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EnergyPlus 해석용 수랭식 VRF 히트펌프의 냉·난방 능력 및 소비전력 예측식 산출 기법
Capacity and Power Input Performance Curves Creation of Water-cooled VRF Heat Pump for EnergyPlus 원문보기

한국지열에너지학회논문집 = Transactions of the Korea Society of Geothermal Energy Engineers, v.13 no.3, 2017년, pp.1 - 8  

김민지 (한밭대학교 대학원 건축공학과) ,  권혁주 (한밭대학교 대학원 건축공학과) ,  이광호 (한밭대학교 건축공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Variable refrigerant flow (VRF) systems have recently attracted attention in many countries due to a variety of advantages over conventional system. Especially, the water-cooled VRF heat pump, including geothermal heat pump, is a system that accurately controls the flow rate of refrigerant for the i...

주제어

#냉매유량가변형   #에너지 플러스   #부분부하율   #냉   #난방소비전력   #냉   #난방능력  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 지열히트펌프를 포함한 수랭식 VRF 히트펌프 시스템의 정량적인 에너지 성능을 예측하기 위해, 이와 같은 변수들이 고려된 국내 S사의 실측 냉·난방능력 및 소비전력 데이터(Technical Data Book, 이하 TDB)를 토대로 수랭식 VRF 히트펌프 시스템의 냉·난방 성능식을 EnergyPlus를 통해 도출하는 과정을 소개하고자 한다. 또한 이를 통해 향후 지열히트펌프를 포함한 수랭식 VRF 히트펌프의 연구개발에 기초자료로써 활용되고자 하는데 목적이 있다.
  • 따라서 본 연구에서는 지열히트펌프를 포함한 수랭식 VRF 히트펌프 시스템의 정량적인 에너지 성능을 예측하기 위해, 이와 같은 변수들이 고려된 국내 S사의 실측 냉·난방능력 및 소비전력 데이터(Technical Data Book, 이하 TDB)를 토대로 수랭식 VRF 히트펌프 시스템의 냉·난방 성능식을 EnergyPlus를 통해 도출하는 과정을 소개하고자 한다. 또한 이를 통해 향후 지열히트펌프를 포함한 수랭식 VRF 히트펌프의 연구개발에 기초자료로써 활용되고자 하는데 목적이 있다.
  • 본 연구에서는 미국 에너지성에서 개발된 건물 냉난방 부하 해석 및 열환경에 대해 수학적으로 검증이 가능한 EnergyPlus를 기반으로 연구를 진행하였다. EnergyPlus는 미국 냉동공조학회 ASHRAE에서 권장하는 열평형 방정식을 사용하기 때문에 비정상상태에서의 열전도 및 복사, 그리고 대류 열전달에 대한 동적해석이 가능하다는 장점이 있다.
  • 본 연구에서는 정밀한 수랭식 VRF 히트펌프의 에너지소비량을 산정하기 위한 기초연구로, 지열히트펌프를 포함한 수랭식 VRF 히트펌프의 냉난방능력 및 소비전력과 부분부하율에 따른 소비전력에 관한 성능식을 추출하는 기법을 소개하였다. 본 연구결과를 통해 수랭식 VRF 히트펌프의 다양한 성능정보를 시뮬레이션 상에 정확하게 구현하여 신뢰성 있는 에너지소비량을 예측할 수 있다는 것을 확인되었으며 향후 수랭식 VRF 히프펌프 연구개발에 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

