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  control panel 냉각팬용량계산방법 문의
  글쓴이 : 고바   고유ID : moozo17     날짜 : 16-08-25 20:58     조회 : 13070    
안녕하세요?
콘트롤판넬 냉각팬용량 계산방법 한수 배우고져 합니다 . 도와주십시요 .
1. 설계조건
  1. CONTROL PANEL SIZE : 1700HX800WX450D
  2. 내부온도 : 60도 섭씨, 외부온도 50도 섭씨 
  3. PANEL MATERIAL : SPCC  
  4. 내부발생열량 (only 변압기 1대) : 500VA  (나머지 발생열원은 없슴)
  5. 설치장소 : 일반대기 상온 20도 섭씨(바닥에 설치)

2. 열량계산(맞는지 확인부탁 드립니다 . *.판넬표면적은=위.아래판면적+좌.우판면적+안쪽면적+전면door ?)
  열량 =CONTROL PANEL 표면적*열전달계수 *온도차
         =0.5 kW*860+1.7*0.45*2+0.8*0.45*2+0.8*1.7 *5W/m^2*k*(60-10)
         =430 K cal/h+3.61 m^2*5*10=430+86.1=516.1 Kcal/h
    * .그리고 여기서 열전달계수 단위에 대하여 궁금합니다 .
 그럼 여기서 위의 열량에 상당하는 fan의 용량은 어떻게 계산해야 하나요?
  이상입니다 .
 수고하세요 .
  궁금하신 사항은 010 7331 2182  로 연락주시면 고맙겠습니다 .

스테파노 Stefano   16-08-26 11:41
발생되는 열을 Panel 밖에서 Fan을 돌려 간접냉각방식으로 할 수는 없을 테고 상온의 공기를 불어 환기시켜 줌으로써 변압기 주변의 온도를 낮게 유지해야 할 것이므로

환기되어 나가는 공기의 온도를 정해두고 환기량을 정하는 방법이 사용되어야 할 것 같습니다.

출구 공기 온도 = 30도 (가정)
공기 유량 =  m  kg/h
공기비열 =  Cp kcal/kg-℃

공기가 가지고 나가는 열량 = 변압기 Panel내부 발열량 
m*Cp*(30-20) = Qh  --------(1)

m = Qh/Cp/(30-20)  --------(2)  이 값에 ( Panel 열전달계수값을 고려하는 것 포함해서)여유치 약 20%를 더하여 Fan 유량으로 하면 되지 않을까요?
고바 moozo17   16-08-26 14:42
바쁘실텐데 답변주셔셔 감사합니다 .

 추가적인 문의 드리려구요 .
 그럼 위의 설계조건과 스테파노님의 기술적인 이론은을 결합하면요 아래와 같이  되는데요.
  공식에서
  m*Cp*(Δt) = Qh->

              Qh= Qh1+Qh2

              Qh1=변압기용량 발열량

              Qh2=판넬표면적에 의한 발열량

                    =A*h*Δt=CONTROL PANEL 표면적(m^2)*열전달계수(W/m.k) *판넬내.외부온도차(Δt1℃)
                    = 0.5 kW*860+1.7*0.45*2+0.8*0.45*2+0.8*1.7 *5W/(m^2*k)*(60-50)
                    =430 K cal/h+3.61 m^2*5*10=430+86.1=516.1 Kcal/h 

  m = Qh/Cp/(Δt2) 에서

      =516.1/(0.24 kcal/kg.℃)*(10℃)=215 kg/h-> 215/1.2 =179.16 m^3/h=2.98 m^3/min 으로 결과가 나오는데요?
            (공기정압비열 Cp=0.24 kcal/kg-℃ , 공기비중 1.2 kg/m^3)
   
그럼 여기서 질문있습니다 .
  1. 위에서 Δt1, Δt2 가 같은 값(60-50)을 대입해도 되는지요?
      Δt2 ? ->스테파노님께서 언급하신 온도차(출구공기온도-입구공기온도)? 값을 대입해야 하는건가요?
     
  2. 발열체가 변압기(Qh1)가 있고 , panel body(Qh2) 가 있는데요? 이 두가지를 합해서 위의 계산처럼 해 놓았는데요?
      Qh2 값을 이렇게 게산해도 맞나요?
 
      이상입니다 .수고 하세요 .
스테파노 Stefano   16-08-26 16:48
A1) Panel Cover를 통해 전열되는 열량이라면 Panel 외부와 내부의 온도차를 계산해야 될 터인데 이는
내부온도 : 60도 섭씨, 외부온도 50도 섭씨 가 될 수가 없지요. 

공기 입,출구 온도는 Fan으로 빨아들이고 배출한다고 보기 때문에 30-20이 공기 출구-입구 온도가 되지요

A2) 발열체(변압기)의 내열성 규격에 주위온도 몇도까지 허용되는가에 따라 달라질 것이기 때문에 이를 미리 검토해 두어야 할 것입니다.  여기서는 들어오는 공기와 나가는 공기의 온도차를 10도로 보고 계산한 것입니다.  연속적으로 환기시켜주기 때문에 그이상의 온도가 누적되지는 않겠지요.

Qh1은 변압기만의 발열량인데 Q2 파넬 내외부 온도차를 어떻게 지정했는지 궁금합니다.  파넬외부 공기 온도가 60도 되는 것도 아니고 파넬내부가 50도로 정해져 있는 것인데  외부공기의 온도가  20도라면 60-50도의 온도차로 계산하는 것이 비 논리적 아닙니까? 

필자의 의견은 패널이 오히려 (25-20도) 온도차로 냉각기능이 있기 때문에 이는 무시해도 된다고 봅니다.

A3) 필자의 생각으로는 변압기 발열량은
(변압기 정격용량,0.5 kW)*(1-변압기 효율)*(860 kcal/h)/(kW)로 계산해야 된다고 봅니다만..
고바 moozo17   16-08-26 18:04
네 .
 저도 쪼금은 휏갈리거든요 .
 
  1. 대기온도를 20로 fan으로 blowing 하여 배기할때는 30도로 다운시켜 배출시키는거 하고,
  2. 내부발열온도60도를  판넬몸체온도는 50도로 내려야 한다는 조건이  부합한지는 잘 모르겠습니다 .
  3. 그리고요  전체 발열량은 =1)변압기발열량 + 2)판넬몸체 발열량 이 되는거잔아요?
    그럼 여기서요 , 1)값 (0.5 kW->430 Kcal/h) 은 그대로 적용하면 되는거구요,
                          2)번 판넬발열량값 계산시  Δt 는 어떤값을 대입해야 맞나요?
                              판넬내.외부온도차(60-50=10)?  공기온도차(30-20=10)?
                              어떤게 맞나요?

                          3)그리고 스테파노님께서 언급하신 식 " m = Qh/Cp/(30-20)" 에서 Δt=30-20 으로 해야 맞는건가요?

                                                                                                                      Δt=60-50=10 으로 하면 안 맞는건가요? 

  이 부분이 정리가 잘 않됩니다 .

    * . 인터넷에서 받은 자료 폰으로 문자 보내드릴테니 한번 봐주시겠어요?



* . 아래내용보시고 계산이 적절한지 확인좀 부탁드려요 .
PANEL 의 COOLING 용량계산
 
기본조건
판넬내부온도는 사용된 콘트롤러 허용온도중 가장 낮은 50℃를 기준으로 함.
외부온도는 사용 콘트롤러 최고사용온도 60℃를 기준으로 함.
내부발생열량은 변압기 500VA만 고려하고 나머지 코일은 미미하므로 제외하였음.
 
PANEL SIZE = 800(W) x 1700(H) x 450(D) (판넬지붕사이즈는 제외함.)
 
 
필요용량 = (Qi + Qo) x 여유율(1.2)
 
= (내부발생열량 + 표면으로부터 침투열량) x 1.2
 
= (500VA + (판넬외부표면적 x 판넬내외부온도차 x 열전달계수)) x 1.2
 
= (0.5Kw x 860Kcal/h + (2.0 x 높이 x 깊이 + 길이 x (깊이 x 높이)) x 10℃ x 4.0Kcal/m2.℃.h) x 1.2
 
= (430 + (2 x 1.7 x 0.45 +0.8 x (0.45 x 1.7)) x 10℃ x 4.0) x 1.2
 
= (430 + (1.53 + 0.612) x 10℃ x 4.0) x 1.2
 
= (430 + 85.68) x 1.2
 
= 515.68Kcal/h x 1.2
 
= 618.816Kcal/h
 
 
FAN 용량 = 40CFM
= 40 x 0.028317m3/min
 
= 67.9608m3/hr
 
열량값 = 67.9608 x 50℃ x 1.306KJ/m3℃
 
= 67.9608 x 50 x 1.306 ÷ 4.18605
 
= 1060.15Kcal/hr
 
 
∴ 618.816 < 1060.15Kcal/hr 이므로 필요열량보다 FAN 냉각용량이 높음.
스테파노 Stefano   16-08-29 11:11
중간에 헷갈리는 것이 아니로 처음부터 착각하고 있었던 것입니다.

AA1) Air Fan에 의해 냉각시키는 열량은 차거운20도 공기를 공급하여 30도로 덥혀져 나오기 때문에 (1)식과 같이 온도차와 비열로부터 냉각효과가 나타나는 것이고...  Qc = m Cp ( Δt=30-20) 

AA2) 내부 발열온도와 외부온도는 처음부터 무엇을 언급하는지 불분명한 채 지금에 이르렀습니다.  60도가 변압기 온도가 아닐터이고 50도가 주변온도가 아닌데...  (Panel 표면에서 외부공기로 냉각된다면 Panel 벽면 온도가 60도 되어야 한다는 뜻이 되는데 Panel 표면 온도가 60도 되기 위해서는 변압기는 ...불타오르고 있는 것은 아닐터이지요?)

AA3) 갑자기 Panel 몸체가 발열한다는 것은 어떤 의미인지?   

1) 변압기 발열량은 (입력-출력)을 기준으로 계산해야 하지 변압기 용량전체를 발열량으로 계산하면 과다 계산하는 셈이 되겠지요. 

2) 한편..파넬에서 발생되는 열량은  근거가 불명확합니다. (Panel에 Heater가 달려있는 것은 아니겠지요) 만일 (그럴필요는 없지만) 환기가 되고 있는 파넬 내부 평균 온도25도에서 바깥대기 20도측으로 냉각이 이루어진다고 하면 Air Fan 송풍량은 그만큼 줄어들어든다고 계산해야 하겠지만  이를 고려할 필요는 없다고 봅니다.  따라서 Panel에서 냉각되는 효과는 무시하면 된다고 봅니다.

3) 30-20의 온도차는 출구와 입구 각각의 공기온도입니다.  60도, 50도는 언급된 적이 없습니다.

AA4)  검토요청한 내용에 대한 답변입니다. 

1) 최고사용온도 혹은 허용온도 60도, 50도와  파넬용량의 관계는 알 수 없습니다.  해당 Controller의 기능은 무엇입니까? 공정용입니까? 변압기를 위한 것입니까 아니면 Panel Fan 동작을 위한 것입니까?   

2) 앞서 언급한 변압기에서 발열되는 열량은

발열량 = 변압기 입력 - 변압기 출력 = 변압기 입력-변압기 입력*효율ε = 변압기입력(1-ε)
또는  = 변압기 출력/효율 -변압기 출력 = 변압기 출력 (1-1/ε)  으로부터    kW단위를  860kcal/h로 환산하면 되지 않나요?
왜 변압기 전체용량을 발열량으로 하려는 것인지?  (관련 법규가 그런가요?)

3) 만일 냉각시켜야 할 용량 Qc = (변압기가 발열되는 열량 = 공기가 덥혀져가지고 나가는 열량 Qh)가 구해졌다면 Fan의 용량은 (2)식으로 구해지는데 그식이 적용되는 원리는 다음과 같습니다. 

이는 내부 발열량 Qc를 차거운 공기가 덥혀져 달아나기 때문에 덥혀지는 온도차에다 비열을 곱한 량으로부터 공기량이 계산됩니다.  즉

Qc = Qh = m * Cp * (입출구 온도차 Δt)  ==>  공기유량 m = Qc/ {Cp * (입출구 온도차 Δt)} ....(2)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

<계산결과에 대한 Comment>

(1) Panel이 외부 공기로 열을 발산한다는 것을 고려하고자 한다면... Fan이 냉각시켜야 할 열량은  Q1+Qo가 아니라 Qi-Qo가 되어야 합니다. 

(2) Panel 방열량을 계산하기 위해서라면  내 외부 온도차는 10도(= 출처불명 60-50도)가 아니라 공기가 순환되고 있을 때 내부 공기평균온도 25도 ( ={출구 30도 + 입구 20도}/2 )와 대기온도 20도의 온도차  5도 (= 25--20도)를 적용해야 맞습니다.

(Panel에서 방열하는 경우 Panel의 표면온도는 실제내부 공기온도와 같지 않지만 같다고 본 것입니다. 따라서 내부온도-외부공기온도를 적용하는 것이지 엄밀하게는 Panel 표면의 온도를 적용해야 합니다.)

(3) Fan에 의해 환기될 때 공기가 가지고 나가는 엔탈피 전량이 냉각용량이 아닙니다.  들어오는 엔탈피에 가열된 열량이 더해져서 배출되는 엔탈피가 됩니다.   

들어오는 공기의 엔탈피 Hi  + 덥혀지는 열량 Q  = 나가는 공기의 엔탈피 Ho  .....(3)

Fan의 냉각열량 Q = 나가는공기엔탈피 Ho - 들어오는 공기 엔탈피 Hi ...............(4)   

=  m * Cp (to-ti) ..............................................................................(2a)

질문에서 <열량값 = 67.9608 x 50℃ x 1.306KJ/m3℃ >로 계산한 값은 Hi에 해당하는 것을 계산한 셈입니다.  Panel 내부 온도가 크게 높지 않다면 Panel 방열량은 무시하고  Fan 용량 계산은 가열열량만 알면 (2)식으로 계산하면 됩니다.

질문에서는 냉각해야할 필요열량 Q와....  어떤 (출처를 모르는) 50도 온도의 공기총엔탈피 H를 비교하고 있는데
이는  장사에서에서 이익과  매입금액을 비교하는 격입니다  이익 = 매출-매입  혹은 수입-지출로 계산되지 이익=매출이 되지 않잖아요.  비교대상이 아닌 것을 비교할 수는 없지요. 
 
(4) 개략 Fan 계산 방법

변압기 방열량이 0.5 kW(=430 kcal/h) 전체라고 일단 가정하고 Panel 방열효과가 85.68 kcal/h 라고 계산되었다면 여유율 20%를 고려했을때 필요한 Fan 공기 유량은

m =  (430-85.68) * (1+0.2) /(1.306/4.186)  m3/h ..............................(5)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
고바 moozo17   16-08-29 12:44
답변 주셔셔 감사 합니다 .

