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[국내논문] 냉방에너지 저감을 위한 PCM적용 축열벽 시스템 연구
Study on PCM Applied Thermal Storage Wall System to Reduce Cooling Energy 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.26 no.6, 2014년, pp.247 - 256  

이규영 (국민대학교 테크노디자인대학원 건축디자인과) ,  류리 (국민대학교 테크노디자인대학원 건축디자인과) ,  서장후 (국민대학교 건축학부) ,  김용성 (국민대학교 테크노디자인대학원 건축디자인과)

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The regulations to reduce energy consumption and carbon dioxide emission in building sectors are being developed and promoted all over the world. However, in Korea, as balcony extension of the apartments has been legally allowed, it became prevalent and resulted in excessive energy consumption. This...

Keyword

#자연형 태양열 시스템   #축열벽   #상변화물질   #에너지 저감  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이에 본 연구에서는 문헌고찰을 통하여 축열벽 시스템에 PCM(Phase Change Material, 상변화물질) 적용 가능성을 판단하고, PCM을 적용한 축열벽 시스템의 특징 및 필요성을 정립하여 제안한다. 또한 발코니 공간이 확장 될 경우에 발생하는 문제점을 규명하고, 냉방기간 동안 공동주택에 PCM을 적용한 축열벽 시스템 설치 유무에 따른 성능평가를 수행함으로써 설치 가능성 검증 및 냉방에너지 저감 효과를 확인하는데 연구의 목적이 있다.
  • 이에 본 연구에서는 문헌고찰을 통하여 축열벽 시스템에 PCM(Phase Change Material, 상변화물질) 적용 가능성을 판단하고, PCM을 적용한 축열벽 시스템의 특징 및 필요성을 정립하여 제안한다. 또한 발코니 공간이 확장 될 경우에 발생하는 문제점을 규명하고, 냉방기간 동안 공동주택에 PCM을 적용한 축열벽 시스템 설치 유무에 따른 성능평가를 수행함으로써 설치 가능성 검증 및 냉방에너지 저감 효과를 확인하는데 연구의 목적이 있다.
  • 본 장에서는 선행 연구 및 문헌 고찰을 통하여 축열벽 시스템과 PCM의 개념 및 특성을 살펴보고 축열벽 시스템에 PCM 적용 가능성을 도출하였다. PCM의 잠열 특성을 적용한 축열벽 시스템은 기존 콘크리트 및조적식 축열벽 보다 벽체의 두께를 얇게 하면서도 열에너지를 충분히 저장할 수 있을 것으로 예상되며, 불투과성 재료로 남측면에 설치해야하는 축열벽 시스템의 단점을 개선할 수 있다.
  • 공동주택에 PCM을 적용한 축열벽 시스템을 설치함에 있어서 다양한 변수 및 단위공간, 그리고 지역 및 시간적 범위에 대한 분석이 이루어져야 하지만 모든 상황을 실험하기에는 제약이 따른다. 본 연구의 실험에서는 공동주택에 PCM을 적용한 축열벽 시스템 설치 가능성을 검증하기 위한 목적으로 지역 및 시간적 범위, 물리적 변수, 단위공간의 규모를 다음과 같이 설정 하였다.
  • 본 연구는 공동주택에 PCM을 적용한 축열벽 시스템의 설치 가능성을 검증하였다. 이에 건축적 적용에 있어서 설치 면적 대비 효율을 분석하여 적정 설치 면적 및 적정 위치를 도출하고, 잠열부하를 고려한 연구가 이루어져야 할 것이다.

