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  탱크의 열손실/열유입 계산 관련 문의
  글쓴이 : 설계쟁이   고유ID : skymanggo     날짜 : 20-09-15 15:17     조회 : 64    
안녕하세요. 저도 이번에 탱크의 열손실 계산식에 대해서 공부하고 있는 설계사 입니다.
(현재 Tank Heat Loss Sheet를 만들고 있는 중)
저랑 비슷한 고민을 하고 계신거 같아서 글 남겨봅니다.
또한 해당 데이터를 보니, 제가 가지고 있는 계산시트와 동일하네요. ㅎㅎㅎ
일단 제가 공부하면서 정리된 사항을 공유드리면 다음과 같습니다.

1. 해당 Sheet는 Heat Loss만 계산되도록 만들어진 계산식으로 올려주신 Data(Heat Gain)으로 계산시 맞지 않습니다.
2. 해당 Sheet는 S사에 의해서 만들어진 Sheet로, Storage Tank만 계산되도록 만들어진것이며, 또한 Internal Coil & 자연 대류(Agitator 없는 Tank)로 계산되도록 되어 있습니다. 또한 해당 Internal Coil은 Horizontal 형태로 구성된것으로 계산하도록 되어 있습니다.
3. 해당 Sheet에서 hc/hi 구하는 식을 보완이 필요합니다. hc식은 ASTM C680 참고.

<질문 사항 답변>
1. 앞에서 언급된 바와 같이 Heat Loss를 계산하도록 만들어진 계산식으로, Heat Gain을 계산하도록 Modify 하실경우 계산값이 이상하게 나옵니다. (제가 해보다가 이상해서 포기했음;;)
2. 벽 두께와 전도도를 누락되어도 계산해되 되나, 정확도가 떨어질 수 있습니다. (영향 미비함)
3. 해당 Sheet 기준(Heat Loss) 기준으로 간단하게 설명드리면,
- ts : Insulation Surface Temperature
- tw : Wall Surface Temperature
- hi : Inside Film Coefficient
- r_i : Insulation layer Thermal Resistance
- hc : Forced Conv. at Oustide Wall by Wind
- hr : Radiation from Wall to Surround
- ho = hc + hr (Outside Film Coefficient)
- 산정하는 규칙이나 수식은 앞에서 언급된 S사 메뉴얼 입니다.
하지만 옛날 방식으로 일부 보완 사항은 필요해보입니다.

스테파노 Stefano   20-09-16 17:08
(1a) Conduction인경우 Heat Loss와 Cold Loss(Heat Gain)은 Vertical Plate, Horizontal Plate 구분없이 완전히 동일한 열전달 수식이 사용됩니다.

(1b) 대기중에 노출된 Vertical Plate의 경우 Convectional Coefficient는 Heat Loss나 Cold Loss는 완전히 동일한 수식이 사용되기 때문에 "계산이 이상하게 나온다는 것"은 아마 부호 계산이 반대로 되었을 가능성이 있습니다.

(1c) 공기중에 노출된 평면에서의 Convectional Coefficient는 Vertical Plane과 Horizontal Plane의 값이 크게 차이가 납니다.  따라서 엄밀한 계산이 필요하다면 수직평면, 경사진 평면, 수평면으로 나누어 별도로 계산후 이를 합산해야 합니다.

(1d) Vertical Plate Heat Loss와 Cold Loss(Heat Gain) 전열계수는 완전동일하고 부호만 다름을 (1b)에서 설명하였고 마찬가지로
Upper Surface Hot Plate와 Lower Surface Cold Plate 는 부호만 다를 뿐 완전 동일 열전달계수 수식을 적용하며,
Lower Surface Hot Plate와 Upper Surface Cold Plate 도 부호만 다를 뿐 완전 동일 열전달계수 수식이 사용됩니다.

(세부사항이 궁금하시면 Incropera 등이 저술한 "Fundamentals of Heat and Mass Transfer" pp 571-579를 참조하세요.)
루피 bottleway   20-09-18 12:28
감사합니다. 저도 계속 파헤쳤는데 hc값과 hi값을 구하는 수식은 도통 맞는식을 찾기가 어려웟습니다.ㅠㅠ
(원글에 스테파노님께서 주신 링크도 봤던곳인데 hc값이 차이가 있더군요)
말씀해주신 ASTM 참고해보도록 하겠습니다.
말씀해주신것처럼 탱크의 두께도 분명 고려해야하는데 그부분은 영향이 거의 미비해서인지 고려하지않고 진행을 하더군요.
insulation layer의 열저항도 두께/전도계수 로 나눈 값에 무언가 보정치를 주었을것 같은데 이부분도 역시나^^;;

주어진 결과를 보고 유추할 수 있는것은 insulation이 매우 지대한 영향을 주는구나.. 정도였습니다.

스테파노님께서 주신 답변과 설계쟁이님께서 주신 답변 참고하여 한번 더 파헤쳐 보도록 해보겠습니다.
스테파노 Stefano   20-09-20 03:38
보온이 되어 있는 기기의 열손실계산에서 기기 내부의 대류 전열계수나 기기 재질의 열전도도, 두께 등은 보온재료의 열전달계수와 보온재 표면의 대류전열계수에 비하여 현저히 크기 때문에 이들의 열저항은 무시하여도 계산 오차는 그리 크지 않아서 무시하고 계산하는 경우가 많습니다.   

엄밀한 계산의 경우에는 열손실 방향에 따른 효과 대기의 흐름효과 등의 영향이 오히려 더 크기 때문에 그에 따른 계산의 정확도를 더 높여줄 필요가 있다고 봅니다.
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