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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 홍희기
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수27
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태양열은 변환형태가 열에너지인 신재생에너지로 기존의 화석연료의 대안으로 사용가능한 자원이다. 태양열 시스템은 하절기 부하량에 맞추어 설계하는 것이 원칙이나, 사용자는 동절기 난방 및 급탕부하에 적극적으로 사용하기 때문에 동절기 부하량에 맞추어 설계하게 되며 이는 하절기의 시스템 과열로 이어지게 된다. 따라서 하절기 태양열의 잉여열원을 활용하기 위한 냉방 시스템의 개발이 필요하다.
열 구동 냉방 시스템은 흡수식 냉방 시스템, 흡착식 냉방 시스템 및 제습냉방 시스템(데시컨트 냉방 시스템) 등이 있다. 특히, 데시컨트 시스템은 제습로터를 통해 잠열부하를 제거하는 시스템으로 제습을 통해 다습해진 제습로터를 재생하는데 50~70℃의 저온열원을 필요로 한다. 이는 집열 온도가 높아질수록 집열 효율이 감소하는 태양열 시스템에 적합하다. 이러한 데시컨트 시스템은 캐스케이드 방식과 하이브리드 방식이 있다. 그 중에서 하이브리드 방식은 데시컨트 냉방에 히트펌프를 적용한 시스템으로 증발식 냉각기 및 히트펌프의 증발기로 현열부하를 제거한다.
본 연구에서는 하이브리드 데시컨트 냉방시스템의 실증실험을 통해 시스템의 성능을 평가하였다. 또한 태양열 시스템의 특성으로 인해 우려되는 문제 상황에 대한 대안을 제시하고 그에 대한 실증실험을 통해 대안의 실질적인 적용 가능성을 검토하였다.
하절기 맑은 날을 기준으로 태양열 시스템의 집열열량은 16kW이며 이때의 평균 축열조 상부온도는 평균 82℃로 측정되었다. 이를 통해 태양열 시스템이 데시컨트 냉방시스템이 요구하는 온수의 온도를 공급할 수 있음을 확인하였다.
월간 실증실험을 통해 하이브리드 데시컨트 냉방시스템의 장기간 사용 데이터를 계측하였다. Qele은 평균 2.4 kW, Qreg은 평균 2.4 kW, 냉방능력은 평균 12.7 kW로 계측되었으며 이에 따라 평균 COPele는 5.2, COPth는 2.7로 나타났다. 또한 평균 제습량은 6.1 g/kg으로 계측되었다. 냉방능력은 12.7 kW, COPele는 5.2로 계측되었다.
태양열을 적용하는 경우 발생하는 온도 변화에 따른 상황에 대해 확인하였다. Tst가 85℃ 이상으로 높은 경우, 제습지로 이루어진 제습로터의 재료 특성상 85℃ 이상의 고온에서 제습지가 손상될 수 있다. 따라서 부하 측 배관에 바이패스 배관을 추가하여 부하 측 배관의 유량을 낮추었고 제습로터의 재생에 적절한 60-70℃의 재생공기를 공급할 수 있음을 확인하였다.
Tst가 낮은 경우, Treg를 낮추며 오히려 응축기 열을 재생코일이 흡수, 축열조에서 방열하여 Tst가 높아지는 현상이 발생하였다. 따라서 부하 측 펌프의 작동을 정지하여 응축기와 재생코일을 통한 2차 가열이 아닌 응축기만으로 재생공기를 1차 가열하여 제습로터를 재생하였고 제습로터의 재생이 가능한 50℃의 재생공기를 공급할 수 있음을 확인하였다.
