표시가스 소비량이 70 kW 이하인 가정용 가스보일러에 대하여 여러 가지 운전조건하의 에너지 소비효율 측정에 대해 고찰하였다. 실제 운전상태와 유사한 실험조건에서 행한 에너지 효율실험 결과를 국내의 효율등급표시 실험방법 결과와 비교 분석하였다. 실험에 사용된 가정용가스보일러는 일반보일러와 콘덴싱 보일러 각 1개씩이며, 각각의 보일러에 대하여 네 가지 조건으로 실험하였다. 실험종류를 구분하면 실험실 모드와 실제 가동모드로 나누고, 각각의 모드별로 최대가스소비량 상태와 소비자판매 상태로 나누어 적용하였다. 효율실험을 위해 사용하는 장비는 KS 표준과 유럽의 EN 규격 등 가스보일러 관련 규격에서 제시하는 실험장치의 기능을 다하면서, 여러 가지 측정 인자를 지속적으로 축적, 기록 및 저장할 수 있는 장치로 하였다. 측정 대상 인자들은 유량(가스, 물), 온도(실험실, 난방공급수, 난방환수, 배기가스), 압력(가스미터 내부, 가스보일러 입구, 대기압) 등이다. 위 네 가지 모드의 실험결과 에너지소비효율은 실험실 상태(보일러의 안정화 상태로 실험 시작)로 실험할 때가 실제 소비자가 사용하는 패턴으로 실험할 때 보다 일반보일러의 경우 약 10 %, 콘덴싱 보일러의 경우 약 20% 높은 소비효율로 측정되었다. 에너지소비효율등급을 부여하는 정부 고시의 효율실험방법도 본 연구에서 실시한 것과 같이 실제상황을 가정한 효율실험방법을 도입 운영할 필요가 있다.
표시가스 소비량이 70 kW 이하인 가정용 가스보일러에 대하여 여러 가지 운전조건하의 에너지 소비효율 측정에 대해 고찰하였다. 실제 운전상태와 유사한 실험조건에서 행한 에너지 효율실험 결과를 국내의 효율등급표시 실험방법 결과와 비교 분석하였다. 실험에 사용된 가정용가스보일러는 일반보일러와 콘덴싱 보일러 각 1개씩이며, 각각의 보일러에 대하여 네 가지 조건으로 실험하였다. 실험종류를 구분하면 실험실 모드와 실제 가동모드로 나누고, 각각의 모드별로 최대가스소비량 상태와 소비자판매 상태로 나누어 적용하였다. 효율실험을 위해 사용하는 장비는 KS 표준과 유럽의 EN 규격 등 가스보일러 관련 규격에서 제시하는 실험장치의 기능을 다하면서, 여러 가지 측정 인자를 지속적으로 축적, 기록 및 저장할 수 있는 장치로 하였다. 측정 대상 인자들은 유량(가스, 물), 온도(실험실, 난방공급수, 난방환수, 배기가스), 압력(가스미터 내부, 가스보일러 입구, 대기압) 등이다. 위 네 가지 모드의 실험결과 에너지소비효율은 실험실 상태(보일러의 안정화 상태로 실험 시작)로 실험할 때가 실제 소비자가 사용하는 패턴으로 실험할 때 보다 일반보일러의 경우 약 10 %, 콘덴싱 보일러의 경우 약 20% 높은 소비효율로 측정되었다. 에너지소비효율등급을 부여하는 정부 고시의 효율실험방법도 본 연구에서 실시한 것과 같이 실제상황을 가정한 효율실험방법을 도입 운영할 필요가 있다.
The energy consumption efficiency in a variety of operational test mode was considered for domestic gas boiler below 70 kW. The energy efficiency test carried out in the experimental conditions similar to the actual operation status was analyzed and compared with the current Korean efficiency test m...
