넷제로에너지 주택(nZEH) 적용을 위한
두 가지 공기열원 통합 히트펌프 원형 현장 테스트
Van D. Baxter, Jeffrey D. Munk – 미국
서론
미 에너지부 건축기술사무국(DOE-BTO)은 넷제로 에너지 건물(nZEB)을 “원천 에너지 기준으로, 실 질 연간 전달 에너지가 현장 재생 수출 에너지보다 작 거나 같은 건물을 에너지 효율 건물”로 정의하고 있 다. nZEB 성능을 달성하려면 건물 단열의 효율을 극 대화 하면서 공간 냉난방(SH, SC), 온수(WH), 실내 습기 제어 에너지 이용은 최소화해야 한다. ORNL은 BTO 및 제조사 파트너와 함께 이런 부분을 해결할 수 있는 개량 통합 히트펌프(IHP) 기술을 개발했다.
시스템 설명
IHP는 SH, SC, WH, 제습(DH) 등 여러 기능을 지닌 히트펌프 시스템이다. 본고에서는 두 가지 공기 열원 통합 히트펌프(AS- IHP) 원형 개발과 현장 시 험을 요약 설명한다. AS-IHP 1을 하나의 가변 속도 (VS) 압축기 및 팬을 사용하며, 그림 1에 나타냈다. 옵션으로 흡기 환기(V) 기능을 넣어 전처리 된 공기 를 히트펌프 공기처리부를 통해 공급할 수도 있다. 그 러나 현장 시험 원형은 전용 V나 DH 모드 [2]는 넣지 않았다. 그림 2는 미국 테네시주 녹스빌 현장시험 주택에 설치한 원형 사진이다.
두번째 구성은(AS-IHP 2) 상용 고효율 공기열원 히트펌프(ASHP)와 별도 WH, 요구식 DH, V 제어장치 - WH/DH 모듈 [3]을 조합한 것이다(그림 3 참조).
원형 WH/DH의 주요 구성 요소는 단일 속도 압축 기와 물펌프, VS 팬, WH와 DH 모드용 개별 콘덴서이다. 반도체 마이크로컨트롤러를 넣어 WH를 우선적으로 처리하되 WH와 DH 수요를 관리하도록 했다. VS 송풍기는 WH나 DH와 같은 속도를 쓰나 신선한 공기 환기를 위해 속도가 느려진다.
그림 3에서 볼 수 있듯이, 공조기 반환-급기 덕트를 연결해 WH/DH 모듈에 ASHP 장치를 통합할 수 있다. WH나 DH로 작동할 때, ASHP 반환 덕트에 있는 공기를 밀어내 공급 덕트로 배출하거나 공기조화 공간으로 직접 배 출한다(현장 시험에서 사용한 구성). WH나 DH를 사용하지 않을 때에는 V로 동작하여 주택에 적절히 깨끗한 공기가 공급되도록 했다. 그림 4는 AS-IHP 2 현장 시험 시스템의 실내부이다.
AS-IHP 2 시스템 용 개별 WH/DH 모듈도 개보 수 시에 유연성을 극대화할 수 있다. 기존 WH 탱크가 ASHP 시스템과 멀리 있으면, WH/DH 장치 를 탱크와 함께 배치해 WH를 업그레이드할 수 있다. WH/DH 와 V 기기를 조합하는 방식으로. 단, 이 경 우 ASHP 반환 덕트와는 통합할 수 없다.
AS-IHP 개발과 현장 시험 요약 - AS-IHP 1
우리는 Nortek Global HVAC, Inc.(전 Nordyne) 와 함께 두 가지 실험실 시험 원형을 설계해 구축했다. 실험실 시험 결과로 히트펌프 시뮬레이션 모델을 [4] 세부 조정해 시스템 성능 지도를 작성했다. 이 지도를 TRNSYS [5] 시뮬레이션 입력 자료로 사용해 여러 위치의 설계 SC 부하 7kW인 고효율 -240m2 주택 연간 에너지 절감량을 추정했다.
표 1은 AS-IHP 1 대 최소 효율 ASHP(SCOPc 3.8, SCOPh 2.3)와 정격 에너지 계수(EF) 0.9인 전기 WH로 구성 된 기준선의 성능 예측 요약 자료이다. 총 SH 에너지 이용율이 -12%였던 시카고를 제외하고 SH용 전기저 항 백업 에너지는 모든 위치에서 0이었다.
최종 실험실 시험 시스템을 기준으로 한 현장 시험 원형(설계상 냉방용량 10.6kW)을 223m2 시험용 주택에 설치하고 2014년 5월부터 2015년 5월까지 모니터했다. 이 주택에 사람이 거주하지는 않았으나 [2]와 [3]에서 설명한 것처럼 거주자 및 온수 부하를 시뮬레이션했다.
