본 연구에서는 생활환경에 삶에 질이 높아짐 에 따라 친인간 위주의 건물, 가전, 자동차, 우주항공 등 산업 전반에 걸친 친환경, 친인간 위주의 생활환경 개선 필요에 따르는 수요의 요구가 증가되고 있다.
쾌적한 환경을 통하여 인간에 감성만족을 실현하고 그로 인하여 인간의 삶에 질의 향상을 목표로 시장의 요구에 따라 연구를 시작하게 되었다. 산업 각 분야에 정확한 풍량 측정을 통해 얻어지는 효과는 생각보다 많은 효과를 기대 할 수 있다. 그 예로 자동차의 경우 조용하고 쾌적한 자동차 내부 공기조화를 통해 좁은 공간에서 머무는 동안 개개인의 선호 조건을 만족시키기 위해서 생각보다 많은 어려운 문제를 해결하여야 한다. 하지만 자동차 공조관련 연구소들은 자동차의 특성상 좁은 공간과 제한된 조건에서의 개개인의 환경조건을 만족시키기 위하여 많은 전문 연구 인력과 비용을 투자하며, 연구개발에 힘쓰고 있다.
자동차 뿐 만 아니라 사무실, 가정, 비행기, 철도, 건설장비 기타 산업현장 등 일일이 열거 할 수 없을 만큼 인간이 있는 장소 또는 인간이 원하는 동물이나 물질 어떤 장소 든 여러 가지 이유로 필요에 의하여 공기조화를 이용한 환경제어를 해야 한다. 이때 공기조화를 하기 위해서는 열에너지의 전달은 결국 유체역학에 의한 전달이 필연적이라 할 수 있다. 결국 공기조화(HVAC)을 위해서는 풍량제어는 뗄 레야 뗄 수 없는 필연적 관계이다. 그렇기 때문에 원하는 곳까지 열전달을 하려면 열매체인 공기에 의하여 열전도나 전달에 의한 방법이 있어야만 가능하다.
특히 일반적으로 강제 순환에 의한 공조 시 풍량 제어를 잘 해야만 원하는 곳의 공조를 잘 할 수 있기 때문이다. 그때 원하는 곳의 공조 조건을 개인의 선호하는 온·습도 등 공조조건의 제어를 하기 위해서는 풍량의 제어는 반드시 병행 되어야만 가능하다. 쉽게 예를 들어 자동차나 비행기에서 개인이 원하는 풍량을 조절 하므로써 개인의 성향에 만족하는 조건의 환경을 제한적인 범위 내에서 조절이 가능하도록 되어 있는 경우가 많다.
요즘 대류에 의한 즉, 대류에 의한 열교환 어디든 무엇을 위하든 공조 시 요구되는 풍량을 계측으로서 필요 풍량 을 설계 할 수 있기 때문에 궁극적 목적에 달성 하기 위해서 풍량 측정은 필수적이라고 할 수 있다.
흔히 풍량 측정을 잘못 이해하는 경우가 많다. 공기는 점성유체의 특성을 가지고 있다. 공기가 흐르는 덕트 또는 관로의 내부 단면의 위치에 따라 유속이 다르게 나타난다. 이와 같은 영향으로 덕트 또는 팬의 토출 시에는 필연적으로 경계층 영향으로 유체박리 또는 와류현상을 초래하여 평균유속에 의한 풍량의 측정은 토출 직후의 공기 유속이 모두 불균일 속도분포를 가지고 있다. 이러한 이유로 일반적으로 중 대형 풍량의 팬 등에서는 풍량을 측정하기 위해서는 멀티 노즐의 방식을 사용하든가 또는 토출구에 피토관에 의한 다점 측정을 한 후 다시 유속을 평균화하여 풍량으로 환산하여 사용하는 방법이 일반적이다.
간이적인 방법으로는 열선 센서 또는 풍속계 등을 사용하여 유량을 추정 계산하는 방법을 사용하고 있으나 공기의 특성으로 인해 풍량의 정밀 측정은 불가능하고 또한 복잡한 구조 형상을 가지거나 점성 경계층 영향으로 불균일 유속분포 개소의 풍량의 정밀 측정은 불가능하다. 특히 미소한 풍량을 가진 소형의 팬 등의 풍량측정에는 더더욱 어렵게 되어 이들 분야에 대한 정밀 측정을 필요로 한다.
공기유동을 살펴보면 팬 등에서 토출되는 공기의 유속은 경계층은 물론 유동 전후부의 조건의 영향을 받아 전부 유속의 분포가 불균일하여 Anemometer Probe에 의한 단일 측정점의 유속 측정으로는 정밀 유량의 측정이 불가능함을 알 수 있다.
