선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- Anatoli et al.(4)은 Pack Calculation Ⅱ를 통한 자연 냉매 시스템의 효율을 연구하였다. 자연냉매로는 R290, R717, 그리고 CO2를 사용하였고, 그들은 세 가지 기후 조건의 도시인 퀘벡, 뉴욕, 그리고 애틀랜타에서의 계산을 진행한 결과, 자연냉매 시스템이 다른 냉매를 사용한 시스템보다 18%의 전력 절감을 나타내며 우수한 환경 성능을 나타냈다.
- 설치지역의 기후에 따라 CO2 이단 압축 시스템과 캐스케이드 시스템의 성능에 있어 우열이 다르지만 두 시스템 모두 CO2 저온 냉장 · 냉동 시스템으로 인정되고 있다. 본 연구의 목적은 실제 압축기 성능 데이터를 기반으로 외기의 영향도 고려할 수 있는 Pack Calculation II를 활용하여 캐스케이드 시스템의 경우에는 상단 냉매의 영향, 그리고 이단 압축 사이클의 경우에는 세 가지 서로 다른 형식의 비교를 통해 각 시스템 성능을 평가하는데 있다. 또한, 캐스케이드 시스템과 이단 압축 시스템의 경우 설치지역의 기후에 큰 영향을 받기 때문에 우리나라를 포함한 다양한 기후조건에서 CO2 적용 기존 병렬 시스템, 캐스케이드, 그리고 이단 압축 시스템의 평가를 수행하였다.
- 또한, 캐스케이드 시스템과 이단 압축 시스템의 경우 설치지역의 기후에 큰 영향을 받기 때문에 우리나라를 포함한 다양한 기후조건에서 CO2 적용 기존 병렬 시스템, 캐스케이드, 그리고 이단 압축 시스템의 평가를 수행하였다. 한편, 대형 슈퍼마켓에 적용되는 경우 수에서 수십 미터의 장배관이 되기 때문에 과열도가 시스템에 미치는 영향이 중요하고 이에 대한 영향도 살펴보고자 한다.
제안 방법
- 기후에 따른 영향을 살펴보기 위해 해당 도시를 각각 Buenos aires, New delhi, Istanbul, Moscow, Quebec, Incheon로 달리하였다.
- Silva et al.(2)은 Brazil Sao Paulo에서 CO2-R404A 캐스케이드 시스템, R404A-R404A 단단 시스템, 그리고 R22 단일 시스템 세 가지 종류의 시스템을 실험적으로 연구하였다. Fig.
- Silva et al.(2)은 CO2-R404A 캐스케이드 시스템과 R404A-R404A 병렬 시스템을 실험적으로 비교하였다. 캐스케이드 시스템이 병렬 시스템보다 22% 적은 연간 소비전력을 보였다.
- (2)이 실험한 내용과 사양을 기초로 R404A-R404A 단단 시스템과 CO2-R404A 캐스케이드 시스템을 비교 분석하였다. Silva et al.
- 2는 CO2 캐스케이드 시스템을 나타낸다. 기본 병렬 시스템과의 비교를 위해 캐스케이드 시스템의 모델링은 MT측 용량 47.6 kW, LT측은 동일한 압축기를 사용하며 그 용량은 5.3 kW로 설정하였고, 그리고 캐스케이드 시스템에 필요한 CO2 수송 동력을 0.152 kW 로 설정하였다. 캐스케이드 시스템간의 비교는 CO2- R410, CO2-R290, 그리고 CO2-R717 캐스케이드 시스템을 각각 비교하였다.
- 기준 병렬 시스템과 캐스케이드 시스템의 비교는 MT 측과 LT측의 동일한 용량조건에서 수행하였다. Fig.
- 실제 슈퍼마켓 시스템의 경우 증 발이 발생하는 부하부와 기계실 내 압축기 입구 사이에 수에서 수십 미터의 장배관이 되기 때문에 과열도가 시스템에 미치는 영향이 매우 크다. 따라서 실제 설치환경을 고려하여 설계를 진행할 때 과열도가 시스템에 미치는 영향을 고찰하기 위해 과열도를 Table 1에 나타낸 바와 같이 10℃, 20℃, 그리고 30℃로 변화시키며 COP 의 변화를 고찰하였다.
