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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 홍희기
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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태양열시스템은 변환형태를 열에너지 형태로 가지며 신재생에너지 분야에서도 경제성 면에서 가장 경쟁력을 갖추고 있어 집중적인 보급이 필요하다. 태양열에너지는 주로 난방과 온수급탕의 목적으로 사용되며, 그 수요가 동절기에 한정된다. 따라서 태양열시스템을 사용한 냉방시스템 개발을 통해 시스템의 경제성을 향상시킬 필요가 있다.
태양열원 제습냉방시스템은 태양열에너지를 재생열원으로 사용하는 시스템이다. 이는 재생열원으로 70℃의 온수를 사용하기 때문에 값이 싸고, 내구성이 높은 평판형 집열기를 활용할 수 있다는 측면에서 태양열시스템과의 연계성은 매우 우수하다.
하지만 기존 제습냉방의 구성요소 중 현열로터는 가격이 비싸고, 부피가 크기 때문에 상용화하는데 어려움이 있다. 또한 현열로터를 통과하는 과정에서 온도가 소폭 낮아져 상대습도는 증가하게 되고, 증발식 냉각기에서 이상적인 증발을 유도하기 힘들다. 따라서 실질적인 냉방성능을 얻기 위해서는 증발식 냉각기의 증발면적을 크게 제작해야 한다. 하지만 한정된 체적공간에서 증발식 냉각기의 면적을 이상적으로 넓히는 것은 매우 어렵다.
이러한 한계점을 극복하고자 현열로터를 히트펌프로 대체하는 하이브리드 제습냉방기가 개발되었다. 현열로터의 역할인 공기의 예열과 예냉은 히트펌프의 응축기와 증발기가 대신하도록 설계된 것이다.
본 연구에서는 상·하부 가열형 축열조와 이중투과체 집열기가 적용된 신규 태양열시스템에 하이브리드 제습냉방기를 연계한 실증실험을 진행하였다. 이를 통해 신규 태양열시스템과 하이브리드 제습냉방기의 연계성을 평가하고, 그 성능을 확인하여 올바른 제어방안을 제시하고자 한다.
실증실험결과 저유량 모드를 통한 집열운전을 통해 집열운전시간을 16분 가량 앞당겼다. 또한 축열조 상부 일정구간의 온수를 집중적으로 가열하기 때문에 초기온도 65℃에서 제습냉방기에 필요로 하는 70℃를 약 27분만에 충족할 수 있었다. 이중투과체 집열기는 70℃ 이상의 영역에서도 평균 40.3%의 집열효율을 유지하였다.
60℃ 이하의 온수 공급 시 전기에어컨보다 낮은 성적계수를 보였으나 60℃에서 70℃ 사이의 온수 공급 시 전기에어컨보다 높은 성적계수를 확인할 수 있었고, 소비전력은 약 20% 절약되었다. 70℃ 이상의 온수 공급 시 전기에어컨보다 월등하게 높은 성적계수인 5.8을 얻을 수 있었고, 소비전력은 전기에어컨에 비해 40% 절약되었다.
70℃ 이상의 영역에서는 공급온수의 온도에 따라 재생열량은 3 kW 이상으로 증가하는 경향이 있었지만 냉방능력 및 소비전력에서는 큰 변화가 없었다. 즉, 재생열량의 값이 3 kW의 값을 충족한다면 그 이상의 값을 주입하는 것은 냉방시스템 성능향상에 영향을 주지 못했다. 따라서 환수온도가 70℃ 이상이라면 재순환하는 바이패스 제어가 필요할 것으로 판단된다. 바이패스 제어를 통한 온수 재순환은 태양열원 하이브리드 제습냉방 시스템의 가동시간을 증가시킬 수 있다.
태양열원 제습냉방시스템은 태양열에너지를 재생열원으로 사용하는 시스템이다. 이는 재생열원으로 70℃의 온수를 사용하기 때문에 값이 싸고, 내구성이 높은 평판형 집열기를 활용할 수 있다는 측면에서 태양열시스템과의 연계성은 매우 우수하다.