열 구동 냉방 시스템은 흡수식 냉방 시스템, 흡착식 냉방 시스템 및 제습냉방 시스템(데시컨트 냉방 시스템) 등이 있다. 특히, 데시컨트 시스템은 제습로터를 통해 잠열부하를 제거하는 시스템으로 제습을 통해 다습해진 제습로터를 재생하는데 50~70℃의 저온열원을 필요로 한다. 이는 집열 온도가 높아질수록 집열 효율이 감소하는 태양열 시스템에 적합하다. 이러한 데시컨트 시스템은 캐스케이드 방식과 하이브리드 방식이 있다. 그 중에서 하이브리드 방식은 데시컨트 냉방에 히트펌프를 적용한 시스템으로 증발식 냉각기 및 히트펌프의 증발기로 현열부하를 제거한다.
본 연구에서는 하이브리드 데시컨트 냉방시스템의 실증실험을 통해 시스템의 성능을 평가하였다. 또한 태양열 시스템의 특성으로 인해 우려되는 문제 상황에 대한 대안을 제시하고 그에 대한 실증실험을 통해 대안의 실질적인 적용 가능성을 검토하였다.
하절기 맑은 날을 기준으로 태양열 시스템의 집열열량은 16kW이며 이때의 평균 축열조 상부온도는 평균 82℃로 측정되었다. 이를 통해 태양열 시스템이 데시컨트 냉방시스템이 요구하는 온수의 온도를 공급할 수 있음을 확인하였다.
월간 실증실험을 통해 하이브리드 데시컨트 냉방시스템의 장기간 사용 데이터를 계측하였다. Qele은 평균 2.4 kW, Qreg은 평균 2.4 kW, 냉방능력은 평균 12.7 kW로 계측되었으며 이에 따라 평균 COPele는 5.2, COPth는 2.7로 나타났다. 또한 평균 제습량은 6.1 g/kg으로 계측되었다. 냉방능력은 12.7 kW, COPele는 5.2로 계측되었다.
태양열을 적용하는 경우 발생하는 온도 변화에 따른 상황에 대해 확인하였다. Tst가 85℃ 이상으로 높은 경우, 제습지로 이루어진 제습로터의 재료 특성상 85℃ 이상의 고온에서 제습지가 손상될 수 있다. 따라서 부하 측 배관에 바이패스 배관을 추가하여 부하 측 배관의 유량을 낮추었고 제습로터의 재생에 적절한 60-70℃의 재생공기를 공급할 수 있음을 확인하였다.
Tst가 낮은 경우, Treg를 낮추며 오히려 응축기 열을 재생코일이 흡수, 축열조에서 방열하여 Tst가 높아지는 현상이 발생하였다. 따라서 부하 측 펌프의 작동을 정지하여 응축기와 재생코일을 통한 2차 가열이 아닌 응축기만으로 재생공기를 1차 가열하여 제습로터를 재생하였고 제습로터의 재생이 가능한 50℃의 재생공기를 공급할 수 있음을 확인하였다.
목차
목 차제 1 장 서 론 11.1 연구배경 11.2 태양열 시스템 31.3 데시컨트 냉방시스템 41.3.1 케스캐이드 데시컨트 냉방시스템 51.3.2 하이브리드 데시컨트 냉방시스템 51.4 연구목적 7제 2 장 실험장치 및 연구방법 82.1 실험대상 공간 82.2 태양열 시스템 102.2.1 이중투과체 평판형 집열기 102.2.2 축열조 132.2.3 기타장비 152.3 하이브리드 데시컨트 냉방시스템 182.4 연구방법 및 제원 202.5 데이터 취득 방법 222.5.1 일사량 252.5.2 온·습도 및 전력량 252.5.3 유량 252.5.4 집열효율 262.5.5 냉방능력 및 재생열량 26제 3 장 결과 및 분석 283.1 태양열 시스템 283.2 하이브리드 데시컨트 냉방시스템 월간 실증실험 303.3 일간 실증실험 323.4 시스템 고장 대안 및 실증실험 343.4.1 Tst > 85℃의 온수 조건 343.4.2 Tst < 50℃의 온수 조건 343.4.3 태양열 시스템의 제어를 통한 고장 예방 37제 4 장 결 론 41참 고 문 헌 44ABSTRACT 46
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