중략
넷제로에너지 주택(nZEH) 적용을 위한
두 가지 공기열원 통합 히트펌프 원형 현장 테스트
Van D. Baxter, Jeffrey D. Munk – 미국
서론
미 에너지부 건축기술사무국(DOE-BTO)은 넷제로 에너지 건물(nZEB)을 “원천 에너지 기준으로, 실 질 연간 전달 에너지가 현장 재생 수출 에너지보다 작 거나 같은 건물을 에너지 효율 건물”로 정의하고 있 다. nZEB 성능을 달성하려면 건물 단열의 효율을 극 대화 하면서 공간 냉난방(SH, SC), 온수(WH), 실내 습기 제어 에너지 이용은 최소화해야 한다. ORNL은 BTO 및 제조사 파트너와 함께 이런 부분을 해결할 수 있는 개량 통합 히트펌프(IHP) 기술을 개발했다.
시스템 설명
IHP는 SH, SC, WH, 제습(DH) 등 여러 기능을 지닌 히트펌프 시스템이다. 본고에서는 두 가지 공기 열원 통합 히트펌프(AS- IHP) 원형 개발과 현장 시 험을 요약 설명한다. AS-IHP 1을 하나의 가변 속도 (VS) 압축기 및 팬을 사용하며, 그림 1에 나타냈다. 옵션으로 흡기 환기(V) 기능을 넣어 전처리 된 공기 를 히트펌프 공기처리부를 통해 공급할 수도 있다. 그 러나 현장 시험 원형은 전용 V나 DH 모드 [2]는 넣지 않았다. 그림 2는 미국 테네시주 녹스빌 현장시험 주택에 설치한 원형 사진이다.
두번째 구성은(AS-IHP 2) 상용 고효율 공기열원 히트펌프(ASHP)와 별도 WH, 요구식 DH, V 제어장치 - WH/DH 모듈 [3]을 조합한 것이다(그림 3 참조).
원형 WH/DH의 주요 구성 요소는 단일 속도 압축 기와 물펌프, VS 팬, WH와 DH 모드용 개별 콘덴서이다. 반도체 마이크로컨트롤러를 넣어 WH를 우선적으로 처리하되 WH와 DH 수요를 관리하도록 했다. VS 송풍기는 WH나 DH와 같은 속도를 쓰나 신선한 공기 환기를 위해 속도가 느려진다.
그림 3에서 볼 수 있듯이, 공조기 반환-급기 덕트를 연결해 WH/DH 모듈에 ASHP 장치를 통합할 수 있다. WH나 DH로 작동할 때, ASHP 반환 덕트에 있는 공기를 밀어내 공급 덕트로 배출하거나 공기조화 공간으로 직접 배 출한다(현장 시험에서 사용한 구성). WH나 DH를 사용하지 않을 때에는 V로 동작하여 주택에 적절히 깨끗한 공기가 공급되도록 했다. 그림 4는 AS-IHP 2 현장 시험 시스템의 실내부이다.
AS-IHP 2 시스템 용 개별 WH/DH 모듈도 개보 수 시에 유연성을 극대화할 수 있다. 기존 WH 탱크가 ASHP 시스템과 멀리 있으면, WH/DH 장치 를 탱크와 함께 배치해 WH를 업그레이드할 수 있다. WH/DH 와 V 기기를 조합하는 방식으로. 단, 이 경 우 ASHP 반환 덕트와는 통합할 수 없다.
AS-IHP 개발과 현장 시험 요약 - AS-IHP 1
우리는 Nortek Global HVAC, Inc.(전 Nordyne) 와 함께 두 가지 실험실 시험 원형을 설계해 구축했다. 실험실 시험 결과로 히트펌프 시뮬레이션 모델을 [4] 세부 조정해 시스템 성능 지도를 작성했다. 이 지도를 TRNSYS [5] 시뮬레이션 입력 자료로 사용해 여러 위치의 설계 SC 부하 7kW인 고효율 -240m2 주택 연간 에너지 절감량을 추정했다.
표 1은 AS-IHP 1 대 최소 효율 ASHP(SCOPc 3.8, SCOPh 2.3)와 정격 에너지 계수(EF) 0.9인 전기 WH로 구성 된 기준선의 성능 예측 요약 자료이다. 총 SH 에너지 이용율이 -12%였던 시카고를 제외하고 SH용 전기저 항 백업 에너지는 모든 위치에서 0이었다.
최종 실험실 시험 시스템을 기준으로 한 현장 시험 원형(설계상 냉방용량 10.6kW)을 223m2 시험용 주택에 설치하고 2014년 5월부터 2015년 5월까지 모니터했다. 이 주택에 사람이 거주하지는 않았으나 [2]와 [3]에서 설명한 것처럼 거주자 및 온수 부하를 시뮬레이션했다.
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