Research Article

Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems. 30 June 2020. 298-309
https://doi.org/10.22696/jkiaebs.20200026

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  •   연구배경 및 목적

  •   연구 범위 및 방법

  • 이론적 배경

  •   냉각탑 설계요소

  •   냉동기 및 수랭식 VRF 성능 곡선

  • 시뮬레이션 개요

  •   기후 존에 따른 지역구별

  •   냉각수 설정온도 선정 및 냉각탑 시스템 모델링

  • 시뮬레이션 결과 및 분석

  •   냉각수 온도 분석

  •   냉각수 온도별 제조 시간 분석

  • 결 론

서 론

연구배경 및 목적

일반적으로 수랭식 냉방열원 시스템의 구성은 전체 에너지 사용량의 약 70~80%를 차지하는 냉동기와 각각 10% 전후의 사용량 비율을 차지하는 냉각탑 팬, 냉수 펌프, 냉각수 펌프로 이루어진다. 이 수치와는 다소 상이한 사용량 비율에 있어서도, 냉동기의 에너지 사용량은 타 구성 기기에 비해 수 배 이상 크므로(Morrison, 2014; Huang et al., 2017) 냉동기의 효율 향상이 전체 냉방 에너지 절감에 가장 큰 영향을 미친다 하겠다.

한편, 국내에서는 [KS B6364: 2014]에 따라 냉각탑의 표준설계온도를 입구온도 37°C, 출구온도 32°C, 입구공기 습구온도 27°C로 규정하고 있으며, 냉각수 출구온도를 설계값으로 고정하고 냉각탑 팬의 on/off 제어만으로 운전되고 있는 것이 일반적이다(KS B 6364, 2014; Huang et al., 2017; Ha et al., 2019). 그러나 열역학관점에서 증발압축기반의 냉동기 효율은 외기 환경에 따른 열 방출 온도(Heat rejection temperature) 즉, 냉각수 온도에 따라 변화한다. 냉수 온도 및 건물 부하 등, 다른 운전 조건이 동일한 상황에서 냉각수 온도가 내려갈수록 냉동기의 응축기 입구온도 또한 낮아져 냉동기의 COP가 상승하는 것이 대표적인 예이다(Kwak et al., 2011; Goldstein et al., 2017).

이에, 기존의 냉각탑 출구 온도 32°C보다 낮은 온도의 냉각수(이하, 저온 냉각수)를 제조하고 활용하여 냉동기 및 냉방 시스템의 효율 향상을 유도하는 관련 연구가 국내외에서 수행되어왔다. Huang et al. (2018)은 건물의 냉방부하와 외기 습구온도의 관계를 통해 최적의 냉각수 설정 온도를 선정하고, 냉방에너지 절감방안을 제시하였다. 그리고 Facius (2011)는 수랭식 냉방시스템 요소 중 냉각탑 팬 제어방법을 Single speed, on/off 제어에서 Variable speed로 변경하여 동일한 부하처리 시 다양한 온도의 냉각수를 제조하였으며, 이를 통해 냉각수 온도가 1°C 저하할 때 전체 냉방에너지는 3~5%가 절감되는 것을 확인하였다.

또한, Lee et al. (2018)는 국내 수도권에 위치한 건물을 대상으로 냉방 기간 26일간의 실측데이터를 통하여 일반 및 저온 냉각수 운전에 따른 냉방 에너지사용량을 비교하였다. 일반운전 시, 냉각수 온도는 대부분 32°C에 분포하나 운전제어 알고리즘 변경을 통한 유량제어로 약 24-32°C의 냉각수를 생산 가능한 것으로 파악하였다. 그 결과, 기존에 비해 냉각탑 시스템과 열원의 에너지사용량은 각각 24%, 5.9% 절감되었고, 열원 및 시스템 COP는 각각 7.3%, 12.7% 향상되는 것으로 나타났다. 아울러, Ha et al. (2020)는 EnergyPlus 계산 모델에서 냉각탑 팬 및 냉각수 펌프 구성을 변경한 후, 제어를 통해 냉각수 출구 온도 하한값을 ASHRAE 90.1에 맞추어 23.9°C로 변경하였다. 저온의 냉각수 생산을 위해 냉각탑 팬의 에너지 사용량은 증가하였으나, 냉동기의 효율이 상승하여 전체 냉방에너지가 절감되는 결과로 나타났다.

