Eco-frendly system
4세대 지역난방시스템 모델링
친환경 에너지타운 모델링
이산화탄소-하이드레이트 활용 이차유체시스템 개발
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이산화탄소- 하이드레이트활용 이차유체시스템 개발
◇연구배경
간접식 이차유체 시스템이란 직접 냉방기의 증발기로부터 사용하지 않고 1차 냉각시킨 이차유체를 부하가 있는 곳에서 사용하는 시스템을 말한다. 간접식 이차유체에 사용되는 물질은 이산화탄소, 냉각수, 얼음 슬러리, 브라인 등이 있고
최근에 가스 하이드레이트도 연구가 진행되고 있다. 가스 하이드레이트는 아래 그림과 같이 물과 가스 분자로부터 형성된 고체 결정혼합물을 말한다. 가스 하이드레이트는 온도와 압력 조건이 맞아야 형성되는 물질이고, 가스 하이드레이트는 다른 이차유체 시스템의 물질에 비해서 굉장히 높은 잠열 특성을 나타낸다. 가스 하이드레이트는 냉열 저장으로서 매우
우수한 특성을 갖는다. 낮은 온도의 아이스슬러리를 생산하는 것보다 가스 하이드레이트를 저장매체로 사용하는 것이 보다 효율적이라고 할 수 있다.
이산화탄소-하이드레이트 실험은 이산화탄소 증발기 부분을 칠러의 브라인과 열교환기를 사용하여 시스템의 온도 변수를 주고, 냉매시스템의 응축기도 열교환기를 사용하여 응축용 칠러의 브라인과 열교환하여 시스템 전체의 온도를 변화시키며 실험을 진행 한다. 또한 작동유체로서 물 대비 이산화탄소-하이드레이트 슬러리 시스템의 성능 평가를 식을 사용하여 계산한다.
◇연구배경
재생에너지 및 미활용에너지의 이용효율을 높이기 위하여 지역난방 공급수 온도를 기존의 100°C 이상의 고온에서 60°C 이하의 저온으로 공급하면서, 다양한 열원을 이용하여 화석연료의 비중을 낮추고, 재생에너지 열원 확대를 추구하는
시스템을 말한다. 현재 국내에서 운영중인 지역난방 시스템은 3세대 지역난방이며, 대부분의 사업장에서는 2, 3세대가 공존하고 있다.
◇연구방법-지중열저장 태양열시스템(BTES) 해석모델 개발
여름철 집열부에서는 태양열에너지를 이용하여 열에너지를 집열하고, 축열부에서는 집열된 열에너지를 태양열축열조와 지중축열조에 저장, 겨울철 저장된 열에너지를 이용부를 이용하여 난방과 급탕을 공급하게 된다. 여름철 저장된 태양열축열조와 지중축열조의 열에너지가 부족하면지열에너지와 부족한 태양열 ,지중축열조의 열에너지를 히트펌프를 이용하여 심야축열조에 저장 및 난방과 급탕을 공급하는 시스템인 BTES 해석모델을 개발한다.
친환경 에너지 타운 모델링
◇연구배경
태양열 시스템은 집열부, 축열부, 이용부로 구성되어있으며, 집열부는 집열기를 이용하여 태양열에너지를 집열부를 순환하는 작동유체에 저장하고, 축열부는 집열부에 순환하는 작동유체를 열교환기를 이용하여 축열부에 순환하는 작동유체에 열전달을 하여 전달된 에너지를 축열조에 저장, 이용부는 저장된 열에너지를 이용하여 급탕과 난방을 공급한다.
◇연구결과
그래프1은 계간축열조로부터 얻은 부하의 온도를 TRNSYS와 실제 계간축열시스템의 온도를 비교하는 그래프이다. 적색은 TRNSYS를 이용하여 나타낸 부하의 온도이고, 청색은 실제 측정된 계간축열시스템의 온도를 나타낸다. 그래프2는 급탕온도를 TRNSYS와 실제온도를 비교한 그래프이다. 적색은 TRNSYS를 이용하여 나타낸 부하의 온도를 나타내고, 청색은 실제 측정한 계간축열 시스템의 온도를 나타낸다.
graph 1
graph 2
중대규모 지중 계간축열 시스템의 해석적 연구
◇연구배경
본 연구는 TRNSYS를 활용해 Drake Landing System 분석 및 해석적 연구와 중대규모 지중 계간축열 시스템 의 보어홀 깊이에 따른 지중축열조 온도 및 태양축열조로 전달되는 열에너지와 지중 축열조의 전달되는 열에 너지를 해석함으로써 지중 계간축열 시스템에 대한 기초자료를 확보하고 제공하고자 한다.
◇연구결과
본 연구는 TRNSYS를 활용해 Drake Landing System의 설치 및 운전조건을 기준으로 중대규모 지중 계간축 열 시스템의 보어홀 깊이에 따른 지중축열조 온도 및 태양축열조로 전달되는 열에너지와 지중 축열조의 전달 되는 열에너지를 해석함으로써 지중 계간 축열 시스템에 대한 기초자료를 확보하고 제공하고자 한다. 보어홀 깊이가 33 m인 Case 2의 경우 태양축열조로 전달되는 열에너지가 1,738.6 GJ, 지중축열조로 전달되는 열에너 지는 1,220.4 GJ로 최대값을 가졌고 33 m 기준으로 그 값이 멀어질수록 감소하는 경향을 보여 최적의 깊이로 판단되어진다.
발전소 온배수를 이용한 히트펌프 시스템의 이론적 연구
◇연구배경
본 연구에서는 제주지역 온실 난방을 위한 발전소 온배수 열원 히트펌프 시스템을 구성하여 일반 해수 및 온배수를 이용하였을 때의 히트 펌프의 성능계수를 산출한 후, 열원에 따른 비교를 통해 해당 시스템을 분석 하였다. 시뮬레이션 프로그램인 TRNSYS를 이용하여 히트펌프 시스템의 운전 및 제어 모델링을 하고, 열원에 따른 최적의 상황 도출을 위한 다양한 조건을 찾는데 활용하고자 한다.
◇연구결과
본 연구에서는 TRNSYS 시뮬레이션을 이용하여 발전소 온배수를 이용한 히트펌프 시스템을 파악하고, 열 원에 따른 히트펌프의 COP값을 비교하였다. 제주 기상데이터 값을 입력하였고, 비교를 위한 온배수, 해수의 온도와 데이터 값을 입력하여 각각의 시스템 분석을 진행하였다. Fig.3은 열원으로 해수를 이용했을 때 2개의 히트펌프의 평균 COP값 그래프이다. Fig.4은 열원으로 발전소 온배수를 이용했을 때 히트펌프의 COP값을 나 타낸다. 첫 번째 히트펌프(TYPE688)의 COP값을 비교했을 때, 온배수를 이용했을 때의 COP값이 7% 높게 나 왔으며, 두 번째 히트펌프(TYPE688-2)의 COP값은 온배수를 이용했을 때 3.2% 높게 나타났다.
