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대변기 세척성능 인증실험 대체를 위한 CFD해석 기술개발

2021년 8월 24일자로 대한민국정부의 환경부에서는 장관고시로 "대변기 사용수량 및 세척성능 시험 방법"이 개정 되었습니다.

대변기의 세척성능 인증을 위한 시험항목에서 사용되는 대응 오물은 플라스틱 구형입자 100개와 고밀도폴리에틸렌 재질의 원주형 디스크 2,500개를 변기 내 집어넣고, 물을 내려 변기에 남아있는 불과 입자의 수를 파악하고, 9m 길이의 오수관을 통과하여 배출된 볼의 수 등을 확인하는 것 입니다.

이때 사용된 세척수의 양은 6리터 이하를 사용해야 하며, 이 실험을 통해 대변용 변기의 세척성능을 만족하는 제품에 한하여 "친환경" 환경부 표식을 부착할 수 있도록 변경되었습니다.

1.대변기 사용수량 및 세척성능 시험 방법(개정 2021년 8월 24일, 환경부장관)

1.1 대용 오물

1) 볼(Ball):지름 19mm, 밀도 0.91g/cm3인 폴리프로필렌 재질의 구형 입자

2) 입자(Granules):지름 4.2mm, 두께 2.0mm, 밀도 0.95g/cm3인 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 재질의 원주형 디스크

1.2 대변용 세척성능 시험

1) 볼배출 및 이송성능 시험: 볼 100개를 넣고, 수세 후에 변기 내에 남아 있는 볼의 수 및 오수관을 완전히 통과하여 배출된 볼의 수

2) 입자 배출 시험: 입자 65g(약 2,500개)을 한번에 넣고, 수세 후에 변기 내에 남아 있는 볼의 수

2. 환경표지 인증기준 대변기(toilet bowl, EL223:2021)

2.1 물 사용량: 사용수량은 6.0 L 이하이어야 한다.

2.2 대변용 세척성능 기준


a : 오수관 밖으로 완전히 배출된 수를 말한다.

b : 볼 배출의 경우 3회 중 2회에서 모두 배출되면 잔류가 없는 것으로 본다.


환경부 고시 변경된 대변기 세척성능 시험방법 도식도



​당사에서는 Siemens Simcenter STAR-CCM+ V2020.2를 사용하여 변기내 각각의 대용오물을 투입한 후 CFD 해석을 수행하였다.

이때 DEM 모율을 함께 사용하여 대용 오물들끼리의 상호작용, 대용오물과 변기와의 상호작용, 대용오물과 세척수와의 상호작용 등을 모두 고려하는 Multi-physics 해석을 수행하였다.

CFD해석 방법과 초기물성값 등은 제시된 자료를 이용하여 적용하였다.

사용된 세척수의 양은 6리터로 제한하였으며, 세척수 유입구를 통해 변기 내 공급되는 유량은 아래와 같이 시간에 따라 별도로 측정된 값을 활용하였다.




대변기 세척성능 시험 대체를 위한 CFD 해석 초기조건

CFD 해석은 아래 그림과 같은 하이브리드 격자를 사용하였다.



CFD 해석을 위해 STAR-CCM+에 적용한 하이브리드 격자