상변환 물질(Phase change material; PCM)이란 특정한 온도에서 온도의 변화 없이 고체에서 액체, 액체에서 기체, 또는 반대의 방향으로 상(형태)가 변하면 많은 열을 흡수 또는 방출할 수 있는 잠열, 축열 또는 열에너지를 조절할 수 있는 물질을 의미한다. 상변화물질은 형상의 변화가 자유로워 축열함에 있어 저장장소의 영향에 방해를 받지않고, 상변화시 잠열은 ...
상변환 물질(Phase change material; PCM)이란 특정한 온도에서 온도의 변화 없이 고체에서 액체, 액체에서 기체, 또는 반대의 방향으로 상(형태)가 변하면 많은 열을 흡수 또는 방출할 수 있는 잠열, 축열 또는 열에너지를 조절할 수 있는 물질을 의미한다. 상변화물질은 형상의 변화가 자유로워 축열함에 있어 저장장소의 영향에 방해를 받지않고, 상변화시 잠열은 에너지 저장에 중요한 역할을 하는데 현열에 비해 잠열은 상변화 온도에서 수십배에서 수백배의 에너지 저장 능력과 방출 능력을 가지고 있어 기존 현열을 이용하는 에너지 절약소재들 보다 탁월한 기능을 가지고 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 축소화 된 기존 콘크리트 슬래브와 상변화물질은 이용한 열저장 탱크를 활용해 친환경적인 제설 시스템을 구현하고 이를 실증하여 성능을 파악해 봄으로써 이의 활용방안에 대해 모색하고자 하였다. 본 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 상변화 물질을 이용한 제설 실험장치에 구현에 대하여 모색하였다. 상변화물질은 고온 영역(50℃도 이상)에 효율이 좋은 사용이 가능한 ‘Octadecanol'(Melting point : 58℃)으로 사용되며, 열에너지 사용 온도 범위는 50℃~70℃로 선정하였다. 도로 제설 시스템 온도설정 범위는 표면온도가 -15~2℃, 상변화물질 탱크온도(가동온도) 50~70℃, 부동액 온도(입구~출구, 방열) 40~55℃, 부동액 온도(입구~출구, 축열) 50~70℃, Outer/Inner는 650~410μm로 설정하였다. 둘째, 연구에서 사용되는 상변화물질 축열탱크의 최적설계를 위해 도로 제설면적, 도로 표면 적설량, 국내 기준 포장체 표면 온도 등의 다양한 조건을 고려하여 설계하였다. 콘크리트 포장체의 면적은 0.04㎡(0.8m×0.5m)에 두께 30mm의 적설량, 포장체 표면 온도는 -15℃와 포장체 가열을 위한 물성치는 비열 0.8988kJ/kg·K, 단위중량 24.0kN/㎥을 고려하였다. 실험에 가정된 적설을 모두 융해시키고, 두께 150mm의 포장체 표면 온도를 평균 2℃로 유지시키는데 필요한 상변화물질의 열량을 도출하였다. 셋째, 축열탱크 성능 실험을 실시하였다. 성능실험을 위해 Lab-Scale로 실시하여 열전달 매개체인 태양열을 대신하여 보일러를 적용해 열 에너지를 축열하였으며, 축열탱크 내부 균일한 위치에 온도계를 설치하여 축열탱크 내부의 온도 분포에 대한 실시간 온도 모니터링을 실시하였다. 넷째, 도로에 적용시키기 위한 콘크리트 포장체를 제작하였다. 콘크리트 포장체에 열전달을 위해 배관을 설치하였으며, 축열을 위해 현 시중에 판매되고 있는 태양열 집열기를 이용하여 열 에너지 전달 매개체로 적용하였다. 도로 제설 시스템의 실험은 포장체 표면온도가 -15℃인 지점부터 부동액을 유량 7L/min으로 방열하기 시작하였고, 그에 따라 포장체 표면온도가 상승하는 것을 볼 수 있다. 시작지점부터 약 25분까지 포장체 표면온도가 가파르게 상승하여 영상 1℃에 도달하였고, 표면의 생성된 빙판이 해빙되면서 평균온도가 완만하게 상승하였다. 방열 시작 후 약 120분이 소요된 후 포장체 표면의 빙판은 완전히 녹은 것으로 확인되었으며, 포장체 표면의 평균온도는 10℃내외를 유지하였다.
