이 항목의 지침은 AEC 모형의 세 가지 주요 분류인 기계, 자연 및 외부 환기 모두에 적용됩니다. 그러나 흐름 경계 조건은 응용 사례 유형마다 다르며 해당 응용 사례 항목에 설명되어 있습니다.
개요
해석의 목표가 모델링된 공간 전체 및/또는 구성요소나 점유자의 온도 분포를 이해하는 것인 경우 열 경계 조건을 적용하십시오. AEC에는 그 밖의 여러 가지 열 전달 관련 목표가 있을 수 있으며 여기에서는 일반적인 몇 가지 예만 다룹니다.
- 열 생성 및/또는 제거
- 열 계층
- 부력 구동 흐름
- 입구 및 기타 개구부의 공기 온도
- 온도에 따른 열 교환(필름 계수, 복사)
- 지정된 열 교환(일조 하중, 난방 시스템)
기본 접근 방식
열 경계 조건을 사용하기 위한 첫 번째 단계는 모형 내의 알려진 상태를 이해하고 나타내는 것입니다.
- 각 입구 표면에 알려진 온도를 지정합니다.
- 열을 손실하는 각 부품에 열 생성 경계 조건을 지정합니다. 이러한 부품의 예로는 히터, 전자 장비, 조명, 기계 및 사람이 있습니다.
- 필름 계수, 복사 및 온도와 같은 경계 조건을 내부 공기 체적만 포함하는 모형의 외부 표면에 지정합니다. 이러한 조건은 벽 및 창과 같은 외부 요소를 통해 에너지가 공간으로 유입되거나 빠져 나갈 수 있도록 합니다.
이러한 경계 조건에 대한 추가 일반 정보를 보려면 경계 조건 항목을 참조하십시오.
표면 기반 열 경계 조건
내부 환경 조건만 포함하고 외부 환경 조건은 생략한 모형의 경우 필름 계수, 복사 및 온도와 같은 경계 조건을 외부 표면에 지정합니다. 이러한 조건은 벽 및 창과 같은 외부 요소를 통해 에너지가 공간으로 유입되거나 빠져 나갈 수 있도록 합니다.
일반적으로 적용되는 표면 기반 열 전달 조건에는 온도, 필름 계수, 복사 및 열 플럭스가 포함됩니다.
외부 표면 또는 억제된 부품에 인접한 표면에만 표면 경계 조건을 적용합니다. 이러한 부품은 한쪽에서 메쉬된 체적과 접하고 다른 쪽은 접하지 않습니다.
예를 들어 건물의 벽, 지붕, 창이 메쉬된 경우 외부 표면 주위에 표면 열 경계 조건을 지정합니다.
그러나 벽, 지붕, 창이 억제된 경우(메쉬되지 않음) 내부 공기 체적과 접하는 억제된 벽의 표면에 표면 열 경계 조건을 지정합니다.
체적 기반 열 경계 조건
체적 기반 열 경계 조건은 단위 체적 기준으로 또는 전체 기준으로 모형에 열을 적용합니다.
열 생성 경계 조건을 사용하여 열을 생성하는 구성요소에서 손실되는 열을 모델링하십시오. 다음과 같은 예를 들 수 있습니다.
- 사람 또는 사람 모임
- 일반적인 값은 1인당 100W입니다.
- 서버
- 일반적인 값 범위는 41U 랙당 10-15kW입니다.
- 앞으로는 더 높은 하중이 예상됩니다.
- 장비, 기계 및 조명:
- 총 전력 소모량이 아닌 열로 손실되는 전력을 지정합니다.
- 예를 들어 25% 효율의 LED 라이트 조립품은 공급된 전력의 75%를 열로 손실합니다.
- 조리 장비
- 가열기
- 냉동 장비
- 모형에서 열을 제거하려면 음수 열 생성 값을 사용합니다.
선택 모드를 체적으로 설정해야 합니다(마우스 오른쪽 버튼을 클릭하고 선택 유형으로 체적 선택).
AEC에서 자주 사용되는 표면 기반 경계 조건
필름 계수
주변에 대한 열 전달을 시뮬레이션하려면 주변 환경을 실제로 모델링하지 않고 외부 표면에 필름 계수 경계 조건을 적용합니다. 이 값은 다음과 같이 물리적 장치를 둘러싼 공기에 따라 다릅니다.
- 공기가 정지해 있는 경우 5W/m²K 값을 사용합니다.
- 공기가 이동하는 경우 20W/m²K 값을 사용합니다.
- 참조 온도 = 주변 온도를 사용합니다.
전달되는 열의 양은 필름 계수의 크기와 지정된 참조 온도 및 표면의 결과 온도 간 온도 차이에 따라 달라집니다.
체적을 통한 전도와 표면의 대류를 모두 고려하려면 억제된 벽, 창, 지붕의 내부 표면에 필름 계수 경계 조건을 지정하십시오. 벽에 대한 R 값 또는 창에 대한 U 요인의 역수인 값을 지정하십시오.
- 총 유효 R 값 R19를 사용하여 벽을 시뮬레이션하려면 필름 계수 0.05 BTU/ft²/h/R을 적용하십시오.
- U 요인 0.30을 사용해서 창을 시뮬레이션하려면 필름 계수 0.30BTU/ft²/h/R을 적용하십시오.
필름 계수는 온도 차이를 기반으로 하므로 화씨와 랜킨 사이의 절대 오프셋이 방정식을 벗어나며 단위 BTU/ft²/h/R 및 BTU/ft²/h/F를 바꿔서 사용할 수 있습니다.
온도
온도를 사용하여 하나 이상의 표면에 알려진 균일한 온도를 지정할 수 있습니다. 일반적인 응용 사례는 다음과 같습니다.
- 개구부의 온도
- 알려진(및 고정) 외부 벽 온도
- 알려진 온도에서 작동하는 억제된 부품(예: 복사 패널, 라이트, 파이프 또는 기계).
방사
복사 경계 조건을 사용하여 모형 외부에 있는 임의 흑체와의 열 교환을 모델링할 수 있습니다. 복사 조건은 필름 계수처럼 작동하며, 온도 차이에 따라 모형에 열을 추가하거나 열을 제거합니다. 복사 경계 조건을 사용하기 위해 복사 솔버를 호출할 필요는 없습니다.
건축 응용 분야에서 복사 경계 조건을 사용하는 일반적인 경우는 밤하늘로의 열 손실을 시뮬레이션하는 것입니다. 구름이 없는 선명한 밤하늘의 온도는 -40°F만큼 낮을 수 있으며 관련 방사율은 0.3입니다.
열 플럭스
열 플럭스 경계 조건을 사용하여 외부 면을 통한 열 추가 또는 거부를 모델링할 수 있습니다.
건축 응용 분야에서 열 플럭스 경계 조건을 사용하는 일반적인 경우는 태양열 솔버를 실행하는 대신, 태양열 로드를 모델링하는 것입니다. 직접 오버헤드 노출(약 910W/m²K)의 태양열 로드를 시뮬레이션하려면 150-300W/m² K 범위의 열 플럭스 값을 지정하십시오. 이 범위는 재료 마감, 반사 및 대기 중 장애물을 고려한 것입니다.