Trigeneration 제습공조시스템과 일반공조시스템의 성능 비교 실험 및 수치해석 논문자료

 

Trigeneration 제습공조시스템과 일반공조시스템의 
성능 비교 실험 및 수치해석
An Experimental and Numerical Analysis on Performance Comparison of a 
Trigeneration Desiccant System and Conventional Air-conditioning System

최근 정부의 미래에너지변환 정책에 따라 천연가스를 활용한 분산발전 시장은 점차 확대될 것으로 예상된다. 분산발전은 전력 수요지 주위의 소규모 발전원을 활용하는 발전방식으로 송배전 인프라 구축 비용과 운용비용, 전력손실을 줄일수 있는 장점이 있다. 천연가스를 이용한 분산발전의 대표적인 예로 Trigeneration System이 있다. 본 연구에서는 Trigeneration System에서 발생되는 냉열 및 엔진 배열을 이용하여 공조대상 실내의 습공기를 제습/냉방/난방 하는 제습공조시스템의 성능 분석에 대한 기초 연구를 수행하였다. 연구결과 제습공조시스템 입출구 온도차가 커질수록 시스템 효율은 높아지고 일반공조시스템 대비 에너지 소비량이 감소하는 것을 알 수 있었다.

[연구 주제]

1. 가설 설정

일반공조시스템의 경우에는 본 연구에서 직접 실험을 수행하지 못했기 때문에 제습공조시스템과 입출구 공기 조건이 같은 상태에서 가정하여 도시하였다.

[연구 방법]

1. 제안 방법

본 논문에서는 제습공조시스템과 일반 공조시스템의 성능 비교 실험과 수치해석을 활용한 분석 연구를 수행하였고 입구 온도 25∼35 oC 범위 및 입구 습도 65∼80%RH 범위에서 냉방 및 소비열량, 에너지효율 등을 비교하였다.

앞서 본문에 서술하였듯이 본 연구의 경우 공조대상 실내의 온습도를 조절할 수 있는 항온항습기가 따로 없기 때문에 제습공조시스템의 성능을 좀 더자세히 평가하기 위하여 실험과 비슷한 범위내의좀 더 다양한 조건하에서 수치해석을 수행하였다.

제습공조시스템 출구의 공기 온도는 공조시스템 입구 온도와 동일할 때와 입구 온도보다 3oC, 작을 때, 5oC, 작을 때, 10oC, 작을 때 총 4가지 case로 나누어 계산하였다.

2. 대상 데이터

Trigeneration 제습공조시스템은 실내 공기(Process Air)를 제습로터로 공급해주는 Process Fan, 로터에서 제습된 공기(Process Air)를 다시 실내로 배출시 켜주는 Supply Fan, 제습로터를 재생하기 위해 외부 공기(Outdoor Air)를 제습로터로 공급해주는 React Fan, 실내공기를 제습해주는 제습로터, 제습로터를 재생하기 위해 외기 온도를 가열시켜주는 Heating Coil 및 Electric Heater, 제습되면서 온도가 높아진 공기를 냉각시켜주는 Cooling Coil로 구성되어 있다.

제습공조시스템의 제습 및 냉방 성능을 분석하기 위하여 제습공조시스템의 입출구(Process Air Inlet/Outlet)에 온/습도 센서, 그리고 제습공조시스템으로 들어가는 냉수 및 배열 배관 입출구(From Trigeneration)에 온도센서 및 유량계를 설치하였고 온습도 데이터와 유량데이터는 GRAPHTEC사의 midi Logger GL-820을 사용하여 기록하였다.

3. 데이터처리

제습기 입출구 절대습도 및 엔탈피는 입출구에서 측정한 온습도 데이터를 EES(Engineering Equation Solver) 프로그램을 사용하여 환산하였으며 제습공조시스템에서 사용한 냉열사용량(qwatert)은 아래의 식 (3)에 의해 계산된다.

4. 이론/모형

수치해석에서 사용한 모든 계산은 EES (Engineering Equation Solver) 프로그램을 활용하였다.

[연구 결과]

1. 성능/효과

(1) 제습공조시스템은 고온 다습한 실내를 냉방 시킬수록 효율적임을 알 수 있었다.

(2) 실험 및 수치해석 모두 제습공조시스템의 입출구 온도차가 커질수록 시스템 효율이 높아짐을 알 수 있었다.

(3) 본 연구의 실험 및 수치해석 모두 제습공조시스템의 입출구 온도차가 커질수록 일반공조시스템 대비 에너지가 많이 소모됨을 알 수 있었다.

(4) 종합하였을 때, 제습공조시스템은 출구 공기 온도가 입구 공기 온도보다 약 3℃ 정도 낮게 가동하였을 때, 시스템 효율 70%, 일반공조시스템 대비 에너지 소비량이 약 78%로 가장 경제적인 것을 알 수 있었다.

▼출처 및 바로가기 : 
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchArticle.do?cn=JAKO201824753344932

[논문]Trigeneration 제습공조시스템과 일반공조시스템의 성능 비교 실험 및 수치해석