A comparative analysis of an ice storage system has been performed on the operation cost for the four control strategies, i.e., chiller priority and chiller downstream, chiller priority and chiller upstream, storage priority and chiller upstream, storage priority and chiller downstream. Main compone...
A comparative analysis of an ice storage system has been performed on the operation cost for the four control strategies, i.e., chiller priority and chiller downstream, chiller priority and chiller upstream, storage priority and chiller upstream, storage priority and chiller downstream. Main components of the ice storage system are an ice-on-coil storage tank and a screw compressor chiller. With the simulation program, the operation cost has been evaluated from the economics of an ice storage system. It is found that the operation cost of the ice storage system is strongly dependent on the control strategy, i.e., chiller priority or storage priority, but less affected by the arrangement method, i.e., chiller upstream or chiller downstream. In case of the maximum load day, the control strategy with chiller priority and chiller upstream is supposed to obtain the reduction of operation cost. However, it is found that the control strategy with storage priority and chiller downstream is the best economical operation for most summer seasons except the maximum load day.
A comparative analysis of an ice storage system has been performed on the operation cost for the four control strategies, i.e., chiller priority and chiller downstream, chiller priority and chiller upstream, storage priority and chiller upstream, storage priority and chiller downstream. Main components of the ice storage system are an ice-on-coil storage tank and a screw compressor chiller. With the simulation program, the operation cost has been evaluated from the economics of an ice storage system. It is found that the operation cost of the ice storage system is strongly dependent on the control strategy, i.e., chiller priority or storage priority, but less affected by the arrangement method, i.e., chiller upstream or chiller downstream. In case of the maximum load day, the control strategy with chiller priority and chiller upstream is supposed to obtain the reduction of operation cost. However, it is found that the control strategy with storage priority and chiller downstream is the best economical operation for most summer seasons except the maximum load day.
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문제 정의
냉방기간을 6월에서 9월까지로 보았을 때, 이 기간동안 냉방부하의 변화량은 최 대부하에 대하여 40 ~ 100%사이에서 변동되며, 냉방부하가 최대부하에 접근하는 날은 오히려 며칠밖에 되지 않는다. 따라서 본 연구에서는 최대 부하와 최대부하보다 작은 냉방부하에 대한 각 운전방식에 대한 비교를 위하여 한국전력에서 제시한 냉방기간 중 최대 피크 부하일의 부하를 100으로하여 이를 기준으로 월별, 시간별 평균부 하를 최대 피크부하일의 부하에 대한 비율로 나타낸 블럭데이타를 이용하여 시뮬레이션을 실시 하였다.
Kintner-Meyer and Emery(2), Carey et aL(3)과 Lee et al.은 각각 전력요금체계, 냉방부하 변동패턴, 운전방식에 따라 빙축열 냉방시스템의 주요 구성요소인 냉동기와 축열조의 설계용량이 달라짐을 보였으며, 빙축열 냉방시스템의 최적설계 에 대하여 논의하였다. Spethmann⑸은 빙축열 냉 방시스템 운전방식 간의 경제성 비교에 있어서, 전력요금체계가 가장 큰 영향을 주는 요인임을 밝혔으며, 전력요금체계에 따라 가장 경제적인 운전방식이 달라짐을 보였다.
제안 방법
본 연구에서는 Lee et al.⑼이 실험으로 구한 냉동기와 축열조의 열적특성을 이용하여 작성된 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 수정하여 빙축열 냉방시스템에 대한 시뮬레이션을 실시하였다.
냉방부하는 최대 125 kW이며, 일일 총부하는 1100 kWh이고, 부하변동은 일일 최대 냉방부하 에 대한 평균부하의 비가 0.8로 일반적인 사무실 건물에 해당하며, 오후 3시에 최대부하를 가지는 경우에 대하여 고려하였다.
본 연구에서는 각 운전방식에 따른 운전비용 비교를 위해 현재 40% 이상의 축열률에 대한 축열식 냉난방 시스템에 적용되는 심야전력 요금을 적용하였다. 운전 비 용은 심야전력 요금과 주간전력요금의 합만으로 계산하였으며, 기본요금은 냉동기의 정격 소비전력에 의하여 결정되어 냉방부 하의 감소와 관계없이 일정하므로 운전비용 계산에서 제외하였다.
본 연구에서는 관외착빙형 빙축열 냉방시스템에 대하여 4가지 방식으로 시스템을 구성하고, 한국전력에서 제시한 냉방기간 충 최대 피크 부하일의 부하를 100으로 하여 이를 기준으로 월별, 시간별 평균부하를 최대 피크부하일의 부하에 대한 비율로 나타낸 블럭데이타를 이용하여, 각 방식에 대한 운전특성 및 에너지비용을 분석하였다.
