스크류형 압축기를 장착한 중.대형 수열원 히트펌프 시스템은 최근 에너지 원의 불균형과 효율적 이용 측면에서 그 필요성이 증대되고 있다. 본 연구는 히트펌프 사이클의 증발기 열원측을 수열원을 이용하고, 응축기 부하측을 고온, 고압 냉매로 압축하여 응축하기 위한 2단 압축기을 탑재한 1단 팽창의 시스템 및 ...
스크류형 압축기를 장착한 중.대형 수열원 히트펌프 시스템은 최근 에너지 원의 불균형과 효율적 이용 측면에서 그 필요성이 증대되고 있다. 본 연구는 히트펌프 사이클의 증발기 열원측을 수열원을 이용하고, 응축기 부하측을 고온, 고압 냉매로 압축하여 응축하기 위한 2단 압축기을 탑재한 1단 팽창의 시스템 및 전자제어 시스템을 적용한 기술 적용 제품 개발이다. 장비의 대형화 및 고온수 생산은 1단 히트펌프 또는 스크롤형 압축기 탑재 히트펌프에서는 어려운 과제로 제시되었으며, 이를 극복하기 위한 방법중 고온수 생산을 위한 첫째 방법은 CO2 냉매을 적용한 히트펌프는 냉매 특성상 응축 압력이 고압인 관계로 압축기 및 열교환기, 냉매 배관등이 고압용으로 설계 제작되어 제조 원가 상승에 따른 경제성이 떨어지고, 둘째 방법은 한냉지형(외기 –15℃ 이하)과 고온수 생산을 위한 이원사이클 히트펌프 시스템은 저단부와 고단부의 2회로 조합에 따른 냉동설비의 복잡성 및 효율저하 등의 문제점으로 현장 활용에 제한을 받고 있다. 일반용 1단 공기열 히트펌프는 R-407C, R-410A의 냉매를 사용, 스크롤 압축기 10RT급으로 조합된 20RT, 40RT가 주류을 이루고 있으나, 생산 온수가 65℃ 이하이고, 소음, 내구성등의 문제점이 제시되고 있다, (1) 고온수 히트펌프 사이클 설계 전자팽창장치를 적용하여 일정한 열원조건에서 최대 COP를 찾는 설계를 적용, 본 설계에서는 고정된 포화 응축온도에서 전자팽창장치의 개도 변화를 통해 냉매 유량을 맞춰주는 제어장치을 사용, 응축기 출구온도 즉 급탕온도 75 ~ 80℃ 생산할 수 있는 과정을 통해서 기초 자료를 바탕으로 최대 COP를 갖는 운전점을 찾을 수 있다. (2) 열원 온도변화에 따른 급탕 성능 평가 폐수열원을 기준으로 열원의 온도 변화에 따른 폐수의 온도가 증가할수록 증발기 열원측 입구 온도가 증가하기 때문에, 저단 압축기의 냉매 유량 증가로 소비동력이 증가하게 된다. 또 중간 압력이 상승하여 고단 압축기로 흡입되는 냉매유량도 증가하게 된다. 급탕 용량 또한 증가하게 된다. 급탕용량이 증가하는 것이 소비동력보다 크기 때문에 전체적인 급탕운전 COP는 증가하는 경향을 나타낸다. 한편, 공급 온수의 온도가 증가하면 압축비의 증가로 소비동력과 급탕용량이 증가하지만, 급탕용량이 증가하는 것이 소비동력에 비하여 매우 작기 때문에 COP는 감소하는 경향을 나타낸다. (3) 2단 압축 사이클의 효용 운전 범위 분석 2단 압축 히트펌프가 1단 압축 히트펌프보다 효용성이 높아지는 운전범위를 찾기 위하여 응축기 열원측 입구 온도를 변화시키며, 각각의 사이클에 대한 실험 작업을 수행한 결과, 약 60℃ 이상의 온도에서부터 2단 압축 히트펌프의 효율(COP)이 1단압축 히트펌프보다 작아지는 것을 확인하였다. 70℃ 이상의 영역에서 2단 압축 히트펌프를 사용하면, 1단 압축 히트펌프에 고온수 생산 운전이 불가능했던 급탕 운전을 2단 압축 히트펌프을 적용시 COP 3.2이상 운전, 고온수 급탕을 얻을 수 있는 것으로 나타났다. (4) 고온수 생산에 따른 에너지 비용 절감 효과분석 2단 압축 히트펌프를 이용하여 고온수(75℃) 생산시 가스보일러 대비 50%가 절감되며, 겨울철 외기 온도가 낮은 지역에서 폐수를 이용한 히트펌프 시스템을 적용하면 기존의 공기열원 히트펌프에서 발생하는 용량 부족이나, 착상 및 제상 문제를 극복할 수 있으며, 본 연구에서 제안된 시스템은 공기 열원 히트펌프에 비하여 고온수 급탕 생산 COP는 약 60% 이상 향상되는 것을 알 수 있었다.
