문제 정의

• 본 연구에서는 실외 열교환기의 착상 및 제상조건 하에서 VRF 멀티형 히트펌프의 동적 거동의 해석을 위한 시뮬레이션 기법이 제안되었다. 이를 위해 후)동적히트펌프">동적 히트펌프 모델이 필요한데, 이것이 본 논문의 주제이다. 본 연구의 결과들은 LG 전자의 VRF 히트펌프 시스템 개발 중 착제상 이슈와 관련한 기초 연구에서 얻어진 것들이다.
• 본 연구의 최종 목적은 착상 및 제상 운전이 VRF 시스템에어컨의 연간 운전성능에 미치는 영향을 보는 것이다. 이를 위해 히트펌프를 냉난방 시즌 전체에 대해 해석하여야 하며, 적절한 냉난방 부하를 생성해야 한다.
• 후)본절에서는">본 절에서는 앞서 개발된 히트펌프 열교환기 모델과 결합할 수 있는 간단하고 혁신적인 착상모델이 제안될 것이다. 실제 착상의 형태는 Fig.
• 이 절에서는 앞서 개발된 착상모델을 히트펌프 착상 조건에서 난방 운전 시의 열교환기에 직접 적용한 결과를 논할 것이다. 착상에 의한 후)문제 없이">문제없이 수행할 수 있다. 이런 측면에서 매우 간단한 균질 제상 모델을 제안한다. 제상 중의 서리의 온도, 질량 및 물성은 각각 다음과 같이 균질 시스템으로 모델링된다.
• 후)전자 팽창변의">전자팽창변의 비선형적 상호작용 등을 실제와 유사하게 예측할 수 있어야 한다. 이를 위해 착상 및 제상 메커니즘이 포함된 동적 히트펌프 모델이 필요한데, 이것이 본 논문의 주제이다. 본 연구의 결과들은 LG 전자의 VRF 히트펌프 시스템 개발 중 착제상 이슈와 관련한

  가설 설정

  • Fig. 16 에 나타낸 바와 같이 서리에서 물로 변화하는 동안 엔탈피는 급격하나 연속적인 변화를 하는 것으로 가정하였으며, 따라서 (13)에서 열용량 Cpfw 은 온도에 대해 연속적 함수로 표현된다.
  • 후)9에서">9 에서 예상하듯 미시적 관점에서는 다양한 형상의 서리와 공기의 경계를 명확히 구분 짓기 어려워 계면의 비습도는 본질적으로 불명확한 값일 수밖에 없다. 대신 본 연구에서는 평판 표면의 포화 비습도와 열전달-물질 전달 간의 완벽 상사(perfect analogy) 가정을 이용하여 (6)의 출구 비습도를 다음과 같이 직접 계산한다.
  • 후)평년기온과">평년 기온과 일사량, 습도 및 풍속을 이용하였다. 또한 20 마력 수준의 부하를 위해 외기 및 일사량에 대해 외단열이 표준적이고, 창호면적이 전체 건물면적의 60% 수준으로 냉난방 부하가 큰 200 평(676m², 층고 3.5m) 건물을 가정하였다(Fig. 18).
  • 후)20마력급">20 마력급 실외기 + 2000 CMH 의 환기시스템을 적용한다. 실내기는 2.5 마력급 카세트 실내기 8 대의 실내기를 적용하였으며, 주배관 길이 30m 를 가정하였다.
  • 후)착상 모델이">착상모델이 제안될 것이다. 실제 착상의 형태는 Fig. 9 에서와 같이 얼음 결정, 기둥 및 천공 영역이 복잡하게 얽혀 있는 형상이나 여기서는 계면에서의 열 및 물질 전달에 의해 밀도와 두께가 시계열적으로 변하는 연속적 매질이라고 가정한다. 따라서, 주된 관심은 서리와 밀도와 두께를 최대한 근사적으로 예측하는 것이다.
  • 여기서 w_p,sat은 평판 표면의 포화 비습도이며, Le 은 Lewis 수로 1.0 으로 가정하였다. h_c 및 k_f는 서리의