윗 값 식(5)에서요  m=... m^/h로 되어있는데요?  m^3/h℃ 아닌가요?  단위  ℃가 빠진거 아닌가 해서요? Δt? 값은 관계없나요?
스테파노 Stefano   16-08-29 12:48
아차... Δt값이 빠져 있었군요..
Fan의 공급온도 20도 출구온도 30도라는 것이 빠져 있었습니다.  m^3/h는 모두 계산후  공기의 유량입니다 

Panel 방열효과가 60도 50도 등 근거없는 온도에서 비롯된 수치라면 85.68 이라는 수치는 맞지 않는 값입니다. 
(주의해야할 사항은 공기유량 기준은 비열을 나타낼 때의 온도압력 조건에서의 공기유량이라는 점입니다. )

m =  (430-85.68) * (1+0.2) /(1.306/4.186) / (30-20),  m3/h ..............................(5a)

Panel 방열효과값이 맞지 않다고 보고 이를 무시한다면
m =  (430) * (1+0.2) /(1.306/4.186) / (30-20),  m3/h ..............................(5b)

변압기 발열량 산출기준 문제가 있는드 보입니다.  이에 대하여 답글을 바랍니다.
고바 moozo17   16-08-29 13:10
네
 요청하신 "변압기 발열량 산출기준 문제" 에 대한 답은요,? 인터넷에서 다운 받은거라서요 .
 사실은 저도 모르거든요 .

다시 ,
그럼 m=6.29 m^3/h 란 결과치가 나오는데요 .
위에서 언급된 FAN 용량=40 CFM=67.9 m^3/h 와 비교하면 거의 10배이상인데요 ? 잘못된 계산으로 보면 되는가네요 .

그리고 궁금한거는요?
 1. fan이 외기온도(20℃)를 내부 판넬을 거쳐 대기로 공기를 30 ℃로배출한다면 30-20 =10=Δt 로 하면 맞는거 같은데요?
 2. 그러면 요 판넬내부에서 부품들이 발열하는온도가 60 ℃ 라면요? (60℃가 아니더라도)
      내부온도변화에 따른  관계식이 적용되어야 할것 같은데요? 관계식을  어떻게 해야하나요?

 3. 또한 윗 계산에서요  판넬에대한 표면으로부터의 침투열량(Qo 값)?  계산은 맞는건가요?

  * . 참고식 (대류의 열전달식)에서  q= U*S*Δt ( q: W , U:열전달계수 W/m^2 ℃, A: 열전달면적  m^2, Δt : 온도차)
 

    필요용량 = (Qi + Qo) x 여유율(1.2)
 
  = (내부발생열량 + 표면으로부터 침투열량) x 1.2
 
  = (500VA + (판넬외부표면적 x 판넬내외부온도차 x 열전달계수)) x 1.2

 4. 또 다른경우 인터넷에서 다운받는 자료 입니다 . 봐 주십시요 .
  ■ Example of Selection – Ventilation and
  Cooling of Control Box
  Specification of Control Box
  Item Letter Specifications
  Installation Environment Factory Floor
  Control Box
  Size
  W H D
  Width 700 mm
  Height 1000 mm
  Depth 400 mm
  Surface Area S 2.37 m2✽
  Material SPCC
  Overall Heat Transfer Coefficient U 5 W/ (m2/K)
  Permissible Temperature Rise ΔT  20˚C
  Ambient temperature T1: 25˚C
  Internal permissible temperature T2: 45˚C
  Total Heat Generation Q 450 W
  Power Supply 60 Hz 115 VAC
  ✽ Calculated by the formula below (assuming that all periphery is open) :
  Surface of control box = side area + top area
  = 1.8 × H × (W + D) + 1.4 × W × D
  ● Required Air Flow
  The following explains a calculation method using the formula and a
  simple calculation method using the graph.
  ◇ Obtaining by Calculations
    V  = 1 ÷ 20 × (Q ÷ 􀇻T − U × S) × Sf
    = 1 ÷ 20 × (450 ÷ 20 − 5 × 2.37) × 2 =  1.07 [m3/min]
    Internal pressure loss must be considered
    -끝-
스테파노 Stefano   16-08-29 19:22
(0) 참으로 답답합니다.    인테넷에서 구한 자료는 반드시 검증하여 사용해야 하지요. 인터넷에서 찾아냈다고 받드시 믿으면 안됩니다. 쓰레기가 난무하거든요. 

(1)  계산도중 변압기 발열량을 재확인 해야 할 것으로 봅니다 .

(2) ..<궁금한거...>
 <1. fan이 외기온도(20℃)를 내부 판넬을 거쳐 대기로 공기를 30 ℃로배출한다면 30-20 =10=Δt 로 하면 맞는거 같은데..>
=> Fan으로 공급한 공기가 10도정도 올라간다고 보면 공기의 승온온도가 10도라는 이야기입니다.  확신을 가지세요.

< 2. ...판넬내부에서 부품들이 발열하는온도가 60 ℃ 라면요? (60℃가 아니더라도)...
      내부온도변화에 따른  관계식이 적용되어야 할것 같은데요? 관계식을  어떻게 해야..>
=>부품이의 온도가 올라가는 온도가 중요한 것이 아니라 발열하는 양이 얼만가가 중요하고 해당부품의 주변(대기) 허용온도가 중요하다고 하면 그 온도 이하로 공기온도를 항상 유지하면 되잖아요? 

주변온도 허용최고 온도가 45도라고 한다면 공급대기온도 20도에서 45도 승온되지 않도록 Fan을 돌려주면 되지만 해당부품에서 발생하는 열량을 알 수 없기 때문에 답이 있을 수가 없습니다. 

< 3. 또한 윗 계산에서요  판넬에대한 표면으로부터의 침투열량?  계산은 맞는건가요?>
=>왜 자꾸 외부로부터 Panel에 열이 침투한다고 보고 있는 건지?  열이 침투한다고 본다면 Panel 외부 공기의 온도가 더 높은 것이고 Panel로부터 Panel 외부로 열이 방열된다고 하면 Panel의 온도가 대기온도보다 높은 것이고..  Panel에 열이 침후한다고  보면서 왜 공기온도는 20도라고 인정하는지? 

(Panel 밖 대기온도는 Panel이 설치된 실내온도이고, Fan 흡입온도는 건물밖 온도인지?  어느 것도 명확하게 설명하지 않고 20도 25도 30도 50도 60도 이야기 하더니 이젠 새로이 부품도달 온도 60도를 언급하고 있습니다.  <2.>에서 설명한 것처럼 부품의 도달온도만으로는 열량계산이 안됩니다.  부품에서 발생되는 열량을 알아야 계산되지 그렇지 않으면 알 수 없습니다.  촛불 1000도라고 해서 발생되는 열량을 알 수 없는 것과 같습니다.  부품에서 발생하는 열이 밖에서 다른 에너지로 쓰이지 않는다면 모두 발열된다고 보면 입력 Wattage를 전부 발열량으로 볼 수도 있을 것입니다. ) 

혹시 0.5KVA 변압기가 들어있고 그 변압기의 출력전력을 전자회로 부품이 설치되어 있는 Panel 내에서 모두 발열한다고 보는 것입니까?  만일 그렇다면 Panel 내 전체 전력사용량 0.5 kW를 발열량으로 하면 될 것이고...  질문에서 이런 상황들을 미리 이야기 하지 않고 결론만 얻으려 한다는 것이 참으로 답답합니다.     

"Panel의 침투열량"이라고 했을때 Panel의 온도가 높고 Panel 외부 온도가 낮다면 "Panel 방열열량"이지 "Panel 침투열량"이 아닙니다.  이 경우라면 열이 밖으로 방출할 터이지만 Panel 벽의 온도는 Fan이 가동되는 경우라면 그리 높지 않을 것입니다 

<* . 참고식 (대류의 열전달식)에서  q= U*S*Δt ( q: W , U:열전달계수 W/m^2 ℃, A: 열전달면적  m^2, Δt : 온도차) >
==>여기서도 Δt는 Panel온도 몇도이고 Panel 밖의 온도 몇도라고 보고 있는 것인지?  명확히 답하세요. 

< ... 필요용량 = (Qi + Qo) x 여유율(1.2)  = (내부발생열량 + 표면으로부터 침투열량) x 1.2 >
=>이 수식은 외부 공기의 온도가 Panel 벽면의 온도보다 높다고 보고 Qo를 더한 값을 Fan Cooling 부하로 계산하고 있습니다. 
이 계산이 맞지 않는다는 것이 필자의 반복된 설명입니다.  Panel표면의 온도가 높다면 Qo를 더할 이유가 없습니다.

< 4.  ....또 다른경우 인터넷에서 다운받는 자료 입니다 . 봐 주십시요 . ..>
=>  계산 수식은 필자로서는 이해하기 난해한 식이라서 해석을 내릴 수가 없습니다. 
(이유: 450 을 괄호밖에서 온도차 20으로 나누었는데 왜 괄호 안에서 다시 나누고 있는지 이유가 불분명하고, 방열량 계산에 온도차가 곱해져야 하는데 빠져 있으며 전체를 비열로 나누어야 공기 유량이 나오는 데 비열 계산이 빠져있습니다)

대신,  주어진 조건을 요약하고 필자가 계산해 보면
-대기온도 25도
-Panel내 허용 최고 온도 45도 
-Panel 표면적 2.37 m2
-표면전열 계수 5 W/m2 K
-내부총 발열량 450W
-공기입출구온도 = 허용승온온도라고 가정 = 20도 = 45-25  <== Panel 입구 공기온도 25도,  Panel 출구공기온도 45도
-안전계수 = 2배
-공기비열 = 1.306 kJ/Nm3/K  <==이전 답글에서 인용  (필자 대략추정치 0.24 kcal/kg/℃와 유사)

필자계산 냉각 Fans 유량 V =
[{총발열량 450 W -  최대 방열량 5*2.37*(45-25)} / {공기비열 1,306 J/ Nm3/K)/(공기 온도차 45-25 K) ] * 안전계수 2 
 
=(450-237)/1306/20 *2  Nm3/s = 0.0163 Nm3/s = 58.68 Nm3/h = 0.978 Nm3/min      1 W = 1 J/s,  비열 =1306 J/Nm3/K

다른 방법으로 Panel 방열량 무시하고 안전율 0.2를 더해 계산하면
=(450)/1306/20 *1.2  Nm3/s = 0.02067 Nm3/s = 74.4 Nm3/h = 1.24 Nm3/min    <===필자 계산값
고바 moozo17   16-08-30 09:35
네 .지금 보았습니다 .
현장에 일좀보고 다시 답변 올리겠습니다 .
고바 moozo17   16-08-30 10:48
감사합니다 .
이제 스테파노님의 논리를 자세히 보니 맞는것 같기도하고 이해가 좀 되는군요 .
위에서 언급하셨던 ...
 
"  혹시 0.5KVA 변압기가 들어있고 그 변압기의 출력전력을 전자회로 부품이 설치되어 있는 Panel 내에서 모두 발열한다고 보는 것입니까?  만일 그렇다면 Panel 내 전체 전력사용량 0.5 kW를 발열량으로 하면 될 것이고...  질문에서 이런 상황들을 미리 이야기 하지 않고 결론만 얻으려 한다는 것이 참으로 답답합니다. "   
 
  1. 그러니까 500KVA 변압기로 인하여 열이 발생하는것이 맞는 논리인것 같군요 .
  그렇다면요 , 변압기에 의하여 발열하는온도값은 본 계산에서는 적용되지도 않고 별 의미가 없는거네요 ?
  단지, 외부유입공기온도(t1), 판넬을 거쳐서 데워서 나가는( 판넬밖으로나가는) 온도(t2) 와의 온도차 (Δt) 에 의해서만
  결정된다는 거네요.

 2. 그리고요 위에서
  필자의 내용을 보면요 ?

  총 발열량에서  "최대발열량을 뺀(-)것"은 ? 판넬몸체가 가진 표면적이 방열을 한다는 의미에서 "뺀것"인가요?
 
  "필자계산 냉각 Fans 유량 V =
[{총발열량 450 W -  최대 방열량 5*2.37*(45-25)} / {공기비열 1,306 J/ Nm3/K)/(공기 온도차 45-25 K) ] * 안전계수 2 
 
=(450-237)/1306/20 *2  Nm3/s = 0.0163 Nm3/s = 58.68 Nm3/h = 0.978 Nm3/min      1 W = 1 J/s,  비열 =1306 J/Nm3/K "
고바 moozo17   16-08-30 11:02
추가 질문 드립니다 .
 
1. 판넬내부의 열을 냉각시키는 FAN을 직접 판넬 내부에 설치하여 방열할때
    발열량은 판넬 내부 LED 등에서 발열하는 발열량 , FAN에서 발생하는 발열량을 합산해야지요?
  그러면 송풍량 계산시 온도차 Δt=t2-t1에서  t1, t2 는 어떤값으로 해야 하나요?  외부공기온도 ? 내부 발열온도?
    궁금합니다 .
스테파노 Stefano   16-08-30 12:24
(1) 0.5 KVA or 500 VA (not 500 KVA or 450 W) 인입 변압기에서 전력을 인출하여 Panel 안에서 모든 Power를 Panel에서 사용하는 경우 인입전력 모두가 Panel 안에서 동력 혹은 발열로 이어진다고 보면 되는데

만일 계전기가 달려있고 외부에 연결된 동력이 있다면 전력이 외부동력에 사용되는 것이기 때문에 발열은 그 동력기기에서 일어나기 됩니다.  이러한 경우에는 인입전력 변압기 발열량에서  외부공급 전력을 제외해야 할 것입니다. 

외부동력연결없이 내부에서 보든 변압기 출력단자에 연결된 기기가 Panel에서 Computer, 전력, Controller, 전등 등에 모두 공급되어 사용되고 있다고 하면 변압기에 공급되는 인입전력 전체가 Panel 안에서 발열하고 있는 셈입니다. 

따라서 500VA (=500W)가 변압기 입력전력이고 변압기 출력단자에서 Panel 외부 전력공급이 없는 경우 입력전력 500W가 모두 발열한다고 보는 것이지요.

(2) < 그렇다면요 , 변압기에 의하여 발열하는온도값은 본 계산에서는 적용되지도 않고 별 의미가 없는거네요 ?>
==> 맞습니다. 변압기에 의해 상승하는 "온도"는  발열과 방열에 의해 평형에 도달한 온도이지 발열량도 방열량도 알려주지 않습니다.

(3) 외부유입공기(온도 t1)를 Panel에 불어주면 내부 수많은 발열체들로부터 공기가 덥혀져서 온도 t2로 온도가 올라가 Panel을 빠져나가게 되기 때문에  맨처음 답글에서 소개한 수식(1)을 사용한 것입니다.

내부발열량 Qh = 공기가 덥혀져 나가는 열량  m * Cp * (t2-t1) .................(1)  수식의 순서는 좌우가 바뀌어 있으나 같은식

이로부터 공기의 순환량 m을 구하면 끝나는 일이었습니다.
따라서 내부발열량에 대해서는 질문자가 자초지종을 자세히 설명했어야 했는데  줄곳 주위만 맴돌고 있었습니다.

결론적으로는 변압기 출력전력이 모두 Panel 내에서 소진하고 있다면 내부 발열량은 인입전력 전체가 내부에서 열로방출되고있다는 것이 됩니다.  아직도 이상태가 아닙니까??  ==>이에 대한 답글을 !!!!

(4) 전기부품들은 주위(즉 대기) 최고사용온도를 지정하도록 되어 있습니다.  (온도대신 사용온도등급으로 나타내기도 합니다. ) 따라서 불어넣어 주는 공기가 덥혀져 그 최고사용를 초과하지만 않도록 한다면 그 전기부품을 그 조건에서 연속적으로 사용해도 탈이 나지 않겠지요..  (최고사용온도가 지극히 높다면 공기를 불어넣지 않아도 되는 전기부품이 잘 견디겠지만 그 전기부품의 가격은 높아지기 때문에 적절한 최고사용온도를 택할 필요가 있습니다. )

예를 들어 최고주변사용온도가  60도라고 한다면 금년 여름철 38도의 공기를 불어넣더라도 60도만 넘지 않으면 그 전기부품은 문제가 없을 테니까  공기사용량 계산시 온도차가  (취입공기 승온온도  60-38= 22도)가 되는 것을 기준으로 산출해야 하겠지요. 

