본 논문은 바닥 복사 난방 시스템에 대해 고찰하고 문제점을 분석하였으며, 고성능 축열 재료인 상변화물질(Phase Change Material ; PCM)을 적용하여 기존 바닥 복사난방시스템의 축열성능을 개선하고자 하였다. 연구의 진행 과정으로는 국내 건물에 적용된 바닥 복사난방의 구조와 기준을 분석하였으며, 국내·외 연구 및 기술 현황 고찰을 통해 PCM의 적용 가능성을 확인하였다. 또한, 구조 내에 PCM 적용위치는 ...
본 논문은 바닥 복사 난방 시스템에 대해 고찰하고 문제점을 분석하였으며, 고성능 축열 재료인 상변화물질(Phase Change Material ; PCM)을 적용하여 기존 바닥 복사난방시스템의 축열성능을 개선하고자 하였다. 연구의 진행 과정으로는 국내 건물에 적용된 바닥 복사난방의 구조와 기준을 분석하였으며, 국내·외 연구 및 기술 현황 고찰을 통해 PCM의 적용 가능성을 확인하였다. 또한, 구조 내에 PCM 적용위치는 Mock-up Test를 통해 설치위치를 도출하였으며, 재실자 활동에 따른 난방 스케줄 운용으로 PCM 바닥 복사난방 시스템의 축열성능을 검증하였다. 본 연구에서 수행된 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 국내 공동주택 바닥구조에 대한 기준을 고찰한 결과 층간소음으로 인한 분쟁 해소를 목적을 기준으로 그 구조가 적용되어왔을 뿐 공동주택 대부분에서 사용 중인 열원인 온수난방에 대한 고려는 없었다. 또한, 국내·외 선행연구 및 기술들 비교·분석 결과 국내 기준에 맞지 않아 적용하기 어려웠으며, 현 시스템에 비해 난방 효율과 에너지 소비 측면에서 큰 차이를 보였다. 이를 통해 국내·외 기술의 차이와 한계점과 현 구조의 문제점을 도출하고 고성능 잠열 축열재를 적용한 PCM 바닥 복사난방 시스템을 설계 및 제작하였다.
(2) 외부와 열적 교류가 없도록 기밀성능이 확보된 3개의 Mock-up을 구축하여 실험 조건 안정성을 확보하였다. 사용된 PCM은 수학적 수식과 재료 열특성 분석을 통해 융해온도 44 ℃로 선정하였다.(‘R사’ n-Paraffin 계열). 또한, 8시간 동안 온수배관으로부터 PCM에 전달되는 열량을 계산하여 실험에 사용될 용량을 산출하였다.
(3) 바닥 구조 내 PCM의 삽입 위치를 도출하기 위해 축열성능 확인 결과 온수배관 하부에 삽입하는 것이 온수배관 측면과 하부에 동시 삽입하는 것 보다 축열성능 면에서 유리한 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 최적 삽입 위치에 적용한 구조와 기존 바닥 구조 비교 실험에서 재실자가 거주하고 있음을 가정한 난방 운용 시 PCM을 적용한 구조에서 지속적인 높은 온도를 유지하고 있었고 난방 중지 후에도 더 높은 온도 분포를 보임으로써 PCM으로 인한 축열효과를 확인할 수 있었다.
본 논문은 바닥 복사 난방 시스템에 대해 고찰하고 문제점을 분석하였으며, 고성능 축열 재료인 상변화물질(Phase Change Material ; PCM)을 적용하여 기존 바닥 복사난방시스템의 축열성능을 개선하고자 하였다. 연구의 진행 과정으로는 국내 건물에 적용된 바닥 복사난방의 구조와 기준을 분석하였으며, 국내·외 연구 및 기술 현황 고찰을 통해 PCM의 적용 가능성을 확인하였다. 또한, 구조 내에 PCM 적용위치는 Mock-up Test를 통해 설치위치를 도출하였으며, 재실자 활동에 따른 난방 스케줄 운용으로 PCM 바닥 복사난방 시스템의 축열성능을 검증하였다. 본 연구에서 수행된 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 국내 공동주택 바닥구조에 대한 기준을 고찰한 결과 층간소음으로 인한 분쟁 해소를 목적을 기준으로 그 구조가 적용되어왔을 뿐 공동주택 대부분에서 사용 중인 열원인 온수난방에 대한 고려는 없었다. 또한, 국내·외 선행연구 및 기술들 비교·분석 결과 국내 기준에 맞지 않아 적용하기 어려웠으며, 현 시스템에 비해 난방 효율과 에너지 소비 측면에서 큰 차이를 보였다. 이를 통해 국내·외 기술의 차이와 한계점과 현 구조의 문제점을 도출하고 고성능 잠열 축열재를 적용한 PCM 바닥 복사난방 시스템을 설계 및 제작하였다.
