0 년도한국철도학회춘계학술대회논문집 KSR0S007 물류창고랙 (rack) 의설치에따른창고내부온도분포연구 Analyss of Temperature Dstrbuton around Rack n the Logstcal Warehouse 장용준 *, 김영주 **, 류지민 * Yong-Jun Jang *, Young Ju Km **, J-Mn Ryu * Abstract The nvestgaton of temperature dstrbuton n the logstcal warehouse wth rack s performed for reducton of energy consumpton usng CFD method. The sze of logstcal warehouse s mⅹ66mⅹ0m and the sze of rack s mⅹ6mⅹ9m. The total 7 racks are nstalled n the center of logstcal warehouse. The two unt coolers are employed to cool down the space of logstcal warehouse. The temperature and the velocty of cool ar from unt cooler s - and 5m/sec, respectvely. The numbers of used computatonal sell are.mllons. MPI method s used for parallel computaton. Large Eddy Smulaton method (LES) n FDS code s adopted to solve the momentum and energy equatons. Buoyancy force term s ncluded n momentum equaton. The unsteady flow characterstcs s nvestgated and hot spots are found between racks. The hgh volume low speed fan s recommended for ncrease of coolng effcency n the logstcal warehouse Keywords : Logstcal warehouse, Unt cooler, LES, MPI 초록물류창고에너지절감을위하여랙 (rack) 이설치된물류창고내부의온도분포를 CFD 기법을이용하여조사하였다. 물류창고의전체규모는 mⅹ66mⅹ0m, 랙사이즈 mⅹ6mⅹ9m 이며총 7 개의랙이창고중앙에설치되었다. 창고내부의쿨링을위하여유니트쿨러 (Unt Cooler) 를사용하여창고의온도를하강시키었다. 유니트쿨러의냉기는 -, 유속은 5m/sec 이다. 총 0 만개셀이사용되었으며, MPI 를이용하여병렬계산을수행하였다. Large Eddy Smulaton(LES) 기법을이용하여운동량방정식및에너지방정식을계산하였으며, 부력 (buoyancy force) 항이에너지방정식에포함되었다. 창고내부의비정상열유동의특징을조사하였으며, 창고중앙에랙의존재로인하여핫스팟 (Hot Spot) 이존재하는것이발견되었다. 창고내부의쿨링의효율을증가시키기위해서는고풍량저속 (Hgh Volume Low Speed : HVLS) 팬사용이고려된다. 주요어 : 물류창고, 유니트쿨러, LES(large eddy smulaton), 병렬처리기법. 서론 물류시설이지능화, 자동화되면서물류시설의에너지소비량은점점증가하고있으며이에물류시설의에너지절감은기업들에게매우중요한경영관리요인이되고있다. 특히냉동 / 냉장창고의경우판매관리비의약0%, 매출액의약 9% 를전기사용료로납부하고있다. 따라서물류센터의주에너지원인전기의사용량을절감하는기술을개발보급함으로써물류기업의경영압박을경감하고나아가국가차원의에너지절감시책에부응할필요가있다. 교신저자 : 한국철도기술연구원에코시스템연구실 (angy@krr.ke.kr) * 한국철도기술연구원에코시스템연구실 ** 한국철도기술연구원첨단물류시스템연구단