겨울철에는 온도가 낮으니까 문제가 없을 것이므로 하계절을 기준으로, 최고 온도를 기준으로 해야 문제가 없을 것이므로 공기량 계산시 하계절 최고 공기온도(Ta)와 전기부품의 최고 사용온도(Tb)간의 온도차를 Δt로 정하여야 하고 여기에 다시 안전율을 곱해줄 필요가 있습니다. 

만일 Ta=38도  Tb=45도  Q = 500W, Cp = 1,306 J/Nm3/K, 안전계수 2, Panel 방열량 무시의 경우라면

m = (500 (J/s)-파넬방열량무시)/(1306 J/Nm3/K)/(45-38)K * (안전율 2)  = 0.0547 Nm3/s = 196.9 Nm3/h = 3.28 Nm3/min ..(6)
이런 계산이 됩니다.  온도차가 7도밖에 안되어 양이 크게 늘었습니다.  하계절을 고려해야 하는 이유입니다. 

여름철 함부로 Panel 뒷문이 열린다든지 Fan이 꺼지면 전기부품이 망가질 수 있으므로 이를 고려한 안전장치를 달아두는 것이 좋을 것입니다.

(4) <총 발열량에서  "최대발열량을 뺀(-)것"은 ? 판넬몸체가 가진 표면적이 방열을 한다는 의미에서 "뺀것"인가요? >
=> 맞습니다  뺀 것은 맞은데  Panel의 표면 온도가 45도 정도 올라가려면 전기부품들의 온도는 그보다 훨씬 높은 온도로 올라가야 그런 상황에 도달하게 됩니다.  따라서 필자는 Panel에서 방열하는 량이 설령 있다고 하더라도 이는 일종의 "보너스"라고 생각해야지 이를 고려하여 Fan을 설계한다는 것은 적절하지 않다고 봅니다.   

Panel  방열량을 고려하여 계산한 공기량에 안전계수 2배로 하는 것보다는  Panel 방열량은 무시하고(여유치로보고) 하계절 최고 온도에서도 견딜수 있는 공기유량을 계산한 값에 1.2~1.3배의 안전계수를 취하는 것이 합리적이라고 보는 것이지요

그리되면 (6)식에 의한 계산은 안전계수 1.2를 취하여  1.97 Nm3/min 가 얻어집니다.

(5) 추가로...

Nm3의 부피는 0도에서의 조건이기 때문에 이를 여름철 t도 온도일때의 부피로 환산하려면    (273.16+t)/273.16 배를 해 주어야 합니다.  Fan 선정시 주의해야 할 사항입니다
     
고바 moozo17   16-08-30 14:58
답변입니다 .
위에서 물어보신  내용중에서...

1. (3) 번 항목중 ...
  " 결론적으로는 변압기 출력전력이 모두 Panel 내에서 소진하고 있다면 내부 발열량은 인입전력 전체가 내부에서 열로방    출되 고있다는 것이 됩니다.  아직도 이상태가 아닙니까??  ==>이에 대한 답글을 !!!!

  ->네. 변압기에서 출력이 모두 열로 방출되고 있다고 보는 겁니다 .

 다시 질문 드립니다 .
2.  위에서 계산하신 내용을 다시 인용하겠습니다 . (위에서 16-08-28 일자 19:22 시에 보내신 내용 (2),<4 에서요)
    이해가 덜 된 부분 온도차 값 적용이 좀  ...
    Δt= 외기방출온도-외기인입온도? 아니고 -> Δt=판넬최고허용온도-대기온도 ? 인지요?
    왜 판넬 최고허용온도인지요? "대기방출온도" 가 아닌가 해서요? 
  * .아래 3.항 cf: 참조하여 주십시요 .
 
  대신,  주어진 조건을 요약하고 필자가 계산해 보면
  -대기온도 25도
  -Panel내 허용 최고 온도 45도 
  -Panel 표면적 2.37 m2
  -표면전열 계수 5 W/m2 K
  -내부총 발열량 450W
  -공기입출구온도 = 허용승온온도라고 가정 = 20도 = 45-25  <== Panel 입구 공기온도 25도,  Panel 출구공기온도 45도
  -안전계수 = 2배
  -공기비열 = 1.306 kJ/Nm3/K  <==이전 답글에서 인용  (필자 대략추정치 0.24 kcal/kg/℃와 유사)

 3. cf:
    (2) ..<궁금한거...>
 <1. fan이 외기온도(20℃)를 내부 판넬을 거쳐 대기로 공기를 30 ℃로배출한다면 30-20 =10=Δt 로 하면 맞는거 같은데..>
=> Fan으로 공급한 공기가 10도정도 올라간다고 보면 공기의 승온온도가 10도라는 이야기입니다.  확신을 가지세요.

 4. 다시정리해드리면요, Δt= t2-t1 에서 t2,t1값을 어떻게 적용해야 하는가요?
    인입대기온도?(fan이 대기를 suction해서  blowing 하는온도)  판넬내부에서 발생하는온도? 대기로배출하는온도?
스테파노 Stefano   16-08-30 16:18
(A2) Δt 는 공급공기온도 t1과 Panel 배기 온도 t2간의 온도차입니다  즉 (t2-t1)  그런데  t2의 최고치는 Panel 내부 기기중 최고사용(대기)온도를 넘지 못하므로 Panel 내부 최고허용온도를 취한 것이지요  즉  최고허용온도=대기방출온도로 둔 것입니다.

(A3) 만일 Panel 출구온도를 30도로 취하면 이전에 계산해 봤던 것 처럼 (30-20)으로 하면 되며  결국 온도차 Δt값을 10도로 보는 것입니다.   

20도로 공급하여 30도로 배출하거나  25 도로 들어와 35도로 혹은 35도로 들어와 45도로 들어오는 경우 동일 값이 얻어집니다.    그러나 여름철 더울때 38도--> 48도가 되면 허용온도를 초과한 것이 되기 때문에  이런때 전기기기가 고장나는 경우 (사용조건을 어겼기 때문에) Claim을 걸 수 없겠지요.  이런경우에 대비해서 최고 공기온도38도와 최고사용온도 45도간의 온도차  7도를 적용하여 계산하면 안전하지요.. 그리 정확히 계산했다면  안전율은  100%(2배)가 아니라 20 ~30%를 여유를두면 된다는 설명입니다.

(4A.) 필자의 판단으로는 ... Panel 최고허용온도45도 - 여름철 최고온도(예를 들어 38도)를 기준으로 하는 것이 안전하다고 봅니다. 대신,  계산값의 1.2~1.3배를 취하여 사용하고 대신 Fan이 돌지 않을 때 혹은 Panel 문이 열렸을때 경고음 혹은 전원차단의 안전장치를 두도록 하는 것이 안전할 것으로 봅니다.  여름철 최고온도 38도가 되는지 그보다 낮은지 그렇지 않은지 설치장소를 고려해 보아야 할 것 같습니다.  여름철 최고온도가 35도, Panel 최고허용온도45도라면  온도차 10도이기 때문에 20~30이나, 25~35도나, 35~35도의 온도차가 모두 모두 같은 계산결과를 낳습니다.
고바 moozo17   16-08-30 16:51
최고허용온도=대기방출온도 .

네 .잘알겠습니다 .
상세하게 친절하게 답변해주셔셔 많이 배우고 갑니다 .
스테파노님 !
바쁜시간 내주셔셔 감사드립니다 .
건강하시구요 .
다음에 또 뵙겠습니다 .

    2016. 8. 30 김우선 드립니다 .
고바 moozo17   16-08-30 20:31
다시 궁금증이 생겼습니다 .
위에서 언급하신 내용을 아래와 같이 다시 인용하였습니다 .
 * . 기본공식이 아래와 같다 라면 
  Qc = Qh = m * Cp * (입출구 온도차 Δt)  ==>  공기유량 m = Qc/ {Cp * (입출구 온도차 Δt)} ....(2)
 
질문1. m 값은? 온도차이가 많이나면 값이 작아지는데요? 그렇다면 fan의 단위시간당 풍량이 작다는 결과이고
                      내.외부 온도차이가 작게나면 fan 용량이 작게 나오는데 이상하지 않나요?
            온도차가 많이나면 그 온도를 낮추기 위하여 fan의 단위시간당 풍량이 더 커져야 하는게 일반 상식 아닌가요?

질문2 . 판넬내부온도가 45도이고 , 대기로 배출하는 온도를 20도라면요?
          Δt=t2-t1 에서->20-45=-25 아닌가요? 그럼 결과적으로  m 값이 마이너스(-)값이 나오는건데요? +,- 는 어떤의미인가          요?
         
          t2 와 t1을 어떻게 구분하여 적용해야 하나요?

* .인용문 내용
  (4) 전기부품들은 주위(즉 대기) 최고사용온도를 지정하도록 되어 있습니다.  (온도대신 사용온도등급으로 나타내기도 합니  다. ) 따라서 불어넣어 주는 공기가 덥혀져 그 최고사용를 초과하지만 않도록 한다면 그 전기부품을 그 조건에서 연속적으로    사용해도 탈이 나지 않겠지요..  (최고사용온도가 지극히 높다면 공기를 불어넣지 않아도 되는 전기부품이 잘 견디겠지만 그  전기부품의 가격은 높아지기 때문에 적절한 최고사용온도를 택할 필요가 있습니다. )

  예를 들어 최고주변사용온도가  60도라고 한다면 금년 여름철 38도의 공기를 불어넣더라도 60도만 넘지 않으면 그 전기부품  은 문제가 없을 테니까  공기사용량 계산시 온도차가  (취입공기 승온온도  60-38= 22도)가 되는 것을 기준으로 산출해야 하  겠지요. 

  겨울철에는 온도가 낮으니까 문제가 없을 것이므로 하계절을 기준으로, 최고 온도를 기준으로 해야 문제가 없을 것이므로 공  기량 계산시 하계절 최고 공기온도(Ta)와 전기부품의 최고 사용온도(Tb)간의 온도차를 Δt로 정하여야 하고 여기에 다시 안전  율을 곱해줄 필요가 있습니다. 

  만일 Ta=38도  Tb=45도  Q = 500W, Cp = 1,306 J/Nm3/K, 안전계수 2, Panel 방열량 무시의 경우라면

  m = (500 (J/s)-파넬방열량무시)/(1306 J/Nm3/K)/(45-38)K * (안전율 2)  = 0.0547 Nm3/s = 196.9 Nm3/h = 3.28 Nm3/  min -여기까지 인용문 끝
스테파노 Stefano   16-08-31 11:41
AAA1) 공기풍량

i) <..m 값은? 온도차이가 많이나면 값이 작아지는데요? 그렇다면 fan의 단위시간당 풍량이 작다는 결과이고..>
=>맞지요  (2)식에서 분모값이 커지면 m이 줄어들게 됩니다.  m과  Δt는 정화하게 반비례합니다.  이것을 완전히 이해하세요.
"온도차"에 대해 명확한 해석을 내리지 못할경우 iii)의 단계에서 알아보고 복귀하세요.

ii) <..내.외부 온도차이가 작게나면 fan 용량이 작게 나오는데 이상하지 않나...>
=>내, 외부 온도차를 크게 한다면 즉 내부(Panel 출구, 예를 들어 45도) 외부(공기 예를들어 겨울철 온도 5도)의 온도차를 크게하면 입출구 온도차 Δt는 (45-5=40)도로 커져 바로 앞 설명과 같이 당연히 m이 작게 나옵니다.  그렇지 않다고 생각하는 것은 바로 앞 설명을 이해하지 못한 것이되므로 다시 i)단계로 돌아가 생각해 보세요.  이해가 되었으면 AAA2)단계로 건너뛰세요.

iii) <..온도차가 많이나면 그 온도를 낮추기 위하여 fan의 단위시간당 풍량이 더 커져야 하는게 일반 상식 아닌가..>
=>이 "온도차"라는 뜻은 어느 열부하를 차거운 공기로 불어주어 냉각시켜줄 때 불어넣어 주는 공기온도와 불어나가는 공기의 "온도차"를 말합니다.    뜨거워진 변압기와 공기의 "온도차"도 아니고 Panel내 부품에서 올라가는 최고온도와 Panel 내부 공기와의 온도차도 아니고  Panel을 빠져나가는 공기온도와 Panel내부로 불어넣어주는 공기온도와의 "온도차"를 말합니다.  온도차가 이해 되었으면 i)로 복귀하세요.

AAA2) Panel 내부 온도

iv) <판넬내부온도가 45도이고 , 대기로 배출하는 온도를 20도라면...?  Δt=t2-t1 에서->20-45=-25 아닌가..?>
=> 공기를 Panel 내부에 불어넣어 주고 배출하는데 Panel 내부(공기)온도가 45도인데 어떻게 20도로 배출될 수 있나요?  Panel에서 대기로 배출하는 온도가 Panel 내부온도이고, 대기의 온도가 20도 일 터이니까  Δt=t2-t1 에서->20-45=-25 가 아니라 45-20=25가 되겠지요..  Q&A 과정에서 왜 자꾸 샛길로 빠져들어가는지 참으로 답답합니다. 

아직도 "온도차"에 대해 명확히 이해하지 못하고 있다면 iii)의 단계로 복귀하여 다시 곰곰히 생각해 보세요.  이제 이해 되었으면 다음 단계로 넘어가세요.   

v) "Panel 내부온도"
Panel 내부온도는 "전자부품이 실제로 사용되고 있는 주변 온도에 해당합니다."  이 온도가 낮을수록 전기부품을 안전하게 사용할 수 있고 부품값도 싼제품을 사용할 수 있습니다.  온도가 아주 높거나 아주 낮은 극심한 지역에서 사욛될 수 있는 부품을 사용하면 남, 북극, 사막, 용광로  주변 등에서 사용하는데 끄떡없겠지만 부품값들이 비싸지겠지요. 

비교적 저렴한 부품을 사용하여 Panel 내에 전기전자 부품을 내장시켜 사용할 수 있으려면 여지껏 논란이 되었던 "Fan"을 설치하여 "찬 공기"를 불어넣어주고 "더워진 공기"를 배출해 Panel 내부 공기 온도를 낮게 유지해야 합니다.

vi) "Fan"의 기능

Panel 내부가 더워지는 것은 내부 전기부품들이 발열을 하기 때문인데 이 열을 방출해 주기위해 공기를 불어넣어주는 역학을 Fan이 담당합니다.  이 Fan은 자체에 냉동기능나 냉각기능은 없습니다.  단지 공기만 이동시켜줄 뿐입니다.  찬공기를 불어넣어주고 더워진 공기를 빼주는 기능을 이용해서 Panel을 냉각시켜 줍니다. 

Fan을 내부에서 순환시켜준다고 해서 Panel이 냉각되는 것이 아니라 더워진 공기를 배출해 주어야 하고 신선한 찬공기가 공급되어야 제기능을 하게 됩니다. 