가설 설정

  • 각 실내기를 통해 부하변동에 능동적으로 대응할 수 있고 부하에 따라 실외기의 용량을 가변적으로 제어할 수 있는 장점이 있다. VRF 히트펌프 중 수랭식 VRF 히트펌프는 외기 온도 및 빌딩 외풍 등 실외조건에 영향을 받던 공랭식에 비해 일정온도의 냉각수를 사용하므로 운전효율이 좋다. 특히 물 냉매 열 교환이므로 공랭식과 동일한 용량의 압축기 조합을 사용하더라도 냉매 이동량이 증가하여 높은 냉난방 능력을 얻을 수 있다[7].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
VRF 히트펌프 시스템의 특징은 무엇인가? 이에 따라 일반 건물에서의 공조 에너지 절감에 대한 요구 증가와 동시에 이를 절감할 수 있는 다양한 설비시스템이 연구 중에 있다. 최근에는 각 실의 특성과 부하에 따라 냉매의 유량을 개별·분산적으로 조절할 수 있는 VRF (Variable Refrigerant Flow) 히트펌프 시스템이 각광받고 있다. 또한 CO2 저감과 에너지 절감 등에 효과적인 방안으로써 국내를 비롯한 많은 국가에서 급속한 성장세를 이어가고 있는 추세이다[2].
우리나라의 에너지 소비량 중에서 건물에서의 소비량의 비율은? 전 세계적으로 에너지 절감과 CO2 저감이 화두가 되고 있는 요즘 각국에서는 2020년 만료 예정인 교토의정서를 대체하는 신 기후체제(파리협정)를 마련하는 등 다양한 협약을 통해 에너지 절감과 CO2 저감에 초점을 맞추고 있다. 하지만 현재 우리나라는 에너지 과소비 국가 중 하나로 에너지 소비량은 지속적으로 증가하고 있는 추세이며, 그 소비량 중건물에서의 에너지 소비량만 20%를 차지하고 있다. 또한 에너지경제연구원의 에너지 총 조사보고서[1]에 따르면, 일반 건물 내의 에너지 소비량 중 냉·난방에 의한 소비량이 약 50%로 공조시스템에서 많은 비중을 차지하고 있는 실정이다.
일반 건물 내의 에너지 소비량 중에서 가장 많은 비중을 차지하고 있는 것은? 하지만 현재 우리나라는 에너지 과소비 국가 중 하나로 에너지 소비량은 지속적으로 증가하고 있는 추세이며, 그 소비량 중건물에서의 에너지 소비량만 20%를 차지하고 있다. 또한 에너지경제연구원의 에너지 총 조사보고서[1]에 따르면, 일반 건물 내의 에너지 소비량 중 냉·난방에 의한 소비량이 약 50%로 공조시스템에서 많은 비중을 차지하고 있는 실정이다. 이에 따라 일반 건물에서의 공조 에너지 절감에 대한 요구 증가와 동시에 이를 절감할 수 있는 다양한 설비시스템이 연구 중에 있다.
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참고문헌 (9)

  1. Energy Consumption Survey, Korea Energy Economics Institute, 2014 

  2. Hyun, I. T., Lee, J. H., Cheon, S, H., and Lee, K. H., 2015, Development of Cooling Energy Input Curve Coefficients for VRF Heat Pumps in EnergyPlus, Proceeding of the SAREK, Gang Won do, South Korea, pp. 400-403. 

  3. Lee, S. H., Choi, S., Kim, B. S., Lee, J. K., and Lee, K. H., 2011, Heating Performance Evaluation of the VRF Heat pump System with Refrigerant Heating Cycle for the Extreme Cold Region, Korean journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol. 23, No. 8, pp. 571-579. 

    원문보기 상세보기 crossref

  4. Kim, J. M., Choi, J. B., Lee, S. W., Choi, D. H., Lee, P. H., and Kim, Y. J., 2011, Development of Comfort Control Logic for VRF System in Summer Season by using 3 Environment Factor (Temperature, Humidity and Air Flow), Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering, Vol 23, No. 9, pp. 610-619. 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. Moon, H. J., and Kim, J. W., 2015, An Experimental Study on the Performance of a VRF Air Conditioning System with a Thermal Comfort Control Algorithm, Journal of KIAEBS, Vol. 9, No. 3, pp. 247-252. 

  6. Lee, K. H., 2016, Performance Curve Generation of Direct Expansion Air Handling Unit-Variable Refrigerant Flow System, SAREK Magazine, Vol. 45, No. 12, pp. 14-18. 

  7. Soong, Y. H., 2010, Heat Pump Technology Trends in High-Rise Houses, Journal of the SAREK, Vol. 39, No. 6, pp. 14-21. 

  8. EnergyPlus, EnergyPlus Input output reference, The encyclopedic reference to EnergyPlus input and output; 2016. 

  9. Florida Solar Energy Center, Creating performance Curves for variable Refrigerant Flow Heat Pumps in EnergyPlus, 2012. 

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