가설 설정

  • 본 연구는 공동주택에 PCM을 적용한 축열벽 시스템을 설치함에 있어서 세탁 및 건조공간, 열적 완충공간의 확보를 위하여 기존 발코니 공간을 확보하고 내측 창호 대신 축열부를 설치하였으며, PCM 상변화 온도는 냉방기간 실내 적정온도인 26℃∼28℃ 범위 안에 들어오며 잠열량이 높아 효율이 좋은 28℃로 선정하였다. 복층판 폴리카보네이트 내부에 PCM을 삽입하여 축열부로 사용하며, 개구부는 실내 공간에 냉방기기가 가동되고 있다는 것을 가정하여서 폐쇄하였다.
  • 실측 실험을 통해 모든 요소를 측정하여 실내로 유입되는 열량을 계산하기에는 제약이 따른다. 본 연구에서는 실내 개구부를 모두 폐쇄하여 자연대류가 없는 경우 실내 온도 변화에 영향을 주는 직접적인 요인은 태양에너지라고 가정하였다. 실내온도와 실내 가상 설정온도의 차 및 실내 공간 용적, 공기 비열을 이용하여 다음 식(1)로 태양에너지를 받아 실내 온도가 가상 설정온도 보다 높아지는 구간의 열량을 각 타입별로 계산하였다.
  • 실내 가상 설정 온도는 26℃로 가정 하였으며, 이는 냉방기간 실내 적정온도인 26℃∼28℃ 범위 안에 들어오는 온도이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자연형 태양열 시스템은 무엇인가? 자연형 태양열 시스템(Passive Solar System)은 기계 장치를 이용하지 않고 태양에너지를 실내로 끌어들여 구조체에 태양에너지를 축열하고 이들 부재로부터의 방열에 의하여 난방하는 시스템이며, 이용방식 및 구조에 따라 Table 1과 같이 분류할 수 있다.
대부분의 자연형 태양열 시스템들의 각 기능에 따른 구성은? 이러한 대부분의 자연형 태양열 시스템들은 집열부 (Collector element), 축열부(Thermal storage element) 및 이용부(Use element)로 구성된다. 집열부는 남측벽에 에너지 집열용 남향창을 설치하고, 축열부는 건물 내부의 건물 구조체를 이용하여 태양열을 저장하고, 이용부는 실내공간으로 집열부와 축열부의 자연적인 열전달 방법(전도, 대류, 복사)에 의하여 난방효과를 볼 수있는 구조와 시스템을 갖는다.
축열벽 시스템이 자연형 태양열 시스템 중 가장 많이 응용되고 있는 이유는? 자연형 태양열 시스템 중 간접획득형의 일종인 축열벽 시스템은 남측에 설치한 창을 통하여 태양에너지를 받아서 축열벽에 축적된 열이 자연순환에 의하여 실내로 방출되는 특성을 이용한 방식이다. 자연형 태양열 시스템 중 상대적으로 시스템 효율이 높고, 남측 벽에 손쉽게 적용가능하기 때문에 가장 많이 응용되고 있는 시스템이다.
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참고문헌 (9)

  1. Seong, B. M., 2010, A study on problems and design improvements according to the diversion of balcony area at high-rise housing, MS thesis, Seoul National University of Science and Technology, Seoul, Korea. 

  2. Park, J. S., 2010, An efficiency analysis of the passive solar heating system for office building, MS thesis, Inha University, Incheon, Korea. 

  3. Yoon, J. H., Baek, N. C., and Shin, U. C., 2008, Experimental study on the thermal performance of passive solar trombe wall system, Journal of the Korean Solar Energy Society, Vol. 28, No. 1, pp. 75-82. 

  4. Yun, H. K., 2011, Preparation and characterization of PCM for energy saving accumulator, MS thesis, Chungbuk National University, Cheongju, Korea. 

  5. Jeong, S. G., Jeon, J. S., Seo, J. K., and Kim, S. M., 2011, Consideration for application of Phase Change Material(PCM) for building energy saving, Journal of the Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems, Vol. 5, No. 1, pp. 7-15. 

  6. Im, B. C., 2010, Plan to apply PCM to buildings and utilize it, Journal of the Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems, Vol. 4, No. 2, pp. 12-17. 

  7. Won, H. S., Oh, S. M., and Oh, S. G., 2009, Double-skin facade's cooling effects on indoor temperature of apartment's room, Journal of the Regional Association of Architectural Institute of Korea, Vol. 11, No. 4, pp. 241-248. 

  8. Stazi, F., Mastrucci, A., and di Perna, C., 2012, Trombe wall management in summer conditions : An experimental study, Solar Energy, Vol. 86, No. 9, pp. 2839-2851. 

    상세보기 crossref

  9. Liu, Y., Wang, D., Ma, C., and Liu, J., 2013, A numerical and experimental analysis of the air vent management and heat storage characteristics of a trombe wall, Solar Energy, Vol. 91, pp. 1-10. 

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