(참고로.. 올해처럼 유난히 무더웠던 여름철 실내 "선풍기" 없이 못살았는데 이 "선풍기"는  바깥공기를 안으로 불어들이지 않고도 사람을 시원하게 만들어줍니다.  이 "선풍기"는  여지껏 이야기한 Fan과 기능이 좀 다릅니다.    실내선풍기는 문자그대로 실내에서 "선풍(?)"을 일으키는 기계이지만 실내공기를 환기하지 않고도 사람을 시원하게 만듭니다.  선풍기는 사람의 피부에서 땀을 <증발>시켜 시원하게 하는 것이라.  모양은 대충 비슷하나 기능은 완전히 Fan과 다릅니다.  전기부품들은 땀(?)을 흘리지 않기 때문에 Panel 내부에 선풍기를 틀어봤자 냉각효과는 없고 오히려 선풍기 모터 발열로 인해 더 더워질 뿐입니다.)

vii) Fan에 의한 열수지

Fan에 의해 공급되는 공기도 열량(엔탈피 H1)을 가지고 Panel 안으로 들어오지만 내부의 발열량Q를 받아들여 스스로 온도가 올라가 열량(엔탈피 H2)로 배출됩니다.  에너지 수지로 나타내면  < 유입에너지+흡수에너지=유출에너지 >가 되고 아래 수식으로 나타낼 수 있습니다.
 
유입공기 열량,  엔탈피  H1  +  Panel 내부 방열량 Q  = 유출공기 열량, 엔탈피 H2  .....................(7) <--(3)식과 같음

여기서의 엔탈피는 단위질량당 혹은 단위부피당 열량이 아니고 공기량 전체에 대한 열량을 말합니다.  따라서 (공기량전체)*(비열)*(온도)로 계산해야 하기 때문에 다음과 같이 계산됩니다.  공기부피 혹은 공기부피 유량을 적용해도 됩니다.  여기서는 Fan으로 공기를 불어넣기 때문에 공기부피유량을 적용하는 것이 편리합니다.  온도는 섭씨온도℃를 사용해도되고 절대온도 K를 적용해도 됩니다. 

유입공기 엔탈피,  H1  J/h = m * Cp * t1  .................(8a)      m: 공기부피유량 Nm3/h  Cp: 공기비열, 부피기준, J/Nm3/K
유출공기 엔탈피, H2  J/h  = m * Cp * t2  .................(8b)      m은 Fan으로 불어넣어주는 공기 유량입니다.

방열량이 Watt 인경우 1 W = 1 J/s = 3600 J/h를 적용하여 단위를 통일하여 (7)식을 사용해야 합니다.  (8a), (8b)식을 (7)식에 대입하면 다음과 같습니다. 

m* Cp * t1 +  Q = m* Cp* t2  ..............................(9)

이 (9)식을 변형하여 정리하면 이미 눈에 익숙했던 바로 그 식 (1)이 얻어집니다.  그런데 문제는 여기서 또 <그놈의 소리(?)>  Δt가 또 출현했습니다. 

 Q = m* Cp * (t2-t1)  = m* Cp * (Δt)  ................(1)  여기서 Q=Qh 발열량,  (Δt) = t2 - t1    ..........(10) 

다시 (헷갈리지 말고) 정신을 가다듬어  ( Δt)에 대해 멀리가지 말고 vii)에서 다시 스스로 정의해 보세요.  이 단계에서도 헷갈리면 다시 i)로 돌아가야 합니다.  이해 되었으면  Fan 용량을 정할 차례입니다. 

(1)식에서 m에 대해 풀면 (2)식이 됩니다. 

m  = Q /(Cp)/ (Δt)  ......................................(2)    <---여기에 아직도 그놈(?)이 분모속에 숨어있습니다.  그놈이 커지면 풍량이 줄어들고 그놈이 작아지면 풍량이 늘어나는 수식입니다. 

먼길 돌아왔지만 진리는 아주 가까운데에 있었습니다.  그래도 불안하면  첫발 내딛는 곳이 어디였던가 생각해 보시고 그곳으로 복귀하세요.

viii) t1값의 결정,  t2 값의 결정 방법

그놈(?) 을 잡아다 이곳에 놓아봅시다 :    (Δt) = t2 - t1    ..........(10)     

t1은 공기의 온도, t2는 Panel 배출온도입니다. 

t1은 조물주(혹은 하느님, 석가모니, 마호멧, ...)가 정해주는 숫자입니다.  계절에 따른 대기의 온도이기 때문에 사람이 어쩔 수 없는 온도입니다.  t1을 낮추면 낮출수록 (10)식에서 그놈이 커지고 (2)식으로 풍량을 줄일 수 있습니다.  여름철 온도가 높아 t2를 높게 잡으면 그놈이 작아지고 풍량이 늘어납니다.  그놈얘기 듣지말고 조물주 지시를 따라야 합니다.  그놈은 스스로 할 수 있는 일이 하나도 없습니다.

t2는 Panel 출구온도 입니다.  출구온도를 높이면 그놈(?)이 커지고 풍량이 줄어듭니다.  풍량을 줄이기 위해 그놈(?)이 설치면 환풍기는 조그마한것을 설치하게 되지만 부품소손사고 위험을 내포하게 됩니다.  그놈(?) 손에 놀아나서는 아니됩니다

t2는 Panel 최고허용온도로 할 수도 있지만 어느정도 여유치를 정하여 합리적으로 정할 수도 있습니다.  결국 조물주가 아니라 사람이 하는 일이라서 적당한 타협과 의견수렴과정을 거쳐 결정하면 됩니다. 

그놈(?)이 설치고 놀아나니는 데 가장 좋은 방법은 t2를 가장 높은 온도로 택하고 t1을 가장 낮은 온도로 취하는 방법입니다.  만일  t2 = 65(비교적 고가 장비기준 주변온도)도로 하고 t1=-15도 (아주 추운 겨울처 온도)로 취한다면  Δt = 65-(-15) = 80도가 됩니다.    이 값을 (2)식에 넣어 계산한 풍량을 기준으로 Fan을 설치했었더라면 그  Panel은 금년 여름이 아니고 봄철에도 망가졌을 것입니다.

이야기가 길어지다보니 별 괴물(?)들이 다 출몰하게 됩니다 .
고바 moozo17   16-08-31 12:01
ㅎㅎㅎㅎ 잼있는데요 ...
제게 너무 핀잔을 주시는것 같네요 .
아무튼 상세한 설명 주셔셔 너무고맙고요 .
좀더 숙독 하겠습니다 .
스테파노 Stefano   16-08-31 12:18
절대로 핀잔을 주려는 의도는 아닙니다.  이해하기 쉽도록 설명한 것 뿐입니다.  이야기가 길어진 이유는 초기에 질문에 관련된 주변설명이 부족했었기 때문이었습니다. 

아직도 의문이 남는다면 추가질문해 주세요.  이해되지 못한 상태로 Q&A가 마무리 짓는다면 필자도 마음이 편하지 않거든요.

종합,  결론적으로  필자의 의견을 종합하면 다음과 같습니다.

1) 변압기출력을 모두 Panel 내부에서 소모하는 Panel의 경우 변압기 인입전력 전량이 Panel 내부에서 열량을 방출한다고 봐도 된다. 
2) Panel 벽면을 통해 방열되는 열은 무시해도 된다.  (Panel 외벽 방열이 많으면 냉각효과에 플러스로 작용하지만 무시한다.)

3) t1은 하계절 (? 년주기) 최고 대기온도를 취하고  t2는 Panel 내부 기기들의 <최고허용 주변(대기)온도>를 참고로 하되 여유값을 가지는 것이 좋다.  여기서 "여유"라는 뜻은 Panel 내부 온도(즉 출구 공기온도)를 될 수로 낮게 취한다는 것.

4) 이론적으로 계산한 수치에 적용하는 안전계수의 경우 대충계산시에는 큰값을 취할 수 있겠지만 시스템을 비교적 정확하게 계산한 경우라면 경험적으로 10~30% 여유를  갖도록 한다.

그간 글 쓰느라 수고하였습니다.  이제 생각이 정리되었나요?
고바 moozo17   16-08-31 16:56
좀더 공부해서 다시 올리도록 하겠습니다 .
수고하세요 .
고바 moozo17   16-08-31 17:08
다시 봐 주십시요 .

1.예제 1

[예제 20.2 : 금속덩이의 냉각] 0.0500 kg의 금속덩이를 200.0℃로 가열하였다가 처음 온도가 20.0℃인
0.400 kg의 물의 열량계 속으로 담궜다. 그 금속덩이가 담긴 물의 온도는 22.4℃로 상승되었다. 이 금속
덩이의 비열을 구하시오

물이얻은열량=금속덩이가 잃은열량
m1 c1 (Tf-T1)=(-)m2 c2 (Tf-T2)  첨자 1:물 , 2: 금속덩이, Tf; 평균온도 를 표시합니다 .

m1=0.4, T1=20, m2=0.05 ,T2=200 Tf=22.4

c2=m1 c1 (Tf-T1)/m2 (T2-tF)=0.4*4190*(22.4-20)/0.05*(200-22.4)= 453 J/kg.k 입니다 .


2 . 위에서 보는바와 같이 한다면요?
    m1 c1 (Tf-T1)=(-)m2 c2 (Tf-T2)  첨자 1: 외기에서 판넬로들어가는 공기온도, 2:판넬내부온도 , f: 평균온도(배출온도)

    라면 ,
 
    m1 =? T1=20 c1=1.306 KJ/m^3.C  ,  m2=430 Kcal, c2=1.306 ,T2=45 , Tf=?  c1=c2
 
  이런식으로 하면 않될까요?
스테파노 Stefano   16-08-31 17:42
예제1은 두 물질이 외부와 단열되어 있는 한 용기내에서 평형을 이루고 있을 때의 계산방법이고,   

예제2계산방법은 파넬내 기계부품과 공기가 평형에 도달하여 배출된다는 가정하에서 계산하는 것인데 열전달에 의해 공기온도와 부품온도가 같아질 때까지 기다려야 하는데 1)평형온도가 될 때까지 시간을 기다려야 하는데 그 시간은 무한시간이 소요될 것이고 2) 그시간동안 공기가 머물면서 도달하는 평형온도가 허용온도가 될 정도의 공기를 Panel에 담아두어야 하는데 Panel의 부피를 엄청난 크기로 키울 수는 없습니다.   

따라서 그방식으로는 1)은 시간문제  2)는 공간문제라서 해결이 불가능하다고 보면 됩니다.  열전달현상이 일어나려면 온도차가 있어야 하는데 온도가 평형온도에 접근하다보면 온도차가 줄어들어 전열량이 크게 떨어지기 때문에 평형도달 소요시간은
무한대의 시간이 됩니다.

Fan으로 공기를 불어넣어주면 Panel내 공기의 평균 온도는 투입공기와 배출공기의 중간쯤되는 공기온도 Ta 로 유지되고 부품의 표면온도 Ts와 공기와의 온도차(Ts-Ta) 하에서 부품의 표면적 A에서 표면대류 열전달계수 hs에 의해 냉각열전달현상이 일어납니다.    Qc = hs A (Ts-Ta)  이 열량은 바로 여지껏 언급한 발열량이 되는데  부품의 표면적 A가 부족하거나 hs값이 부족하다면 CPU위에 눌러앉은 고슴도치털 처럼생긴 방열 Fin을 부품에 달아두거나 국부 공기속도를 빠르게 해주는 "선풍기"가 필요할 수도 있습니다.
고바 moozo17   16-09-01 10:02
네 .답변감사드립니다 .
지금은 좀 시간이 않되서요 .
이주지나서 다음주에 회신드리도록 하겠습니다 .
수고하세요 .
스테파노 Stefano   16-09-01 14:56
않될까요?==>안될까요?
않되서요==> 안되어서요 혹은 안돼서요.

<안>은 "아니"의 준말이고 <않>은 "아니하"의 준말입니다. 구별방법은 두가지가 있습니다.
방법1) 발음방법  <안>과 <않>이 구분되지 않을 때 발음해보면 알 수 있습니다.
          예:    않될까요=>발음 "안퇼까요"가 아니니까 않될까요(X)==>안될까요(O),   
                    않돼=>발음 "안퇘"가 아니니까  않돼 (X)==>안돼(O)                   

방법2)  (안/안)자리 를 "아니하"로 대치해보는 겁니다.  말이되면 <않>, 말이 안되면 <안>   
          예:  (안/않)될까요=>'아니하" 될까요 가 안되니까  않될가요(X)==> 안될까요(O)

더위지나 머리도 시원해지면 천천히 처음부터 다시 읽어보도록 하세요.
고바 moozo17   16-09-06 16:08
네 맞춤법 공부 다시 하겠습니다 .
저도 항상 그부분을 혼동하고 있거든요 .
공부 더 하겠습니다 .

추기질문 드립니다 .
그러면요 , 온도가 낮은 외기를 온도가 더 높은 판넬내로 통과시킨다면 외부로 배출되는 온도가 얼마나 되는지 알수있을까요?
-이상입니다-
고바 moozo17   16-09-06 17:22
또 질문 있습니다 .

문제) 부품을 일정온도환경에서 AGING 시키는 장비에서 ,  밀폐된 CHAMBER 내에  판넬(각종전기장치가 내장된)을 넣고 테스트하는 장비입니다 .
  판넬내 공급전력량이 600*4=2400 W , 판넬내부온도 122℃, 판넬규격은 1.5m*0.3m*1.2m.
  판넬을 enclosuring 하고있는  AGING CHAMBER 내 온도 60℃ , CHAMBER 규격은 2.2m*0.8m*1.8m 입니다 .
  (대기의 공기를 불어넣어 cooling시키는것이 아니고, 60℃ 분위기의 챔버속에있는 판넬을내부 공기를 식히는 장치임)
 
  이때 공기 공기공급량은 얼마인가요?
  위의 공식에 대입하면

    Qc = Qh = m * Cp * (입출구 온도차 Δt)  ==>  공기유량 m = Qc/ {Cp * (입출구 온도차 Δt)} ....(2)
   
  Q=600*4=2400W->2.4 kW*860=2064 kcal/h
  Cp=0.31 kcal/m^3.℃
  Δt=122-60=62℃

    Solution :
    m?  m=600W*4*860/1000/0.31 kcal/m^3.℃/(122-60)℃=107.3 m^3/h->1.78 m^3/min
    * . 실제로 사용된 fan은  12VDC ,1.70W,  1.15m^3/min, 36개
        1.15 m^3*15개= 36.8 m^3/min 
      실제로는 많은양의 FAN을 설치 하였다는 의미로 봐야 하나요? 
 
  값이 맞을까요?
  검증 부탁드리고요 .

  여기서 궁금한거는요?
  판넬부피와 챔버부피가 차지하는 공기량은 관계가 없나요?
  그리고 챔버내에서 판넬이 공기로 인하여 데워지면 그 부분도 반영해야 되지 않을까하는데요?
  판넬관계가 있다면 어떻게 해야 하나요?

 * .  그리고 위에서요 ... 
      Nm3의 부피는 0도에서의 조건이기 때문에 이를 여름철 t도 온도일때의 부피로 환산하려면    (273.16+t)/273.16 배 를  해 주어야 합니다.  Fan 선정시 주의해야 할 사항입니다.
   
    ->그럼 0℃이상 온도에는 이 값을 곱해줘야 하는거네요?
  ->부피일때만요? 
 
  답 기다리겠습니다 .
  수고하세요 .
스테파노 Stefano   16-09-06 19:44
질문이 너무 많아지기 때문에 질문에 고유번호를 붙이는 것이 좋을 듯합니다 

(A26-1)  전전 답글에서의 질문 투입한 공기의 온도가 10도 내려가면 출구 온도도 10도 내려간다고 보고 계산하면 됩니다. 
온도에 따라 비열이 큰차이가 없기 때문에 공기유량에 큰 차이가 없습니다.

(A27-1)  외부공기 유입없이 60도의 Aging Chamber내에 들어있는 공기를 이용하여 Panel의 발열을 122도 넘지않게 조절하는 방법??   