상변환 물질(Phase change material; PCM)이란 특정한 온도에서 온도의 변화 없이 고체에서 액체, 액체에서 기체, 또는 반대의 방향으로 상(형태)가 변하면 많은 열을 흡수 또는 방출할 수 있는 잠열, 축열 또는 열에너지를 조절할 수 있는 물질을 의미한다. 상변화물질은 형상의 변화가 자유로워 축열함에 있어 저장장소의 영향에 방해를 받지않고, 상변화시 잠열은 에너지 저장에 중요한 역할을 하는데 현열에 비해 잠열은 상변화 온도에서 수십배에서 수백배의 에너지 저장 능력과 방출 능력을 가지고 있어 기존 현열을 이용하는 에너지 절약소재들 보다 탁월한 기능을 가지고 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 축소화 된 기존 콘크리트 슬래브와 상변화물질은 이용한 열저장 탱크를 활용해 친환경적인 제설 시스템을 구현하고 이를 실증하여 성능을 파악해 봄으로써 이의 활용방안에 대해 모색하고자 하였다. 본 연구 결과는 다음과 같다. 첫째, 상변화 물질을 이용한 제설 실험장치에 구현에 대하여 모색하였다. 상변화물질은 고온 영역(50℃도 이상)에 효율이 좋은 사용이 가능한 ‘Octadecanol'(Melting point : 58℃)으로 사용되며, 열에너지 사용 온도 범위는 50℃~70℃로 선정하였다. 도로 제설 시스템 온도설정 범위는 표면온도가 -15~2℃, 상변화물질 탱크온도(가동온도) 50~70℃, 부동액 온도(입구~출구, 방열) 40~55℃, 부동액 온도(입구~출구, 축열) 50~70℃, Outer/Inner는 650~410μm로 설정하였다. 둘째, 연구에서 사용되는 상변화물질 축열탱크의 최적설계를 위해 도로 제설면적, 도로 표면 적설량, 국내 기준 포장체 표면 온도 등의 다양한 조건을 고려하여 설계하였다. 콘크리트 포장체의 면적은 0.04㎡(0.8m×0.5m)에 두께 30mm의 적설량, 포장체 표면 온도는 -15℃와 포장체 가열을 위한 물성치는 비열 0.8988kJ/kg·K, 단위중량 24.0kN/㎥을 고려하였다. 실험에 가정된 적설을 모두 융해시키고, 두께 150mm의 포장체 표면 온도를 평균 2℃로 유지시키는데 필요한 상변화물질의 열량을 도출하였다. 셋째, 축열탱크 성능 실험을 실시하였다. 성능실험을 위해 Lab-Scale로 실시하여 열전달 매개체인 태양열을 대신하여 보일러를 적용해 열 에너지를 축열하였으며, 축열탱크 내부 균일한 위치에 온도계를 설치하여 축열탱크 내부의 온도 분포에 대한 실시간 온도 모니터링을 실시하였다. 넷째, 도로에 적용시키기 위한 콘크리트 포장체를 제작하였다. 콘크리트 포장체에 열전달을 위해 배관을 설치하였으며, 축열을 위해 현 시중에 판매되고 있는 태양열 집열기를 이용하여 열 에너지 전달 매개체로 적용하였다. 도로 제설 시스템의 실험은 포장체 표면온도가 -15℃인 지점부터 부동액을 유량 7L/min으로 방열하기 시작하였고, 그에 따라 포장체 표면온도가 상승하는 것을 볼 수 있다. 시작지점부터 약 25분까지 포장체 표면온도가 가파르게 상승하여 영상 1℃에 도달하였고, 표면의 생성된 빙판이 해빙되면서 평균온도가 완만하게 상승하였다. 방열 시작 후 약 120분이 소요된 후 포장체 표면의 빙판은 완전히 녹은 것으로 확인되었으며, 포장체 표면의 평균온도는 10℃내외를 유지하였다.
Phase change material (PCM) is the latent heat, heat storage, or heat storage that can absorb or release a lot of heat when the phase (shape) changes from solid to liquid, liquid to gas, or in the opposite direction without a change in temperature at a specific temperature. PCM is free in shape and ...
