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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 윤린
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 한밭대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수9
이 논문의 연구 히스토리 (7)
2013
2012
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수온차 냉·난방 시스템은 물의 온도차 에너지를 이용하는 것이다. 우리나라는 댐용수 및 정수장 내의 풍부한 수열원이 미활용 에너지로써 근간을 이룬다. 수열원을 이용하는 히트펌프 방식을 선정하여 보다 효과적인 에너지 절감을 기대하고 있다. 현재 정수장에 설치되어 있는 수열원 히트펌프는 수온차 열원의 특성을 반영하지 않기 때문에 그 성능이 현저하게 떨어진다. 에너지 절감의 효율성을 극대화하기 위해서는 상기의 고찰을 통하여 원수열원만의 방식과 특성을 고려한 적절한 기초설계가 이루어지도록 많은 부분을 개선해야 한다.
정수장 내 원수열원 히트펌프 최적설계는 정수장 내 원수를 열원으로 하는 수열원 히트펌프의 효율적인 운전을 위해 상용 툴인 TRNSYS를 활용하여 최적의 성능을 도출하였다.
원수열원 히트펌프 성능의 실증평가를 위해 성남정수장 내 축열조가 설치된 30 RT(Refrigeration ton)급의 히트펌프 실험결과를 이용하여 검증하였고, 본 설비는 2010년 11월부터 운전되고 있다. 모델링 결과 원수열원 히트펌프의 평균 COP(Coefficient of performance)는 냉방 시와 난방 시 각각 5.33과 3.91을 나타냈다. 본 모델링을 통해 계산된 COP와 실측 데이터의 COP는 평균 약 11%, 소비전력량은 평균 약 19%의 오차가 나타났다. 간절기인 10월의 수치를 제외하고는 냉·난방일 때 모두 비슷한 경향으로 진행됐다. 수직형정수장은 앞서 검증한 성남정수장 모델링을 바탕으로 구성하였으며, 시스템의 최적 운전을 위해 히트펌프와 축열조의 운영별 성능을 분석하였다. 대상건물의 경우, 사계절 내내 냉·난방이 이루어지는 4층과 겨울철 동파방지를 위해 난방만이 이루어지는 지하층-3층으로 구성된 총 4-5층의 건물이다. 모델링은 공조공간인 4층과 비공조공간인 3층 이하로 이루어진 2개의 존으로 나누어 모사하였다. 히트펌프 1대 운전 시 COP는 평균 4.1, 소비전력은 평균 6.7 kW가 나타났고, 히트펌프 2대 운전 시 COP는 평균 3.9, 소비전력은 평균 7.54 kW가 나타났다. COP의 경우 1대 운전 시 4% 더 높은 수치를 보였고, 소비전력은 2대 운전시가 11% 더 많은 전력을 요하는 결과를 얻는 등 히트펌프 2대 운전 시보다 1대 운전 시에 더 좋은 성능을 보였다. 더불어 히트펌프 2대 운전 시 히트펌프별 용량 변화에 대해서는 4층과 3층 이하의 각 실로 30%-70%의 용량을 입력하였을 때 높은 성능을 보였으며, 가장 이상적인 소비전력량을 예측할 수 있었다. 또한 축열조 용량 산정에 있어서 히트펌프 1대 운전 시에는 10 ㎥의 크기가 최적치 성능을 보였고, 히트펌프 2대 운전 시에는 4층과 3층 이하의 각 실로 10 ㎥(3:7)이었을 때 최적치의 성능을 보이는 등 본 시스템에 가장 적합한 것으로 나타났다.
정수장 내 원수열원 히트펌프 최적설계는 정수장 내 원수를 열원으로 하는 수열원 히트펌프의 효율적인 운전을 위해 상용 툴인 TRNSYS를 활용하여 최적의 성능을 도출하였다.