Aging Chamber의 공기를 이용하여 122도로 유지되는 내부 상자를 냉각시키면 Aging Chamber의 온도가 상승하게 될 것이므로 Aging Chamber도 Fresh Air로 냉각시키도록 해야합니다. 

Aging Chamber내에 무한대가 되는 부피의 공기가 들어있다면 계산식대로 60도로 공급하여 122도로 유지하는 것이 가능하겠지만 한번더워진 Aging Chamber의 공기를 냉각하지 않으면 그방법으로는 냉각용으로 무용지물이 됩니다.

(A27-2) 챔버내 존재하는 공기의 부피가 크면 초기 승온을 위해 소요되는 시간이 길어지고 온도 올라가는 속도도 늦어지겠지만  Chamber와 Panel내부의 온독가 올라간 후 냉각하는 방법이 전혀 설명되어 있지 않습니다.   

(A27-3) Nm3/h 단위의 부피유량을  t도일때의 부피로 환산하려면 < (273.16+t)/273.16 배> 곱해주는 것... 맞습니다.  0도 이상일때도 이하일때도 그 Factor를 곱해주면 됩니다.

역질문입니다.
(Q28-1) Panel내 온도가 122도라고 한다면 그곳에 설치된 전기부품은 몇가지는 제외하고 대부분 견디지 못할 것으로 판단되는데 맞습니까? 

(Q28-2) Aging Chamber의 온도조절은 하지 않습니까?  온도조절을 하지 않는다면 내부는 Heating Coil일 소손될 때까지 온도가 상승할 것으로 봅니다.

(Q28-3) System 설명을 제대로 하고 있지 못합니다.    가열방법, 냉각방법,  온도조절방법을 염두에 두고 시스템의 구성을 잘 설명하도록 하세요.  또한 항온을 유지하기 위해 보온하고 있는 방법에 대해서도 설명바랍니다.  고온 Chamber의 온도조절이 정밀하게 유지되려면 Heater 뿐만 아니라 Cooler 기능도 부여해서 조절하지 않으면 온도편차가 심할 것입니다.

추가로..
122도로 유지되는 내부 Chamber에도 출력제어기를 부착해야 하고 60도로 유지되는 Aging Chamber에도 122도 상자로부터 방열되는 열로 인하여 온도가 상승하기 때문에 냉각방법이 고려되어야 합니다.

122도를 일정하게 유지하기 위해서 온도가 떨어지면 가열하도록 하고 올라가면 냉각할 수 있돌고 해야 일정온도유지가 가능합니다.  단순히 Heater 온도제어만으로는 온도편차가 심합니다. 

따라서 Aging Chamber 60도를 일정하게 유지하기 위해 Fresh Air의 공급이 필요하고 122도되는 고온 Chamber내의 온도  조절용으로도 Cold Air가 공급되어야 합니다.   

따라서 1)  Heater Controller  2) Aging Chamber 공급 Air량 Controller  3) 고온 Chamber Cooling Air Controller 세가지가 필요합니다.
     
고바 moozo17   16-09-07 10:15
답변입니다 .

Q28-1) Panel내 온도가 122도라고 한다면 그곳에 설치된 전기부품은 몇가지는 제외하고 대부분 견디지 못할 것으로 판단되는데 맞습니까? 
 -> 허용온도는 150도 입니다 .

(Q28-2) Aging Chamber의 온도조절은 하지 않습니까?  온도조절을 하지 않는다면 내부는 Heating Coil일 소손될 때까지 온도가 상승할 것으로 봅니다.
 -> 네 .온도 조절합니다 .

(Q28-3) System 설명을 제대로 하고 있지 못합니다.    가열방법, 냉각방법,  온도조절방법을 염두에 두고 시스템의 구성을 잘 설명하도록 하세요.
 ->Aging Chamber가 저온일경우는 자체냉각기가 있습니다 .
 ->고온 냉각기는 별도의 냉각기 없으며, 강제배기도 없으며,  그냥  Chamber 기구물의 틈새에 의한 leak?에 의한 배기로 하고 있습니다 .

 * . 다른 추가질문입니다 .위에서 제가 질문드렸던 ...
 
  ->기본공식이 아래와 같다 라면 
    Qc = Qh = m * Cp * (입출구 온도차 Δt)  ==>  공기유량 m = Qc/ {Cp * (입출구 온도차 Δt)} ....(2)
   
  ->위 계산식에서요,  단위시간당  공기유량은(m^3/min)은 온도차가 클수록 적다는 의미인가요?  이래가 잘 되지 않아서요?

  이상입니다 .
스테파노 Stefano   16-09-07 12:21
(A28-1)  (2)식에 대해 아직도 이해되지 않는다면  다음의 유사한 예를 하나 들지요..

(문제)  A 회사는  단가  C의 물건을 m개 팔아서  순익을 남겨야 하는데  몇개나 팔아야  순익 Qp을 올릴 수 있을까요?

==>이는 답이 없습니다.  그러나 매출을 위한 수량은 구할 수 있습니다.
매출액(Sales) Qs을 올리기 위한 수량은    Qs =  n * C ....(11) 로부터  n = Q/C로 계산이 가능합니다.

==>문제를 조금 고쳐서 Margin율 Δ가 주어져 있다고하면

순이익(Profit)  Qp의 계산은                          Qp =  n *  C *  Δ..........(12)로 계산됩니다.  Δ = 마진(이익)율

................................................................................................................................................
이 (12)식으로부터 순이익 Qp를 올리기 위한 판매수량은  n =  Qp / (C * Δ)로 계산가능합니다.  단가 C가 크거나 마진 Δ가 크다면  판매수량은 그 크기들에 정확히 반비례합니다. 
................................................................................................................................................
열량계산도 마찬가지입니다.  (2)식으로부터 냉각효과 Qc를 내기위한 취급량(m 공기순환량)은  m = Qc / (Cp * Δt)로 계산가능합니다.  비열 Cp가 크거나 온도차 Δt가 크다면 공기순환량은 그 크기에 정확히 반비례합니다. 
................................................................................................................................................
위의 두 계산은 서로 아주 흡사한 예에 해당합니다.    같은 양의 공기라고 하더라도 온도차가 많게 사용한다면 필요한 공기량이 줄어드는 것은 당연하지요.    아직도 헷갈리고 있다면  위의 <순익달성을 위한 판매수량> 문제의 예를 다시 살펴보세요.

(A29-2) 고온 Chamber의 틈새 Leak라든가 고온 Chamber의 벽면을 통한 냉각효과가 부족하면 온도편차가 심할 것이므로 필요하다면 보온을 해두고 온도가 급등하면 냉각공기를 넣어주던가 냉각코일로 냉각하면 온도조절 정밀도가 크게 향상될 것입니다.
고바 moozo17   16-09-07 15:23
답변고맙습니다 .
 제가 정리를 해볼게요 .
 1. 순이익 ... 하는 내용에서요 ->마아진율이 크다면(분모값이 커지면) 적은수량을 판매해도 되는것이고 , 마아진율이 작으면(분모값이 작커지면) 수량을 많이 판매해야 된다는것이지요 .

 2. 그렇다면요? 다시 fan 열량계산에서요,
    1) 수치오는 관계치 말고고요 , 인입온도가 20도이고, 판넬내부온도가 60도라면 , 곧 방출온도가 60도가 된다면
    거의 냉각효과없이 그대로 판넬내부온도가 대기로 배출되니 송풍량(공기량) 을 많이 필요치 않는다는것이고 
    * Δt1=60-20=40 도

    2) 만약 위의 조건데로 인입온도는 20도 그대로 하고 , 판넬 내부온도를 60도 이하, 즉 예를 들면 50도로 낮춰서
        내 보낸다면 , 위의 1 보다 판넬 내부 온도를 10도 더 떨어뜨려( 60도->50도)야 하니까 공기량이 더 많이 소모된다? 는        의미로 해석하면 될까요?
    * .Δt2=50-20=30 도

  3) 그렇다면 판넬 내부온도를 60이하보다 한참 아래 값으로 떨어뜨리기 위하여는 더 많은 풍량(공기량)이 필요하다는
      말이네요 .
      맞나요?
  4) 그렇다면 이론적으로 원하는 온도(대기방출온도)로 맞출수 있을까요?
  5) 인입온도(20도)와 똑같이 방출온도(20도)로 하여 계산하면 한다면 분모가 "0' 이 되어 무한대 값이 되는거잔아요?
      이것은 어떤의미인가요?
  6) 그리고 다시요 ,
      그럼 내부판넬온도가 대기로 똑같은 온도로 방출된다면 20도(인입온도)->60도(내부판넬온도)->60도(대기방출온도)
        로 배출된다면 방출온도는 낮출수 없다는 말이 되는건가요?  그럼 왜 외기공기를 불어넣어 냉각을 시킬려고 하나요?
      그냥  배출만 될뿐이지 ,냉각은 안된다는 의미로 해석해야하나요?
  7) 승온(20도->60도)하는경우와 강온(온도떨어뜨리는 60->20)할때 , 승온시 Δt=t2-t1 if=60-20=40 이고요 ,
      강온시 Δt=20-60=-40 인데요? +,- 부호의 의미는 어떻게 해석해야 하나요?
고바 moozo17   16-09-07 16:44
(Q28-1,2,3) 에서 사장님께서 설명하신 내용을 아래와 같이 인용하고  다시 질문올립니다 .
 (아래 인용문)
  122도를 일정하게 유지하기 위해서 온도가 떨어지면 가열하도록 하고 올라가면 냉각할 수 있돌고 해야 일정온도유지가 가능합니다.  단순히 Heater 온도제어만으로는 온도편차가 심합니다. 

따라서 Aging Chamber 60도를 일정하게 유지하기 위해 Fresh Air의 공급이 필요하고 122도되는 고온 Chamber내의 온도  조절용으로도 Cold Air가 공급되어야 합니다.   

따라서 1)  Heater Controller  2) Aging Chamber 공급 Air량 Controller  3) 고온 Chamber Cooling Air Controller 세가지가 필요합니
 
질문 ( 0907-1) 위에서 복사한 내용을 추가하여 정리하여 질문 드립니다 .

  문제) 부품을 일정온도환경에서 AGING 시키는 장비에서 ,  밀폐된 CHAMBER 내에  판넬(각종전기장치가 내장된)을 넣고 테스트하는 장비입니다 .
  판넬내 공급전력량이 600*4=2400 W , 판넬내부온도 122℃, 판넬규격은 1.5m*0.3m*1.2m.
  판넬을 enclosuring 하고있는  AGING CHAMBER 내 온도 60℃ , CHAMBER 규격은 2.2m*0.8m*1.8m 입니다 .
  (대기의 공기를 불어넣어 cooling시키는것이 아니며, CHAMBER내 온도는 냉각기와 HEATER CONTROLLER로 조정함)
 여기에서 판넬내부온도를 80도정도로 유지한다고 합니다 . 외부공기는 들어오지 않으며 판넬자체에 fan이 설치되어있습니다 . 챔버내 공기는 대기로 배출하고 있고요 . 이 논리가 맞는가요?  확인요청드리고요 . 안 맞다면 사장님께서 임의로  수정해주십시요 .


 그렇다면  Δt=? 얼마로 해야 하는가요?

  이 시스템을 검토해 본다면 , 판넬내부기기발열온도 122도->80도로 낮추고 ,CHAMBER내는 60도로 유지한다면
  챔버온도를 유지하기위해서는 히터가 필요하겠지만 냉각기가 왜 필요할까요?   
 
  이때 공기 공기공급량은 얼마인가요?
  위의 공식에 대입하면

    Qc = Qh = m * Cp * (입출구 온도차 Δt)  ==>  공기유량 m = Qc/ {Cp * (입출구 온도차 Δt)} ....(2)
   
  Q=600*4=2400W->2.4 kW*860=2064 kcal/h
  Cp=0.31 kcal/m^3.℃
  Δt=122-60=62℃

    Solution :
    m?  m=600W*4*860/1000/0.31 kcal/m^3.℃/(122-60)℃=107.3 m^3/h->1.78 m^3/min
    * . 실제로 사용된 fan은  12VDC ,1.70W,  1.15m^3/min, 36개
        1.15 m^3*15개= 36.8 m^3/min 
        맞는지 확인요청 드립니다 .
      수고하세요 .
스테파노 Stefano   16-09-07 17:18
(0) 31번째 질문에 답하기도 전에 32번째 질문이 올라와 있습니다.  우선  31번째 질문에 답합니다. 

(A31-1) 마진도 작고 단가도 낮은 제품을 팔아 원하는 순익을 맞추려면 무수한 수량을 팔아야 하지요.

(A31-2) 인입온도 20도 방출온도 60도라면  (절대로 냉각효과가 없다는 뜻이 아니라..  제발 정신좀차리세요.. 왜 냉각효과가 없다고 생각하는지?  )냉각공기가 40(=60-20)도의 마진을 가지고 나간다는 뜻이고... (그리되면 아마 패널온도는 60도보다 높아질 것인데 이것은 제발... 잊어버리고...)

20도로 넣고 50도로 배출하면 온도 마진은 30(50-20)이 되므로 앞선 마진보다 작으니...    공기를 많이 불어넣어 주어야 한다는 것이고 (밤잠을 자지말고 물건을 팔아야 할 판이고..)

(A31-3) 60도보다 한참 아래 값으로 떨어뜨리기 위해 필요한 것은 (많은 풍량이기도 하지만)  낮은 온도의 공기가 필요한 것입니다.  60도보다 같거나 높은 온도로  60도보다 낮은 온도로 낮출 수 없는 것을 모르는 것은 아니잖아요.  마진없는 장사는 팔면 팔수록 손해나는 것을 알잖아요? 

뭐가 먼저이겠습니까 온도를 낮추기 위해 낮은온도압니까 많은 공기량이겠습니까?  당연히 낮은 온도가 당연히 먼저이고  온도가 정해지면 그에 따라 공기량이 정해진 다는 것을 알아야 합니다.  이것을 이해하지 않고  <하늘이 무섭냐? 내가 더 예쁘냐? > 라고 하듯 비교되지 않는 것을 비교하려고 하니 참으로 답답합니다.

(A31-4) 맞아요.  온도가 정해지면 이론적 공기량이 정해지는데  (바로앞 31-3의 설명처럼) 높은 온도의 공기로는 냉각은 불가능한 일입니다.  먼저 가능한 수단이 무엇인지를 생각해 보세요. 

(A31-5) 온도차가 0도 즉 20도에 들어와 20도로 나갈정도고 엄청난 공기량을 불어넣어 주면 상승되는 온도차이는 거의 없이 냉각기 가능한 일이라는 뜻입니다.  분모에 0이 되었으니 공기량은 엄청나게 (무하대로) 늘어난 것이지요.  마진율 0.000 001의 장사로 수익을 얻어 매출액의 1%의 수익을 얻으려면 10만개를 팔아야 하지요.  장사가 안되는 것은 아니지만 미련한 짓을 하고 있는 셈입니다.     

(A31-6) 배출되는 공기의 온도가 Panel 온도와 동일한 온도에 도달하기 위해서는 무한한 시간의 체류시간 또는 무한대의 접촉면적이 필요합니다.  이것은 열전달이 일어나기 위해 필요한 전열면적 계산에 필요한 사항입니다.

이 수식은 전열계산에 아주 중요한 사항이지만 게시판에는 처음 올리는 수식입니다.