그러나 이상의 선행 연구들은 저온 냉각수의 제조 방법, 활용, 에너지 절감 효과 등에 대해 다루었지만, 동시에 특정 지역 및 한정된 운전 기간에 한해 검토가 이루어진 한계를 지닌다.

한편, ASHRAE 90.1 (2019)에서는 모든 냉동기의 냉각수 하한값을 고려하여 지역별 기후 존에 따라 상이한 냉각수 설정 온도를 18.3-26.7°C 범위에서 제시하고 있다. 선행연구에서 드러난 바와 같이, 국내의 기후 조건에서는 하계의 낮 시간대를 제외하면 외기 습구온도 조건에 따라 저온 냉각수의 제조가 가능한 것으로 파악된다. 또한, 앞서 언급한 선행연구의 결과와 같이 저온 냉각수 이용이 냉방 시스템의 효율 향상에 유의미하게 작용한다면, 실제로 각 지역의 외기 조건을 고려하여 연중 어느 정도의 시간 동안 몇 °C 수준의 냉각수가 생산 가능한지에 대한 정량적 검토가 먼저 이루어져야 할 것으로 보인다. 한편, ASHRAE 90.1 (2019)에서는 모든 냉동기의 냉각수 하한값을 고려하여 지역별 기후 존에 따라 상이한 냉각수 설정 온도를 18.3-26.7°C 범위에서 제시하고 있다. 선행연구에서 드러난 바와 같이, 국내의 기후 조건에서는 하계의 낮 시간대를 제외하면 외기 습구온도 조건에 따라 저온 냉각수의 제조가 가능한 것으로 파악된다. 또한, 앞서 언급한 선행연구의 결과와 같이 저온 냉각수 이용이 냉방 시스템의 효율 향상에 유의미하게 작용한다면, 실제로 각 지역의 외기 조건을 고려하여 연중 어느 정도의 시간 동안 몇 °C 수준의 냉각수가 생산 가능한지에 대한 정량적 검토가 먼저 이루어져야 할 것으로 보인다. 한편, ASHRAE 90.1 (2019)에서는 모든 냉동기의 냉각수 하한값을 고려하여 지역별 기후 존에 따라 상이한 냉각수 설정 온도를 18.3-26.7°C 범위에서 제시하고 있다. 선행연구에서 드러난 바와 같이, 국내의 기후 조건에서는 하계의 낮 시간대를 제외하면 외기 습구온도 조건에 따라 저온 냉각수의 제조가 가능한 것으로 파악된다. 또한, 앞서 언급한 선행연구의 결과와 같이 저온 냉각수 이용이 냉방 시스템의 효율 향상에 유의미하게 작용한다면, 실제로 각 지역의 외기 조건을 고려하여 연중 어느 정도의 시간 동안 몇 °C 수준의 냉각수가 생산 가능한지에 대한 정량적 검토가 먼저 이루어져야 할 것으로 보인다.

따라서 본 논문에서 국내를 기준으로 ASHARE에서 제시하고 있는 각 기후존의 연간 외기 습구온도 범위를 파악하고, 저온냉각수 생산이 가능한 연간 시간의 총량과 그 때의 냉각수 온도 현황과 분포를 검토하려 한다.

연구 범위 및 방법

전술한 바와 같이 냉각수의 온도 범위와 해당 온도별 연간 제조 시간 파악이 본 논문 작성의 목적이므로 냉각탑 시스템의 에너지 사용량 및 저온냉각수에 의한 냉동기의 에너지 절감량 등은 검토하지 않는 것으로 하였다. 냉각탑은 외기 습구온도의 영향에 더 민감한 개방형 타입을 대상으로 하고, 냉각수 온도의 계산을 위한 모델링에서 건물의 유형은 대형사무실로 선정하였다. 또한, 지역별 기후 특성에 따른 냉각수 온도 선정 기준을 마련하기 위해 ASHRAE Fundamental (2017)에서 제시하고 있는 기후 존에 따라 국내의 지역을 4개로 구분하였다.