Phase change material (PCM) is the latent heat, heat storage, or heat storage that can absorb or release a lot of heat when the phase (shape) changes from solid to liquid, liquid to gas, or in the opposite direction without a change in temperature at a specific temperature. PCM is free in shape and is not disturbed by the influence of the storage location during the heat storage, and the latent heat plays an important role in energy storage during the phase change. Compared to sensible heat, the latent heat is tens to hundreds of times the energy at the phase change temperature. It shows the advantage of having superior functions compared to existing energy-saving materials using sensible heat because it has storage and emission capacity. In this study, an eco-friendly snow removal system was implemented using a thermal storage tank that used reduced existing concrete slab and PCM. Besides, we performed to find out how to utilize it by verifying its performance. PCM is used as 'Octadecanol' (Melting point: 58°C), which can be used efficiently in 50°C or higher, and the temperature range for use of thermal energy is between 50°C to 70°C. Road snow removal system temperature setting range is -15℃ to 2℃ for surface temperature, 50~70℃ for PCM tank temperature (operation temperature), 40~55℃ for antifreeze temperature (inlet to outlet, heat dissipation), and 50~70℃ for antifreeze temperature (inlet to outlet), outer/inner was set to 650~410μm. Furthermore, for the optimal design of the PCM heat storage tank used in the study, it was designed in consideration of various conditions such as road snow removal area, road surface snow amount, and domestic standard pavement surface temperature. The area of ??the concrete pavement is 0.04㎡ (0.8 m × 0.5 m) with a thickness of 30 mm, the surface temperature of the pavement is -15℃, and the properties for heating the pavement were considered as specific heat of 0.8988 kJ/kg·K, and unit weight of 24.0 kN/㎥. All the snowfall assumed in the experiment was melted, and the amount of heat of PCM required to maintain the surface temperature of the package having a thickness of 150 mm at an average of 2°C was derived. Besides, the heat storage tank performance test was conducted. The heat energy was stored by applying a boiler instead of solar heat, which is a heat transfer medium, and a thermometer was installed in a uniform location inside the heat storage tank to monitor the temperature distribution inside the heat storage tank in real-time. Lastly, a concrete pavement body for application to the road was produced. Pipes were installed for heat transfer to the concrete pavement, and a commercial solar heat collector was used as a heat energy transfer medium for heat storage. In the experiment of the road snow removal system, from the point where the surface temperature of the pavement was -15℃, the antifreeze began to radiate at a flow rate of 7 L/min, and the surface temperature of the pavement increases accordingly. From the starting point to about 25 min, the surface temperature of the package body increased singnificantly to reach 1℃, and the average temperature increased smoothly as the ice sheet formed on the surface was thawed. After 120 min of heat dissipation started, it was confirmed that the ice sheet on the surface of the package was completely melted, and the average temperature of the surface of the package was maintained at around 10°C.
Phase change material (PCM) is the latent heat, heat storage, or heat storage that can absorb or release a lot of heat when the phase (shape) changes from solid to liquid, liquid to gas, or in the opposite direction without a change in temperature at a specific temperature. PCM is free in shape and is not disturbed by the influence of the storage location during the heat storage, and the latent heat plays an important role in energy storage during the phase change. Compared to sensible heat, the latent heat is tens to hundreds of times the energy at the phase change temperature. It shows the advantage of having superior functions compared to existing energy-saving materials using sensible heat because it has storage and emission capacity. In this study, an eco-friendly snow removal system was implemented using a thermal storage tank that used reduced existing concrete slab and PCM. Besides, we performed to find out how to utilize it by verifying its performance. PCM is used as 'Octadecanol' (Melting point: 58°C), which can be used efficiently in 50°C or higher, and the temperature range for use of thermal energy is between 50°C to 70°C. Road snow removal system temperature setting range is -15℃ to 2℃ for surface temperature, 50~70℃ for PCM tank temperature (operation temperature), 40~55℃ for antifreeze temperature (inlet to outlet, heat dissipation), and 50~70℃ for antifreeze temperature (inlet to outlet), outer/inner was set to 650~410μm. Furthermore, for the optimal design of the PCM heat storage tank used in the study, it was designed in consideration of various conditions such as road snow removal area, road surface snow amount, and domestic standard pavement surface temperature. The area of ??the concrete pavement is 0.04㎡ (0.8 m × 0.5 m) with a thickness of 30 mm, the surface temperature of the pavement is -15℃, and the properties for heating the pavement were considered as specific heat of 0.8988 kJ/kg·K, and unit weight of 24.0 kN/㎥. All the snowfall assumed in the experiment was melted, and the amount of heat of PCM required to maintain the surface temperature of the package having a thickness of 150 mm at an average of 2°C was derived. Besides, the heat storage tank performance test was conducted. The heat energy was stored by applying a boiler instead of solar heat, which is a heat transfer medium, and a thermometer was installed in a uniform location inside the heat storage tank to monitor the temperature distribution inside the heat storage tank in real-time. Lastly, a concrete pavement body for application to the road was produced. Pipes were installed for heat transfer to the concrete pavement, and a commercial solar heat collector was used as a heat energy transfer medium for heat storage. In the experiment of the road snow removal system, from the point where the surface temperature of the pavement was -15℃, the antifreeze began to radiate at a flow rate of 7 L/min, and the surface temperature of the pavement increases accordingly. From the starting point to about 25 min, the surface temperature of the package body increased singnificantly to reach 1℃, and the average temperature increased smoothly as the ice sheet formed on the surface was thawed. After 120 min of heat dissipation started, it was confirmed that the ice sheet on the surface of the package was completely melted, and the average temperature of the surface of the package was maintained at around 10°C.
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