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제안 방법
- 이를 통해 온수와 열원수의 온도 및 유량과 냉매의 온도, 유량으로 시스템의 열평형을 측정하여 실험에 반영하였으며, 시스템 각 부분의 정확한 압력과 온도를 측정하기 위해 고·저압 압력계와 T-type 열전대를 설치하였다. 각 측정장비는 보정(calibration)을 수행한 후 유량, 온도 및 압력 등을 다채널 온도기록장치(40CH)와 RS-232C 케이블을 통해 PC로 전송하여 처리하였다. 계측장비의 오차로써 유량은 ±0.
- 응축기와 증발기는 히트펌프 시스템의 특성상 냉 난방운전을 감안하여 35 kW로 동일한 용량의 판형 형식의 열교환기를 설치하였으며, 팽창장치는 용량 45 kW의 TXV를 설치하여 운전하였고, 냉매의 유량제어를 위해 40 kW의 EEV를 설치하여 TXV의 냉매유량제어를 보완하고자 하였다. 그리고 5 kg 용량의 수액기를 설치하여 난방운전과 냉방운전에서의 냉매 부족현상을 보완하도록 설계, 제작하였다.
- /h)를 설치하였다. 그리고 냉매 질량유량계를 설치하여 시스템 내부의 냉매유량을 측정하여 열량을 계산할 수 있도록 하였다. 이를 통해 온수와 열원수의 온도 및 유량과 냉매의 온도, 유량으로 시스템의 열평형을 측정하여 실험에 반영하였으며, 시스템 각 부분의 정확한 압력과 온도를 측정하기 위해 고·저압 압력계와 T-type 열전대를 설치하였다.
- 장치는 압축기(compressor), 증발기(evaporator), 응축기(condenser), 팽창장치(expansion device)로 구성되어 있으며, 압축기의 회전수 변화를 위하여 인버터(Inverter)를 설치하였다. 그리고 원할한 냉매유량 제어를 위해 팽창장치를 TXV (Thermal expansion valve)와 EEV(Electric expansion valve)를 각각 설치하여 부하변화에 따른 냉매의 유량을 조절하였다.
- 본 연구에서는 지열을 이용하는 히트펌프의 성능향상을 위한 방안으로 난방운전에서 열교환 방식을 3-Way 밸브를 이용하여 온수, 열원수와 냉매의 열교환을 대향류와 평행류로 운전이 가능하도록 시스템을 설계, 제작하여 성능을 비교분석하였다.
- 실험에서 지열히트펌프의 난방능력은 식 (1)을 이용하였으며 냉매와 온수의 열평형을 비교하여 시스템 열손실을 최소화하고자 하였다. 본 연구에 서의 난방능력은 온수 측의 평균값을 사용하였다.
- 실험은 대향류와 평행류 형태의 열교환 방식 변화를 기준으로 압축기 회전수 변화에 따른 난방 능력, 소비전력, COP를 파악하였고, 지역, 계절 별로 상이한 열원수의 유입온도의 변화에 따른 냉매 순환량과 COP의 변화를 파악하였다.
- 실험은 먼저 열원수인 GHS(Ground heat source)의 온도와 유량을 설정하고, 온수(load) 의 온도와 유량을 일정하게 유지되도록 한 후 히트펌프 열교환기에 유입되도록 하였다. 히트펌프 시스템의 운전은 열원수와 온수 열교환기의 입구 출구의 온도가 정상상태 즉, 온도의 변화가 ±0.
- 압축기 회전수 변화에 따른 대향류와 평행류의 비교실험은 지열히트펌프 실험기준 중 지중루프 방식을 기준으로 온수온도와 유량은 40℃, 5.6 m3/h, 열원수의 온도와 유량은 5℃, 6.6 m3/h로 일정하게 유지하고, 압축기의 회전수를 30 ~ 50 Hz로 변화하여 정상상태에 도달했을 때 시스템의 성능을 비교 검증하였다.