Qc = U * A * (LMTD)  .............................(13)

LMTD = Log-Mean Temperature Difference  =  (Δt1 - Δt2)/ ln (Δt1/Δt2) .................(14)  Δt1=입구온도차, Δt2=출구온도차

새로운 수식이 돌연 나타났기 때문에 또 무수한 질문이 나타날까 두렵습니다만 설명을 위해 필요한 수식이라 소개합니다.  (14)식에서 온도차는 냉각대상 물체의 온도와 공기와의 온도차를 말하는데 각각 입구, 출구에서의 온도차를 대수평규으로 구하는 온도차입니다.  여기서의 온도차는 "열전달을 위한 온도차"라고 인식하면 됩니다. 

질문으로 돌아가서...
Panel의  온도가 60도이고 출구공기의 온도가 60도라면 (14)식에서  Δt2가 0이 된다는 이야기이고 그리되면 LMTD값은 0이 됩니다.  그리되면 (13)식에 의해 냉각부하 Qc를 전달하는데에는  전열계수가 무한대가 되거나 전열면적이 무한대가 되거나 전열계수 곱하기 전열면적의 값이 무한대가 되어야 한다는 결론에 이릅니다. 

무슨 뜻이냐 하면 Panel 60도의 온도를 유지하기 위해 배출되는 공기가 60도에 일치하게 되려면 Panel의 표면적이 엄청나게 크거나 Panel을 수은과 같은 전열계수가 큰 액체금속에 풍덩 당구는 정도의 전열계수가 되어야 합니다.  그것이 불가능하기 때문에  공기의 온도가 60도로 배출될 수 없다는 것이지요..   

이론적으로 필요한 공기량 계산은 열수지를 맞추기 위해 필요로 하는 정확한 (비열을 가지고 있는)공기의 유량을 계산한 것이고 열전달이 되기위해 필요한 것은 정확한 (열전달계수를 가지고 있는) 필요한 전열면적입니다.

질문으로 돌아가서... 냉각시키려는데 왜 외부공기를 불어넣나요?  조금이라고 더 차거운 공기를 사용하지 않으면 즉  Δt2가 0이 되지 않느 공기를 사용해야 냉각과정이 일어난다는 것을 알려주는 것입니다.
 
즉 출구의 공기온도 60도로 Panel 60도 맞추기는 "불 가 능 하 다"를 설명하고 있습니다. 

(A31-7)  승온시 t1---> t2라는 것은  t1보다 높은 t2로 온도를 올린다는 것이고  (t2>t1)  ==>  가열부하 Qh = m * Cp * (t2-t1)
              강온시 t1---> t2라는 것은  t1보다 낮은 t2로 온도를 낮춘다는 것이죠  (t2<t1) ==>  냉각부하 Qc  = m * Cp * (t2-t1)

열계산에서 음수는 냉각해야 할 열량이고 양수는 가열해야 할 열량입니다.    즉  Qc 값이  -500,000 kcal/h라고 하면 냉각해야 할 열량이 500,000 kcal이라고 이해하면 됩니다  부호는 냉각인지 가열인지 판단하는데만 사용하고 절대값은 열량의 크리만으로 비교해 보면 됩니다.     

열수지 계산에서  System에 가열하게 되면 +,  System을 냉각하면 -로  정한것은 편의상의 약속입니다.  매출 500 - 제조원가 600 = 이익 -100의  계산에서 제조원가가 매출보다 절대값이 크기 때다면 음수값이 얻어지는데  이를 두고  < -100원 이익>이라고 하거나 <100원 손해>라고 하듯 중학교 1년생 정도면 부호의 개념과 용어에 대해 대체로 이해를 합니다.
스테파노 Stefano   16-09-07 17:24
질문과 답이  진행됨에 따라 시스템이 자꾸 변경되고 있습니다.

이미 모든 설명을 다 했습니다.  시스템이 변경되었으면  그리고 32번째 게시물은 새로 다시 정리해서 시스템의 구성  열부하, 냉각방법, 가열방법,  대기온도기준 허용온도 기준등을 다시 정의하여 다시 질문해 주세요. 

계산방법에 대해서도 모두 설명한 바 있습니다.  먼저 스스로 계산해 보고 질문을 다시 해 주세요.
고바 moozo17   16-09-08 12:03
다시 정리하여 올리겠습니다 .
편의상 번호를 월일 일련번호 순으로 부여할게요.

문제090801)
  01)장비에 대한 설몀
    본장비는  판넬에 여려가지 전기부품을 배열하고 밀폐(CHAMBER)된 일정온도환경속에 넣고  AGING 시키면서
    내성을 테스하는 것입니다 .(CHAMBER 내에서 AGING 시키지 않는것도 있습니다)

  02) 설계조건
    판넬내 공급전력량이 600*4=2400 W , CHAMBER내에서 AGING 시 공기온도를 60도로 유지시 ,도체칩에서발생하는 온    도 122℃까지 상승 .(센서를 통하여 DISPLAY 되는 온도 값이며, 판넬공기온도는 잘 모르겠슴)
    단 , AGING 하지 않는 상온(대기)에서의 판넬내 도체칩의 발열온도는 70~80 도 임(그러니까  AGING 할때보다는 40도    이상 낮은거죠) 판넬규격은 1.5m*0.3m*1.2m,  판넬을 enclosuring 하고있는  AGING CHAMBER 내 공기온도 60℃ , CHA  MBER 규격은    2.2 m*0.8m*1.8m 입니다 .
  (대기의 공기를 불어넣어 cooling시키는것이 아니며, 판넬에 설치된 FAN으로 냉각시키는것임 .CHAMBER내 온도는 냉각      기와 HEATER CONTROLLER로 조정함)
    여기에서 판넬내부온도를 80도정도로 유지한다고 합니다 . 외부공기는 들어오지 않으며, 챔버내 공기는 대기로 배출하    고 있고요 . 이 논리가 맞는지는 모르겠지만요 ...?  확인요청드리고요 . 안 맞다면 사장님께서 임의로  수정하셔도 무          방하고요.
 
    03) 여기에서 발영하는 도체칩을 냉각시켜야하는건지? 내부공기를 냉각시켜야 하는건지 ? 잘 모르겠구요 .
        그렇다면  Δt=? 얼마로 해야 하는가요?

      이 시스템을 검토해 본다면 , 판넬내부기기발열온도 122도->80도로 낮추고 ,CHAMBER내는 60도로 유지한다면
      챔버온도를 유지하기위해서는 히터가 필요하겠지만 냉각기가 왜 필요할까요?   
 
      이때 공기 공기공급량은 얼마인가요?
      위의 공식에 대입하면

      Qc = Qh = m * Cp * (입출구 온도차 Δt)  ==>  공기유량 m = Qc/ {Cp * (입출구 온도차 Δt)} ....(2)
   
      전력량 Q=600*4=2400W->2.4 kW*860=2064 kcal/h
      도체칩(실리콘 Si? Sio2?)  Cp=0.201 kcal/kg.k,  비중 2.65 에서  Cp=0.201 kcal/1/2.65*1000 m^3.k=532.65
        kcal/m^3.℃
      Δt=122-80=42℃

      m=2064 /532.65*(122-80)=2064/22371.30=0.09 m^3/h=0.0015 m^3/min ?
      계산값이 이정도 밖에 안나오는되요? 이상한것 같지 않나요?

  * . 참고자료 입니다 .

      공기 비중=1.293 kg/m^3, 비열=0.31 kcal/m*3.℃
스테파노 Stefano   16-09-08 17:47
(1) 마치 배가 산으로 가고 있다는 생각이...

아직도 시스템에 대한 설명이 불충분합니다.  우선 다음 질문에 답을 먼저해 주세요.  (Box, Chamber의 구별을 위하여 Panel은 Panel Box, Chamber는 Aging Chamber로 구분하여 호칭합니다. )

Q36-1) 온도를 유지하고 싶은 곳(혹은 것)이 과연 무엇인가?  a) Panel Box 내부공기 온도인가?  b)Aging Chamber 내부공기 온도인가?  c) Aging하는 도체Chip 온도인가?  d)Aging 하지 않는 도체Chip의 온도인가

Q36-2) Aging Chamber 내에 다시 Panel Box가 들어있는데 Chip들은 어디에 들어있는가?  a) Aging Chamber b) Panel Box c) Aging 하는 것은 Panel Box 속, Aging 하지 않는 것은 Aging Chamber

Q36-3) 만일 같은 곳에 있다면 Aging 하는 것과 Aging 하지않는 것과 왜 온도의 차이가 있는가?  Aging 하는 Chip은 별도의 전력을 소모하고 있다는 것인가?  만일 그렇다면 그 Chip의 전체 수량과 개당 발열량(혹은 전력소모량)은 얼마라는 이야기인가?

Q36-4) Aging Chamber는 대기로 공기를 방출하고 있다고 했는데 흡입공기는 어디에서 유입되고 유입량과 온도는 얼마가 되는가?

Q36-5) Panel Box 내 전력 공급량 2400W는 전량 조절없이 가열하는  Heater 입력 전력인가?  아니면  Panel Box내 어떤 전력기기 사용 전체 전력인가?  혹시 Aging Chip에 공급하는 전체 전력인가?

Q36-6) Panel Box내 혹은 Aging Chamber 온도는 거의 균일하게 일정 목표온도 (예를 들어 120도)로 유지하면서,  정해진 시간동안 Aging Test 해야 하는 것이 아닙니까?  a) Aging Test 온도는 도대체 몇도로 지정되어 있습니까?  b) 균일온도를 유지해야 한다면 내부 온도가 위치별로 차이나지 않도록 많은 선풍기를 사용해야 하는데 왜 설치되어 있지 않은가?  c) Panel Box와 Aging Chamber내에 많은 선풍기가 이미 달려있다는 것입니까?

Q36-7) Aging Test 시간동안 Panel Box는 대기의 공기를 불어넣는 것이 아니라면 Panel Box에 설치되어 있다는 Fan은 어떤공기를 흡입하여 어디로 방출하고 있다는 것이라는 것인지?    혹시 단순히 내외로 환풍하는 Fan이 아니고 Panel Box내에서만 돌아가는 선풍기라는 것인지?

Q36-8) Aging Chamber 온도를 냉각기로 냉각하고 Heater Controller로 가열하는 것으로 설명하고 있는데 냉각기의 용량은 얼마이고 Heater의 열량은 각각 얼마인가? 

Q36-8) Panel Box 온도를 80도로 유지하면서도 외부공기가 들어오지 않는다고 했는데 그러고도 Panel Box 온도를 80도로 유지할 수 있으면 왜 외부공기를 다시 끌어들이려고 하는지?  a)온도가 너무 올라가서  b)온도가 너무 떨어져서 c) 온도편차가 너무 심해서

Q36-9) Panel Box와 Aging Chamber의 온도를 일정하게 유지하고자 하는 시스템에서 보온재료는 왜 전혀 언급되지 않고 있는가?  a)온도가 낮아 전혀 사용하고 있지않음  b)보온되고 있으나 열전달(가열 혹은 냉각)손실을 무시하기 때문 c)차후 고려할 예정임.

Q36-10) 바로 이전 계산에서 Panel Box 전열량을 왜 도체 Chip의 비열과 온도차로 나누고 있는가?  어떤 계산을 하기 위해 도체칩의 비열을 사용하려고 하였는가?  혹시 도체 Chipe들이 초기 Panel Box내 혹은 Aging Chamber 가열부하를 나타내기 때문이었는가?

Q36-11) 총 전력 2400 W가  Panel Box 혹은 Aging Chamber에서 발열하고 있다고 했을 때 이를 전체적으로 냉각하기 위해 흘려주어야 하는 공기의 양을   

Qh = Qc =  2400 W * 0.86 kcal/Wh / (공기비열 Cp kcal/Nm3/K)/(공기공급, 배출온도차 (t2 - t1)K ) 로 계산하지 않는다면 별도의 다른 냉각장치 혹은 가열기 조절장치가 있기 때문이라는 것입니까?

Q36-12) Test 하려는 목적이 과연 무엇입니까?  a) Panel Box내 전기전자부품의 내구성시험  b) Aging Chamber내 도체칩 내구성 c) Panel Box 혹은 Aging Chamber의 기능(신뢰성) 

시간이 걸리더라도 위의 질문을 하나씩 점검해 보면 설계기준과 현재의 문제점 및 문제의 해결책이 반드시 찾아질 수 있을 것이라 확신합니다.
고바 moozo17   16-09-09 09:38
안녕하세요?
질문에 대한 답 드리겠습니다 .

Q36-1) 온도를 유지하고 싶은 곳(혹은 것)이 과연 무엇인가?  a) Panel Box 내부공기 온도인가?  b)Aging Chamber 내부공기 온도인가?  c) Aging하는 도체Chip 온도인가?  d)Aging 하지 않는 도체Chip의 온도인가
 
  * .d)항목은 없는걸로 하지요

 ->다시 설명드리자면요 ,밀폐된 Aging Chamber 내 Panel Box를 넣고 Panel Box 내 전기부품(예. 도체 chip)의 내구성을 Test 하는것입니다 .
  ->a)온도는요? 내부공기온도가 아니고요 . Panel Box 내 전기부품에서 발열하는온도(122)입니다 .
  ->b)온도? Aging Chamber 내 온도(60도)입니다.
 

Q36-2) Aging Chamber 내에 다시 Panel Box가 들어있는데 Chip들은 어디에 들어있는가?  a) Aging Chamber b) Panel Box c) Aging 하는 것은 Panel Box 속, Aging 하지 않는 것은 Aging Chamber
 
  -> 외부 박스(Aging Box)가 하나있고 , 그 내부에 또 하나의 박스(Panel Box)가 있는거지요
    도체 Chip은 Panel Box 내에 장착되어있습니다 . 여러가지 전기부품중의 한 부품입니다 .
    * .Aging 하지 않는 Aging Chamber 는 논외로 하지요 .이후에는 언급을 하지 않겠습니다 .

Q36-3) 만일 같은 곳에 있다면 Aging 하는 것과 Aging 하지않는 것과 왜 온도의 차이가 있는가?  Aging 하는 Chip은 별도의 전력을 소모하고 있다는 것인가?  만일 그렇다면 그 Chip의 전체 수량과 개당 발열량(혹은 전력소모량)은 얼마라는 이야기인가?

  ->Panel Box 내 전기부품에 공급하는 Power 는 600WX4 =2400W 이고요, Chip 하나에서 발열하는온도가 122도 입니다 .
  -> Chip은 여러개가 있습니다 .

Q36-4) Aging Chamber는 대기로 공기를 방출하고 있다고 했는데 흡입공기는 어디에서 유입되고 유입량과 온도는 얼마가 되는가?

  -> 외부유입공기는 없으며, Panel Box내에 Fan이 설치되어있어서 도체 Chip을 냉각시키고 있습니다 . 

Q36-5) Panel Box 내 전력 공급량 2400W는 전량 조절없이 가열하는  Heater 입력 전력인가?  아니면  Panel Box내 어떤 전력기기 사용 전체 전력인가?  혹시 Aging Chip에 공급하는 전체 전력인가?

  ->2400W는 Panel Box 내 전기부품에 공급하는 전체전력입니다 .
  ->Heater는 Aging Chamber 내 온도(60도) 조절용입니다 .

Q36-6) Panel Box내 혹은 Aging Chamber 온도는 거의 균일하게 일정 목표온도 (예를 들어 120도)로 유지하면서,  정해진 시간동안 Aging Test 해야 하는 것이 아닙니까?  a) Aging Test 온도는 도대체 몇도로 지정되어 있습니까?  b) 균일온도를 유지해야 한다면 내부 온도가 위치별로 차이나지 않도록 많은 선풍기를 사용해야 하는데 왜 설치되어 있지 않은가?  c) Panel Box와 Aging Chamber내에 많은 선풍기가 이미 달려있다는 것입니까?

