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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최계운
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수11
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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우리가 생활하는 건물에는 많은 양의 생활 오폐수가 존재하고 있다. 우리나라에 발생하는 생활 오폐수는 환경부 고시 제2018-153호 기준으로 아파트, 연립주택, 다세대주택, 다가구주택, 기준으로 1인당 1일 200 L가 발생되고 있다. 전 국민이 배출하는 오폐수 량을 계산하면 약 10,339,243,200 L가 발생되며 16.5℃에서 20℃의 고온이 무효의 에너지로 버려지고 있다. 여기서 1℃의 온도만 회수하여도 1,200만 KW/일 의 에너지를 얻을 수 있는 양으로 화력발전소 500 MW/h 급 1기를 건설하지 않아도 되는 막대한 에너지이다. 이처럼 생활 오폐수에는 막대한 열이 존재하고 있으나 국가의 제도적인 배제와 경제성 부족, 열교환기 부식, 혐오성 열원 등으로 인식되어 우리나라는 소수의 연구팀이 관심을 가지고 있어 기술의 실용화가 지체되고 있는 것이 현실이다.
본 연구는 그동안 문제점으로 가지고 온 열교환기의 부식 및 Slime과 Scale로 인한 열 교환 성능 감소 및 관리비 증가에 대한 대책을 연구하였으며 생활 오폐수 열 회수 및 축전 기술을 개발하여 난방 시스템과 융합하였다. 본 연구를 통하여 개발된 시스템을 통해 증명하였고, 시스템을 향상시키는 방법으로 연구를 수행하였다. 먼저 생활 오폐수 열을 회수하는 시스템을 개발하면서 기존 시스템의 문제점인 Slime과 Scale 및 열 교환 성능 저하에 자유로운 시스템 개발에 중점을 두었으며 회수한 열을 저장하는 기술로 융복합 축열수조를 개발하여 열 보관에 대하여 비교 분석하였으며 해수, 우수, 상수, 태양열, 지하수 등과 같은 미활용 다중 열원 회수 및 저장이 가능하도록 하였다. 또 기존 온실용 냉난방 시스템과 융합하는 제어시스템을 개발하여 건축물에 적용하도록 하였다. 개발 시스템의 효율성을 검정하기 위해 인천 서구의 소규모 상가건물 생활 오폐수 정화조에 시스템을 설치하였고, 인근 온실에 개발된 순환 난방시스템에 적용 후 현장실증시험을 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 20 ton 급 오수 정화조에서 회수할 수 있는 열량은 시간당 6,835 kcal이며 24시간 회수 시 156,912 kcal를 회수가 가능하고 실증시험용 순환 난방히트펌프 시스템은 5RT 급으로 하루 소요되는 열량은 398,400 kcal을 소비함으로써 오폐수열 회수 시스템으로 회수한 열량으로 39.4%의 에너지 절감을 하였다. 또 복합 열원 축열수조는 기성제품 수조 대비 약 48%의 열 보관 능력이 우수하였으며 전체 시스템의 경제성 분석 결과 40년간 순 현재가치(NPV)는 45,122,507원이고 B/C는 1.83으로 분석되어 시스템의 적용에 따른 경제성이 충분히 있는 것으로 나타났다.
본 연구를 통해 지금까지 버려왔던 생활 오폐수와 같은 소규모 미활용 에너지를 축열하여 유효의 에너지로 변환시킴으로써 에너지 재활용에 대한 인식 변화는 물론 냉난방 시스템으로 적용하여 제로에너지 건축물 인증 의무화 제도 및 신재생 설비 설치 의무화 제도에 기여할 수 있다.
본 연구는 그동안 문제점으로 가지고 온 열교환기의 부식 및 Slime과 Scale로 인한 열 교환 성능 감소 및 관리비 증가에 대한 대책을 연구하였으며 생활 오폐수 열 회수 및 축전 기술을 개발하여 난방 시스템과 융합하였다. 본 연구를 통하여 개발된 시스템을 통해 증명하였고, 시스템을 향상시키는 방법으로 연구를 수행하였다. 먼저 생활 오폐수 열을 회수하는 시스템을 개발하면서 기존 시스템의 문제점인 Slime과 Scale 및 열 교환 성능 저하에 자유로운 시스템 개발에 중점을 두었으며 회수한 열을 저장하는 기술로 융복합 축열수조를 개발하여 열 보관에 대하여 비교 분석하였으며 해수, 우수, 상수, 태양열, 지하수 등과 같은 미활용 다중 열원 회수 및 저장이 가능하도록 하였다. 또 기존 온실용 냉난방 시스템과 융합하는 제어시스템을 개발하여 건축물에 적용하도록 하였다. 개발 시스템의 효율성을 검정하기 위해 인천 서구의 소규모 상가건물 생활 오폐수 정화조에 시스템을 설치하였고, 인근 온실에 개발된 순환 난방시스템에 적용 후 현장실증시험을 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 20 ton 급 오수 정화조에서 회수할 수 있는 열량은 시간당 6,835 kcal이며 24시간 회수 시 156,912 kcal를 회수가 가능하고 실증시험용 순환 난방히트펌프 시스템은 5RT 급으로 하루 소요되는 열량은 398,400 kcal을 소비함으로써 오폐수열 회수 시스템으로 회수한 열량으로 39.4%의 에너지 절감을 하였다. 또 복합 열원 축열수조는 기성제품 수조 대비 약 48%의 열 보관 능력이 우수하였으며 전체 시스템의 경제성 분석 결과 40년간 순 현재가치(NPV)는 45,122,507원이고 B/C는 1.83으로 분석되어 시스템의 적용에 따른 경제성이 충분히 있는 것으로 나타났다.