이에따라쾌적함을저해하지않으면서에너지사용량을절감할수있는에너지절감형물류시설및그체계적인관리방안이절실히요구되고있으나, 현재국내에서는에너지절감형물류시설에대한체계적인연구가진행된바없어종합적이고체계적인연구가필요하다. 박준홍등 [] 은냉동물류창고에서공조시스템설계관련하여오산복합물류센터의냉동창고내부에서의열유동형태분석및시스템설계를수행하였다. 권진경등 [] 은농산물유통센터창고내부에서양압식및음압식팬 & 패드시스템과냉방기와덕트로구성된국소냉방시스템이적용된 APC 작업장에대해 CFD 시뮬레이션을이용한열유동수치해석을수행하여냉방효과를분석하였다. Hoang 등 [] 은냉동창고에서찬공기의유동을 RANS의 k-e 모델및 RNG k-e 모델을사용하여예측하였다. Kttas & Bartzanas[] 는물류창고에서환기구형태가창고내부의열유동형태에미치는영향을실험및해석 (FLUENT k-e 모델 ) 를이용하여조사하였다. 본연구에서는국내일반적인물류냉동창고규모를대상으로창고내부에랙 (rack) 의존재에따른온도분포를조사하였다. 창고의규모는 mⅹ66mⅹ0m 이며창고의내부는유니트쿨러 (Unt Cooler) 를사용하여창고를냉동 / 냉장시켰다. Large eddy smulaton(les: 대와류모사 ) 기법을이용하여창고내부의열유동을해석하였다.. 물류창고모델및수치해석을위한조건. 본론 물류창고의모델로는 Fg, 과같이오산복합물류센터의냉동창고규모를고려하여결정하였다. 창고전체규모는 mⅹ66mⅹ0m 이며, 중앙에총 7개의랙이설치되어있다. 랙의사이즈는 mⅹ6mⅹ9m 이다. 왼쪽벽면상단에는유니트쿨러 (Unt Cooler) 개를설치하여창고내부의냉동 / 냉방을제어하도록하였다. 유니트쿨러의크기는 mⅹm 이며, m 간격으로설치하였다. 유니트쿨러에서공급되는냉기의온도는 -, 유속은 5m/sec 이다. 유니트쿨러반대편벽에는환기를위하여외부로배출되는환기구 (mⅹm) 개를설치하였다. 물류창고외부의온도는 5 로유지되는것으로가정하였다. Fg. Oh-San Complex Logstcal Warehouse wth Rack
Z Y 6m m 66m 9m Velocty=5m/s Temperature=-'C 0m.5m m m m.5m m Fg. Schematc dagram for logstcal warehouse model. 수치해석기법및해석 Code 본연구에서수치해석을위한 Code로 NIST에서개발한열유동해석프로그램인 FDS(Fre Dynamcs smulator) 를사용하여연구를수행하였다. FDS는 LES(Large Eddy Smulaton) 기법을사용하여난류를해석하고있으며, 본연구와같은저속유동에서대규모와류가발생하는해석에강점을보인다. 수치해석을위한격자의크기는 McGrattan et. Al. [5, 6] 의제안에의하여결정하였다. 격자크기를 0.5m로적용하였을때, 총격자수는약 0 만개이다. 해석의효율을높이기위해총 6개의해석영역으로나누어병렬처리기법으로해석을수행하였다. 사용된 OS는 LINU이며, 사용된 CPU는 Intel.0 GHz Dual Core CPU 6개를사용하였다. 본연구에서는난류계산을위해다음과같이 Naver-Stokes eq. 을필터링하여해석한다. Du Dt DP Dx x u v x u x () u u u u () 여기서 는 sub-grd scale(sgs) stress이다.
kk t S () S u x u x () 여기서 t 는모델링이되어야하며 FDS에서는다음과같은일반적인 Smagornsky model을사용하고있다. 여기서, ( ) S (5) t C s S ( S S ) (6) ( xyz) (7) 그리고 FDS 의 default 조건으로 C s =0.를사용하였다.. 수치해석결과및고찰 Fg 은 t=500초에서유니트쿨러가있는단면에서의온도분포도를보이고있다. 500초가지났음에도불구하고유니트쿨러에서나오는냉기가반대편벽근처는물론이고창고중앙까지에도잘미치지못하고있다. Fg 는물류창고중앙단면에서의유동형태를나타내고있다. 유니트쿨러가있는벽면쪽에서는활발하게냉기가창고내부의공기와혼합되고있지만반대벽면으로갈수록혼합의모멘텀이줄어들어상대적으로조용한유동의형태를볼수있다. Fg 5는 Fg 와동일한단면에서온도의분포를보이고있다. 유니트쿨러근처에서는냉기의분포가분명하지만반대벽면으로갈수록온도가상승하고특히랙과랙사이에서는다른지역보다고온이유지되고있는것을확인할수있다. 이는랙이냉기의유동을방해하고있기때문인것으로판단된다. Fg 6는 t=500초에서 6 를유지하는등온도표면분포를보이고있다. 앞에서도지적했던것처럼창고중앙의랙의존재는냉기의활발한혼합을방해하는것으로판단된다. Fg 7는유니트쿨러가설치된벽근처와창고중앙의랙과랙사이의온도분포를비교한것이다. 랙과랙사이에핫스팟 (hot spot) 이존재하여이곳의온도가유니트쿨러근처의온도보다평균 이상높은것으로조사되었다. 이는랙과랙사이로냉기의유동이활발하지못하기때문인것으로판단되며, 랙에저장된냉동식품에영향을미칠수있을것으로사료된다. 따라서이러한창고내부의핫스팟제거및냉방의효율을높이기위해서는창고천장에고풍량저속 (Hgh Volume Low Speed : HVLS) 팬의설치가권장된다.