냉각수 온도 산출을 위해 EnergyPlus v.9.3 시뮬레이션 프로그램을 사용하였으며, 구분된 국내 기후 존 4개의 주요 지역인 부산, 서울, 춘천, 대관령의 표준기상데이터를 활용하였다(PHIKO, 2017). 또한 정격 조건인 냉각탑 출구 온도 32°C 대비 저온 냉각수를 생산하기 위하여 냉각탑시스템은 냉각탑 팬 2단 제어, 변유량 냉각수 순환 펌프로 선정하였다.

이론적 배경

냉각탑 설계요소

냉각탑은 응축기에서 발생한 응축잠열을 냉각수에 흡수시켜 고온이 된 냉각수에 증발냉각원리를 이용하여 외기와 직접 접촉시켜 방열하는 장치이다. 냉각탑의 입구 및 출구 온도의 온도 차인 쿨링 레인지(Cooling Range)는 열 부하와 순환유량으로 결정되며, 이는 냉각탑의 크기나 냉각 능력을 나타내지 않는다. 또한, 냉각탑의 출구 온도와 입구 공기의 습구온도의 온도 차이인 쿨링 어프로치(Cooling Approach)는 냉각탑의 성능을 나타내는 함수이며, 열 방출 온도는 냉각탑의 냉각 능력과 외기의 습구온도를 통해 결정된다(ASHRAE, 2016).

상기의 개념은 Figure 1과 같이 나타나며, 냉각수의 유량 L (kg/h) 및 냉각탑의 팬 풍량 G (kg/h)에 대한 식은 (1), (2)와 같다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-03/N0280140306/images/Figure_KIAEBS_14_3_06_F1.jpg
Figure 1.

Cooling range and approach

$$L=\frac{q_c}{(t_w1-t_w2)}$$ (1)
$$G=\frac{q_c}{(h_2-h_1)}$$ (2)

여기서, L

G: 냉각탑 팬 풍량(kg/h)tw1: 냉각수 입구온도(℃)

tw2: 냉각수 출구온도(℃)

t'1: 외기 입구공기 습구온도(℃)

t'2: 냉각수 출구공기 습구온도(℃)

qc: 냉각열량(kcal/h)

h1,h2: t'1,t'2와 같은 포화공기의 엔탈피 (kcal/kg)

일반적인 냉각탑의 출구 온도 32°C에 비해 저온 냉각수를 사용하면 Figure 2의 냉방 사이클과 같이 응축기 온도가 내려가면서 압축기의 소비동력이 감소하고 냉동기 및 VRF (Variable Refrigerant Flow, 냉매변유량 방식) 실외기의 COP가 상승하게 된다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-03/N0280140306/images/Figure_KIAEBS_14_3_06_F2.jpg
Figure 2.

Refrigeration cycle

냉동기 및 수랭식 VRF 성능 곡선

냉동기 및 수랭식 VRF의 성능은 냉동기의 냉수 출구 온도, 냉각탑의 냉각수 출구 온도, 부분부하율에 따라 변화하며, EnergyPlus에서는 이를 고려하기 위하여 냉방 용량 변화 곡선, 에너지 소비량 변화 곡선, 부분부하율에 따른 에너지 소비량 변화 곡선을 제시하고 있다(DOE, 2020). 그 중에서 냉동기 및 VRF의 에너지 소비량 변화 곡선은 COP에 반비례하며 식 (3), (4)와 같다. 식에서 종속변수인 에너지소비량은 독립변수인 냉동기의 냉수 출구 온도 및 VRF의 실내기 습구온도와 냉동기 및 VRF의 응축기로 들어오는 냉각수 입구 온도에 따라 변화하는 것을 파악할 수 있다.

$$ChillerEIRFTemp=a+b(T_{cw,l})+c(T_{cw,l})^2+d(T_{cond,e})+e(T_{cond,e})^2+f(T_{cw,l})(T_{cond,e})$$ (3)

