[논문]Low GWP 냉매를 적용한 해수열 히트펌프의 성능해석

임승택; 김현주; 이호생

doi:10.9726/kspse.2016.20.5.092

[국내논문] Low GWP 냉매를 적용한 해수열 히트펌프의 성능해석
The Performance Analysis of Sea Water Heat Pump applied Low GWP Refrigerants 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.20 no.5, 2016년, pp.92 - 97

임승택 (선박해양플랜트연구소) , 김현주 (선박해양플랜트연구소) , 이호생 (선박해양플랜트연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the seawater Heat Pump System using seawater with temperature of annual domestic conditions ($0^{\circ}C$ to $25^{\circ}C$) is designed in order to compare its performance against the Heat Pump using unused heat of seawater. As a potential replacement for current refrigerants that exacerbate global warming and ozone delpetion, a Low GWP refrigerant's performance is analyzed. The basic water to water Heat Pump system is chosen and three commercial refrigerants - R134a, R410a, R32 - are used to compare against new Low GWP refrigerant R1234ze. When seawater with temperature of $25^{\circ}C$ is used, the performance change showed maximal increase in COP, 38.3%. low GWP refrigerant R1234ze, showed great performance characteristics reach to 5.242 and Existing commercial refrigerant, R134a showed only less than 0.03 performance difference against R1234ze. The study confirms notable performance of R1234ze refrigerant through simulation as environmentally friendly refrigerant for domestic seawater Heat Pump.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 논문은 국내 해수 온도변화를 적용한 해수 히트펌프의 최적화를 위한 기초 시뮬레이션 연구로서 적용 냉매를 선정하고 공급열량에 따른 성능평가 시뮬레이션을 수행하였다. 냉매의 선정을 위하여 기존 히트펌프에 적용되고 있는 냉매와 신 냉매와의 물리적 성질을 비교하였으며, 해수온도를 10℃에서 25℃까지 2.

제안 방법

³⁾ 그 밖에 냉매의 성질로 밀도, 증발 잠열, 비열, 임계 온도, 열전도율, 응축 압력 등이 선정에 중요한 요인이 된다. 본 논문에서는 시스템 설계에 앞서 다양한 냉매를 선정하고 시뮬레이션에 적용하여 최적의 해수 히트펌프 냉매를 시스템에 적용할 것이다.
본 연구에서는 해수온도 변화에 따른 60℃의 열원 공급을 위한 히트펌프의 성능 변화와 최적의 온도 조건을 구하였으며, Low GWP 냉매인 R1234ze, R32와 기존 상용 냉매인 R134a, R410a와의 효율을 비교하였다.

대상 데이터

냉매의 선정은 기존 히트펌프에 사용된 R410a, R134a, R32 냉매와 신 냉매인 R1234ze를 비교하였다. R1234ze는 기존 R134a 냉매의 대체 냉매로서 ODP는 0이며, GWP는 7로 상용 냉매인 암모니아에 비해 인체에 해롭지 않다는 장점이 있고, R22에 비해 친환경적이라는 장점을 가진다.

이론/모형

HYSYS는 열역학적 사이클 모사에 필요한 상태 값을 정확하게 계산할 수 있다는 장점이 있기 때문에 이번 연구에서 사용하게 되었다. 시뮬레이션에 사용한 상태방정식으로는 Peng-Robinson방정식을 사용하였으며, Peng-Robinson방정식은 열해석에서 가장 널리 사용하는 상태 방정식으로 식(1)과 같다. 여기서 P는 압력(pressure), R은 기체상수, T는 온도(temperature), V는 부피(volume), 그리고 a,b는 각각 상수를 의미하는데 이는 식 (2), (3), (4)와 같다.