- 본 연구의 목적은 실제 압축기 성능 데이터를 기반으로 외기의 영향도 고려할 수 있는 Pack Calculation II를 활용하여 캐스케이드 시스템의 경우에는 상단 냉매의 영향, 그리고 이단 압축 사이클의 경우에는 세 가지 서로 다른 형식의 비교를 통해 각 시스템 성능을 평가하는데 있다. 또한, 캐스케이드 시스템과 이단 압축 시스템의 경우 설치지역의 기후에 큰 영향을 받기 때문에 우리나라를 포함한 다양한 기후조건에서 CO2 적용 기존 병렬 시스템, 캐스케이드, 그리고 이단 압축 시스템의 평가를 수행하였다. 한편, 대형 슈퍼마켓에 적용되는 경우 수에서 수십 미터의 장배관이 되기 때문에 과열도가 시스템에 미치는 영향이 중요하고 이에 대한 영향도 살펴보고자 한다.
- 1은 기본 병렬 시스템을 나타낸다. 모델링 방법은 Pack calculation Ⅱ에 있는 두 대의 단단 시스템(two one-stage) 시스템을 이용하였고 MT측 용량을 16.5 kW로, LT측 용량을 6.5 kW로 설정하였다. 여기서 MT측은 중온도(medium temperature)로 냉장용으로 사용하는 증발기를 말하며 병렬 시스템의 MT측 증발온도는 -8℃로 설정하였다.
- Pack calculation II는 실제 압축기 모델에 기반을 두고 있다. 본 캐스케이드 시스템 모델링의 경우 캐스케이드 하단 사이클은 CO2를 이용하고 캐스케이드 상단측은 R410A, R290, 그리고 R717을 이용하여 각 냉매가 전체 시스템에 미치는 영향을 고찰하였다. 이 때 병렬 혹은 이단 압축 시스템과 동일한 MT측 용량을 고려하여 압축기를 선정할 때 CO2-R717 캐스케이드 시스템의 경우 상단 사이클이 해당 압축기의 운전범위에 들지 않아 시스템의 운전율이 매우 낮았다.
- 캐스케이드 시스템간의 비교는 CO2- R410, CO2-R290, 그리고 CO2-R717 캐스케이드 시스템을 각각 비교하였다. 시스템의 비교를 위해서 냉매를 제외한 다른 설정들은 동일하게 진행하여 계산하였다. Pack calculation II는 실제 압축기 모델에 기반을 두고 있다.
- 이단 압축 시스템간의 비교를 위해 설정 값을 모두 동일하게 계산을 진행하였다. 압축기 모델, 과열도, 증발온도, 응축온도 등, 모두 같은 장치를 사용하였을 때 이단 압축 초임계 시스템(two-stage transcritical), 이단 압축 개방형 중간 냉각 시스템(open intercooler), 이단 압축 액주입 시스템(liquid injection)의 COP 변화를 계산하였다.
- 152 kW 로 설정하였다. 캐스케이드 시스템간의 비교는 CO2- R410, CO2-R290, 그리고 CO2-R717 캐스케이드 시스템을 각각 비교하였다. 시스템의 비교를 위해서 냉매를 제외한 다른 설정들은 동일하게 진행하여 계산하였다.
대상 데이터
- 기존연구로는 Likitthammanit(1)가 CO2-R717 캐스케이드 시스템과 CO2 냉동 시스템에 대해 실험 연구를 수행하였다. 실험결과에 따르면 CO2-R717 캐스케이드 시스템의 성능이 R404A 시스템이나 중간냉각기를 가진 CO2 이단 압축 기본 시스템에 비해 높게 나타났다.