여기서, ChillerEIRFTemp: 압축기 소비전력 / 냉방 능력(냉동기 정격조건: 1)

Tcw,l : 냉동기의 냉수 출구온도(°C)

Tcond,e: 냉동기의 응축기 입구온도(°C)

$$EIRFT_{HP,Clg}=a+b(T_{wb,avg})+c(T_{wb,avg})^2+d(T_{cond,e})+e(T_{cond,e})^2+f(T_{wb,avg})(T_{cond,e})$$ (4)

여기서, EIRFTHP,Clg : 압축기 소비전력 / 냉방 능력(VRF 정격조건: 1)

Twb,avg : 실내기의 습구온도(°C)

Tcond,e: VRF의 응축기 입구온도(°C)

시뮬레이션 개요

기후 존에 따른 지역구별

건물 HVAC&R시스템의 에너지 효율 및 소비량은 지역별 기후 특성에 따라 상이하게 나타나며, ASHRAE Fundamental (2017)에서는 1990-2014년의 기상데이터를 기준으로 세계의 기후 존을 Table 1과 같이 냉방 및 난방 도일 10°C, 18°C 기준으로 구분하고 있다.

Table 1.

Thermal climate zone definitions

Climate Zone SI Units
0 Extremely hot-Humid (0A), Extremely hot-Dry (0B) 6,000 ≺ CDD10°C
1 Very hot-Humid (1A), Very hot-Dry (1B) 5,000 ≺ CDD10°C ≤ 6,000
2 Hot-Humid (2A), Hot-Dry (2B) 3,500 ≺ CDD10°C ≤ 5,000
3 Warm-Humid (3A), Warm-Dry (3B), Warm-Marine (3C) CDD10°C ≺ 3,500 and HDD18°C ≤ 2,000
4 Mixed-Humid (4A), Mixed-Dry (4B), Mixed-Marine (4C) CDD10°C ≺ 3,500 and 2,000 ≺ HDD18°C ≤ 3,000
5 Cool-Humid (5A), Cool-Dry (5B), Cool-Marine (5C) CDD10°C ≤ 3,500 and 3,000 ≺ HDD18°C ≤ 4,000
6 Cold-Humid (6A), Cold-Dry (6B) 4,000 ≺ HDD18°C ≤ 5,000
7 Very cold 5,000 ≺ HDD18°C ≤ 7,000
8 subarctic/arctic 7,000 ≺ HDD18°C

국내에는 51개 지역이 명시되어 있으나 동일한 지역에 군사지역, 공항 및 활주로가 있는 경우를 제외한 35개 지역을 Figure 3과 같이 기후 존 3A 4개, 4A 26개, 5A 4개, 6A 1개로 구분하여 나타내었다. 이후의 연구에서는 국내의 기후 존에 따른 주요 지역인 부산(3A), 서울(4A), 춘천(5A), 대관령(6A)을 연구 대상지역으로 선정하였다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-03/N0280140306/images/Figure_KIAEBS_14_3_06_F3.jpg
Figure 3.

Climate zone of South Korea

Figure 4는 해당 지역의 연간 외기 건구온도(점선), 습구온도(실선), 외기온도 분포 및 평균값을 나타낸 것이다. 여기서, 박스플롯 데이터는 25-75%의 범위, (-)는 중앙 값, (x)는 평균값을 의미한다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-03/N0280140306/images/Figure_KIAEBS_14_3_06_F4.jpg
Figure 4.

Distribution (Box-plot) and mean value (cross) of annual outdoor dry and wet-bulb temperature

냉각수 온도는 외기 습구온도보다 2-3K 높은 온도까지 물을 냉각시킬 수 있으므로 대상지역의 습구온도를 파악하는 것이 중요하다. 대상 지역 중 연간 평균 습구온도는 부산(3A)지역이 11.1°C로 가장 높고 대관령(6A)지역이 5.4°C로 가장 낮으며, 연간 습구온도의 25-75%에 해당하는 값은 각각 4.5-18.5°C와 -2.6-14.5°C인 것으로 확인되었다. 따라서 이러한 기후 조건으로 인해 국내 수랭식 냉방시스템의 기존 설계 조건인 냉각수 설정 온도 32°C보다 낮은 저온 냉각수제조가 가능할 것으로 보이며, 동시에 연간으로 상당한 운전시간을 확보할 수 있을 것으로 예측된다.

