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대한설비공학회|설비공학논문집 2020년 7월

논문명 열회수형 환기장치의 타입별 By-pass 제어에 따른에너지 최적 운영 방안에 관한 연구 / Energy Saving Optimal Operation Strategy for By-pass Control by Various Types of Energy Recovery Ventilator
저자명 김철호식별저자 ; 강원희 ; 박민경 ; 이광호 ; 김강수
발행사 대한설비공학회
수록사항 설비공학논문집, Vol.32 No.7 (2020-07)
페이지 시작페이지(309) 총페이지(14)
ISSN 1229-6422
주제분류 환경및설비
주제어 열회수형 환기장치 ; 바이패스 외기냉방제어 ; 변풍량공조시스템 ; 에너지 절감 ; 에너지플러스 ; Energy recovery ventilator ; By-pass control ; Variable air volume ; Energy saving ; Energy Plus
요약1 본 연구에서는 열회수형 환기시스템의 에너지 절약적인 운영에 대한 검토를 위하여 다양한 타입별 ERV의 by-pass 외기냉방제어로 인한 에너지 절감 효과를 분석하고, ERV의 월별 by-pass 외기냉방 운전시간 비율과 열교환되는 풍량, 열교환 효율 등을 비교하였다. 본 연구의 도출된 결론은 다음과 같다.
(1) 열교환 소자에 따른 에너지 절감률을 검토했을 때, 온도 성분만의 에너지를 회수하는 현열교환기는 엔탈피 성분의 에너지를 회수하는 전열교환기보다 에너지 소비량이 약 6.6% 많고, Base Case인 VAV system보다는 약 2.4% 에너지 소비량이 많아 고온다습한 국내 환경에 적합하지 않은 것으로 판단된다.
(2) 열교환 방식의 구조에 따른 에너지 절감률을 검토했을 때, 열교환 소자의 판과 판 사이에서 실내외 공기를 교차시키는 판형 전열교환기보다 휠의 회전으로 실내외 공기를 흡수, 배출하는 로터형 전열교환기가 약 4.5% 에너지가 절감되는 것으로 분석되었으며, 열교환 효율(현열, 잠열)을 비교했을 때 로터형 전열교환기의 효율 또한 약 4.7-5.0% 높은 것으로 분석되었다.
(3) 판형 전열교환기에 heat exchange 모드와 by-pass 모드 동시 적용 시(Case 3) 에너지 절감률은 판형 전열교환기에 heat exchange 모드만을 적용했을 때(Case 2)보다 연간 약 11.1%의 에너지 사용량을 절감되었지만, 로터형 전열교환기에 heat exchange 모드와 by-pass 모드 동시 적용 시(Case 5)는 Case 2보다 연간 약 16.2%의 에너지 절감효과가 있는 것으로 분석되었다. Base 대비 연간 약 20.4%의 에너지 절감효과가 있는 것으로 분석되어 판형 전열교환기에 by-pass 기능을 적용하는 것보다 로터형 전열교환기에 적용하는 것이 에너지 절감에서는 더 효과적인 것으로 분석되었다.
(4) ERV의 by-pass 제어 시 회수되는 시간의 비율과 by-pass되는 시간의 비율을 분석한 결과 난방기에 가까운 1, 2, 12월에는 열회수 되는 시간의 비율만 100%, 냉방기인 7, 8월의 경우 by-pass 작동 시간 비율은 각각 7%, 8%로 분석되었다. 하지만 중간기인 4월과 5월에 by-pass 작동 시간 비율은 각각 27%, 76%이며 9월과 10월은 각각 59%, 68%로 분석되어 외기도입 되는 시간의 비율이 높게 분석되었다.
(5) ERV의 전열교환 시 열회수되는 OA(= EA)의 풍량과 by-pass시 열회수 하지 않고 외기도입되는 OA(= EA)의 풍량, 이때의 팬에너지를 계절별로 비교했을 때, by-pass 시 중간기인 4, 5, 9, 10월에 열회수되는 평균 풍량은 감소하여 by-pass 제어에 의해 열회수하지 않고 외기가 도입되며, 팬 전력도 절감된다. 이처럼 열회수형 환기시스템 사용 시 타입별 특성을 파악하고, 에너지 절약적인 외기도입을 위해 기존의 특별한 제어 없이 사용하거나 전열 교환만을 위해 사용하는 것이 아니라, 중간기나 냉방기 일부는 외기조건에 따라 by-pass 제어하는 것이 효과적이며 실내외 온습도차가 많은 난방기에는 실내 재실 여부에 따라 전열교환모드를 적절히 적용하는 것이 에너지 절약적인 운영방법으로 판단된다.
요약2 Energy use by buildings accounts for about 36% of the overall energy consumptions. Energy recovery ventilator (ERV) system help to offer optimal solutions.: fresh air, better climate control, and energy efficiency. However, when outdoor air conditions are favorable to the control of the indoor environment, such as in spring and autumn in Korea, heat exchange in ERV increases energy consumption instead of decreasing it. When the heat exchange is unnecessary, there is a need for using by-pass control, which directly induces outdoor air without passing through a heat exchanging device. Therefore, this study was carried out with simulations using EnergyPlus v.9.3.0 for the various types of ERV with by-pass controls. From the result of simulations for the proper operating control method of ERV, it was found that using heat-exchange mode in the heating season and using bypass mode in both the intermediate season and a part of cooling season provided the largest energy savings. The results also showed that adopting this method in weather conditions in Incheon saved 15.3~20.4% energy as compared to using a VAV system. Also, the results show by-pass time ratio in the intermediate season is higher than those of partial cooling season and heating season.
소장처 대한설비공학회
언어 한국어
DOI https://doi.org/10.6110/KJACR.2020.32.7.309
분석서지
건축환경 및 설비 > 건축설비 > 공조설비

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