    제안 방법

    • 이 기법은 최대 냉난방일의 최대 부하를 계산하는 기법으로 Homod 등⁽¹²⁾에 의해 실시간 부하를 생성하는 데도 유용함이 증명되었다. (14)와 (15)에 필요한 외기온도와 습도는 기상청 데이터를 활용하여 서울의 평년 기온과 일사량, 습도 및 풍속을 이용하였다. 또한 후)이론해를">이론 해를 적용하였다. 그러나, 실험적 관찰 결과 착상의 효과는 핀 효율의 변화보다는 풍량의 저하에 따른 열교환 차폐효과가 절대적인 것으로 알려져 있으며, 본 연구에서는 Fig. 12과 같이 착상이 발생한 핀 주변 유동에 대한 CFD 해석을 통한 유동 저항과 팬의 P-Q 곡선으로부터 직접 풍량 저하량을 계산하여 이 결과로부터 회귀식을 구해 사이클 해석에 적용하였다.
    • 본 연구에서 적용한 용량가변형 스크롤 압축기의 회전수 및 응축온도, 증발온도에 따른 냉매 순환량 및 소비전력은 다음과 같이 모델링된다.
    • 사이클 해석과정은 Fig. 3 에 나타낸 바와 같이 주어진 제어 변수들 하에서 응축온도와 증발온도를 가정하여 압축기를 해석한 후, 여기서 얻어진 냉매 순환량으로 열교환기를 해석하여 응축, 증발 열량과 압축기 소비전력으로부터 열평형 만족여부를 확인하고, 팽창변의 냉매순환량과 비교하여 두 조건을 모두 만족하는 응축 온도 및 증발온도를 찾는다.
    • 상대습도 84% (2ºC DB) 및 100% (1ºC DB) 조건에 대해 해석을 수행하였으며, Fig. 13 에 나타낸 바와 같이 공간에 대해 뚜렷한 비균질 착상 진행을 보여준다.
    • 후)흡입과 열도를">흡입과열도를 제어한다. 실제 시스템은 다양한 조건의 실험값들을 반영한 퍼지 (Fuzzy) 제어를 적용하나, 본 연구에는 보다 간단한 목표 추정 PD 제어기를 채택하였다. 이를 보정하기 위해 모세관의 관경 및 길이를 달리하여 각 분지 별로 다른 압력손실을 주어 유량을 가변시킴으로써 각 분지 출구의 흡입과열도, 즉 엔탈피의 편차를 최소화한다. 각 모세관의 후)동적거동의">동적 거동의 해석을 위한 시뮬레이션 기법이 제안되었다. 이를 위해 열전달-물질전달 완벽 상사 가정에 기반한 간단한 착상모델과 제상 모델이 제안되었다. 제안된 착제상 모델은 에 의해 제안됨 모델이다. 제안된 모델은 서리의 두께가 일정이상 커지면 점근모델로 회귀하도록 설계되어 있다.

    대상 데이터

    • 본 연구에 사용된 히트펌프는 2 개의 인버터 압축기를 적용한 정격 난방용량 63 kW (20 마력급)의 멀티 히트펌프이다. 사이클 해석 모듈은 Fig.
    • 본 연구에서 고려된 히트펌프는 3 종류의 제어 변수를 가지고 있는 데, 압축기들의 회전수 (Hz), 실내 외기의 전자팽창변 개도 및 실내외 팬의 회전수 (RPM)이다. 이들은 각각 목표 냉매 고저압 및 압축기

      이론/모형

      • 공기 측 열전달 계수는 Chang & Wang(1)의 루버핀 상관계수를 적용하였으며, 냉매 측 열전달 계수는 단상 및 2 상 영역에서 각각 Dittus-Boelter(2) 및 Gungor & Winterton(3) 모델을 적용하였다.
      • 후)침투 외기">침투외기 및 내부 발열체에 의한 부하를 의미한다. 본 연구에서는 ASHRAE 에서 제안한 RLF (residential load factor) 기법을 적용하여 부하를 생성하였다. 이 기법은 최대 냉난방일의 최대 부하를 계산하는 기법으로 Homod 등⁽¹²⁾에 의해 실시간 부하를 생성하는 데도 유용함이 증명되었다.
      • 서리의 밀도는 da Silva 등⁽⁹⁾에 의해 제안된 모델을 점근해로 하면서, 실제로 확산 방정식을 해석한 결과와 유사한 효과를 모사하기 위해 다음의 형태를 이용하였다.
      • 제안된 착상모델은 Lee 등⁽⁷⁾이 수행한 층류 평판경계층 위의 착상 실험과 같은 조건에 적용되어 그 결과가 Fig. 10 및 Fig. 11 에 비교되었다. 상세한 조건은 Lee 등⁽⁷⁾을 참조하라.
      • 후)착상 모델과">착상모델과 제상 모델이 제안되었다. 제안된 착제상 모델은 용량가변 압축기 모델과, 미소면적에 대한 열 및 모멘텀 평형에 근거한 열교환기 모델을 채택한 동적 사이클 해석모델에 적용되었다. 따라서, 제안된 모델은 공간에 대해 비균질 착상을 자연스럽게 예측할 수 있음을 보였다.
      • 착상에 의한 능력저하는 핀 효율과 팬 풍량의 변화에 기인하는데, 핀 효율의 변화는 Xia & Jacobi(10)의 이론 해를 적용하였다.
      • 후)바뀌어짐을">바뀌어 짐을 알 수 있다. 한편, 증발기의 열교환은 Fig. 5 의 미소 체적 별로 유효 NTU (effective-NTU) 방법을 사용하여 다음과 같이 계산된다.