냉각수 설정온도 선정 및 냉각탑 시스템 모델링

앞서 서술하였듯이, 저온냉각수 제조 시 냉동기 및 VRF의 효율이 증가하지만, 냉동기의 각 제조사들은 냉방 사이클을 안정적으로 유지하기 위하여, 냉각수의 하한 온도 값을 설정하고 있다. 그러나 제조사마다 제시하는 냉각수의 하한 온도 값이 서로 상이하므로 이를 모두 반영할 수 없기에, Table 2와 같이 ASHARE 90.1 (2019)에서 제시하고 있는 기후 존 별 열 방출 온도(Heat rejection leaving water temperature)를 적용하였다. 한국의 경우, 기후 존은 Figure 3과 같으므로 부산(3A), 서울(4A)는 냉각수 온도 23.9°C, 춘천(5A), 대관령(6A)는 냉각수 온도 21.1°C로 임의 선정하였다.

Table 2.

Cooling tower leaving water temperature

Climate Zone Leaving water temperature
5B, 5C, 6B, 8 18.3°C (65℉)
0B, 1B, 2B, 3B, 3C, 4C, 5A, 6A, 7 21.1°C (70℉)
3A, 4A 23.9°C (75℉)
0A, 1A, 2A 26.7°C (80℉)

Figure 5는 대상 건물의 냉각탑시스템 모델링을 나타낸 것이다. 저온 냉각수를 제조하기 위해 냉각탑은 가변 축류 팬 개방형 냉각탑, 각각의 냉각탑은 1대의 냉동기와 1대의 냉각수 및 냉수 순환 펌프로 연결하였으며(ASHRAE 90.1, 2019), 냉각탑 팬 2단 제어, 변유량 냉각수 순환 펌프로 선정하였다. 또한, 야간 및 새벽 시간대의 냉각수 제조 온도를 파악하기 위해 건물의 운전 시간은 24시간으로 설정하였다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-03/N0280140306/images/Figure_KIAEBS_14_3_06_F5.jpg
Figure 5.

Cooling tower system schematic of the target building

시뮬레이션 결과 및 분석

냉각수 온도 분석

Figure 6(left)는 국내의 기후 존의 대표 지역인 부산, 서울, 춘천, 대관령의 냉방기(6-9월) 및 중간기(4-5, 10-11월)의 냉각수 제조온도와 외기습구온도의 관계를, Figure 6(right)는 해당 지역의 계절별 냉각수온도 분포를 나타낸 것이다. 아울러, Figure 6의 냉각수 온도는 열원 시스템의 운전 가동 시간에 해당하는 값만 표기된 것이다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-03/N0280140306/images/Figure_KIAEBS_14_3_06_F6.jpg
Figure 6.

Relation between condenser water and outdoor wet-bulb temperature (left) and Distribution of condenser water temperature (right)

국내 기후 존은 대부분의 시간대에서 현재의 32°C보다 낮은 저온냉각수를 생산하는 것으로 나타났다. 특히 중간기인 경우 외기 습구온도의 영향으로 인해 냉방기에 비해 낮은 냉각수온도에 플로팅의 기울기가 완만하고 조밀하게 분포되었다. 일부 발생하는 극단치(Outlier)값은 건물의 냉방시스템의 운전이 중단된 이후 재가동된 시점이며, 중간기에는 냉방기에 비해 냉방시간이 일정하지 않아 더 많은 플로팅이 나타나는 것으로 판단된다.

서울 및 대관령의 냉각수 온도 분포 범위가 부산 및 춘천에 비해 좁은 것은 Figure 6에서 나타나듯이 냉각수 설정 온도 23.9°C 및 21.1°C에 더 조밀하게 플로팅이 분포되기 때문인 것으로 사료된다. 한편 대관령의 경우, 기후조건으로 인해 적은 냉방시간을 운전하여 상대적으로 데이터의 수가 작게 나타났다.

