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대한설비공학회|설비공학논문집 2024년 6월

논문명 다중열원 축열조 연계 히트펌프 시스템의 성능예측을 위한 축열조 모델 개발 / Development of a Thermal Energy Storage Model for Performance Prediction of Heat Pump Systems Linked with Multiple Heat Sources
저자명 채수원 ; 남유진
발행사 대한설비공학회
수록사항 설비공학논문집, Vol.36 No.06 (2024-06)
페이지 시작페이지(300) 총페이지(10)
ISSN 1229-6422
주제분류 환경및설비
주제어 1차원 축열조; 2차원 축열조; 히트펌프; 신재생 에너지; 열에너지 저장장치 ; 1-dimensional TES model; 2-dimensional TES model; Heat pump; Renewable energy; Thermal energy storage
요약1 이 연구는 내부 열교환기를 포함하는 축열조의 복잡한 열전달 메커니즘을 정교하게 재현할 수 있는 2차원 축열조 모델 개발에 초점을 맞췄다. 목표는 건물의 난방 및 냉방 시스템의 성능과 신뢰성을 향상시키고, 신재생 에너지의 사용 효율을 극대화하는 것이었다. 연구 결과는 다음과 같이 요약될 수 있다: (1) 난방 모드에서, 2차원 모델은 1차원 모델보다 ASHP 사용 시 Case A에서 4.5%, Case B에서 5.3% 효율이 높았다. PVT 사용 시 Case A에서 4.5% 높고, Case C에서는 0.6% 낮았다. FCU 사용 시 Case A에서는 3.6%, Case B에서는 5.9% 낮았으며, Case C에서는 0.5% 높았다.
(2) 냉방 모드에서, 2차원 모델은 1차원 모델보다 ASHP 사용 시 1.8% 낮고, FCU 사용 시 1.9% 높은 효율을 보였다.
(3) 종합적으로, 2차원 모델은 1차원 모델에 비해 횡방향 노드 간 질량 유동을 고려할 수 있어, 입출구 사이에 위치하지 않은 노드에서도 온도차 부력에 의한 대류열전달이 활발히 발생함을 간접적으로 확인할 수 있었다.


결론적으로, 본 연구는 복잡한 건물 에너지 시스템의 열전달 과정을 보다 정밀하게 모델링하는 데 있어 중요한 진전을 이루었다. 이는 다중열원 축열조를 이용해야 하는 신재생 에너지 설비 분야에서 변동성 관리 및 효율적 사용을 개선하는 데 기여하며, 지속 가능한 개발 목표를 향한 중요한 발걸음이 될 것이다. 이 연구는 향후 연구자들에게 새로운 방향을 제시하며, 지구 온난화 및 에너지 공급망 불안정성에 대응하는 지속 가능한 에너지 시스템 구축에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
요약2 This investigation delves into the formulation of a Thermal Energy Storage (TES) system, which is intricately integrated with a multi-source heat pump, aiming at the optimization of renewable energy utilization within building infrastructures. By juxtaposing one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) TES models, this study endeavors to mitigate the inefficiencies engendered by the intermittency inherent in renewable energy sources. The analysis elucidates that the 2D TES model markedly surpasses the 1D variant in faithfully rendering the storage and transference of thermal energy, resulting in pronounced enhancements in both heating and cooling efficiencies across diverse operating conditions. Noteworthy outcomes underscore that the 2D model facilitates up to approximately 4.5% more heating efficiency and 7.6% improved cooling efficiency compared to the 1D model, underlining its prowess in optimizing energy consumption and curtailing operational cycles. This superiority is ascribed to the 2D model’s comprehensive examination of heat transfer phenomena, encompassing a refined depiction of transverse temperature gradients, crucial for bolstering TES system efficacy. Moreover, the exposition emphasizes the role of the 2D TES model in advancing sustainable development objectives through its enabling of more effective integration of renewable energy into edifice energy schematics. This scrutiny not only propels the domain of energy efficiency forward but also proffers pragmatic methodologies for the design and management of energy-conserving buildings, directing us towards a more sustainable horizon.
소장처 대한설비공학회
언어 한국어
DOI https://doi.org/10.6110/KJACR.2024.36.6.300