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제안 방법
- 이를 바탕으로 각각의 분석 기간에 대해 지중열교환기 순환수의 히트펌프 입·출구 온도, 지중열교환기의 열전달 성능 그리고 시스템의 에너지 소비량 등을 분석한 후 비교하였다.
- 본 연구에서는 Fig. 1의 가상의 단독주택(117 m2)에 적용된 지열 히트펌프 시스템을 대상으로 분석 기간(8760시간 대 20년)을 달리하여 냉난방 성능을 분석하였다. 이를 위해 대상 건물의 최대 냉난방 부하, 시간대별 에너지 사용량, 월간 에너지 사용량 등을 계산한 후, 히트펌프의 용량과 지중열교환기 사양을 선정하였다.
- 1의 가상의 단독주택(117 m2)에 적용된 지열 히트펌프 시스템을 대상으로 분석 기간(8760시간 대 20년)을 달리하여 냉난방 성능을 분석하였다. 이를 위해 대상 건물의 최대 냉난방 부하, 시간대별 에너지 사용량, 월간 에너지 사용량 등을 계산한 후, 히트펌프의 용량과 지중열교환기 사양을 선정하였다. 이를 바탕으로 각각의 분석 기간에 대해 지중열교환기 순환수의 히트펌프 입·출구 온도, 지중열교환기의 열전달 성능 그리고 시스템의 에너지 소비량 등을 분석한 후 비교하였다.
- 이를 위해 대상 건물의 최대 냉난방 부하, 시간대별 에너지 사용량, 월간 에너지 사용량 등을 계산한 후, 히트펌프의 용량과 지중열교환기 사양을 선정하였다. 이를 바탕으로 각각의 분석 기간에 대해 지중열교환기 순환수의 히트펌프 입·출구 온도, 지중열교환기의 열전달 성능 그리고 시스템의 에너지 소비량 등을 분석한 후 비교하였다.
- 가상의 단독주택에 설치된 수직형 지열 히트펌프 시스템의 냉난방 성능 분석을 위해, 먼저 Fig. 2에 나타낸 서울의 2009년 외기 온도와 Table 1의 설계 변수들을 적용하여 시스템을 설계하였다. 대상 건물은 지하 1층과 지상 2층 규모이며, 총 면적은 117m2이고 침실·화장실·거실·주방·서재 등을 포함한 공조 대상 면적을 107 m2로 하였다.
- 보어홀 열저항 Rb는 문헌 (11) 에 제시된 방법을 적용 하였다. 월별 총 부하량 대비 최대 부하로 정의되는 부분부하율(part load factor)을 PLFm으로 표현하였다. 또한 T는 온도를 의미하며 하첨자 fi와 fo는 각각 지중 순환수의 히트펌프 입구 온도(이하 ‘EWT’)와 출구 온도다.
- 성능계수를 포함한 지열 히트 펌프의 특성을 EWT의 함수로 나타낼 수 있으며, 식(3)에서 식(6)과 같다. 이를 적용하여 시스템의 시간대별 또는 월간 성능을 분석하였다.
- 아울러 단기간의 성능을 비교하기 위해, 최대 냉방 부하가 걸리는 8월 16일을 기준으로 앞뒤 일의 결과도 함께 도시하였다. Fig. 6에서 보듯이, 본 시스템은 시간대별 부하 변동(외기 온도 변화)에 따라 단속(on-off)운전을 하였으며, 지중열교환기의 열전달량도 이에 상응하여 변하였다. 또한 지중 순환수의 온도와 보어홀 벽면 온도 역시 동일한 경향을 보였다.
- 7(b))를 나타낸 것이다. 냉방 분석 결과와는 달리, 본 시스템은 난방 설계 일에서 24시간 연속으로 운전하였다. 이때 지중열교환기의 열전달율(heat extraction rate)은 시간대별 부하 변동에 대응하였으며, 일평균 4.
- 본 연구에서는 가상의 단독주택(117 m2)에 적용된 지열 히트펌프 시스템을 대상으로 분석 기간(8760시간 대 20년)을 달리하여 냉난방 성능을 분석하였다. 이를 위해 서울의 2009년 외기 데이터를 적용하여 대상 건물의 최대 냉난방 부하, 시간대별 에너지 사용량, 월간 에너지 사용량 등을 계산한 후, 히트펌프의 용량과 지중열교환기 사양을 선정 하였다.
- (3) 난방 설계 일에서 본 시스템은 24시간 연속 운전을 하였다. 일평균 2.
대상 데이터
- 대상 건물은 지하 1층과 지상 2층 규모이며, 총 면적은 117m2이고 침실·화장실·거실·주방·서재 등을 포함한 공조 대상 면적을 107 m2로 하였다.
- )에 적용된 지열 히트펌프 시스템을 대상으로 분석 기간(8760시간 대 20년)을 달리하여 냉난방 성능을 분석하였다. 이를 위해 서울의 2009년 외기 데이터를 적용하여 대상 건물의 최대 냉난방 부하, 시간대별 에너지 사용량, 월간 에너지 사용량 등을 계산한 후, 히트펌프의 용량과 지중열교환기 사양을 선정 하였다. 이를 바탕으로 각각의 분석 기간에 대해 지중열교환기 순환수의 히트펌프 입․출구 온도, 지중열교환기의 열전달 성능 그리고 시스템의 에너지 소비량 등을 분석한 후 비교하였다.
이론/모형
- 부하 계산에 필요한 건물 각 부위(외벽·내벽·바닥·지붕·창호 등)의 두께와 열전도도 그리고 열관류율 등은 현행 국내 건축법에 명기된 값들을 적용하였다.
- 본 시스템에 필요한 지중열교환기를 산정하기 위해 Table 1의 설계 데이터와 Kavanaugh and Rafferty (2)가 제시한 방법을 적용하였다. 이 방법은 현재 상용 설계 프로그램에도 적용되고 있으며, 다른 방법들보다 정확한 것으로 평가된다.
- 지중 순환수의 연중 시간대별 지중열교환기 출구온도(히트펌프 입구 온도)와 보어홀 벽면 온도 분석을 위해 아래의 식(2)로 표현되는 중첩법(superposition)과 Eskilson (3)이 제안한 g-함수(g-function)를 적용하였다.
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