The energy consumption efficiency in a variety of operational test mode was considered for domestic gas boiler below 70 kW. The energy efficiency test carried out in the experimental conditions similar to the actual operation status was analyzed and compared with the current Korean efficiency test method. Four types of test modes for each boiler(Non-condensing and condensing boiler) were carried out in the condition of laboratory mode(full load, steady state) and actual operating mode. Futhermore divided into two operational status for each of these, it was applied by maximum gas consumption and consumer sales conditions. Test equipment has the function referred to gas boiler standards, such as KS or European standard EN. The equipment should be continuously measured and record the measuring factors which are the flow volume of gas and water, laboratory temperature, water flow volume for heating, return water volume after heating and quantity of the exhaust gases(CO, NO, $NO_2$). The experimental results were found that non-condensing boiler efficiency of laboratory mode is about 10% higher than that of actual mode. In case of condensing boiler, the efficiency of laboratory condition is about 20% higher than that of the actual using conditions. I suggest that the government will gradually take the efficiency test method considering the actual conditions.
The energy consumption efficiency in a variety of operational test mode was considered for domestic gas boiler below 70 kW. The energy efficiency test carried out in the experimental conditions similar to the actual operation status was analyzed and compared with the current Korean efficiency test method. Four types of test modes for each boiler(Non-condensing and condensing boiler) were carried out in the condition of laboratory mode(full load, steady state) and actual operating mode. Futhermore divided into two operational status for each of these, it was applied by maximum gas consumption and consumer sales conditions. Test equipment has the function referred to gas boiler standards, such as KS or European standard EN. The equipment should be continuously measured and record the measuring factors which are the flow volume of gas and water, laboratory temperature, water flow volume for heating, return water volume after heating and quantity of the exhaust gases(CO, NO, $NO_2$). The experimental results were found that non-condensing boiler efficiency of laboratory mode is about 10% higher than that of actual mode. In case of condensing boiler, the efficiency of laboratory condition is about 20% higher than that of the actual using conditions. I suggest that the government will gradually take the efficiency test method considering the actual conditions.
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문제 정의
보일러 효율실험에 대하여 실험실 상태에서의 효율측정값과 실제 상태의 효율측정값의 괴리가 있다는 것을 여러 사람들이 제기하였다. 그렇다면 실제상태의 효율을 어떤 방법으로 측정하여 효율값에 반영하여야 할지를 본 연구를 통해 고찰하였다.
현재 고시1)에서 규정하는 소비효율등급 부여기준은 난방 전부하 및 부분부하 효율과 대기전력을 포함하고 있다. 대기전력은 기기를 가동하지 않을 때에 소비되는 아주 적은 양의 에너지이므로 본 연구에서는 제외하고, 보일러 가동에 필요한 에너지의 대부분을 차지하는 가스에너지 입력량 대비 출력을 고려하여 효율을 측정하도록 한다.
본 연구에서는 일반보일러와 콘덴싱보일러의 에너지소비효율실험을 실시하였는데 각 보일러 형태에 따라 크게 네 가지의 효율실험 및 그에 따른 기타 인자들에 대한 효율값의 변화를 관찰하였다.
본 연구에서는 현행 고시1)에서 적용하는 난방 전부하 열효율을 측정함에 있어 기기의 안정화 상태로 실험을 시작하는 것이 아니라 소비자가 사용하는 통상의 사용 상태로 시작하여 측정되는 효율의 변화를 연구하여 제도화된 현행 규격에서 정의된 효율과 어느 정도 차이를 나타내게 되는지를 조명해보게 될 것이다.
제안 방법
1.1 실험의 공통조건에서 제시된 모든 사항을 적용하면서 제시한 모든 사항을 기본으로 적용하면서 현행 액화석유가스의 안전관리 및 사업법과 KS표준6) 7)에서 전부하 실험으로 규정하고 있는 실험방법을 그대로 실시하여 그에 따른 에너지소비효율과 연소생성물 등 기타 인자들을 측정한다. 이 실험의 세부조건은 다음과 같다.
1.2.1항에서 제시된 것과 같이 실험의 시작시점을 보일러의 안정화 상태가 아니라 보일러 전원이 꺼진 상태에서부터 전원을 입력시킴과 동시에 효율실험을 시작하도록 하며, 실험 종료시점은 초당 1회씩 측정하는 효율값의 변화가 전·후 20초 이내에 0.020 % 미만이 될 때를 종료시점으로 보고 실험에 임하도록 한다.
