[논문]공동주택 기계실 난방설비 운전 개선 연구

서정아; 신영기; 김용기; 이태원

doi:10.6110/kjacr.2017.29.1.038

공동주택 기계실 난방설비 운전 개선 연구
A Study on Improved Operation of Apartment Heating System in a Machine Room 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.29 no.1, 2017년, pp.38 - 42

서정아 (세종대학교 기계공학과) , 신영기 (세종대학교 기계공학과) , 김용기 (한국건설기술연구원) , 이태원 (한국건설기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

This study proposes an idea for energy saving in apartment machine rooms. A conventional district heating system is equipped with constant-flow pumps and bypass valves to regulate pump differential pressure. Each family unit is equipped with a constant-flow on/off valve. This leads to excessive hot water circulation and a high return temperature. To reduce energy loss, this study assumes that each family unit is renovated with a heating valve which regulates the return temperature at $35^{\circ}C$. The hot water supply pump is also replaced with a pump with an inverter to vary flow rate. Expected energy savings is then estimated from field test data. According to the results, pump electricity consumption was reduced by 6,100 kWh for a family unit building over about half a year. The supply temperature can also be lowered by $5^{\circ}C$, which can contribute to a production of electricity of 10.3 kWh/ton of hot water.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 앞서 언급한 인버터 펌프 방식 도입에 따른 에너지 절감, 세대별 난방방식의 변경 그리고 온수 공급 및 환수온도가 에너지 절감에 미치는 영향을 현장 측정 데이터에 기반하여 정량적인 결과를 제시하고자 한다.

가설 설정

따라서 세대별 난방밸브는 Lee et al.⁽⁴⁾이 제안한 환수온도 일정제어 방식으로 하되 설정환수온도는 35℃로 고정한다고 가정한다. 정유량 펌프의 전력낭비를 줄이기 위해 기계실 바이패스 관로를 제거하고 인버터 펌프로 대체하고 인버터 주파수는 일정차압을 유지하도록 제어된다고 가정한다.
⁽⁴⁾이 제안한 환수온도 일정제어 방식으로 하되 설정환수온도는 35℃로 고정한다고 가정한다. 정유량 펌프의 전력낭비를 줄이기 위해 기계실 바이패스 관로를 제거하고 인버터 펌프로 대체하고 인버터 주파수는 일정차압을 유지하도록 제어된다고 가정한다.

제안 방법

(1)은 정유량 방식 개선을 위해 외기온도에 기반한 예측제어와 비례제어 방식을 제안하였다. 가까운 시일에 도입될 패시브 주택의 경우 주택 열용량은 크고 요구 난방부하는 작아 바닥난방 시 연속적인 유량 유지와 가변 유량이 필수적인 요구사항이다.
유량의 경우도 필요한 유량으로 조절되므로 전력저감 효과를 기대할 수 있다. 5℃ 감소로 인해 기계실과 세대 동 사이의 공급 배관에서의 열손실 감소량이 얼마인지 정확한 산정은 불확실도가 높으므로 보수적으로 접근하여 펌프 전력소비량 감소만 정량적으로 계산해 보기로 한다. Fig.
또한 정유량 방식이라 실내온도제어도 개폐(on-off) 제어로만 가능하여 실내온도도 설정값 주변을 헌팅하는 현상을 피할 수 없다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 열환경 동적 모델을 수행하고 이를 근거로 연속제어 알고리즘을 설계하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.

성능/효과

(1) 기계실의 정유량 온수 순환펌프는 난방 부하가 적은 간절기에 특히 과도한 순환유량에 의한 전력 낭비가 심하다.
(2) 세대별 정유량 난방 밸브의 개폐 개도 특성과 기계실 온수 바이패스 유량으로 인한 기계실 환수온도의 상승으로 추가적인 열손실이 크다.
(3) 세대별 환수온도 제어와 기계실 인버터 펌프의 적용으로 펌프 소비전력을 50% 이상 줄일 수 있으며 공급자도 공급온도를 낮춰 온수 1톤당 10.3kWh의 추가 전력 생산이 가능할 수 있다.
6과 같이 도시할 수 있다. 결과에 따르면 인버터에 의한 소비동력은 170일간의 운전기간 동안 정유량 펌프 소비동력의 48.3% 수준이다. 이 기간 동안 인버터에 의한 절감전력은 6,100 kWh로서 주택용 고압전력 요금을 109 원/kWh로 가정하면⁽⁵⁾ 665 천원에 해당한다.
5는 실제 운전과 동일 열량을 공급하기 위한 공급/환수 온도 및 순환 유량의 비교를 나타낸다. 결과에서 보듯이 개선안은 환수온도의 저하로 인해 공급온도도 5℃ 정도가 감소하여 배관 열손실을 줄이고 1차측과의 열교환 온도도 낮출 수 있다. 유량의 경우도 필요한 유량으로 조절되므로 전력저감 효과를 기대할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	대부분 공동주택 세대별 난방을 위한 온수유량 밸브는 어떤 방식을 사용하는가?	공동주택 세대별 난방을 위한 온수유량 밸브는 대부분 정유량 방식이다. 정유량 방식의 목적은 한 건물 내 각 세대에 공급되는 온수 공급 능력을 균등하게 하기 위해 세대별로 허용되는 최대 유량을 제한하는 것이다.
	정유량 방식의 목적은 무엇인가?	공동주택 세대별 난방을 위한 온수유량 밸브는 대부분 정유량 방식이다. 정유량 방식의 목적은 한 건물 내 각 세대에 공급되는 온수 공급 능력을 균등하게 하기 위해 세대별로 허용되는 최대 유량을 제한하는 것이다. 정유량 방식은 난방이 필요할 때는 정유량으로 흐르고 필요가 없으면 공급이 중단되는 방식이라서 각 세대에는 온수가 단속적으로 흐르게 된다.
	기계식 차압유량조절밸브(PDCV)와 결합한 정유량 펌프의 단점은 무엇인가?	이 경우 난방수요가 부족한 간절기의 경우에도 정유량 펌프는 필요 이상의 온수를 공급하므로 잉여 유량은 PDCV를 통해 바이패스 시키고 있는 상황이다. 따라서 불필요한 유량 순환에 의한 열손실 및 펌프 전력 손실이 초래된다.

참고문헌 (6)

Seo, J. A., Shin, Y., Kim, Y. K., and Lee, T. W., 2016, A Study on Improved Heating Performance of an Apartment Housing Unit, Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 28, No. 2, pp. 69-74.

원문보기 상세보기
Hong, S. K. and Cho, S. H., 2015, The Comparison Study on Heating Supply Energy and Usage Patterns by Supplying Water Temperature Control, Proceedings of SAREK 2015 Winter Conference, 15-W-074, pp. 266-274.
Kim, Y. K., Yoon, S. M., and Lee, T. W., 2014, Improvement of a Standard Operating Mode for User-side Heating Supply Temperature in Distric Heating System, Proceedings of SAREK 2014 Summer Conference, 14-S-108, pp. 461-464.
Lee, T. W., Kim, Y. K., and Ho, J. W., 2009, An Experimental Study on the Optimal Control Methods for the Radiant Floor Heating Panel, Proceedings of SAREK 2009 Winter Conference, 09-W-072, pp. 419-424.
KEPCO, 2016, http://cyber.kepco.co.kr/ckepco/front/jsp/CY/E/E/CYEEHP00102.jsp.
Korea District Heating Corp., 2015, Hot water heating facility standard, p. 18.

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