이 시스팀은 HVAC (heating, ventilation, air conditioning) 시스템용 풍동실험장치이다. HVAC 구성품의 개발이나 특성을 파악하기 위해서 갖추어야 할 필수의 장비다. 이 장치는 덕트, FMS Probe, Damper, 유틸리티를 시험하는데 적당하다. 장치는 유속이 수cm/sec에서 수십m/sec인 넓은 풍속 범위에서 두 개의 모드로 동작한다. CAV(Constant Air Volume)와 VAV(Variable Air Volume) 모드다. 정밀하게 덕트내 압력을 정압으로 유지하거나 풍량을 미세하게 가변하며 유지 할 수 있다.
길이 20미터, 결코 크진 않지만 자동화된 HVAC 풍동시험장치로써는 국내 실정으로 흔치 않은 규모다. 팬은 2마력의 모터로 60CMM의 풍량을 생성한다. 덕트는 10T의 아크릴 이나 PC재질로서 4각이나 원형이다. 이들은 직관형, 콘모양의 것, 입출력의 관경과 모양이 다른 형태다. 관로의 길이를 조절하는데 용이하게 하거나 기능성 유니트 (댐퍼, 센서유닛, 콘, Honey comb 따위)를 자유롭게 배치할 수 있는 조립식인 형태다.
단위 관로나 유니트는 400~1000mm 크기다. 이들 조립식 유니트는 플랜지를 달아 서로 결합하고 있는데 결합 부위에는 Leak 예방을 위한 Seal이 달려 있다. 풍동시험장치는 넓은 공간에 설치 되어야 한다. 관로의 끝부분은 원칙적으로는 측면이나 정면으로 압력이 작용하지 못하도록 장애물이 없고 기체의 흐름이 없는 개방공간을 향해 있어야 한다.
HVAC 용도의 풍동시험설비는 구성은 대략 이렇다. 실험목적에 적합한 덕트, 팬과 팬 속도제어장치, FMS(Flow Measuring System)프로브 및 트랜듀서, 댐퍼 및 댐퍼 컨트롤러, 허니컴, 마노미터, 데이터처리용 PC 및 인터페이스장치, 소프트웨어다. 풍속을 측정하는 프로브와 트랜듀서류는 이 시스팀에서 매우 중요한 요소이므로 선택에 신중해야 한다. 소프트웨어의 용도는 각 실험의 시작과 종료를 제어하는 시스팀 콘솔(조작판넬) 기능과 데이터 수집관리 기능이다.
물리실험은 동일한 행위의 반복적 시도와 데이터의 해석 과정이다. 조작 및 기록, 분석, 보관 관리가 실험의 대부분을 차지한다. 조작은 앉은 자리에서 간단하게, 수집과 기록은 정확하게, 분석은 쉽고 빠르게, 보관과 관리는 단순하게... 이 시스팀은 이런 컨셉으로 만들어졌다. 이 장치는 단 한대만의 PC를 콘솔로 삼아 한자리에서 대부분의 실험들을 간편하게 처리한다. 동작과 제어, 데이터수집을 PC에서 이루어지도록 구성하였다. 데스크탑 또는 노트북 한대로 이 실험의 모든 행위를 조작하고 분석한다.
관로에는 유속을 측정할 수 있는 고전적인 피토 튜브나 다양한 형태의 진보된 측정 프로브가 달려있다. 프로브 출력은 트랜듀서를 통해 전기신호로 변환된다. 프로브는 정압과 전압을 동시에 측정한다. 정압과 전압측정이 가능하니 동압의 계측도 가능하다. 이들은 자유롭게 설치하거나 제거 할 수 있다.
팬의 속도를 인버터로 미세하게 조절하여 관로의 유량을 조절한다. 트랜듀서 출력을 데이터화 하기 위해 24Bit AD컨버터를 작게 만들어 붙였다. 개도 각도를 임의로 설정 할 수 있는 댐퍼와 컨트롤러도 제작되었다. 댐퍼 어셈블리에 1600p/rev (div.6400) 광학엔코더와 댐퍼 엑추에이터를 결합하여 0.1도의 해상도로 개도를 열고 닫을 수 있다. Measuring Probe중 하나는 입출력의 직선성이 뛰어나다. 측정 프로브 만으로 1~24m/s 풍속에서 측정오차 1%의 변환 계측이 가능하다. 저속의 흐름에서도 참값을 출력하며 매우 큰 유속에서도 포화되지 않는 이상적인 프로브이다.
풍량조절 인버터와 2CH의 AD컨버터, 댐퍼콘트롤러는 시리얼 포트에 연결된다. 사용된 시리얼포트는 모두 6개에 이른다. 인버터와 PC는 RS-485로 통신하며 인버터의 스파크성 노이즈(Common mode noise) 유입을 차단하기 위해 Isolation type 485컨버터를 제작하여 연결하였다.
FMS 프로브와 트랜듀셔의 조합으로 전압(Total Pressure)과 정압(Static Pressure)을 계측하여 동압을 계산한다. 공기속도는 동압의 함수이므로 이로부터 풍속을 얻는다.
dp: 동압(InH₂0), d: 공기밀도
출력에 대한 교정 Reference 용도로 Yokogawa 탁상형 MT220 Manometer를 사용하였다. 아마 지금은 이 기종보다 상위기종이 판매되고 있을 것이다. 센서에 온도 Drift가 적은데다가 Autozero 기능이 있어 미압에서 신뢰 할만한 수치를 내준다. 이 기기에는 GPIB포트가 달려있다. 거기에 Serial to GPIB 컨버터를 연결하여 PC와 시리얼로 통신하게끔 하였다. 이렇게 하면 MT220의 통신 프로토콜(
)에 의하여 계기값을 읽어 올 수 있고 매번 해야 하는 마노미터 세팅을 하지 않아도 된다. 기기와 통신 하려면 PC측에도 GPIB포트가 있어야 하는데 이것은 이미 구시대의 방식이어서 I/F 포트의 구매가격이 저렴하지 않고 게다가 제조메이커 마저 적어 선택 폭도 좁다. 만들어서 사용할까 하다가 해외에 저렴한 컨버터가 있길래 구매하여 사용했다.
프로브와 리퍼런스급 트랜듀서, 댐퍼, 팬등 사용된 기기의 동작들은 데이터화 하여 기록된다. 가령 댐퍼개도와 풍량의 특성, 풍속특성, 유속과 측정프로브의 게인 같은 데이터를 얻을 수 있다. 장비는 다양한 용도로 쓰여질 수 있지만, HVAC 유틸리티 특성파악이나 신제품의 개발에 적당하다. 이 장비로 개발된 댐퍼는 개도각도와 풍량이 거의 일직선상으로 비례하는 결과를 얻었는데, 이것은 작은 개도 각도에서 풍량의 급격한 변화가 없다는 것 또는 설정 개도각에 따른 풍량의 재현성이 뛰어난 것을 의미한다.
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