냉방기의 평균 냉각수 온도는 부산 26.1°C, 서울 25.5°C, 춘천 24.3°C, 대관령 23.1°C, 중간기에는 부산 24.9°C, 서울 24.7°C, 춘천 22.1°C, 대관령 21.9°C로 각각 나타났다. 대상지역 중 연간 평균 습구온도가 가장 높은 부산의 경우, 전체 냉각수 온도 중 25-75%의 범위에 냉방기는 25-27.2°C, 중간기는 23.9-25.5°C를, 연간 평균 습구온도가 가장 낮은 대관령은 냉방기 22.1-24.1°C, 중간기 21.1-22.6°C의 온도 분포를 보였다.

각 지역별로 냉방기에는 외기의 습구온도가 증가함에 따라 냉각수 온도가 증가하는 경향을 보이지만, 중간기의 냉각수 온도는 외기 습구온도 5-20°C 범위에서 서울 및 부산은 24°C, 춘천 및 대관령은 21°C에 밀집되어 분포하였다. 이를 통해 국내의 기후 존에서 데이터 센터와 같이 연간 일정한 냉방부하가 있는 건물인 경우, 중간기에 지속적으로 냉각탑 팬이 가동되면 현재 설정한 냉각수 온도에 비해 더 낮은 냉각수 온도를 생산할 수 있을 것으로 판단된다.

냉각수 온도별 제조 시간 분석

Figure 7은 냉각탑의 냉각수 출구 온도별 냉방기 및 중간기의 제조 시간을 나타낸 것이다. 그림에서 냉각수 온도 25°C는 24.5-25.4°C를 의미한다. 일례로 부산의 경우, 냉방기와 중간기를 합산하여 25°C (24.5-25.4°C)의 냉각수를 약 1200시간 동안 생산하는 것으로 나타났다. 한편, 냉각수 온도 31°C 이상은 운전 시간이 적어 그림에서 제외하였다. 기후 존이 6A에서 3A로 갈수록 전체 냉방 시간은 감소하며, 대부분의 시간대에서 냉각수 온도는 21-27°C에 분포하는 것으로 나타났다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/kiaebs/2020-014-03/N0280140306/images/Figure_KIAEBS_14_3_06_F7.jpg
Figure 7.

Annual operation hour of condenser water temperature

냉방기에서 냉각수온도를 23.9°C로 설정한 부산 및 서울은 운전시간 중 77% 및 94%가 냉각수 온도 24-27°C, 냉각수 설정온도를 21.1°C로 설정한 춘천 및 대관령은 운전시간 중 55% 및 82%가 냉각수 온도 21-24°C에 운전되고 있다. 또한, 중간기인 경우, 냉각수온도를 23.9°C로 설정한 부산 및 서울은 운전시간 중 99% 및 99%가 냉각수 온도 24-27°C, 냉각수 설정온도를 21.1°C로 설정한 춘천 및 대관령은 운전시간 중 99%, 98%가 냉각수 온도 21-24°C에 운전되고 있는 것으로 나타났다. 또한, 냉각수온도 28-30°C온도 범위에서 냉방기는 부산 23%, 서울 6%, 춘천 3%로, 중간기는 1% 미만으로 제조되는 것으로 나타났다. 따라서 국내의 기후 존에서 냉방기 전체 기간 동안 최소 55% 이상, 중간기에는 98% 이상의 시간 동안 32°C보다 낮은 저온냉각수 제조가 가능한 것을 확인하였다.

결 론

냉방 열원시스템 에너지 사용량의 대부분을 차지하는 냉동기의 효율 향상을 위해 저온 냉각수의 제조와 활용은 효과적인 방안의 하나이다. 냉각수 온도는 외기 습구온도에 영향을 받으므로 본 논문에서는 연간 습구온도의 범위를 파악하였고, 이를 위해 ASHRAE 90.1에서 제시한 각 기후존의 대표 도시와 지역을 부산(3A), 서울(4A), 춘천(5A), 대관령(6A)으로 선정하였다. 외기 습구온도의 연간 분포에서, 중앙값을 포함한 50% 범위의 온도는 약 –2~18°C로 나타나 저온냉각수 제조의 가능성을 확인하였고, EnergyPlus로 대형사무실 건물을 모델링하여 냉각수의 연간 제조 온도를 검토하였다. 그 결과 냉방기 전체 운전의 약 55~94%, 중간기에는 약 98~99%에 해당하는 시간 동안 냉각탑 정격조건인 출구온도 32°C 대비, 약 5-11 K 낮은 온도의 냉각수 제조가 가능한 것으로 확인되었다. 본 결과를 이용하면 저온 냉각수에 의한 냉동기의 연간 운전 효율 향상의 검토가 가능하리라 본다.

