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문제 정의
- 본 연구에서는 공기열원과 하천수열원을 사용하는 열펌프 사이클의 성능 결과를 바탕으로 각 열원을 이용하는 열펌프의 경제성 평가를 수행하였다. 공기열원 열펌프의 경우에는 동절기에 난방성 능이 매우 저하되는 단점이 있기 때문에 일반적으로 많이 사용되고 있는 LNG 보일러를 적용하였고, 공기열원 열펌프는 하절기에만 사용하는 것으로 가정하였다.
- 본 연구에서는 일반적인 냉동사이클의 성능을 평가하는 대표적인 프로그램인 ORNL®의 모델링 방법에 기초하여 부하변동 및 운전변수 변화에 따른 사이클 시뮬레이션을 실시하였다. 공기열원과 하천수열원을 이용한 열펌프를 기준으로 냉방 사이클의 경우에는 증발기에서 원하는 온도의 냉수를 생산하기 위하여 응축기의 열원으로 공기나 하천수를 사용하고, 난방의 경우에는 응축기에서 온수를 생산하기 위하여 증발기의 열원으로 공기나 하천수를 사용하도록 하였다.
- 에너지자원과 지구환경에 대한 관심이 높아 지면서 1차에너지의 사용을 최대한 줄이면서 환경친화적인 산업구조의 형태를 갖는 에너지 이용 기술 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이리한 관점에서 열펌프 시스템에 다양한 열원 적 용을 검 토하여 기존의 공기열원 열펌프 시스템의 대안을 검도함 수 있다. 공기열원의 대안으로 미활용에너지는 시스템효율 측면에서 우수한 활용 방안이 될 수 있다.
가설 설정
- 각 시스템의 자세한 용량별 초기투자비는 Table 3에 나타내었고, 각 열펌프의 성능데이터와 전기 요금, LNG 가스요금을 바탕으로 일일 8시간 사용 기준으로 계절별 전력요금을 고려하여 연간 운전 비용을 Table 4와 같이 산정하였다. LNG 보일러의 효율은 한국에너지기술연구원의 보고서에서 제시한 82%로 가정하였다.⑼
- 각 시스템에 대한 생애주기비용을 환산하기 위해서 열펌프와 보일러의 가용연수를 10년으로 설 정하였고, 유지보수 비용은 초기투자비용의 2%로 가정하였다. 할인율은 은행 예금이자를 기준으로 5%로 설정하였으며, 하천수열원 열펌프를 설치한 경우 에너지 절약사업의 일환으로 정부에서 에너지합리화자금을 지원하는 것으로 하여 정부 대출 이자를 2.
- 본 연구에서는 공기열원과 하천수열원을 사용하는 열펌프 사이클의 성능 결과를 바탕으로 각 열원을 이용하는 열펌프의 경제성 평가를 수행하였다. 공기열원 열펌프의 경우에는 동절기에 난방성 능이 매우 저하되는 단점이 있기 때문에 일반적으로 많이 사용되고 있는 LNG 보일러를 적용하였고, 공기열원 열펌프는 하절기에만 사용하는 것으로 가정하였다.
- 1에 나타낸 바와 같이 냉방운전 의 경우는 10 ℃의 물이 증발기로 유입되어 4 ℃의 냉수를 생산하도록 하고, 난방운전의 경우는 45 ℃ 의 물이 응축기로 유입되어 50 ℃의 온수를 생산하도록 하였다. 하천수열원 열펌프 시뮬레이션에서는 증발기와 응축기 모두 판형 열교환기를 적용하였고, 공기열원 열펌프 시뮬레이션에서는 냉수와 온수를 생산하는 열교환기는 판형열교환기를 적용 하였고, 외부공기와 열교환을 하는 열교환기로는 핀튜브 열교환기를 적용하는 것으로 가정하였다.
- 하천수열원 열펌프의 경우, 인접한 강까지의 거리에 따라서 공사비용이 달라지기 때문에 본 연구에서는 강과의 거리를 100m로 가정하였고, 매설 파이프의 종류는 PVC관으로 선정하였다. 열펌프는 대상건물의 용량에 맞는 상용 열펌프의 가격을 기준으로 물-냉매 열교환기의 가격을 추가하여 개략적으로 산정하였다.
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