수열 및 지열을 이용한 히트펌프 시스템의 성능 예측 및 용량 산정법에 관한 연구 :Study on Performance Prediction and Capacity Calculation Method of Ground and Water Source Heat Pump System

권영식

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권영식 (부산대학교, 부산대학교 대학원)

지도교수: 남유진

발행연도: 2023

저작권: 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수19

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2023

수열 및 지열을 이용한 히트펌프 시스템의 성능 예측 및 용량 산정법에 관한 연구

권영식 건축공학과 2023.01 학위논문

2021

최적화 수법을 이용한 수열 히트펌프 시스템의 용량 산정법 개발에 관한 연구

권영식 , 남유진 대한설비공학회 학술발표대회논문집 2021.06 학술대회자료

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전 세계적으로 에너지 소비량 감소 및 탄소 배출량 저감을 위해 제로에너지건축물에 관한 정책 및 제도를 도입하고 있다. 제로에너지건축물 구현을 위한 기술 요소로 히트펌프 시스템이 제안되었다. 하지만 국내에서 생산되고 있는 수열에너지 생산량은 전체 생산량 중 0.2%에 불과하다. 수열에너지 적용 확대를 위해서는 여러 조건에 따른 성능에 대한 데이터가 필요하다.
따라서, 본 연구에서는 다양한 조건에서의 수열원, 지열원 히트펌프 시스템 성능 분석 및 수열원, 지열원 하이브리드 시스템을 제안하였으며, 에너지 과소비 현상을 방지하기 위한 적정 용량 산정 방법을 제안하였다.
수열, 지열, 공기열원 히트펌프 시스템과의 비교 결과, 공기열원에 비해 성능이 뛰어나며, 수열원과 지열원은 열원 특성에 의해 성능이 변화하는 것을 확인하였다. 또한 지역별, 건물유형별 성능 분석 결과, 열원 온도, 냉난방 기간, 시스템 작동 시간, 연속운전 여부에 따라 시스템 성능이 변화하는 것을 확인하였다.
수열원, 지열원 하이브리드 시스템을 제안하였으며, 각 시스템은 열원 특성이 다르지만, 상호보완적인 특성을 보이며, 적절한 열원 선택으로 인해 성능이 향상되었다. 건물유형별 성능의 경우 수열원의 이용 빈도가 높은 유형일수록 성능이 높게 나타났다.
이후 수열원 히트펌프 시스템의 적정 용량 산정법에 대해 제안하였으며, 해당 설계방식 적용 시, 최대부하에 안전율을 적용하는 기존 설계법 대비 3.3%의 성능 향상, 21%의 투자 비용 절감 효과를 확인하였으며, 히트펌프로 인한 CO2 배출량 분석 결과, 4%의 CO2 배출량 절감 효과를 확인하였다.

Globally, policies and institution related to zero-energy buildings are being introduced to reduce energy consumption and carbon emissions.
A heat pump system has been proposed as a technical element to realize a zero energy building. However, domestic production of thermal energy accounts for only 0.2% of the total production. Expanding the application of thermal energy requires data on its performance under various conditions.
Therefore, in this study, we proposed a water source and ground source heat pump system performance analysis under various conditions, a water and ground source hybrid system, and proposed an optimal capacity calculation method to prevent system overdesign and energy overconsumption.
As a result of comparison with water, ground, and air source heat pump systems, it was confirmed that the performance is superior to the air heat source, and that the performance of the water and ground source varies depending on the heat source characteristics. In addition, as a result of the performance analysis by region and by building type, it was confirmed that the system performance changes depending on the heat source temperature, the cooling and heating period, the system operation time, and the presence or absence of continuous operation.
A water and ground source hybrid system was proposed. Although each system has different heat source characteristics, they showed complementary characteristics, and the performance was improved by selecting an appropriate heat source. In the case of performance by building type, the more frequently the water heat source is used, the higher the performance.
Since then, we have proposed a method for calculating the appropriate capacity of a WSHP system, and when applying this design method, we have confirmed a 3.3% improvement in performance compared to the existing design method that applies a safety factor to the maximum load and a 21% reduction in total costs. As a result of analysis of CO2 emissions using the heat pump, a 4% reduction in CO2 emissions was confirmed.

#지열 #수열 #성능예측수법 #용량산정법

I. 서론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 동향 7
1.2.1 국내 연구 동향 7
1.2.2 국외 연구 동향 11
1.2.3 선행연구 고찰 14
1.3 연구 내용 및 방법 15
II. 수열원 히트펌프 시스템 18
2.1 수열원 히트펌프 시스템 18
2.1.1 수열원 히트펌프 시스템 개요 18
2.1.2 수열원 히트펌프 시스템의 성능 특성 20
2.1.3 수열원 히트펌프 시스템의 한계점 21
III. 수열원 및 지열원 히트펌프 시스템 성능 분석 22
3.1 다양한 열원을 활용한 히트펌프 시스템의 성능 분석 22
3.1.1 수열, 지열, 공기열원 히트펌프 시스템의 성능 비교 분석 22
3.1.2 시뮬레이션 내 열원 이용 방법 22
3.1.3 건물 및 시스템 구성 23
3.1.4 수열, 지열, 공기열원 히트펌프 시스템의 성능 비교 분석 결과 29
3.2 수열원 및 지열원 히트펌프 시스템의 지역별, 건물유형별 성능 분석 30
3.2.1 지역, 건물 및 시스템 구성 30
3.2.2 수열원 히트펌프 시스템의 지역별, 건물유형별 성능 분석 결과 33
3.2.3 지열원 히트펌프 시스템의 건물유형별 성능 분석 35
IV. 수열원, 지열원 하이브리드 시스템 37
4.1 수열원, 지열원 하이브리드 시스템 구성 37
4.1.1 수열원, 지열원 하이브리드 시스템 구성 및 개요도 37
4.1.2 수열원, 지열원 하이브리드 시스템의 성능 분석 38
4.1.3 수열원, 지열원 하이브리드 시스템의 건물유형별 성능 분석 42
V. 수열원 히트펌프 시스템의 적정 용량 산정 45
5.1 적정 용량 산정법 45
5.1.1 수열원 히트펌프 시스템의 적정 용량 산정법 45
5.1.2 하이브리드 시스템 구성 48
5.1.3 목적함수 및 최적화 알고리즘 49
5.1.4 경제성 분석 방법 51
5.1.5 CO2 배출량 분석 방법 53
5.2 적정 용량 산정법에 따른 효과 54
5.2.1 적정 용량 산정법에 따른 시스템 용량 분석 54
5.2.2 적정 용량 산정법에 따른 성능 변화 55
5.2.3 적정 용량 산정법에 따른 경제성 비교 56
5.2.4 적정 용량 산정법에 따른 CO2 배출량 비교 57
Ⅵ. 결론 59
참고문헌 61

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