 항목 리스트창에 생기는 점① 을 추가 선택하면 점①을 지나는 SHF 첫 번 째 가상선이 생성된다.
(2) 점④와 항목란에 있는 절대습도(x)를 선 택하면 점④의 절대습도에 평행한 두 번째 가 상선이 생성된다.
(3) 교차점 추가 버튼을 클릭하여 점⑤를 생성한다.
(4) 교차점을 구하기 위해 사용했던 가상선 은 가상선 해제버튼으로 습공기선도창에서 사라지게 한다.
6) [선④⑤, 선⑤①]
- 선④⑤, 선⑤①를 생성하여 습공기선도를 완성한다.
[혼합, 가열, 가습 프로세스]
□ 실내 설계조건
1) 실내조건: DB: 22℃, RH: 50%
2) 외기조건: DB: 1℃, RH: 50%
3) 현열비: 0.83 4) 외기 혼합비: 25%
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[그림 16] 혼합, 가열, 가습 프로세스 습공기선도
[그림 17] 혼합, 가열, 가습 프로세스 작도 순서 [그림 14] 혼합, 냉각, 재열 프로세스 습공기선도
[그림 15] 혼합, 냉각, 재열 프로세스 작도 순서
5) 취출구 온도차 :10℃
6) 열수분비(수가습) : 83.8 kJ/kg
□ 작도법 (그림 16, 17 참조) 1) [점①, 점②]
- 앞의 예제와 같은 방법으로 점①, 점②를
입력한다.
2) [선①②]
- 점①, ②를 선택한 후 선 항목의 + 버튼을 클 릭하여 선①②를 생성한다.
3) [점③]
- 선①②와 점②(외기)를 선택한 후 혼합률
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25%를 적용하여 교차점 추가 버튼 클릭한다.
4) [점④]
(1) 선 항목에서 점-SHF선택(SHF 0.83입 력)한 후 선 항목 리스트창에 나타나는 점① 을 선택하여 점①을 지나는 첫 번째 SHF 가 상선을 생성한다.
(2) 조건입력창 하단에 있는 항목란에 서 DB℃를 선택하고 그 값(32℃, 취출구 온 도 차:10℃)을 입력하여 건구온도 32℃를 지나가는 두 번째 수직 가상선을 생성한다.
(3) 교차점 추가 버튼 클릭한다.
(4) 가상선 보이기 해제 버튼을 클릭한다.
5) [점⑤]
(1) 선 항목에서 점-u를 선택 후 열수분비 83.8kJ/kg을 입력한다. 선 항목 리스트창에 나타나는 점④를 선택하여 점④를 지나는 첫 번째 열수분비 가상선을 생성한다.
(2) 점 항목 리스트창에서 점③을 선택한 후 조건입력 창 하단에 있는 항목 란에서 x(절
대습도)를 선택하여 점③의 절대습도값을 지나가는 두 번째 수평 가상선을 생성한다.
(3) 교차점 추가 버튼을 클릭한다.
(4) 선③⑤, 선④⑤ 연결한다.
맺음말
앞서 언급한 것처럼 PsyChart-SAREK 프로그 램은 공조설비에 관련된 모든 이들이 편리하게 사용할 수 있도록 개발되었다. 그리고 습공기선 도 작도 방식 또한 기존 손으로 그렸던 방식과 유 사하도록 개발하였기 때문에 처음 접해본 사람 일 지라도 수분 내에 모든 기능을 익힐 수 있을 것 이다. 본 프로그램은 대한설비공학회 홈페이지에 서 2013년 3월 1일부터 무료로 배포하기 시작하 였으며, 지속적인 업그레이드를 통해 프로그램 의 완성도를 높여나갈 것이다. 본 프로그램이 공 조설비 분야에 널리 보급되고 유용하게 활용되길 바란다.