성능/효과

1. 해수 최고온도인 25℃의 경우 10℃의 해수온도와 비교하여 증발 온도와 압력이 증가하므로 시스템효율 증가를 나타내었으며, R1234ze 냉매의 경우 최대 COP인 5.242를 기록하였다.
2. 동일 해수온도 조건에서 냉매 간의 성능 변화는 신 냉매인 R1234ze가 가장 높은 COP를 기록하였으며, R134a 냉매와 비교하여 최대 성능차가 0.03 이하의 근소한 차이를 보였다. 그 밖에 R32와 R410 순으로 냉매 성능이 높게 나타났다.
3. 냉매의 종류에 따른 히트펌프 성능 변화는 기존 냉매인 R410a를 R1234ze로 대처할 경우 최대 14%의 상승을 보였으며, 10℃의 R410a와 비교하여 25℃의 R1234ze는 38.3% COP 상승률을 나타내었다.
4. 따라서 위의 결론으로부터, Low GWP 냉매의 해수열을 이용한 히트펌프의 적용은 여름철 25℃의 수온에서 가장 높은 COP를 나타내는 것과 R134a의 대체 냉매인 R1234ze 냉매의 성능을 확인하였다. 위와 같은 결론은 Low GWP 냉매를 이용한 해수히트펌프의 보급에 기초연구자료로 활용될 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폐열 회수에 대한 연구가 거듭되면서 기존에 사용하지 않았던 미활용 열원의 재활용 기술은 어떻게 예상되는가?	국제 유가 상승 및 지구 환경 오염의 결과 세계적으로 석유 에너지 사용을 감축하는 추세이며, 대체 에너지인 신재생에너지의 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 특별히 폐열 회수에 대한 연구가 거듭되면서 기존에 사용하지 않았던 미활용 열원의 재활용 기술이 석유에너지 대체에 일환으로 자리 잡을 것으로 예상된다.
	히트펌프는 기본적으로 어떤 구성을 가지는가?	앞서 선정된 냉매를 이용하여 물대물 히트펌프 사이클을 설계하였다. 히트펌프의 기본 구성요소는 크게 네 가지로 구성되는데, 기화된 냉매를 압축하는 압축기와, 열교환을 하는 응축기와 증발기, 냉매를 팽창 감압하는 팽창밸브로 구성된다. 해수 온도변화에 따른 시스템성능을 확인하기 위해 해수 온도를 10℃에서 25℃까지 2.
	우리나라 해안도시 7개 지역을 해수 이용 가능지역으로 선정해서 조사한 결과, 중저온의 천연 미활용 열에너지의 부존량 수준은 어떠한가?	우리나라는 3면이 바다로 둘러싸인 반도국가로서, 전국의 해안도시 7개 지역을 해수 이용 가능지역으로 선정해서 조사한 결과, 해수열에너지의 부존량은 약 27,155 T㎈/year이며, 이용가능 열량은 히트펌프 이용의 경우 난방은12,528 T㎈year, 냉방은 7,757 T㎈year로 총 20,285 T㎈year로 산출되었다.1)

참고문헌 (4)

C. Oh, Y. U. Lee and J. H. Ji, 2011, "Current Status and Future Prospects on Research of Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) and Air-Conditioning System", Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, pp. 154-159.
T. J. Lee, K. B. Kim, S. W. Lee and G. H. Lee, 2011, "Development of Performance Analysis Program and the Study of Substitution Refrigerant R1234yf for Vehicle Refrigerant Compressor", Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 23, No. 11, pp. 699-704.

원문보기 상세보기
A. Alabdulkarem, R. Eldeeb, Y. H. Hwang, V. Aute and R. Radermacher, 2015, "Testing, simulation and soft-optimization of R410A low-GWP alternatives in heat pump system", International Journal of Refrigeration, Vol. 60, pp. 106-117.

상세보기
Z. Jankovic, J. S. Atienza and J. A. M. Suarez, 2015, "Thermodynamic and heat transfer analyses for R1234yf and R1234ze(E) as drop-in replacements for R134a in a small power refrigerating system", Applied Thermal Engineering, Vol. 80, No. 5, pp. 42-52.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증