이 원인은 토출부 토출 직후의 공기 유속이 모두 불균일 속도분포를 가지기 때문이다. 반면에 노즐장치를 이용한 풍량 측정 방법을 이용하게 되면 균일한 풍량을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 성능측정 범위가 넓으며 여러 개의 노즐을 열고 닫는 노즐의 조합으로써 풍량의 다소에 관계없이 정확한 성능측정이 가능하게 할 수 있는 장점을 가지고 있다.
반면에 표준 ANSI/ASHRAE 규격을 이용한 풍량 측정 장치는 이동성에서 매우 불리한 크기가 크고 무게가 무거우며 가격도 고가이다. 하지만 건축물에서 실내공기조화 및 환기장치의 공기덕트 등의 풍량은 신속, 간단하면서도 정밀하게 측정되어야 한다. 위와 같은 이유를 통하여 이동형 풍량측정장치의 필요성이 대두되었다.
기본적으로 풍량(Q = V x A)은 풍속에 풍속을 측정한 부분의 단면적을 곱하여 간단하게 측정 하는 것으로 알고 있다.
물론 틀리거나 잘못된 내용은 아니다. 하지만 정확한 풍량 측정을 위해서는 균일한 풍속조건에 측정 부 단면의 면적을 곱하는 것이 매우 중요하나 불행하게도 풍속의 균일성을 담보 할 수 없기 때문에 측정 부 단면의 면적(A)가 정확하여도 풍량(Q)를 신뢰 할 수 없는 것이 대부분이라 할 수 있다.
이유는 앞에서와 같이 균일한 풍속을 만드는 조건이 구조적으로 복잡한 물리적 방법이 뒤따르기 때문이다. 그 방법은 ASHERA 1999-56에서 자세하게 제안하고 있다.
다행히 현재의 문제를 파악한 일부 제품에는 평균풍속을 취하는 방법과 적절한 이격거리를 두어 평균풍속을 측정하여 주어진 현장에서 오차를 최소화 하려는 노력이 반영된 측정 장비도 있다. 그러나 관련분야 전문가라면 현재의 많은 방법이 이론적 실질적 문제를 안고 있다는 사실을 알고 있다. 그러나 현실적 문제 또한 잘 알고 있기 때문에 결과에 대하여 큰 비중을 두지 않는 게 현실이다. 그러나 현대사회는 위에서도 언급하였듯이 날로 높은 기술수준을 요구함에 따라 산업현장 곳곳에서 문제를 제기하기 시작하였다. 그래서 결국 정확한 값을 알기에는 역부족인 관계로 본 연구에서 제안하는 방법은 풍속을 균일성 확보를 위하여 조임기구인 노즐을 이용하고 노즐에 의한 정압손실을 보조 팬을 이용하여 보상하는 ASHRAE 표준에 기본 원리를 따르며, 단지 이동이 가능하도록 하기위하여 전체적 크기와 무게를 획기적으로 줄임으로서 기존의 풍속계에 의존하던 풍량 실험을 정밀한 측정을 할 수 있도록 하는 연구를 통하여 시도하였다.
그 결과 정밀 풍량측정의 인자인 온도, 습도, 대기압, 노즐형상 등 많은 환경변수를 측정 할 수 있었고 각각의 계측장치들도 정밀도를 유지하면서 체적과 무게를 최소화 하여야 했으며, 그 결과 정밀한 풍량을 측정 할 수 있는 연구 결과를 도출하게 되었다.
즉, 기존의 ASHRAE 기준을 최대한 지키며 풍량측정에 영향을 미치지 않는 범위에서 본체의 크기와 무게를 휴대와 이동이 가능하도록 구현하는 기술이 본연구의 목적이며, 그 결과에 대한 연구 결과이다.
표준을 최대한 따르면서 이동 및 휴대가 가능하도록 연구개발 전과 달리 현재는 반도체와 센서기술의 발달로 크고 무거울 수밖에 없는 현실을 새로운 기술과 제한적 범위에서 노즐과 노즐의 이격거리 등 규격을 반하여도 풍량 측정에는 영향이 0.5%이하 인 것 을 연구 결과를 통해 확인 할 수 있었다.
풍량 측정의 0.5%의 오차는 표준 방법과 같은 결과이며, 그 원인은 아래와 같은 것으로 확인되었다. 온도, 습도, 대기압, 차압계 및 면적 측정을 위한 마이크로미터 등의 자체오차(절대)를 감안할 경우 0.5%의의 오차는 필연으로 있을 수밖에 없는 것을 공식에서와 같이 확인 할 수 있다.
물론 노즐이 작아질수록 계측센서 들 중 특히 마이크로미터 의 절대 오차 값은 변화가 없기 때문에 노즐이 작아질수록 오차는 커질 수밖에 없다는 것을 연구 결과를 통해 알 수 있었다. 개선 방법으로는 0.5%를 유지하기 위하서는 지름 6 mm이하 크기의 노즐에서는 면적계산용 측정기를 +/- 0.001 mm 이상의 계측기를 사용하여야 한다는 연구 결과를 알 수 있었다.
