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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 히트펌프 칠러의 과부하 및 착·제상 운전조건에서 난방성능을 실험적으로 조사하였다.
- 본 연구에서는 히트펌프 칠러의 과부하 및 착·제상운전 시의 난방성능을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
- 과부하 온도조건에서 사이클의 성능을 조사하고자 히트펌프의 가열능력이 최대가 되는 상태(정격 전압 220 V, 정격 주파수 60 Hz) 하에서 칼로리미터 내의 온도와 습도가 안정조건 상태에 도달한 후에 2시간 동안 운전하였으며, 착·제상 운전 시 데이터 샘플링 속도는 10 Hz이었다.
- 자동서리제거 성능은 서리 제거시간이 총 운전시간의 20%이내이어야 한다고 KS B 6275에 명시되어 있다. 그리고 이때 히트펌프 칠러의 상태를 정확히 측정하기 위해서 열전대를 이용하여 시간의 변화에 따라 압축기 후단, 증발기 표면온도, 응축기 표면온도 그리고 응축기 출구수온을 측정하였다. 증발기 표면온도가 -15℃가 되는 시점에서 제상운전을 시작하며, 제상운전 후 증발기 표면온도가 0℃에 도달하면 정상운전을 시작하도록 설정하였다.
- 본 연구는 히트펌프 칠러의 성능 및 신뢰성 실험을 위하여 칼로리미터와 항온수조를 사용하였다. 칼로리미터는 공기엔탈피(Psychrometric)방식이며 성능측정을 위하여 KS B 6275(11)에서 규정한 시험방법을 적용하여 실험하였다.
- 그리고 이때 히트펌프 칠러의 상태를 정확히 측정하기 위해서 열전대를 이용하여 시간의 변화에 따라 압축기 후단, 증발기 표면온도, 응축기 표면온도 그리고 응축기 출구수온을 측정하였다. 증발기 표면온도가 -15℃가 되는 시점에서 제상운전을 시작하며, 제상운전 후 증발기 표면온도가 0℃에 도달하면 정상운전을 시작하도록 설정하였다.
- 착·제상 운전 시의 성능평가는 최초의 착·제상 사이클을 종료한 후 3번의 반복운전을 수행하였다.
- 10은 증발기 표면의 착상 과정을 보여준다. 최초의 사이클 착상모습으로 일정시간을 선정하여 CCD 카메라(10배율, 60 F/S)를 사용하여 촬영하였다. 최초 착상은 약 1,860 초 쯤 관찰되기 시작하였고, 핀-관 열교환기 관이 위치한 부분에서부터 착상이 형성되기 시작해 열교환기의 전 표면으로 확대되었다.
- 본 실험은 히트펌프 칠러 과부하 및 착·제상 시의 성능 특성을 알아보기 위해 표준조건에서 시스템의 성능을 평가한 후에 Table 2에 기술된 실험조건(KS B 6275)으로 실험을 수행하였다. 칼로리미터 내부의 온도와 습도가 설정된 안정조건 범위에 도달한 후에 히트펌프 칠러를 운전하였다.
대상 데이터
- 칼로리미터는 크게 공기측정장치(Sampling unit), 풍량측정장치(Code tester), 데이터 획득장치(Data acquisition system), 전력공급장치(Power supply), 냉각탑(Cooling tower) 등으로 구성되어 있다. 본 연구에 사용된 칼로리미터의 사양은 난방능력 21 kW 이며, 건구온도는 -15～50℃, 습도는 30～90%까지 PID 방식에 의하여 자동으로 제어된다. 항온수조는 KS B 6275에 명시된 열량을 측정하기 위하여 물을 사용하는 실험장치로서, 항온수조의 난방능력은 17.
- 실험으로부터 2,300 g을 적정 냉매량으로 선정하였다. 적정 냉매량은 히트펌프의 능력과 COP가 모두 최대인 점을 나타낸다.
- 항온수조의 물온도를 측정하기 위해 ±0.1℃의 정밀도를 가지는 RTD를 사용하였다.
이론/모형
- 본 실험은 히트펌프 칠러 과부하 및 착·제상 시의 성능 특성을 알아보기 위해 표준조건에서 시스템의 성능을 평가한 후에 Table 2에 기술된 실험조건(KS B 6275)으로 실험을 수행하였다.
- 본 연구는 히트펌프 칠러의 성능 및 신뢰성 실험을 위하여 칼로리미터와 항온수조를 사용하였다. 칼로리미터는 공기엔탈피(Psychrometric)방식이며 성능측정을 위하여 KS B 6275(11)에서 규정한 시험방법을 적용하여 실험하였다. 모든 실험은 건․습구 설정온도가 안정적으로 유지(DB ±0.
성능/효과
- 1) 과부하 조건 실험에서 난방능력은 외기 온도 조건의 영향으로 증발압력이 높아져 표준조건보다 25.7% 증가하였다. 이 때 출구수온의 증가에 의한 응축압력의 증가로 소비전력이 다소 늘어나 COP는 19.
- 2) 서리제거에서 제상운전에 걸린 시간은 착·제상 소요시간의 약 12.2%로 자동서리제거에 필요한 총 운전시간의 20% 이내로 안정적인 사이클 운전을 보여주었다.
- 3) 응축기는 착상과정에서 43℃를 유지하였고, 제상과정 이후의 정상운전 상태에서도 안정적인 온도를 유지하였다.
- 4) 연속적인 착·제상운전에서 열교환기의 착·제상 주기는 36.0～56.1% 까지 감소하였다.
- 5℃이었다. 그리고 과부하 조건의 난방능력과 소비전력은 표준조건의 난방능력과 소비전력 보다 보다 25.7%와 5.5% 증가하여 COP가 19.1%향상되었다.
- 따라서 서리층의 성장시간이 단축되어 반복 주기가 짧아지는 것으로 판단된다. 또한 최초의 사이클이 끝나고 3시간 동안 자동 서리제거 실험에서 제상운전에 걸린 시간은 1,950초로 자동서리제거 총소요시간의 12.2%이었다. 이결과는 KS B 6275에 명시된 히트펌프 칠러의 자동 서리제거에 필요한 총 운전시간의 20% 이내를 만족하는 것으로 히트펌프 사이클 운전이 안정적임을 나타낸다.
- 2%이었다. 이결과는 KS B 6275에 명시된 히트펌프 칠러의 자동 서리제거에 필요한 총 운전시간의 20% 이내를 만족하는 것으로 히트펌프 사이클 운전이 안정적임을 나타낸다.
- 착·제상 사이클 (a)와 달리 사이클이 반복될수록 출구수온의 온도변화 거동은 달라짐을 확인할 수 있었다.
- 착·제상 운전에서 출구수온 변화량은 증발기표면의 응축수의 영향으로 증발기 열전달률 감소로 표준조건 출수수온 변화량보다 74.1～85.8% 감소하였다.
- 7은 착·제상 운전 시의 시간 변화에 따르는 압축기 토출온도를 나타낸다. 착상이 진행되어 증발기 표면온도의 감소로 압축기의 토출온도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 증발기 표면온도가 -15℃일 때 압축기 토출온도는 96.
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