한편, 저온 냉각수를 제조하기 위해서는 냉각탑의 팬 및 냉각수 펌프의 운전 시간이 증가하므로, 향후의 연구에서는 냉동기 및 냉각탑 시스템 전체의 에너지 사용량 파악이 필요할 것으로 사료된다. 또한, 저온냉각수 제조를 위한 냉각탑 팬 및 냉각수 펌프의 구성 변경, 신규 제어 등의 방안과 경제성 평가 또한 추가로 행할 계획이다.

Acknowledgements

이 성과는 2020년도 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구임(No.2017R1A2B2006424).

References

1
Goldstein, E.A., Raman, A.P., Fan, S. (2017). Sub-ambient non-evaporative fluid cooling with the sky. Nature Energy, 2(9), 1-7.
10.1038/nenergy.2017.143
2
Ha, J.W., Cho, S.Y., Kim, H.Y., Song, Y.H. (2020). Annual Energy Consumption Cut-Off with Cooling System Design Parameter Changes in Large. Energies. 13(8), 2034.
10.3390/en13082034
3
Ha, J.W., Park, K.S., Kim, H.Y., Song, Y.H. (2019). A study on Annual Cooling Energy Consumption Cut-off with Cooling Tower Control Change. Journal of KIABES, Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems, 13(6), 503-514.
4
Huang, S., Malara, A.C.L., Zuo, W., Sohn, M.D. (2018). A Bayesian network model for the optimization of a chiller plant's condenser water set point. Journal of Building Performance Simulation, 11(1), 36-47.
10.1080/19401493.2016.1269133
5
Huang, S., Zuo, W., Sohn, M.D. (2017). Improved cooling tower control of legacy chiller plants by optimizing the condenser water set point. Building and Environment, 111, 33-46.
10.1016/j.buildenv.2016.10.011
6
Lee, J.H., Kim, H.M., Song, Y.H. (2018). A Study on verification of changes in performance of a water-cooled VRF system with control change based on measuring data. Energy and Buildings, 158, 712-720.
10.1016/j.enbuild.2017.10.014
7
Morrison, F. (2014). Saving Energy With Cooling Towers. ASHRAE Journal, 56(2), 34-40.
8
Kwak, Y.H., Kong, D.S., Cehon, S.H., Kwak, R.Y., Huh, J.H. (2011), Analysis of energy potential savings by a condensing water temperature control through EMS simulation. SAREK, 11-S-139, 660-663.
9
The U.S. Department of Energy (DOE). (2020). EnergyPlus Engineering Reference.
10
American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers (ASHRAE). (2016). ASHRAE Handbook HVAC Systems and Equipment. ASHRAE: Atlanta, GA, USA.
11
American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers (ASHRAE). (2017). ASHRAE Handbook Fundamentals. ASHRAE: Atlanta, GA, USA.
12
American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers (ASHRAE). (2019). Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings; ASHRAE Standard 90.1; ASHRAE: Atlanta, GA, USA.
13
Korean Standard Association (KSA). (2014). Performance tests of mechanical draft cooling tower; KS B 6364: 2014, KSA: Seoul, Korea.
14
Facius, T. (2011). Benefits of Water Cooled vs Air Cooled Equipment in Air conditioning Applications Tech. Rep. (Cooling Technology Institute, 2011), http://www.cti.org/downloads/watervsair.pdf
15
Passive House Institute Korea (PHIKO). (2017). http://climate.onebuilding.org/.
페이지 상단으로 이동하기