성능/효과
- (1) CO2 캐스케이드 시스템과 기본 병렬 시스템이 같은 조건일 때, 캐스케이드 시스템의 효율이 MT측은 13%, LT측은 62%높게 나타났다.
- (2) 같은 조건의 캐스케이드 시스템 중 서로 다른 냉매를 사용할 때, R717을 사용한 시스템이 평균 COP 3.39 로 최대효율로 나타나고, CO2-R410A 시스템보다 8.5% 높게 나타났다. CO2를 사용한 LT측은 동일한 효율을 나타났다.
- (3) 이단 압축 시스템에서는 동일용량 같은 조건일 때 이단 압축 개방형 중간냉각 시스템(open intercooler) 의 평균 COP가 평균 3.24로 가장 높은 효율로 나타났다. 이단 압축 액주입 시스템(liquid injection)은 평 균 2.
- (4) 캐스케이드 시스템은 동일 용량의 병렬 시스템과 이단 압축 초임계 시스템과 비교하여 평균 11.2% 높게 나타났고, 압축 시스템에 비해서 특히 고온 기후지역에서 적합한 것으로 판단된다.
- 16으로 캐스케이드 시스템이 MT측은 13%, LT측은 62%의 차이를 보였다. MT측의 경우 같은 냉매지만 캐스케이드 시스템이 13%의 효율이 높은 결과로 보았을 때, MT측 시스템에 있어서도 병렬 시스템보다 캐스케이드 시스템이 더 좋은 효율을 보이고 있다. 그리고 LT측은 62%라는 큰 차이를 보임으로써 CO2 냉매와 캐스케이드 시스템의 큰 장점을 볼 수 있다.
- 6은 캐스케이드 시스템의 동일 용량 간 서로 다른 냉매를 설정하였을 때의 결과를 나타낸 것이다. 과열도에 따른 COP는 R717-CO2 캐스케이드 시스템의 COP가 평균 3.39으로 가장 높은 COP를 보였고, 이는 R410A 시스템과 비교하였을 때 8.5% 높은 값이다. LT측은 동일한 압축기를 설정하여 같은 시스템의 같은 용량을 설정하여 LT측 COP는 동일함을 볼 수 있다.
- 7은 이단 압축 초임계 시스템(two-stage transcritical), 이단 압축 개방형 중간 냉각 시스템(open intercooler), 이단 압축 액주입 시스템(liquid injection) 각각의 시스템이 같은 조건하에 과열도에 따른 COP를 계산한 결과이다. 그림에서 개방형 중간냉각 시스템과 초임계 시스템의 LT측은 상대적으로 높은 COP로 평균 5.5 이상 나타내고 있지만, MT측은 초월임계 작동으로 인하여 평균적으로 4.0의 COP를 보이고 있다, 그와 반면에 액주입 시스템의 평균 COP가 LT측은 4.2, MT측은 3.7로써 낮은 COP를 나타냄을 알 수 있었다. 액주입 시스템의 경우 시스템의 신뢰성에는 기여를 하나 실제 증발기의 냉매순환량의 감소로 인해 효율이 감소한 것으로 판단된다.
- 5 kW의 용량으로 계산을 진행하였고, 냉대 기후인 Moscow, Incheon, Quebec에서의 시스템 COP가 열대 기후와 온대 기후인 New delhi, Buenos aires, Istanbul에서 보다 비교적 높은 결과로 나타났다. 병렬 시스템과 이단 압축 초임계 시스템은 고 온 지역에서는 차이가 적었지만, 한대 기후 지역에서는 이단 압축 초임계 시스템의 COP가 병렬 시스템대비 8.3% 증가함을 보였다. 캐스케이드 시스템은 병렬 시스템과 이단 압축 초임계 시스템과 비교하여 평균 11.
- 병렬 시스템의 과열도당 소비전력은 126,295 kWh이고, Pack calculation Ⅱ에서는 121,332 kWh로 평균 소비전력량이 계산되었다. 본 계산과 실험값의 평균 오차는 5.5%로 매우 낮게 계산 되어 Pack calculation Ⅱ 계산의 타당성을 확인하였다.