- 열원수 유입온도 변화에 따른 대향류와 평행류의 비교실험은 동일한 조건에서 열원수의 유입온 도를 5℃씩 상승시켜 비교하였고, 이때 압축기 회전수를 정격운전(50 Hz)과 정격운전 이하 조건(40 Hz)에서의 시스템 성능변화도 함께 비교 검증하였다.
- 열원수의 경우 20 RT, 히터용량 12 kW의 항온조를 사용하였고, 온수 측의 부하는 15 RT, 히터 용량 8 kW의 항온조를 설치하여 온수와 열원수의 온도를 일정하게 유지되도록 하였다.
- 표 1은 본 실험에 사용된 지열 히트펌프 시스템의 상세 사양을 나타낸 것으로 냉매는 R-410A를 사용하였으며, 압축기는 용량 31 kW의 hermetic type을 설치하고 회전수 제어를 위한 인버터(0~400 Hz)로 제어하였다. 응축기와 증발기는 히트펌프 시스템의 특성상 냉 난방운전을 감안하여 35 kW로 동일한 용량의 판형 형식의 열교환기를 설치하였으며, 팽창장치는 용량 45 kW의 TXV를 설치하여 운전하였고, 냉매의 유량제어를 위해 40 kW의 EEV를 설치하여 TXV의 냉매유량제어를 보완하고자 하였다. 그리고 5 kg 용량의 수액기를 설치하여 난방운전과 냉방운전에서의 냉매 부족현상을 보완하도록 설계, 제작하였다.
- 이를 통해 온수와 열원수의 온도 및 유량과 냉매의 온도, 유량으로 시스템의 열평형을 측정하여 실험에 반영하였으며, 시스템 각 부분의 정확한 압력과 온도를 측정하기 위해 고·저압 압력계와 T-type 열전대를 설치하였다.
- 측정장비로 압축기 구동에 필요한 소비전력을 측정하는 전력분석계 및 온수, 열원수 입·출구에 열전대와 유량계(유량범위:10 m3/h)를 설치하였다.
- 히트펌프 시스템의 운전은 열원수와 온수 열교환기의 입구 출구의 온도가 정상상태 즉, 온도의 변화가 ±0.5℃이내, 유량의 변화가 ±0.01 m3/h이내에 도달 하면 압축기를 가동하여 인버터를 이용해 일정한 회전수로 설정하였다.
대상 데이터
- 장치는 압축기(compressor), 증발기(evaporator), 응축기(condenser), 팽창장치(expansion device)로 구성되어 있으며, 압축기의 회전수 변화를 위하여 인버터(Inverter)를 설치하였다. 그리고 원할한 냉매유량 제어를 위해 팽창장치를 TXV (Thermal expansion valve)와 EEV(Electric expansion valve)를 각각 설치하여 부하변화에 따른 냉매의 유량을 조절하였다.
- 표 1은 본 실험에 사용된 지열 히트펌프 시스템의 상세 사양을 나타낸 것으로 냉매는 R-410A를 사용하였으며, 압축기는 용량 31 kW의 hermetic type을 설치하고 회전수 제어를 위한 인버터(0~400 Hz)로 제어하였다. 응축기와 증발기는 히트펌프 시스템의 특성상 냉 난방운전을 감안하여 35 kW로 동일한 용량의 판형 형식의 열교환기를 설치하였으며, 팽창장치는 용량 45 kW의 TXV를 설치하여 운전하였고, 냉매의 유량제어를 위해 40 kW의 EEV를 설치하여 TXV의 냉매유량제어를 보완하고자 하였다.
데이터처리
- 실험에서 지열히트펌프의 난방능력은 식 (1)을 이용하였으며 냉매와 온수의 열평형을 비교하여 시스템 열손실을 최소화하고자 하였다. 본 연구에 서의 난방능력은 온수 측의 평균값을 사용하였다.
이론/모형
- 표 2는 지열 히트펌프 시스템의 난방 실험조건을 나타낸 것으로서 지중루프를 기준으로 하는 난방 인증 실험조건(KS B ISO13256-2)에 입각하여 실험을 하였다.
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