  ->120->122도이고요. 122도를 cooling시켜 80도 정도로 낮추기 위하여 FAN을 설치해 놓은 것 입니다 .
  ->Panel Box 에만 FAN 이 설치되어 있습니다 . (현재구성되어있는 상태를 그대로 설명드리는것 입니다)
  ->Aging 온도는 60도 입니다 .

Q36-7) Aging Test 시간동안 Panel Box는 대기의 공기를 불어넣는 것이 아니라면 Panel Box에 설치되어 있다는 Fan은 어떤공기를 흡입하여 어디로 방출하고 있다는 것이라는 것인지?    혹시 단순히 내외로 환풍하는 Fan이 아니고 Panel Box내에서만 돌아가는 선풍기라는 것인지?

  ->네 . FAN은 Panel Box 내부에서만 Power에서 받은 전력으로  돌아가고 있습니다 .
 
Q36-8) Aging Chamber 온도를 냉각기로 냉각하고 Heater Controller로 가열하는 것으로 설명하고 있는데 냉각기의 용량은 얼마이고 Heater의 열량은 각각 얼마인가? 
 
  ->그것은 정확히 모르겠습니다 . 그냥  Aging Chamber내  온도를 60도로 유지하기위해서 냉각기와  Heater 를 사용하고      있는것만 알고 있습니다 .
   
Q36-8) Panel Box 온도를 80도로 유지하면서도 외부공기가 들어오지 않는다고 했는데 그러고도 Panel Box 온도를 80도로 유지할 수 있으면 왜 외부공기를 다시 끌어들이려고 하는지?  a)온도가 너무 올라가서  b)온도가 너무 떨어져서 c) 온도편차가 너무 심해서

  ->80도? Panel Box내 도체칩온도가 122도로 너무 높으니까 80도로 낮추는것 입니다 . 그래서 FAN 을 사용하는것 입니다 .
  -> "외부공기 끌어드린다고요"? ->외부공기를  끌어드리지는 않고요 . FAN 을 돌려서 Blowing 하는것 입니다 .

Q36-9) Panel Box와 Aging Chamber의 온도를 일정하게 유지하고자 하는 시스템에서 보온재료는 왜 전혀 언급되지 않고 있는가?  a)온도가 낮아 전혀 사용하고 있지않음  b)보온되고 있으나 열전달(가열 혹은 냉각)손실을 무시하기 때문 c)차후 고려할 예정임.

  -> 아 그렇군요 . Aging 이란? 예를 들자면요?  여름에 외기가 더울때 자동차안에 노트북을 두었을때 이 제품에 어떤 변        화가 일어나는지에 대한 Test를 하는것이지요 .일정한 조건을 만들어서요(즉 60도) . 만냑에 자동차안에서 변형이 가        거나 폭발한다면 기기에 문제가 있는것이니 부품을 바꿔야 하겠지요 

Q36-10) 바로 이전 계산에서 Panel Box 전열량을 왜 도체 Chip의 비열과 온도차로 나누고 있는가?  어떤 계산을 하기 위해 도체칩의 비열을 사용하려고 하였는가?  혹시 도체 Chipe들이 초기 Panel Box내 혹은 Aging Chamber 가열부하를 나타내기 때문이었는가?

  -> 아~ 실제 도체에서 발생하는 열 온도가 122도 이니까?  보통은 공기의 온도로 보고 게산하는것 같던데요. 저는 방법을    바꿔서그렇게 계산하면 맞지 않을까 해서요 . 제 방식데로 해 본것입니다 . 맞는지 안맞는지는 저도  잘 ...
  -> 도체에서 발생하는 열 온도는 센서로 측정해서 나타난 온도니까 그 값을 그대로 사용하면 맞겠지만요. 공기의 온도는
    사실 잘 모르잔아요 . 주위의 공기의 온도는 도체열에 의해서 데워지는것이니까요 .

 Q36-11) 총 전력 2400 W가  Panel Box 혹은 Aging Chamber에서 발열하고 있다고 했을 때 이를 전체적으로 냉각하기 위해 흘려주어야 하는 공기의 양을   

  Qh = Qc =  2400 W * 0.86 kcal/Wh / (공기비열 Cp kcal/Nm3/K)/(공기공급, 배출온도차 (t2 - t1)K ) 로 계산하지 않는  다면 별도의 다른 냉각장치 혹은 가열기 조절장치가 있기 때문이라는 것입니까?

  -> 맞는데요 .그러니까 제가 언급한 위의 조건에 의한 계산과정이나 결과치(#03 항목)가 맞는지 검증을 요청 드리는거이    거든요 .
  여기에서  Q값, Cp값, 온도차 에 대한 값을,  공기에 대한 값으로 적용해야하는지? 도체칩에대한 값으로 대입해야 하는지  잘 모르겠다는 것입니다 . 

Q36-12) Test 하려는 목적이 과연 무엇입니까?  a) Panel Box내 전기전자부품의 내구성시험  b) Aging Chamber내 도체칩 내구성 c) Panel Box 혹은 Aging Chamber의 기능(신뢰성) 

  ->Panel Box내 전기내 부품 내구성 ,신뢰성 시험입니다 .(Aging Chamber 는 아닙니다 . Aging Chamber는 Test조건을 만      들어주기위한 도구일 뿐입니다 .즉 실제 사용환경보다 가혹한 조건을 만들어서 견디는지 시험해보는것 입니다 .  ) 

  이상입니다 .
  수고하세요 .
스테파노 Stefano   16-09-09 12:50
아직도 Aging Test 대상이 구체적으로 무엇인지 설명이 부족합니다.     

(Q38-1) 60도 Aging Chamber 내에 들어있는 a) 전기전차 부품이 내장된 Panel Box 자체가 Aging Test 대상입니까?  b) Panel Box내 별도로 투입된 독립 전력사용기기들의 Aging Test입니까?  아니면 c) Panel Box에 내장된 특정전자부품이 Aging Test 대상입니까?

만일 답이 a)라고 한다면  Panel Box에 걸려있는 전력부하 전체가 냉각해야 할 열량이 되는 것이고 Panel Box에 Air를 인위적으로 공급해서는 실험조건이 달라지기 때문에 Air Chamber의 온도만 일정하게 유지하도록 하면 될 것입니다. 
(내장 전자부품의 온도는 참고로 알아볼 뿐 임의로 냉각해서도 안될 것입니다. Panel 내부 설계를 바꿔서도 안되지요.)

이 경우에는 Panel 밖의 Aging Chamber의 온도를 60 도 +/- (지정편차온도)로 맞추어 주어야 할 것이며 On-Off Heater등으로 조절하는 것이 부적합할 수도 있으므로 가변전류나 전압 등의 조절기를 사용해야 할 것입니다.  실제로는 Panel Box에서 발열되는 열량으로 인하여  Aging Chamber 벽면 혹은 Acing Chamber Cooler로 열이 손실된다고 해도 별도 전기에 의한 가열부하가 없을 수도 있습니다. 

이 경우의 Aging Chamber의 Heat Balance:   
(Subscript 첫글짜 b= panel Box, c=air Chamber a=대기 Air; Subscript 두번째글짜  h= Heating부 하, c=Cooling부하, l= Loss 또는 주위 분위기, )

(Panel Box 발열량 전체 Qbh) + (Air Chamber Heater 가열전력 Qch) = (Air Chamber 벽면 열손실 Qcl) + (Air Chamber 냉각열량 Qcc) + (신선공기 공급순환에 의해 냉각되는 열 Qac)  ......................................(15)

여기서 
Qbh = 2400 W * 0.86 kcal/W-h  .........(16)  <--Panel내 전체 발열량 kcal/h = 'Box Heating' Duty
Qch = (Chamber Heater 전력, W) * 0.86 kcal/W-h....(16) <--Chamber내 설치된 Heater 용량, 꺼져있으면 0 kcal/h
Qcl  = Ucl * Acl * (Tcs - Tal) .............(17)  <--Chamber 외벽으로의 손실량 kcal/h  무시하면 0 kcal/h
Qcc  =(Chamber Cooler 용량, kcal/h)..(18)  <--Caamber에 연속적으로 냉각시키는 냉각열,  꺼져있으면 0 kcal/h   
Qac = (Air Chamber Air 환기 추가시설에 의한 냉각시 냉각열) = (환기량 m  Nm3/h)* (비열 Cp  kcal/Nm3/℃)*(공기입출구 온도차, t2-t1, ℃) ............수없이 언급했었던 (2)식과 동일......(19)

이때 필요로하는 Air량은 (16)~(19)식을 (15)식에 대입한 후 m을 구하면 됩니다.

(Q38-2) 만일 (Q38-1)에 대산 답이 b)라고 한다면  Panel Box의내 온도에서 독립적으로 사용되는 기기의 Aging Test 조건을 만족해야 할 것이므로  해당 독립기기에 사용하는 전력이 더해져야 하고  Panel Box내의 온도가 일정한 온도 t3로 균일하게 유지되도록 해야 할 것입니다.    따라서 (15)식은 다음과 같이 수정되어야 하고  (19)식의 t2 대신 Panel Box 유지온도 t3를 적용해야 합니다.

(Panel Box 발열량 전체 Qbh) + (Testing 기기 발열량,Qth )+ (Air Chamber Heater 가열전력 Qch) = (Air Chamber 벽면 열손실 Qcl) + (Air Chamber 냉각열량 Qcc) + (신선공기 공급순환에 의해 냉각되는 열 Qac)  ......................................(15a)

Qth = (Testing 기기 전력사용용량  W * 0.86 kcal/W-h)...(20)
Qac = (Panel Box 추가 Air 환기 추가시설에 의한 냉각시 냉각열) = (환기량 m  Nm3/h)* (비열 Cp  kcal/Nm3/℃)*(공기입출구 온도차, t3-t1, ℃) ............(2)식과 동일......(19a)
 
이 경우에는 Panel Box내의 온도는 위치에 따라 거의 편차가 없도록 선풍기를 여러개 달아주어야 하고 여기서 발생되는 열도 (20)식에 포함시켜 계산해 주어야 합니다.

이때 필요로하는 Air량은 (16)~(18),(19a)식을 (15a)식에 대입한 후 m을 구하면 됩니다.

(Q38-3) 만일 (Q38-1)에 대한 답이 c)라고 한다면 a)의 방법과 유사한 방법이 사용될 것으로 보이지만 현재까지의 정보만으로는 구체적 정보들이 부족하고 측정시스템 자체에 문제가 있다고 보기 때문에 재고해야할 필요가 있다고 봅니다.
고바 moozo17   16-09-09 16:59
스테파노님이 펼치신 일부 이론에 대하여 이해를 못한부분이 있는데요?
제가 일단 스테파노님의 이론을 근거로 풀어볼게요.

열역학 "제 0 법칙" 에 의하여

A. (1) 흡입열량=(2)방출열량, 또는 공급열량=잃은열량  . 맞는가요?
    * .전력량 =열량 .    1kW=860 kcal/h

공급열량= 판넬내전기부품을 구동하기위한 공급전력량 +Aging Chamber 내 공기를 데우기 위한 히터전력량
방출열량=Aging Chamber Case( Steel 로 만들어진 외함)가 뺏어가는열량+Aging Chamber 내 공기를 식히기 위한 냉각기전력              량 + 환기열량(공기순환을 위해서 대기로 빼는 전력량) 

B. 세부공급열량 계산
    B-1. 판넬내전기부품을 구동하기위한 공급전력량 =600W*4=2400W->2.4kW*860 kcal/h=2064 kcal/h(이미정해진값)
    B-2.Aging Chamber 내 공기를 데우기 위한 히터전력량
        =Aging Chamber내 공기량(부피 2.2m*0.8*1.8=3.168 m^3*공기비중량(1.2 kg/m^3)*공기비열(0.24 kcal/kg.℃)*            승온온도차(60-20)
        =3.168*1.2*0.24*40=36.49 kcal/h?

C .세부방출열량
  C-1. Aging Chamber Case( Steel 로 만들어진 외함)가 뺏어가는열량

      * . 참고식 (대류의 열전달식)에서  q= U*S*Δt 에서
            ( q: kcal , U:열전달계수  4 kcal/m^2 ℃.h<- 단위가 맞는지 잘 모르겠습니다)
            (S: Aging Chamber Body 의 열전달면적  m^2=2.2*0.8*2+1.8*0.8*2+2.2*1.8*2=14.32,
            (Δt : 온도차(내부온도-표면온도=60-50=10도 정도  추측) 
            =4*14.32*10=572.8 kcal/h<- 단위가 맞는지 잘 ...   
 
  C-2 .Aging Chamber 내 공기온도를 낮추기 위한 냉각기 전력량
          =공기량*비열*온도차 (공기량은 부피*비중=3.168*1.2=3.80 B-2와 동일 값)
          =3.8*0.24*(70-60) (온도는 예측수치임)=9.12 kcal/h<- 단위가? ...

  C-3. 환기열량(공기순환을 위해서 대기로 빼는 전력량)

        =q/(비열*비중*온도차)  (q=실내발열량 kcal/h=윗값 B-1+B-2=2064+36.49=2100.49) <-이 식은 인터넷에서 찾                                                                                                                                          은공식입니다 .
        =2100.49/(0.24*1.2*60-20)=2100.49/11.52=182.33

    이렇게 계산되어지는데요? 그러면 FAN 의 용량 계산은요?
스테파노 Stefano   16-09-09 17:37
스테파노의 이론이 따로 있는 것이 아닙니다.  시스템을 어떻게 해석하고 있느냐만 맞으면 그에 따른 계산을 하면 됩니다.  시스템해석이 맞지 않은 채 엉뚱한 숫자계산은 쓸모없는 계산입니다.  먼저 System의 목적을 설명한 (Q38-1)에 대해 미리 답하고 나서 풀어보도록 하세요.

구체적으로 무엇을 Aging Test 하려는 것인지?
Aging Test 하려는 부품에 공급되는 전력이 따로 있는지?
Test 하려는 물건의 Test 조건이 Aging Chamber의 내부 온도인지 Panel Box의 내부온도인지?

(Aging Test시 내부 Chip의 최고 도달 온도는 측정환경 온도에서 참고로만 알아보는 참고수치로 보입니다.  맞나요?  만일 Aging 측정조건에서 부품의 온도가 원하는 온도를 초화하는 경우 설계를 바꾸든지 고가의 내열성 부품으로 교체하지 않으면 Aging Test 하고 있는 제품은 시장에 내놓을 수 없을 것입니다.  이는 Aging Chamber의 문제도 Panel Box의 문제도 아닙니다. Panel Box 내에 시험하고 있는 부품의 배치와 냉각시스템의 문제일 것으로 봅니다. 이것도 맞는이야기 입니까?)
고바 moozo17   16-09-09 18:14
네
1 .Aging Test는 Panel Box내 전체부품을 하는것 입니다 .특정부품만 하는것이 아닙니다 .
  Panel 내 공급전력은 600W*4=2400W 가 따로 공급됩니다 .