또한, 부분부하 효율실험은 보일러의 환수온도를 (47 ± 1) ℃[콘덴싱보일러의 경우 (30 ± 0.5) ℃]로 일정하게 유지되도록 하여 표시가스소비량의 (30 ± 1) %에 해당하는 효율을 측정한다.
연료공급관은 실험에 투입되는 가스가 실험장치를 통하여 보일러로 투입되고 버너에서 연소시킨 후 보일러의 배기가스 통로를 통하여 배출하는 구조로 되어있다. 실험장비로 투입된 가스는 다음의 기기를 통하여 실험에 필요한 인자들을 측정하도록 설계되었다.
성능/효과
1.2.2항에서 나타난 것과 유사한 패턴으로 효율값이 측정되며, 이를 통해 강제 최대 가스소비량 모드와 일반 소비자판매 모드가 소비량 및 효율값에 특이할 만한 차이를 나타내지 않는 것으로 추정할 수 있다.
난방공급수와 난방환수온도가 일정하게 안정화시킨 후 실시하는 실험조건 A와 C에서 측정되는 효율값은 콘덴싱보일러가 높게 분포하나, Fig. 5, 6 및 Fig. 9, 10에서 나나타는 것처럼 보일러 Off상태에서 시작하여 측정한 실험조건 B와 D의 효율값은 그와 반대로 일반보일러의 효율값이 높게 측정되는 특이한 현상을 확인할 수 있다.
앞서 요약문에서 언급한 바와 같이 네 가지 보일러 상태를 가정하여 실험하였고, 각 형태의 실험결과 가스량이 에너지소비효율에 가장 크게 영향을 미치는 인자가 아니며 실험조건에 따라 큰 차이가 발생하지 않는다는 결론을 얻었다.
이 결과로부터 얻을 수 있는 것은 온도를 제어하는 콘트롤러에 입력된 난방 희망온도에 따라 가스소비량이 달라지는 것이지 보일러 딥스위치 모드에 따라서는 차이가 크지 않다는 결론을 얻었다.
이와 같은 상황을 가정하여 조건 B와 D상태로 실험하였고, 실험실에서 실시하는 에너지소비효율과 커다란 차이를 갖는다는 것을 확인하였다.
일반보일러로 실시한 B와 D 조건의 에너지소비효율 측정값은 A와 C 조건에 비해 약 10 % 정도로 낮게 형성되었고, 콘덴싱보일러로 실시한 실험에서는 약 20 % 정도의 에너지 소비효율차이가 발생한다는 것을 확인하였다.
후속연구
이는 본 연구에서 시도한 실제상황에 대한 가정과 실험을 반영한다는 점에서 유사한 개념이라 할 수 있다 각 제품의 에너지소비효율등급을 정하는 정부고시의 효율실험방법에서 본 연구에서 실시한 것과 같이 실제상황을 가정한 효율실험방법을 지속적으로 발전시켜야 할 필요가 있다고 생각한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
보일러란 무엇인가?
국내에서 보일러의 정의는 가스소비량이 70 kW를 초과하지 않는 보일러로서 도시가스 또는 LPG를 연료로 열매체를 이동시켜 가정의 난방이나 온수의 공급 등의 목적으로 사용하는 보일러를 말하며, 그 종류는 아래 Table 1과 같이 분류된다. 3) 4) 6)
고효율 보일러 제조 및 사용의 장점은 무엇인가?
시장규모로 볼 때, 고효율 보일러 제조 및 사용은 국가 에너지절약에 크게 기여하게 될 것이므로, 위 고시에서 효율실험방법에 대한 정의를 정확히 해주는 것이 필요하다. 현재 고시1)에서 규정하는 소비효율등급 부여기준은 난방 전부하 및 부분부하 효율과 대기전력을 포함하고 있다.
참고문헌 (13)
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DOE 10 CFR Part 430 SubpartB Appendix N, Uniform Test Method for Measuring the Energy Consumption of Furnaces and Boilers, pp. 29-30
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