수열 이용 히트펌프 시스템의 열원 측 배관 설계 변수에 따른 동력소비량 변화 분석 (A Study on Power Consumption Variation According to Design Parameters of Heat Source-side Piping in a Hydrothermal Heat Pump System)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 35권 / 6호 / 265 ~ 274페이지
· 저자명 : 문건호, 최민수, 강병현, 이상철, 김시희, 정현준, 윤린, 박창용

초록

본 연구에서는 수열원 히트펌프 시스템의 배관 설계 변수에 따른 펌프의 동력소비량 변화를 분석하기 위해 서울 지역의 오피스 건물을 가정하여 하천수를 이용한 수열시스템을 적용하는 조건을 TRNSYS 프로그램으로 모델링하고 시뮬레이션을 수행하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다.
(1) 서울 지역 오피스 건물에 수열원 히트펌프 시스템을 적용하였을 때, 난방을 위한 펌프의 연간 동력 소비량은 냉방 기간에 비해 약 43% 더 크게 산출되었으며, 시스템 전체의 동력 소비량도 난방 기간이 약 28% 크게 나타났다.
(2) 수열원과 이격거리가 200 m에서 1000 m로 증가함에 따라 연간 전체 시스템에서 원수펌프(Pump A)의 동력 소비량이 차지하는 비율은 6.5%에서 11.7%로 증가하나, 전체 시스템의 동력 소비량의 증가는 약 5.85%로 예상보다 높지 않았으며, 이는 수열원과 수요처의 거리가 시스템 전체 운전 비용에 미치는 영향이 크지 않음을 보여준다.
(3) 수열원과 수요처의 수직 높이 차에 따른 연간 전체 시스템의 동력 소비량의 변화는 미미한 것으로 예상되었다.
(4) 원수의 취수 및 방류를 위한 관의 지름이 너무 작으면 양정과 동력 소비량이 매우 크게 나타났으며, 지름을 증가시킴에 따라 동력 소비량은 급격히 감소하며 수렴하는 경향을 보였다.
(5) 관 직경의 변화가 유속, 손실수두 및 펌프의 동력 소비량에 큰 영향을 미치는 것으로 예상되었다. 이는 열원 측 배관설계에서 배관 직경이 매우 중요한 설계변수임을 의미하고, 적절한 관 직경의 선정이 중요함을 보여준다.
본 연구에서는 통해 해석대상 건축물의 수열 히트펌프 시스템에서 각 구성요소의 동력 소비량과 배관 설계 변수에 따른 펌프의 동력 소비량 변화를 분석하였으며, 다양한 규모와 구조, 그리고 용도를 갖는 건축물에 대한 추가적인 분석이 필요할 것으로 판단된다.

영어초록

The power consumption of pumps in a hydrothermal heat pump system is important from environmental and economic points of view. In this study, an office building and a hydrothermal heat pump system were modeled by the TRNSYS 18 program, and building load and energy consumption were simulated. The variation in pump power consumption was analyzed according to changes in the design parameters for heat source-side piping in the heat pump system. The system consisted of a heat pump, pumps, heat exchangers, and a fan coil unit. The flow rate and power consumption of the pumps and the fan were calculated by the system operating time to satisfy the building load. A simulation was performed by changing the horizontal distance to the hydrothermal source from 200 m to 1000 m, vertical height differences from 2 m to 10 m, and pipe diameters from 0.1 m to 0.3 m. The intake pump (Pump A) power consumption ratio to total power consumption increased from 6.5% to 11.7% with increases in the distance to the hydrothermal source. The simulation results showed that the pipe diameter had a great influence on the power consumption of the pump.

참고자료

· 없음