2.Test 하려는 물건의 Test 조건이 Aging Chamber의 내부 온도인지 Panel Box의 내부온도인지?
  -> 그게 아니구요 .위 1번 항과 같은 답변으로 대신하겠습니다ㅣ .
3. Chip 의 최고도달온도는 참고가 아닙니다 .  실제 표면발열온도 입니다 .
4. 이는 Aging Chamber의 문제도 Panel Box의 문제도 아닙니다. Panel Box 내에 시험하고 있는 부품의 배치와 냉각시스템의 문제일 것으로 봅니다. 이것도 맞는이야기 입니까?)
  -> 네 맞습니다 .
스테파노 Stefano   16-09-13 10:27
가까운 곳에 있는 목적치를 참으로 멀리 돌아왔습니다. 

결국
1) Aging Chamber내를 일정온도에 유지해두고 Panel Box의 내구성 실험을 하는 장치 
2) Panel Box는 2400 W(=600Wx4)의 독립전력을 사용하는 전기전자 부품으로 부하를 걸어두고 내구성 실험
3) Panel Box는 외부공기와는 통기가 단절된 밀봉된 구조이고  내장된 부품의 일부는 내부만 순환하는 Fan으로 냉각하고 있음
4) 내장부품의 특정 Chip Set에는 온도지시계가 부착되어 Aging 시험중에 온도를 나타내도록 되어 있음.

문제는 아주 간단하기도 하지만 아주 어려운 작업이기도 합니다. 

(Case A) 간단하다고 생가되는 경우에는 Aging Chamber의 온도를 특정온도 즉 60도로 균일하게 유지하기만 하면 된다는 경우이고

(Case B) 아주 어려운 작업이라고 하는 경우는  Panel Box의 외부 방열조건이 실제 사용상황과 같도록 유지하는 경우입니다. 

이중 어느 경우에 해당하나요?
     
고바 moozo17   16-09-20 19:32
네 .답장이 늦었네요 .
위에서 말씀하신
 (Case A) 와 같습니다 .
 다시 설명드리자면요 , 칩 발열온도가 120도가 됩니다 -  Aging Chamber 내에서 공기온도를 60 도로 공급할경우에 그렇 다  는 것 입니다 .

 또한  60도로 유지하는것은 어렵겠지요 .Aging Room 온도? 칩 120도와 Room 공급온도가  60도니까 그 중간지점값의 위 아래값 정도로 유지 되겠지요 .
스테파노 Stefano   16-09-13 14:53
Case A의 경우라면  공기유량 m = Qc/Cp/(t2 - t1)으로 Air 유량을 구할 때 t2=Aging Chamber 온도, t1 = Fresh Air온도로부터 계산하면 되고  Aging Chamber내의 온도를 균일하게 60도가 될 수 있도록 내부 선풍기를 많이 달아 두어야 하며 이들 선풍기에서 발생되는 열량도  냉각해야할 부하 Qc에 포함시키면 됩니다.


Case B의 경우라면 Panel Box의 외부 방열계수가 실제로 사용조건에서의 방열계수와 다르지 않도록 균일한 온도와 표면 공기유속을 유지시켜주는 일이 어려운 작업이 될 것입니다.  Panel Box 표면에서의 열전달계수는 표면의 방향과 Reynolds Number에 따라 크게 달라집니다. 

따라서 온도는 같더라도 흐름이 거의 없는 조건에서의 대류전열계수는 지극히 낮기 때문에 Panel Box내 부품의 수명일 더 짧아질 수도 있습니다.
     
고바 moozo17   16-09-20 19:43
그렇다면,
 Case A의 경우에서 , 말씀하신데로
 
  Qc =2400 W(=600Wx4)+"선풍기에서 발생되는 열량" if 
    ->선풍기 용량을 구하는 문제인데요? 선풍기 용량을 모르는데 어떻게 값을 구해서 넣나요?

Case B의 경우는 추후에 하지요 .

  * .그리구요 . 이 멜 주소좀  주실수 있어요? 일본자료ㅕ좀 보내드릴려구요 .
스테파노 Stefano   16-09-21 20:04
(1) 이전 글에서 언급한 선풍기는 Aging Chamber 내부의 온도를 위치에 관계없이 일정하게 유지하기 위한여 설치하는 선풍기 입니다.  이 선풍기뿐 만 아니라 Heater에 의해 발생되는 열량의 일정량도 별도 전력에 의해 공급되고 있다고 하면 여기서 발생되는 열도 환풍 풍량 계산에 포함시켜야 할 것입니다.   

균일 온도유지용 Fan에서 발생되는 열량은 그리 크지 않겠지만  이를 고려해서 더해주면 될 것입니다.  예를들면 이렇습니다.
Qc= Control Box 발생열량 + 선풍기 발생연랼 (예:  60 W/대*10대) + Heater 전력 예 10 kW 의 10% (가정) ......(20)

(2) Case B의 경우 Control Box의 외부방열 조건이 되는데 바람의 속도, 표면온도, 등의 결정이 먼저입니다.  바람이 잠잠한 고요한 곳의 60도보다 바람의 많은 60도에서 Control Box의 냉각이 잘 되기 때문에 부품의 상승온도는 상대적으로 낮을 것으로 기대됩니다. 

(3) E-mail 주소는 sgkim@3dsystem.com입니다. 
(자료 보내실때 메일 구별을 하기 쉽도록" Aging Chamber 참고자료"등과 같은 제목을 붙여 송부해 주세요. )
     
고바 moozo17   16-09-22 13:13
네 .
잘 알겠습니다 .
수고하세요 .그리고 자료 보내드릴게요 .
스테파노 Stefano   16-09-23 13:52
(0) 자료 잘받아 보았습니다.  계산시트에 있는 계산방법은 문제가 있는 것이지만 다른 자료들은 Control Box내의 유체흐름을 모사하여 온도프로파일을 그려보려고 한 내용은 제대로 된 방법에 해당합니다.  나름대로 열전달 계산에 대해 기술적 접근해 보려고 노력해왔던 자료입니다.    송부된 자료에서는 Aging Chamber와 관련된 사항은 전혀 언급된 바 없습니다.     

(1)에서 보내온 자료의 계산방법에 대해 설명하고 (2)에서는 계산의 문제점을,  그리고 (3)에서는 벽면 방출량을 무시한 개략 방법에 의한 환기량을 계산해 보겠습니다.

보내온 자료의 계산들은 이 게시판에서 여지껏  언급해왔던 Control Box, Aging Chamber 등을 포함하고 있는 시스템이 아니고.. 대기온도 30도에 설치된 2.3t 철판내에 설치되어 있는 발열체 열량 Q를 Panel Box 온도 60도로 유지하기 위해 불어넝어주어야 할 외기의 풍량을 계산하는 자료입니다. 

(1) 계산 수식을 살펴보자면 이는 Aging Chamber 이야기가 아니고 Panel Box만을 언급하고 있습니다.
-대기온도 30도(아마 여름철 실내 기준 온도일 것임)에 설치된 Control Box이고
-철판 벽면의 온도가 60도에서 대기로 자연대류 방열량 Qw를 계산하였고
-벽내,외부열전달계수 α1, α2와  2.3t 철판의 열전도도 λ로부터 총괄열전달계수를 계산했으며
-안전율 2, 40도에서의 공기의 비중, 비열밀도를 적용하여 풍량을 계산하였습니다.

계산에 사용한 수식:  (발열량 Q- 열발산량Qw) = (공기밀도 ρ)*(공기유량 v)*(공기비열 Cp)*(Panel 목표온도 T1 -신선공기온도 T2)...(21)
(열발산량 Qw) = (총괄열전달계수 U )*  (방열면적 A) * (Panel 표면온도 T1 - Panel밖 대기온도 T2) ..........(22)
1/(총괄열전달계수 U ) = 1/(Panel 내부 대류전열계수  α1) + (철판두께 t)/(철판 열전도도) + 1/(Panel 내부 대류전열계수  α2)..(23)
(필요할 공기순환량 V)  =  (공기유량, 21식, v) * (안전율 Sf) ......(24) 

(2)위 계산의 문제점
i) Panel 벽면의 온도가 위치에 관계없이 모두 60도가 된 상태에서 방열하는 것을 가정하고 있음
=> 공기입구부분은 차고  출구부분은 온도가 높으며 출구 온도 60도라면 입구부분 중간온도는 훨씬 낮은 온도가 되기 때문에    (22)수식을 이용한 계산은 맞지 않음.  22식은 전면적 A의 표면온도가 60도라고 가정하고 계산한 수식임.  송부된 자료의 51페이지에는 위치별로 온도가 달라지고 있는 그림을 첨부하고 있는데  계산은 엉뚱한 계산을 하고 있음)

ii) 공기유량을 계산하기 위한 수식을 계산함에 있어 공기의 물성 온도를 40도 정도로 잡은 것은 가상한 일이지만 공기유량 계산식을 보면 40도에서의 공기유량에 해당함.  취입팬(Forced Draft)이라면 이를 공급온도 30로 환산해야 하고 흡입팬(Induced Draft Fan)의 유량이라면 출구온도로 해야하며 이곳 게시판에서 언급한 조건이라고 한다면 표준상태 0도에서의 유량Nm3 단위로 계산해야 하지요.

iii) Panel 순환공기 필요유량을 안전계수 2를 적용해서 열심히 계산한 결과 0.588 m3/min가 얻어졌는데  실제로는 다시 2.55배인 1.5 m3/min의 팬으로 선정하였습니다.  따라서  (21)식에서 계산한 값 v의 5.1배나 되는 팬을 골랐습니다.

(3) 동일조건에서 필자의 계산은
아주 간단히 대략계산하기 위해 (21)식의 기호로 나타내보면
a) 공기 배출온도 T1을 목표온도 45라고 가정하여 두고... 따라서 T1 =45,  T2=신선공기온도 30도 
b) Panel 방열량은 <여유치>로 간주하여 모두 무시하고...따라서 (21)식의 Qw=0
c) 안전율은 Sf = 1.2 로 가정하고
d) 공기의 물성은 40도의 자료를 그대로 사용하기로 하되 풍량은 30도의 기준으로 산출해보면

V @ 30℃= v* (온도환산 303/313)*(안전계수 1.2) = Q/{(공기밀도 ρ)*(공기비열 Cp)*(Panel 출구온도 40 - 외기온도30)*(303/313)*1.2  .....(24a)
V를 계산하면 (500 J/s)/(1.09 kg/m3)/(1000 J/kg/K)/(온도차 45-30)*(303/313)*1.2 * 60s/min=  2.13  m3/min @30℃ 

동일 계산에서 배출온도를 50도로 하면 1.60 m3/min,  55도로 하면 1.28 m3/min,  60도로 하면 1.07 m3/h 가 됩니다.
고바 moozo17   16-09-28 17:50
제가보내드린 자료 모두 검토하셨나 보네요 .
좀 늦었습니다 .
1. 위식(24a)을 토대로 다시 정리해볼게요.

-> Q=v* (온도환산 303/313)*(안전계수 1.2) *{(공기밀도 ρ)*(공기비열 Cp)*(Panel 출구온도 40 - 외기온도30)*(303/313)*1.2  .....(24a)
  윗식에서요 ,
  질문? 온도환산값과 안전계수=>"(온도환산 303/313)*(안전계수 1.2)" 은 서로  앞과 뒤의 수식에서 있으니 서로 상쇄되지안나요?
 그러면 V= (500 J/s)/(1.09 kg/m3)/(1000 J/kg/K)/(온도차 45-30)* 60s/min=5.09*10^-4 m3/min 

2. 질문요?

  발열량?-> 전기부품이  가지고 있는 전력량(Watt) 이 만들어내는 열량 ? 맞나요?
  그렇다면 "열발산량"은요? 공기나 콘트롤판넬자체가  방출한다는 의미 인가요?

3. 그리고 위에서요 
  (발열량 Q- 열발산량Qw) -> 왜 빼주는거지요?

  * .그리고요 자료 Uploading 하는 방법좀 알려주세요 . 
 수고하세요 .
스테파노 Stefano   16-09-30 10:15
(1A)  V = v* 1.2* (303/313),  v=Q/ {ρ*Cp*Δt  의 관계로부터  V를 계산하는 수식과 v를 계산하는 수식  따로따로 만들어 보세요 

Y = a b X,  X = c Z의 관계에서 뒷식을 앞식에 대입하면    Y= a*b*X = a*b*c*Z 라고 해두고는 
계산과정에 있었던  a*b*X = a*b*c*Z  식을 거론하면서 양변에 들어있는 a, b를 상쇄한다고 생각하는 발상이 특이합니다.  상쇄하면 무엇이 얻어지나요?    계산식에서  v를계산하는 수식과 V를 계산하는 수식이 다르지요. 

(2A) <발열량?-> 전기부품이  가지고 있는 전력량(Watt) 이 만들어내는 열량 ? 맞나요? >
==>이는 필자가 역으로 질문해야 할 사항입니다.  맞습니까?  전기부품의 Wattage가 모두 Panel 내에서 발열되고 있다고 간주했던 것 맞나요?  그게 아니고 다른 발열량이 있다는 뜻입니까?  만일 그렇다고 해도 필자에에 설명되지 않으면 질문자가 답해주어야 할 사항입니다.

<"열반산량"은요?> 
==> 이것도 질문자가 여지껐 필자에게 문의해 왔었던 내용입니다.  왜 새삼스럽게 다시 질문하고 있는지 ?

(3A) <발열량 -발산량 - 냉각해야할 열량 = 0 >이라는 수식이  바로  열수지에 해당합니다.  발열량에 서 (냉각하지 않아도 스스로) 손실되는량을 뺀 열량만을 냉각하면 된다는 것이었고...

여지껏 필자가 설명한 것은 <발산량>은  <냉각해야 할 열량>계산시 고려하지 않음으로써 <여유치>로 생각해서 "빼주지 말고 계산>하라고 제안했던 것입니다.

그런데 왜 다시 갑자기 <왜 빼주는 가?>하고 물으면...

(4) 자료 Uploading하려면 새글 작성하면서 추가하여야 합니다.  이곳 게시판이 좀 무딥니다. ^^
고바 moozo17   16-10-10 12:03
답변이 늦었습니다 .
잘보고  많이 배웠습니다 .
중요한시간 내주셔셔 고맙습니다 .
수고하세요 .
스테파노 Stefano   16-10-10 19:52
질의 응답이 무슨 연속극 처럼 길게 이어져 왔지만 시스템 자체의 해석은 그리 어려운 작업이 아닙니다. 

1) 단지 Aging Test 장치라면 사용조건과 일치하는 조건을 맞추어 실험해야 할 터인데 실제 Panel의 사용조건과 다르다는 것이 고려되어야 할 사항인데 그 이유는 Panel의 방열조건이 공기의 흐름속도가 실제사용조건과 다르기 때문입니다.

2) 균일한 Panel 내 온도의 유지를 위해서는 공기의 분배가 무엇보다 중요하기 때문에 특히 과열될 수 있는 부품은 공기의 흐름이 정체되거나 방해받지 않도록 공기통로를 형성해 주기 위한 내부 부품배치 혹은 통기구를 마련해야 한다는 것이고

3) Panel 내 냉각을 위한 Fan 용량 결정은 Panel 벽면의 온도가 그리 높지 않을 것이므로 Panel 방열은 무시하고 Fan 용량을 결정하는 것이 (추가 여유를 갖기 위해) 유리하다는 것,

4) 그리고 Panel 사용조건중에서 하계절 가장 더울 때가 가장 취약한 때이기 때문에 하계절 온도를 기준으로 하여 Fan 용량을 결정해야 한다는 것

등에 주안점을 두어야 할 것으로 봅니다.  다른 의문사항이 있다면 서슴지 말고 이곳 게시판에 (다른 제목으로라도) 질문해 주세요.  성의껏 답변하겠습니다.
   

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