성능실험에 근거한 냉동기와 축열조의 열적특성을 고려한 빙축열 냉방시스템의 운전 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 여름철 계절성능과 운전 비용을 분석하였다.
따라서 이 경우에는 냉동기를 최소 운전율로 부분부하 운전하고, . 축열조의 유입유량을 감소시켜 냉방부하를 공급하도록 하였다. 한편 주어진 유입유량에 대한 축열조의 열전달량이 냉방부하 보다 클 경우에는 축열조 단독운전이 가능하므로 냉동기를 정지시키며, 축열조 유입유량을 감소시켜 냉방부하만큼의 열전달량을 공급한다.
한편 본 연구의 시뮬레이션에서는 부하측으로의 냉수 공급온도 Tsup를 일반적인 냉방시스템과 동 일하게 7℃로 하였으며, 냉수유량은 냉방운전시 간동안의 환수온도와 공급온도의 평균적인 차이가 5℃가 되도록 결정하였다. 또한 냉동기의 운전 가능한 최소 부하율은 25%로 하였다.
성능/효과
은 각각 전력요금체계, 냉방부하 변동패턴, 운전방식에 따라 빙축열 냉방시스템의 주요 구성요소인 냉동기와 축열조의 설계용량이 달라짐을 보였으며, 빙축열 냉방시스템의 최적설계 에 대하여 논의하였다. Spethmann⑸은 빙축열 냉 방시스템 운전방식 간의 경제성 비교에 있어서, 전력요금체계가 가장 큰 영향을 주는 요인임을 밝혔으며, 전력요금체계에 따라 가장 경제적인 운전방식이 달라짐을 보였다.
각 제어 방식간의 운전비용은 7월 최대부하일 의 경우 냉동기우선 및 냉동기상류(CPCU) 방식이 운전비용을 22% 젙감할 수 있으며, 7월 최대 부하일을 제외한 6월 ~ 9월 평균부하일의 경우 축열조우선 및 냉동기하류(SPCD) 방식이 운전비용 절감 효과가 있는 것으로 보인다. 반면 배치 방법에 따른 운전비용의 차이는 10% 미만으로 제어방법에 의한 차이보다 상당히 작게 나타났다.
시스템 주간 운전율은 냉동기의 방열일 에 대한 냉방부하의 비로 냉동기 주간 사용량의 비중을 나타낸다. 그림에서 알 수 있듯이 7월 최 대부하일에는 냉동기우선 및 냉동기상류(CPCU) 방식이 5.25로 타방식에 비해 높음을 알 수 있고, 9월 평균부하일의 경우 축열조우선 및 냉동기하 류(SPCD) 방식의 시스템 주간 운전율이 타방식에 비해 최대 45% 향상됨을 알 수 있다. 이는 축열조의 열전달량이 많고 냉동기의 주간 사용량이 상대적으로 적어 시스템 주간 운전율을 높일 수 있음을 알 수 있다.
반면 배치 방법에 따른 운전비용의 차이는 10% 미만으로 제어방법에 의한 차이보다 상당히 작게 나타났다. 따라서, 냉방부하가 큰 기간에는 냉동기우선 및 냉동기상류(CPCU) 방식을 이용하며, 부하가 작은 기간에는 축열조우선 및 냉동기하류(SPCD) 방식을 이용한 제어 방식을 채택함이 바람직할 것으로 판단된다.
참고문헌 (9)
Jung, C. S., 1993, Ice storage system, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 22, No. 2, pp. 101-108
Kintner-Meyer, M. and Emery, A. F., 1995, Cost optimal analysis and load shifting potentials of cold storage equipment, ASHRAE Trans., Vol. 101, part 2, pp. 539-548
Carey, C. W., Mitchell, J. W., and Beckman, W. A., 1995, The control of ice-storage systems, ASHRAE Trans., Vol. 101, part 1, pp. 1345-1352
Lee, D.-Y., Jung, S.-H., and Kang, B. H.,1999, Comparative analysis of the minimum capacity of an ice-on-coil thermal storage system for various operation strategies, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 11, No. 3, pp. 401-413
Spethmann, D. H., 1993, Application considerations in optimal control of cool storage, ASHRAE Trans., pp. 1009-1015
Braun, J. E., 1992, A comparison of chiller-priority, storage-priority, and optimal control of an ice-storage system, ASHRAE Trans., Vol. 98, part 1, pp. 893-902
Simmonds, P., 1994, A comparison of energy consumption for storage priority and chiller priority for ice-based thermal storage systems, ASHRAE Trans., Vol. 100, part 1, pp. 1746-1753
Kim, S., 1994, Development on the ice storage system using the night electric power, Report of KEPRI, KRC-90D- J0
Lee, D.-Y., Kang, B. H., and Kim, M. S., 1999, Prediction of practically chargeable cold energy in an ice storage system, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 11, No. 1, pp. 133-146
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