이 논문은 최근 가속진행 되고 있는 에너지 고갈 및 이산화탄소($CO_2$) 배출 방지대책에 대한 하나의 방안으로서 우수한 잠열 성능을 가진 PCM(phase change materials)을 모르타르에 혼입하고 실험을 통해 PCM의 적정 혼입량 및 모르타르 물성, 성능, 바닥 방식에서의 냉 난방식 적용에 대한 PCM의 효율적인 용융점 등 을 파악하였으며 자체 열적 성능 실험을 통해 열 전달 및 잠열 성능을 확인하였다. 또한 실험에서 도출해 낸 결과에 의해 Fourier의 열법칙을 이용하여 PCM 혼입량별 열전달량과 온도 구배 식을 제안하고 이를 분석하였다. 따라서 이 논문의 결과를 근거로 PCM의 건축물에서의 적용성을 파악하고 냉 난방 에너지 저감 효과를 기대할 수 있는 기초적 자료로서의 근거를 도출하는데 큰 의미를 두었다. 이 실험 결과 PCM 모르타르의 우수한 냉 온 축열 성능을 도출 할 수 있었으며 이를 통해 냉 난방기 On-Off 작동 조절에 의한 에너지 저감 및 그에 따른 $CO_2$ 저감에 대한 가능성을 확인 할 수 있었다.
The regulations to reduce energy consumption and carbon dioxide emission in building sectors are being developed and promoted all over the world. However, in Korea, as balcony extension of the apartments has been legally allowed, it became prevalent and resulted in excessive energy consumption. This study derived the possibility of PCM application to the thermal storage wall system through theoretical consideration and investigated the problems occurring when the balcony space has been extended to the diverted space. In addition, this study aims at the possibility of verifying the installation and confirming the cooling energy reduction effect, by conducting measuring tests with the actual installation of PCM applied thermal storage wall system. As a result of theoretical consideration, it is determined that the disadvantages with the existing thermal storage wall system can be complemented by applying PCM, and this study suggests the PCM applied Thermal Storage Wall System. The study was conducted on 1/6 of a miniature inner room of a domestic apartment with 84 $m^2$ of exclusive area. From the results of actual measurements, it is confirmed that the balcony extension structure can gain 11.3% of more calories than the existing balcony structure, resulting in the increase in cooling energy usage. It is determined that the installation of the PCM applied Thermal Storage Wall System may gain 25.2% of less calories to reduce cooling energy usage.
Mathematical modeling and performance simulation results were shown for the solar thermal storage system which used heat pipe. The thermal storage system was composed of thermal storage tank and charging/discharging heat exchanger with one by the heat pipes. Heat pipe heat exchanger was attached to system, and could carry out charging and discharging to thermal storage tank at the same time. Height of the thermal storage tank was 600 mm, and that of the charging/discharging heat exchanger was 400 mm. Length of the heat pipe was the same as the total height of thermal storage system, and outer and inner diameter were 25.4 mm(O.D.) and 21.4 mm(I.D.) respectively. Diameter of the circular was 43 mm(O.D.), and fin geometries were considered as the design parameters. High temperature phase change material(PCM), $KNO_3$ and low temperature PCM, $LINO_3$ were charged to storage tank to adjust working temperature. Total size of thermal storage system able to get heat capacity more than 500 kW was calculated and the results were shown in this study. Number of heat pipe was required more than maximum 500, and total length of thermal storage system was calculated to the more than maximum 3 m at various condition.
최근 지구 온난화와 더불어 급격한 기후 변화 등으로 여름철 주간 냉방 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따른 전력 수요량 또한 증가하고 있다. 이런 이유로 세계적으로 에너지 이용 효율 향상에 대한 관심이 높아지고 있고, 최근 국내 및 국외의 축냉시스템을 이용한 주간 전력 피크값을 최소화 하는 연구개발과 실제 적용 사례가 늘어나고 있다. 빙축열시스템의 경우 그 경제적 효과가 높아 그 관심이 높아지고 있는 추세이다. 축냉시스템은 주간 냉방에 사용하는 냉열을 야간에 만들어 탱크에 저장해 두었다가 그것을 낮에 이용함으로써, 갑작스런 부하 증가에 적절히 대응할 수 있는 등 여러 가지 장점을 갖고 있다. 본 실험에서는 슬러리아이스 생성을 위해 냉각표면에서 생성된 슬러리아이스를 분리시키기 위해 유체보다 밀도가 낮은 역전유동 물질을 삽입하여 역전 유동층을 형성하였으며, 역전유동층의 유동에 의해 관군으로 구성되어 있는 냉각튜브 표면에 빙부착이 심화되기 전에 얼음 입자를 분리시켜 수 내지 수십 미크론 단위의 슬러리아이스를 생성하도록 하였다.