(2) 외부와 열적 교류가 없도록 기밀성능이 확보된 3개의 Mock-up을 구축하여 실험 조건 안정성을 확보하였다. 사용된 PCM은 수학적 수식과 재료 열특성 분석을 통해 융해온도 44 ℃로 선정하였다.(‘R사’ n-Paraffin 계열). 또한, 8시간 동안 온수배관으로부터 PCM에 전달되는 열량을 계산하여 실험에 사용될 용량을 산출하였다.
(3) 바닥 구조 내 PCM의 삽입 위치를 도출하기 위해 축열성능 확인 결과 온수배관 하부에 삽입하는 것이 온수배관 측면과 하부에 동시 삽입하는 것 보다 축열성능 면에서 유리한 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 최적 삽입 위치에 적용한 구조와 기존 바닥 구조 비교 실험에서 재실자가 거주하고 있음을 가정한 난방 운용 시 PCM을 적용한 구조에서 지속적인 높은 온도를 유지하고 있었고 난방 중지 후에도 더 높은 온도 분포를 보임으로써 PCM으로 인한 축열효과를 확인할 수 있었다.
This paper considered the floor radiant heating system and analyzed the problems, and tried to improve the heat storage performance of the floor radiant heating system by applying the high-performance heat accumulator material. The progress of the study is, The structure and standards of floor radia...
This paper considered the floor radiant heating system and analyzed the problems, and tried to improve the heat storage performance of the floor radiant heating system by applying the high-performance heat accumulator material. The progress of the study is, The structure and standards of floor radiant heating applied to domestic buildings were analyzed. The possibility of PCM application was confirmed by examining the status of domestic and foreign research and technology. In addition, PCM installation location was derived through structural Mock-up Test. and heat storage performance of PCM floor radiant heating system was verified by the scheduled operation of the heat transfer schedule. The results of this study are as follows.
(1) The criteria for the floor structures of the apartments in South Korea are focused on the prevention of disputes over floor impact noise, and they did not consider heating. Previous domestic and overseas studies as well as technologies were compared and analyzed. As a result, it was found that it is difficult to apply them to the domestic criteria and that they exhibited large differences in heating efficiency and energy consumption from the existing systems. Based on this, differences between domestic and overseas technologies and limitations were examined and the problems of the current structures were derived.
(2) Three Mock-up systems with secured air-tight performance were deployed to ensure stability of the experimental conditions. PCMs used were selected with a melting temperature of 44 °C through mathematical formulas and analysis of thermal properties of materials.('R's' n-paraffin family). In addition, the heat transfer from the hot water piping to the PCM was calculated for eight hours to calculate the capacity to be used in the experiment.
(3) To derive the location of insertion of PCM in the floor structure, the heat storage performance was found to be better in terms of heat storage performance than the simultaneous insertion at the side and bottom of the hot water pipe. These results showed that the structure applied at the optimum insertion location and the structure applied with the PCM during heating operation assuming that the retiree was residing in a comparative experiment of the existing floor structure were maintaining a constant high temperature. The heat accumulator effects of PCM could be verified by showing a higher temperature distribution even after the heating stop.
This paper considered the floor radiant heating system and analyzed the problems, and tried to improve the heat storage performance of the floor radiant heating system by applying the high-performance heat accumulator material. The progress of the study is, The structure and standards of floor radiant heating applied to domestic buildings were analyzed. The possibility of PCM application was confirmed by examining the status of domestic and foreign research and technology. In addition, PCM installation location was derived through structural Mock-up Test. and heat storage performance of PCM floor radiant heating system was verified by the scheduled operation of the heat transfer schedule. The results of this study are as follows.
(1) The criteria for the floor structures of the apartments in South Korea are focused on the prevention of disputes over floor impact noise, and they did not consider heating. Previous domestic and overseas studies as well as technologies were compared and analyzed. As a result, it was found that it is difficult to apply them to the domestic criteria and that they exhibited large differences in heating efficiency and energy consumption from the existing systems. Based on this, differences between domestic and overseas technologies and limitations were examined and the problems of the current structures were derived.
(2) Three Mock-up systems with secured air-tight performance were deployed to ensure stability of the experimental conditions. PCMs used were selected with a melting temperature of 44 °C through mathematical formulas and analysis of thermal properties of materials.('R's' n-paraffin family). In addition, the heat transfer from the hot water piping to the PCM was calculated for eight hours to calculate the capacity to be used in the experiment.
(3) To derive the location of insertion of PCM in the floor structure, the heat storage performance was found to be better in terms of heat storage performance than the simultaneous insertion at the side and bottom of the hot water pipe. These results showed that the structure applied at the optimum insertion location and the structure applied with the PCM during heating operation assuming that the retiree was residing in a comparative experiment of the existing floor structure were maintaining a constant high temperature. The heat accumulator effects of PCM could be verified by showing a higher temperature distribution even after the heating stop.
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