하지만 기존 제습냉방의 구성요소 중 현열로터는 가격이 비싸고, 부피가 크기 때문에 상용화하는데 어려움이 있다. 또한 현열로터를 통과하는 과정에서 온도가 소폭 낮아져 상대습도는 증가하게 되고, 증발식 냉각기에서 이상적인 증발을 유도하기 힘들다. 따라서 실질적인 냉방성능을 얻기 위해서는 증발식 냉각기의 증발면적을 크게 제작해야 한다. 하지만 한정된 체적공간에서 증발식 냉각기의 면적을 이상적으로 넓히는 것은 매우 어렵다.
이러한 한계점을 극복하고자 현열로터를 히트펌프로 대체하는 하이브리드 제습냉방기가 개발되었다. 현열로터의 역할인 공기의 예열과 예냉은 히트펌프의 응축기와 증발기가 대신하도록 설계된 것이다.
본 연구에서는 상·하부 가열형 축열조와 이중투과체 집열기가 적용된 신규 태양열시스템에 하이브리드 제습냉방기를 연계한 실증실험을 진행하였다. 이를 통해 신규 태양열시스템과 하이브리드 제습냉방기의 연계성을 평가하고, 그 성능을 확인하여 올바른 제어방안을 제시하고자 한다.
실증실험결과 저유량 모드를 통한 집열운전을 통해 집열운전시간을 16분 가량 앞당겼다. 또한 축열조 상부 일정구간의 온수를 집중적으로 가열하기 때문에 초기온도 65℃에서 제습냉방기에 필요로 하는 70℃를 약 27분만에 충족할 수 있었다. 이중투과체 집열기는 70℃ 이상의 영역에서도 평균 40.3%의 집열효율을 유지하였다.
60℃ 이하의 온수 공급 시 전기에어컨보다 낮은 성적계수를 보였으나 60℃에서 70℃ 사이의 온수 공급 시 전기에어컨보다 높은 성적계수를 확인할 수 있었고, 소비전력은 약 20% 절약되었다. 70℃ 이상의 온수 공급 시 전기에어컨보다 월등하게 높은 성적계수인 5.8을 얻을 수 있었고, 소비전력은 전기에어컨에 비해 40% 절약되었다.
70℃ 이상의 영역에서는 공급온수의 온도에 따라 재생열량은 3 kW 이상으로 증가하는 경향이 있었지만 냉방능력 및 소비전력에서는 큰 변화가 없었다. 즉, 재생열량의 값이 3 kW의 값을 충족한다면 그 이상의 값을 주입하는 것은 냉방시스템 성능향상에 영향을 주지 못했다. 따라서 환수온도가 70℃ 이상이라면 재순환하는 바이패스 제어가 필요할 것으로 판단된다. 바이패스 제어를 통한 온수 재순환은 태양열원 하이브리드 제습냉방 시스템의 가동시간을 증가시킬 수 있다.
목차
제 1 장 서 론1.1 연구배경1.2 태양열원 냉방시스템1.3 기존 제습냉방 시스템의 개선사항1.4 기존 태양열시스템의 개선사항1.5 연구 목적제 2 장 시스템 설치 및 실험방법2.1 실험대상 공간2.2 태양열원 하이브리드 제습냉방 시스템2.2.1 이중투과체 평판형 집열기2.2.2 상·하부 가열형 축열조2.2.3 하이브리드 제습냉방기2.2.4 기타설비 및 제원2.3 실험방법2.4 데이터 취득 및 처리방법2.4.1 일사량2.4.2 온·습도 및 유량2.4.3 집열효율2.4.4 냉방능력 및 재생열량제 3 장 결과 및 분석3.1 신규 태양열시스템과 HDCS의 연계성 확인3.1.1 일사 우수 조건3.2.2 일사 불량 조건3.2 공급온수의 온도영역별 냉방능력3.2.1 70℃ 이상의 온수 공급 조건3.2.2 70℃ 이하의 온수 공급 조건3.2.3 히트펌프 운전비율 추정3.3 공급온수의 온도영역별 재생열량3.3.1 70℃ 이상의 온수 공급 조건3.3.2 70℃ 이하의 온수 공급 조건3.4 전력량분석제 4 장 결론 및 제언참 고 문 헌부 록
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