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[국내논문] 정수장 내 축열조 설치 원수열원 히트펌프의 성능분석
Studies on Raw-Water Source Heat Pump Equipped with Thermal Storage Tank in Water Treatment Facility 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.37 no.5 = no.332, 2013년, pp.467 - 472  

오선희 (한밭대학교 기계공학과) ,  윤린 (한밭대학교 기계공학과) ,  조용 (한국수자원공사)

초록
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정수장 내 축열조 설치 원수열원 히트펌프시스템의 동적 특성을 TRNSYS 프로그램을 이용하여 모델링 하였다. 원수열원 히트펌프의 실증평가를 위해 성남정수장 내 축열조가 설치된 히트펌프 실험결과를 이용하여 검증하였고, 본 설비는 2010년 11월부터 운전되고 있다. 모델링 결과 원수열원 히트펌프의 평균 COP는 냉 난방 시 각각 4.97과 3.17을 나타냈다. 축열조 용량은 $5m^3$에서 $20m^3$로 변화시킬 때, 축열조 용량 $10m^3$ 에서 가장 높은 COP와 소비전력이 나타났다. 설치지역으로 서울, 인천, 강릉, 그리고 광주를 고려하였고, 지역에 따른 COP와 소비전력은 큰 변화가 없었으나 소비전력량에 있어서 난방 시에 위도가 높은 서울의 소비전력량이 가장 높으며, 냉방 시에 가장 낮게 나타났다. 본 시스템을 동일한 용량의 물-공기방식의 히트펌프와 비교할 때 평균 25%정도 낮은 소비전력량을 나타냈다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A raw-water source heat pump equipped with a thermal storage tank was dynamically simulated by TRNSYS, and the results were verified by using the data from a heat pump installed in the Seongnam water treatment facility. The average coefficient of performance (COP) of the raw-water source heat pump b...

주제어

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문제 정의

  • 또한, 본 시스템의 설치지역 및 축열조용량 변화에 따른 성능계수와 소비전력을 산출하여 정수장 내 설치된 물-공기 방식의 히트펌프와 성능을 비교하였다. 본 연구를 통하여 수열원 히트펌프의 적용범위를 확대하고, 이에 대한 개선 방향을 마련하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
공기열원 히트펌프의 운전효율 문제를 해결하는 방법은 무엇이 있는가 일반적으로 우리나라에서 사용되고 있는 공기열원 히트펌프는 건물 실내온도와 실외온도의 차이가 큰 경우에 운전효율이 떨어져 난방 역할을 제대로 수행하지 못하게 된다. 이러한 문제점에서 시스템 효율을 보안해 줄 해결책 중 하나로 정수장 내 원수 열원을 사용하는 것이다. 정수장 내 원수의 특성상 원수의 온도는 외기온도에 비하여 동절기에는 높고, 하절기에는 낮은 특성을 가진다.
정수장 내 원수의 장점은 무엇인가? 이러한 문제점에서 시스템 효율을 보안해 줄 해결책 중 하나로 정수장 내 원수 열원을 사용하는 것이다. 정수장 내 원수의 특성상 원수의 온도는 외기온도에 비하여 동절기에는 높고, 하절기에는 낮은 특성을 가진다. 또한 계절에 따라 온도차가 확연하게 나타나 대규모의 열수요처가 많은 도심지 부근의 다양한 건물에 냉∙난방으로 편리하게 사용될 수 있으며, 최소한의 에너지를 흡수하여 냉∙난방에 필요한 냉∙온열을 생산함으로써 물로부터 얻어진 열량만큼 에너지 사용을 절감할 수 있는 이점이 있다. 또한 이러한 원수열원 히트펌프에 축열조를 도입하는 시스템은 물의 밀도차를 이용한 것으로 고온의 물은 축열조 상부에, 저온의 물은 축열조 하부에 유지하는 특성을 활용하기 때문에 건물부하의 급격한 상승 시에 순간 부하 공급능력을 향상시키며, 에너지 관리에 있어서 매우 효율적이다.
원수열원 히트펌프에 축열조를 도입하는 시스템의 특징은 무엇인가 또한 계절에 따라 온도차가 확연하게 나타나 대규모의 열수요처가 많은 도심지 부근의 다양한 건물에 냉∙난방으로 편리하게 사용될 수 있으며, 최소한의 에너지를 흡수하여 냉∙난방에 필요한 냉∙온열을 생산함으로써 물로부터 얻어진 열량만큼 에너지 사용을 절감할 수 있는 이점이 있다. 또한 이러한 원수열원 히트펌프에 축열조를 도입하는 시스템은 물의 밀도차를 이용한 것으로 고온의 물은 축열조 상부에, 저온의 물은 축열조 하부에 유지하는 특성을 활용하기 때문에 건물부하의 급격한 상승 시에 순간 부하 공급능력을 향상시키며, 에너지 관리에 있어서 매우 효율적이다. 그러나 현재까지 설치된 수온차를 이용한 원수열원 히트펌프의 경우, 원수열원의 특성을 크게 반영하고 있지 않기 때문에 그 성능을 보다 향상 시킬 수 있는 여지가 있으므로 이에 대한 연구가 진행되고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Baek, N. C. and Sin, U. C., 2003, "An Analysis of Heat Pump System for Hot Water Supply Using Hot Spring Wastewater as a Heat Source," Journal of the Architectural Institute of Korea, Vol. 19, No. 4, pp. 187-194. 

  2. Baik, Y. J., Chang, K. C., Park, S. R., Ra, H. S., and Kim, J. Y., 2006., "Performance Analysis of a Sea Water Heat Source Heat Pump," Proceedings of the KSME 2006 Spring Annual Conference, pp. 2342-2347. 

  3. Kim, J. T., Baik, Y. J., Chang, K. C., Park, S. R., Ra, H. S., Lee, J. H., 2007., "An Experimental Study on the Performance of a Sea Water Heat Source Cascade Heat Pump," Proceedings of the KSME 2007 Spring Annual Conference, pp. 1081-1085. 

  4. Park, C. S., Jeong, T. H., Park, H. H. and Kim, Y. C., 2009, "Performance Characteristics and Economic Assessment of a River Water: Source Heat Pump System," Korea Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, Vol. 21, No. 11, pp. 621-628. 

  5. Oh, S. H., Yun, R., Cho, Y., 2012, "Modeling and Verification of the Storage Tank Equipped Water Source Heat Pump in Water Treatment Facility," Proceedings of the KSME 2012 Spring Annual Conference, pp. 61-62. 

  6. Choi, B, S., and Hong, H. K., Lee, J. S., 2006, "Verification in RTS method by Applying TRNSYS," Proceedings of the SAREK 2006 Summer Annual Conference, pp. 531-535. 

  7. Oh, S. H., Yun, R., Cho, Y., 2011., "Analysis of the Cooling and Heating Operation Characteristics for the Raw-Water Source Heat Pump and the Air Source Heat Pump in Water Treatment Facility," Proceedings of the SAREK 2011 Autumn Annual Conference, pp. 1575-1579. 

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