열관(HP)과 상변화물질(PCM)을 병렬로 배열한 일체형 위성 열제어 H/W를 제안하였다. HP-PCM 모듈은 제한적인 의미에서 일종의 off-the-shelf 부품으로써, PCM을 위한 별도의 열설계와 형상설계 등을 수행하지 않더라도 기존에 사용하고 있는 HP처럼 크기나 개수 등만을 설계함으로써 온도제어를 달성할 수 있도록 하였다. 주기적인 발열이 있는 부품의 온도제어를 위하여, 제안한 HP-PCM 모듈이 적용된 위성 방열판을 설계하고 상세모델을 수립하여 수치해석을 수행하였다. 각각 PCM이 없는 경우와 PCM을 장입한 경우에 대하여 수치해석을 수행하였으며, 등가평균값의 주기적인 변화에 대한 비교분석을 통하여 PCM의 축열과 방열에 의한 열분산이 매우 효과적임을 확인하였다. HP가 작동하지 않는 경우에 대한 수치해석을 통하여 열전도도가 작은 PCM의 사용한계를 제안한 HP-PCM 모듈을 이용하여 극복할 수 있음을 확인하였다.
The heat transfer characteristics of molten salt storage system for the solar thermal power generation were investigated. Temperature profiles and the heat transfer coefficients during the storage and discharge stage were obtained with the steam as the heat transfer fluid. Two kinds of inorganic salt were employed as the storage materials and coil type of heat exchanger were installed in both tanks to provide the heat transfer surfaces during the storage and discharge stage. The effects of steam flow rates, flow direction of steam in the storage tank and the initial temperature of storage and discharge tank on the heat transfer were tested.
TMA clathrate that is used by PCM of ice storage system in this research creates hydrate crystallization at higher temperature than pure water, and application is expected as PCM because having comparative big dormant temperature without phase separation phenomenon. In case this research uses TMA clathrate by PCM, choose admixture by purpose to control or remove subcooling of TMA clathrate and evaluated experimentally. Subcooling is improved and can expect contraction of freezing machine running time and increase of coefficient of performance as that add admixture to TMA clathrate conclusively. Also, may supply thermal storage system that apply low temperature potential heat thermal storage material that subcooling is improved more extensively laying stress on medium size building and small size building, can expect allowance through localization of ice storage system.
A preheating module for domestic heating facility will increase a energy efficiency. That collects the wasted heat of exhaust gas and saves the energy. So a heating load is decreased because of a preheating that has a heating energy. Using of a preheating module, a boiler can reduce frequent operation of a burner. So it is increased persistence, decreased discharging noxious gases. Therefore we will intend to develop a heating facility that is a convenient system for the saving energy.
This paper deals with the Ondol, Korean under-floor heating system using latent heat storage materials. It has been recognized that the heating system using the latent heat storage materials are economically efficient and comfortable. For the comparison and analysis to the data of the existing experiment, a repetitive experiment makes sure the ability of Ondol panel.
기 발표된 보고서에 따르면, 철근콘크리트 건축물을 전과정 평가 한 결과, 온실가스가 신축과 해체 등을 제외한 냉 난방 사용의 유지관리 단계에서 전체 발생량의 70 % 이상 배출한다고 보고하였다. 이는 건축물로 인한 온실가스 배출량을 줄이기 위해서는 유지관리 단계가 중요하고, 건축물의 설계단계 부터 에너지 소비를 최소화할 수 있는 유지관리 계획이 필요함을 의미한다. 따라서, 본 연구에서는 건축물의 사용단계에서 냉방에너지 소비를 줄일 수 있는 방법으로 상변화물질(Phase Change Material)인 파라핀 시트를 건축물의 개구부 또는 벽체 마감재로의 활용 가능성을 검토하였다. 온도조절이 가능한 챔버 내부에 파라핀 시트를 적용한 축열실과 적용하지 않은 일반실을 제작하고, 대류와 직사일광의 조건으로 각각 챔버 온도를 상승시켜 실험체 내부의 온도변화를 측정하였다. 실험 결과, 파라핀 시트를 적용한 모든 조건의 실험체에서 상변화 온도인 $26^{\circ}C$ 전후에서, 일반실보다 $1{\sim}3^{\circ}C$정도의 실내온도 상승을 지연시키는 것으로 나타났다. 결론적으로 외부 에너지가 상변화에 소비되어 온도변화가 없는 잠열축열재를 건축물 마감재로 활용함으로써, 여름철 실내 냉방 에너지 소비를 줄일 수 있다는 사실을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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