스크류형 압축기를 장착한 중.대형 수열원 히트펌프 시스템은 최근 에너지 원의 불균형과 효율적 이용 측면에서 그 필요성이 증대되고 있다. 본 연구는 히트펌프 사이클의 증발기 열원측을 수열원을 이용하고, 응축기 부하측을 고온, 고압 냉매로 압축하여 응축하기 위한 2단 압축기을 탑재한 1단 팽창의 시스템 및 전자제어 시스템을 적용한 기술 적용 제품 개발이다. 장비의 대형화 및 고온수 생산은 1단 히트펌프 또는 스크롤형 압축기 탑재 히트펌프에서는 어려운 과제로 제시되었으며, 이를 극복하기 위한 방법중 고온수 생산을 위한 첫째 방법은 CO2 냉매을 적용한 히트펌프는 냉매 특성상 응축 압력이 고압인 관계로 압축기 및 열교환기, 냉매 배관등이 고압용으로 설계 제작되어 제조 원가 상승에 따른 경제성이 떨어지고, 둘째 방법은 한냉지형(외기 –15℃ 이하)과 고온수 생산을 위한 이원사이클 히트펌프 시스템은 저단부와 고단부의 2회로 조합에 따른 냉동설비의 복잡성 및 효율저하 등의 문제점으로 현장 활용에 제한을 받고 있다. 일반용 1단 공기열 히트펌프는 R-407C, R-410A의 냉매를 사용, 스크롤 압축기 10RT급으로 조합된 20RT, 40RT가 주류을 이루고 있으나, 생산 온수가 65℃ 이하이고, 소음, 내구성등의 문제점이 제시되고 있다, (1) 고온수 히트펌프 사이클 설계 전자팽창장치를 적용하여 일정한 열원조건에서 최대 COP를 찾는 설계를 적용, 본 설계에서는 고정된 포화 응축온도에서 전자팽창장치의 개도 변화를 통해 냉매 유량을 맞춰주는 제어장치을 사용, 응축기 출구온도 즉 급탕온도 75 ~ 80℃ 생산할 수 있는 과정을 통해서 기초 자료를 바탕으로 최대 COP를 갖는 운전점을 찾을 수 있다. (2) 열원 온도변화에 따른 급탕 성능 평가 폐수열원을 기준으로 열원의 온도 변화에 따른 폐수의 온도가 증가할수록 증발기 열원측 입구 온도가 증가하기 때문에, 저단 압축기의 냉매 유량 증가로 소비동력이 증가하게 된다. 또 중간 압력이 상승하여 고단 압축기로 흡입되는 냉매유량도 증가하게 된다. 급탕 용량 또한 증가하게 된다. 급탕용량이 증가하는 것이 소비동력보다 크기 때문에 전체적인 급탕운전 COP는 증가하는 경향을 나타낸다. 한편, 공급 온수의 온도가 증가하면 압축비의 증가로 소비동력과 급탕용량이 증가하지만, 급탕용량이 증가하는 것이 소비동력에 비하여 매우 작기 때문에 COP는 감소하는 경향을 나타낸다. (3) 2단 압축 사이클의 효용 운전 범위 분석 2단 압축 히트펌프가 1단 압축 히트펌프보다 효용성이 높아지는 운전범위를 찾기 위하여 응축기 열원측 입구 온도를 변화시키며, 각각의 사이클에 대한 실험 작업을 수행한 결과, 약 60℃ 이상의 온도에서부터 2단 압축 히트펌프의 효율(COP)이 1단압축 히트펌프보다 작아지는 것을 확인하였다. 70℃ 이상의 영역에서 2단 압축 히트펌프를 사용하면, 1단 압축 히트펌프에 고온수 생산 운전이 불가능했던 급탕 운전을 2단 압축 히트펌프을 적용시 COP 3.2이상 운전, 고온수 급탕을 얻을 수 있는 것으로 나타났다. (4) 고온수 생산에 따른 에너지 비용 절감 효과분석 2단 압축 히트펌프를 이용하여 고온수(75℃) 생산시 가스보일러 대비 50%가 절감되며, 겨울철 외기 온도가 낮은 지역에서 폐수를 이용한 히트펌프 시스템을 적용하면 기존의 공기열원 히트펌프에서 발생하는 용량 부족이나, 착상 및 제상 문제를 극복할 수 있으며, 본 연구에서 제안된 시스템은 공기 열원 히트펌프에 비하여 고온수 급탕 생산 COP는 약 60% 이상 향상되는 것을 알 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.