추후에는 본 연구가 완료된 이후 개발된 이동형 풍량계를 통하여 기존의 건물에 설계풍량과 실제풍량에 대한 차이를 확인하기 위한 추가 연구를 진행이 필요할 것이라 사료된다.

지금까지 일반적으로 간이식으로 이루어진 풍량측정은 풍속계를 기본으로 한 방법을 주로 사용하였다. 풍속계로 풍속을 측정하여 풍량으로 환산하여 사용하였던 것은, 덕트 및 후드의 저항에 의한 손실을 무시하였으나, 본 연구를 통하여 현장에서도 정확한 풍량측정이 가능한 이동형 풍량계를 고안하였으며 관련된 내용은 다음과 같다.
풍량은 연구 내용에서와 같이 대단히 많은 변수와 구조적 기술적 어려움이 있으나 그런 어려움을 현대 IT기술과 30년의 실무경험을 바탕으로 본 연구를 통화여 기술기반의 기초를 다지는데 일익을 하고자 본 연구를 하게 되었습니다.

Due to improvement of living environment, demand for improvement in the overall industry such as buildings, home appliances, cars, aircraft is being increased to human friendly and environment friendly.
Effects from accurate air flow measurement in overall industry can be expected more. For an example, in the car, many solutions have to be provided to bring comfort and quiet environment to each passengers in the car through internal HVAC control until reaches to satisfactory level.
Technical centers in car industry invest for professional engineers and equipment to satisfy this requirement.
Not only cars but also other industries ad areas such as office, house, train, construction equipment, environment control through HVAC( heating, ventilation and air conditioning) is required for human and animals.
To control HVAC, heat energy transport will be done by means of fluid dynamics. Therefore flow control in HVAC is essential. To transport heat energy to desired area, transfer media such air is required.
Accurate air flow control in forced circulation of HVAC control is required to achieve desired temperature and relative humidity control in satisfactory level. In a car or aircraft, individual control of air flow rate is provided for each passengers.
Flow rate should be measured in HVAC control to design HVAC system. Flow rate measurement can be easily misunderstood. Air has the characteristic of viscous fluid. Flow velocity is various in section of air flow duct or air flow piping.
Due to the effects of the boundary layer, separation of fluid or a vortex phenomena may be caused when discharging the air from the duct of piping, and thus, when measuring the air volume by the average velocity, air velocity distribution just after discharge is not uniform.
Therefore, in general, flow rate measurement in medium size and large size fan can be achieved by multi-nozzle type or pitot tube type in multiple points to calculate air velocity to convert flow rate.
For simple measurement, hot wire sensor or anemometer can be used to calculate flow rate. But it is difficult to convert the flow rate precisely with these methods because of non-uniform velocity distribution of airflow.
Furthermore, flow rate measurement if small size fan is more difficult and precise measurement is required.
On the other hand, the nozzle type flow rate measuring has advantages over other types of flow rate measurement because that can be used for measuring a wide range of flow rates with high accuracy through combinations of various sizes of nozzles.
Flow rate measuring device conforming ANSI/ASHRAE is relatively big and high price. But the air flow rate of air ducts or ventilation systems inside building needs to be measured quickly, easily and precisely.
For these reasons, the necessity of portable airflow meter has emerged.
Flow rate can be obtained by simply multiply velocity by area. (Q = V x A) But for accurate flow rate measurement, uniformed velocity should be used.
In many cases, uniformed velocity can not be obtained and thus flow rate calculation can not be reliable. ASHRAE 1999-56 introduced multi-nozzle flowmeter for accurate measurement. But often simplified method is used aforementioned reasons and caused inaccurate result of flow rate.
In this study, airflow rate measurement in the field has been studied to develop a portable small-scale airflow meter.
Transport of air is essential for maintaining indoor thermal comfort and manufacturing process in industry. To verify whether air is supplied as designed, on-site airflow measurement is important.
To measure airflow rate accurately, a stationary multi-nozzle airflow measurement system conforming ANSI/ASHRAE standard 51(1999) has been constructed and used for this study.
Currently, the most widely used airflow measurement devices used in the fields are vane type, hot wire type and hood type floemwters.
When those devices were connected to the stationary airflow meter, large errors were caused by conversion of airflow rate by center velocity and flow resistance caused by measurement devices.
A portable, small-scale multi-nozzle flowmeter with exit pressure control has been developed in this study, which solved the problems inherent in the conventional flow meters. When this portable air flowmeter was tested with stationary airflow meter, the average error was 0.93%, which was much lower that the conventional airflow meters.