원수열원 히트펌프 성능의 실증평가를 위해 성남정수장 내 축열조가 설치된 30 RT(Refrigeration ton)급의 히트펌프 실험결과를 이용하여 검증하였고, 본 설비는 2010년 11월부터 운전되고 있다. 모델링 결과 원수열원 히트펌프의 평균 COP(Coefficient of performance)는 냉방 시와 난방 시 각각 5.33과 3.91을 나타냈다. 본 모델링을 통해 계산된 COP와 실측 데이터의 COP는 평균 약 11%, 소비전력량은 평균 약 19%의 오차가 나타났다. 간절기인 10월의 수치를 제외하고는 냉·난방일 때 모두 비슷한 경향으로 진행됐다. 수직형정수장은 앞서 검증한 성남정수장 모델링을 바탕으로 구성하였으며, 시스템의 최적 운전을 위해 히트펌프와 축열조의 운영별 성능을 분석하였다. 대상건물의 경우, 사계절 내내 냉·난방이 이루어지는 4층과 겨울철 동파방지를 위해 난방만이 이루어지는 지하층-3층으로 구성된 총 4-5층의 건물이다. 모델링은 공조공간인 4층과 비공조공간인 3층 이하로 이루어진 2개의 존으로 나누어 모사하였다. 히트펌프 1대 운전 시 COP는 평균 4.1, 소비전력은 평균 6.7 kW가 나타났고, 히트펌프 2대 운전 시 COP는 평균 3.9, 소비전력은 평균 7.54 kW가 나타났다. COP의 경우 1대 운전 시 4% 더 높은 수치를 보였고, 소비전력은 2대 운전시가 11% 더 많은 전력을 요하는 결과를 얻는 등 히트펌프 2대 운전 시보다 1대 운전 시에 더 좋은 성능을 보였다. 더불어 히트펌프 2대 운전 시 히트펌프별 용량 변화에 대해서는 4층과 3층 이하의 각 실로 30%-70%의 용량을 입력하였을 때 높은 성능을 보였으며, 가장 이상적인 소비전력량을 예측할 수 있었다. 또한 축열조 용량 산정에 있어서 히트펌프 1대 운전 시에는 10 ㎥의 크기가 최적치 성능을 보였고, 히트펌프 2대 운전 시에는 4층과 3층 이하의 각 실로 10 ㎥(3:7)이었을 때 최적치의 성능을 보이는 등 본 시스템에 가장 적합한 것으로 나타났다.
목차
Ⅰ. 서 론 11.1 연구배경 11.2 국내·외 연구동향 21.3 연구내용 31.4 연구목적 4Ⅱ. 이론적 배경 52.1 수온차 에너지 52.2 원수열원 수온 분포 62.3 히트펌프 시스템 원리 82.3.1 냉방의 원리 92.3.2 난방의 원리 102.4 열원별 히트펌프 시스템 구성 112.4.1 하수열원 히트펌프 112.4.2 원수열원 히트펌프 122.4.3 지하수열원 히트펌프 132.4.4 하천수-해수열원 히트펌프 14Ⅲ. 원수열원 축열식 물-물 히트펌프 163.1 축열식 물-물 히트펌프 모델링 163.2 성남정수장 내 냉·난방 부하 253.3. 축열식 물-물 히트펌프 성능 평가 263.4 원수열원 물-물 히트펌프 최적화 283.4.1 지역에 따른 영향 283.4.2 축열조 유무에 따른 운전 303.4.3 축열조 용량 변화 32Ⅳ. 수직형정수장 내 원수열원 히트펌프 344.1 시스템 기본 구성 344.2 수직형정수장 내 냉·난방 부하 384.3 히트펌프 1대 운영 시 운전 성능 394.3.1 공조공간별 공급열량 변화 414.3.2 축열조 용량 변화 414.4 히트펌프 2대 운영 시 운전 성능 434.4.1 히트펌프별 용량 변화 454.4.2 축열조 용량 변화 474.5 수직형정수장 히트펌프 최적화 49Ⅴ. 결론 52참고문헌 54ABSTRACT 56謝 辭 58
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