본 연구를 통해 지금까지 버려왔던 생활 오폐수와 같은 소규모 미활용 에너지를 축열하여 유효의 에너지로 변환시킴으로써 에너지 재활용에 대한 인식 변화는 물론 냉난방 시스템으로 적용하여 제로에너지 건축물 인증 의무화 제도 및 신재생 설비 설치 의무화 제도에 기여할 수 있다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 및 필요성 11.2 연구 목적 31.3 연구 내용 및 방법 41.3.1 연구 내용 41.3.2 연구 방법 5제 2 장 연구 동향 82.1 생활 오폐수 정화조의 열원 활용 82.1.1 국내 생활 오폐수 열원 활용 조사 및 분석 82.1.2 국외 생활 오폐수 열원 활용 조사 및 분석 122.1.3 생활 오폐수 정화조의 열원 활용에 대한 고찰 192.2 신재생 에너지 기반 난방 시스템 개발 및 활용 202.3 열원의 순환 및 융합 시스템의 활용 23제 3 장 생활 오폐수 열원 활용을 위한 이론적 접근 253.1 열의 발생 및 이동에 관한 역학 253.1.1 열전도 및 대류 253.1.2 열통과 263.1.3 복사(radiation) 273.1.4 표준 냉동 사이클 273.2 열원 공급을 통한 증발기 및 응축기의 효율 개선 323.3 난방 시스템 내 열원의 활용 34제 4 장 생활오수 열원을 이용한 순환 난방 시스템의 개발 374.1 지하수열원을 활용한 기존 난방 시스템 분석 및 개선 방향 374.1.1 지하수열원과 잉여 열원의 복합 활용 시스템 구성 374.1.2 지하수 복합 시스템의 개발 및 활용 사례 분석 424.1.3 지하수 복합 시스템의 활용한계 및 개선 방향 534.2 생활 오수 활용을 위한 순환 시스템의 개발 방향 564.2.1 복합 열원 난방시스템의 생활 오폐수 적용 방안 564.2.2 온실용 복합열원 냉난방 시스템 활용 시 장점 비교 614.3 생활 오수 순환 난방 시스템의 구성 및 설계 634.3.1 순환 난방 시스템의 구성 방향 634.3.2 순환 축열수조의 구성 및 설계 644.3.3 오수의 열원 회수 장치(워터 케이싱)의 구성 및 설계 674.4 생활 오수 순환 난방 시스템의 개발 804.4.1 오폐수 열원 융합 시스템의 설계 및 제작 814.4.2 융합 난방 히트펌프시스템 실증시험 현장 설치 844.4.3 오폐수 열원을 이용한 시스템 운영 체계 85제 5 장 현장적용을 통한 실증시험 875.1 실증시험을 위한 테스트베드 선정 875.1.1 실증시험을 위한 테스트베드 선정 개요 875.1.2 실증시험 테스트 베드의 후보지 선정 및 조사 875.1.3 테스트 베드의 선정 및 순환 난방 시스템의 설치 915.2 실증시험 시설 내 계측과 분석 방법 965.2.1 실증시험 계측기의 선정 및 계측 방법 965.2.2 실증시험 계측 결과의 분석 방법 985.3 실증시험을 위한 시스템의 검증 1105.3.1 오수의 열원 회수 장치(워터 케이싱)의 열 교환 능력 검증 1105.3.2 복합 열원 축열수조의 열 보관능력 검증 1125.4 실증시험 실시 및 결과 분석 1155.4.1 테스트베드 내 실증시험의 개요 1155.4.2 테스트베드 내 순환 난방 시스템의 설치 및 운영 1165.4.3 순환 난방 시스템의 실증시험 결과 및 분석 1185.4.4 순환 난방 시스템의 실증시험 결과에 따른 종합 고찰 1275.4.5 실증시험의 한계성 및 고찰 1315.5 순환 난방 시스템 운영에 따른 경제성 평가 1325.5.1 경제성평가 이론 및 방법 1325.5.2 시스템의 운영 및 경제성 평가 1355.5.3 경제성 평가결과의 분석 및 고찰 137제 6 장 결 론 138참 고 문 헌 141ABSTRACT 146부 록 149
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