Z 0 8 6 0 0 0 0 0 0 50 60 TMP 5. 7.8. 0.6 7. 9.8 6..6 - Fg. Temperature dstrbuton n the surface of unt coolng n the logstcal warehouse Y Z Fg. Velocty vector dstrbuton n the md-surface of logstcal warehouse wth rack Y Z TEMP 5. 7.8. 0.6 7. 9.8 6..6 - Fg. 5 Temperature dstrbuton n the md-surface of logstcal warehouse wth rack
Fg. 6 Iso-surface of temperature(6 ) n the logstcal warehouse wth rack Temperature('C' 6 0 8 6 Temperature('C' 6 0 8 6 56 5 5 6 6 56 5 6 5 6 5 6 6 5 0 0 00 00 00 00 500 Tme 0 0 00 00 00 00 500 Tme Fg. 7 Temperature dstrbuton wth ncreasng tme n the logstcal warehouse wth rack. 결론국내일반적인물류냉동창고규모를대상으로창고내부에랙 (rack) 의존재에따른온도분포를조사하였다. 창고의규모는 mⅹ66mⅹ0m 이며창고의내부는유니트쿨러 (Unt Cooler) 를사용하여창고를냉동 / 냉장시켰다. Large eddy smulaton(les: 대와류모사 ) 기법을이용하여창고내부의열유동을해석하였다. 유니트쿨러근처에서는활발한냉기와의혼
합으로인하여저온을유지하는반면랙과랙사이에서는냉기의혼합이활발하지못하여핫스팟이존재하며상대적으로고온이유지되는것으로조사되었다. 창고내부냉방의효율을증대시키기위해서는창고상단부에고풍량저속 (Hgh Volume Low Speed : HVLS) 팬의설치가권장된다. 참고문헌 [] 박준홍, 박석호, 진형재, 김대인, 조종선 (0) 냉동물류창고에서의공조시스템최적설계, 대한설비공학회 0 하계학술대회발표논문집, pp. 657~66. [] 권진경, 이성현, 문종필, 이수장, 김경원 (00) 농산물산지유통센터작업장의냉방설계를위한 CFD 시뮬레이션적용, Journal of Bo-Envronment Control, 9() pp. 95-0. [] Hong, M. L., Verboven, P., De Baerdemaeker, J., Ncola, B.M.(000) Analyss of the ar flow n a cold store by means of computatonal flud dynamcs, Internatonal Journal of Refrgeraton, pp. 7-0. [] Kttas, C., Bartzanas, T., (007) Greenhouse mcroclmate and dehumdfcaton effectveness under dfferent ventlator confguratons, Buldng and Envronment, pp. 77-78. [5] Mcgrattan, K. B., Klen, B., Hostkka, S., Floyd, J. (007) Fre Dynamcs Smulator Verson 5 User's Gude, NIST Specal Publcaton 09-5, pp., [6] Mcgrattan, K. B., Baum, H.R., Rehm, R.G.(998) Large eddy smulaton of smoke movement, Fre Safety Journal 0 (), pp. 6-78.