- 기후에 따른 영향을 살펴보기 위해 해당 도시를 각각 Buenos aires, New delhi, Istanbul, Moscow, Quebec, Incheon로 달리하였다. 세 가지의 시스템 모두 동일한 조건으로 MT측 16.5 kW, LT측 6.5 kW의 용량으로 계산을 진행하였고, 냉대 기후인 Moscow, Incheon, Quebec에서의 시스템 COP가 열대 기후와 온대 기후인 New delhi, Buenos aires, Istanbul에서 보다 비교적 높은 결과로 나타났다. 병렬 시스템과 이단 압축 초임계 시스템은 고 온 지역에서는 차이가 적었지만, 한대 기후 지역에서는 이단 압축 초임계 시스템의 COP가 병렬 시스템대비 8.
- 이는 캐스케이드 시스템의 LT측 압축기 압력비가 기준 병렬 시스템의 LT측에 비해 현저히 작기 때문이다. 수치적으로 캐스케이드 시스템의 MT측 평균 COP는 3.37 이고, LT측 평균 COP는 3.04이고, 기준 병렬 시스템의 MT측과 LT측 평균 COP는 각각 2.93과 1.16으로 캐스케이드 시스템이 MT측은 13%, LT측은 62%의 차이를 보였다. MT측의 경우 같은 냉매지만 캐스케이드 시스템이 13%의 효율이 높은 결과로 보았을 때, MT측 시스템에 있어서도 병렬 시스템보다 캐스케이드 시스템이 더 좋은 효율을 보이고 있다.
- 냉동 시스템에 대해 실험 연구를 수행하였다. 실험결과에 따르면 CO2-R717 캐스케이드 시스템의 성능이 R404A 시스템이나 중간냉각기를 가진 CO2 이단 압축 기본 시스템에 비해 높게 나타났다. Silva et al.
- Yukinobu(3)는 편의점, 슈퍼마켓 지향 CO2-R410A 캐스케이드 시스템의 성능평가를 수행하였다. 이 실험에서 CO2 캐스케이드 시스템이 기존 시스템보다 연간 34%의 소비전력량의 절감을 보였다. Anatoli et al.
- 24로 가장 높은 효율로 나타났다. 이단 압축 액주입 시스템(liquid injection)은 평 균 2.77의 가장 낮은 COP를 보여 이단 압축 개방형 중간냉각 시스템이 14.5% 더 높은 효율을 나타냈다.
- (4)은 Pack Calculation Ⅱ를 통한 자연 냉매 시스템의 효율을 연구하였다. 자연냉매로는 R290, R717, 그리고 CO2를 사용하였고, 그들은 세 가지 기후 조건의 도시인 퀘벡, 뉴욕, 그리고 애틀랜타에서의 계산을 진행한 결과, 자연냉매 시스템이 다른 냉매를 사용한 시스템보다 18%의 전력 절감을 나타내며 우수한 환경 성능을 나타냈다. 기존 연구 내용을 종합할 때 아직까지 다양한 냉매를 상부 사이클에 적용한 CO2 캐스케이드 시스템과 중간 단 냉각기법을 적용한 CO2 이단 압축 시스템에 대한 연구는 부족하였다.
- 3% 증가함을 보였다. 캐스케이드 시스템은 병렬 시스템과 이단 압축 초임계 시스템과 비교하여 평균 11.2% 높게 나타났다. 이러한 특성의 캐스케이드 시스템은 이단 압축 시스템에 비해서 특히 고온 기후지역에서 적합한 것으로 판단된다.
- (2)은 CO2-R404A 캐스케이드 시스템과 R404A-R404A 병렬 시스템을 실험적으로 비교하였다. 캐스케이드 시스템이 병렬 시스템보다 22% 적은 연간 소비전력을 보였다. Yukinobu(3)는 편의점, 슈퍼마켓 지향 CO2-R410A 캐스케이드 시스템의 성능평가를 수행하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.