공동주택 멀티형 시스템에어컨 모델링 및 성능평가 = Modeling and performance evaluation of a multi-type system air conditioner for a residential apartment

국문 초록 (Abstract)

일반적으로 시스템에어컨은 실내기 1대가 부하를 감당하는 싱글 에어컨과 달리 여러 대 실내기가 부하를 감당하는 멀티형 에어컨을 말한다. 본 연구에서는 이러한 시스템에어컨이 갖는 특성을 반영하여 작동 시 변화하는 에어컨의 성능을 묘사할 수 있는 시뮬레이션 모델링 방법을 제안한다. 이 방법은 일반적으로 건물의 동적 에너지 해석에 사용되는 TRNSYS 프로그램을 사용하여 부분 부하 및 실내기 조합비에 따른 시스템에어컨의 성능을 나타낼 수 있도록 하는 일종의 알고리즘으로써, 어렵고 복잡한 수식이나 계산 없이 원하는 결과를 도출할 수 있다. 기존의 모델들은 높은 정확성을 위해서 한 가지 에어컨 모델에 해당하는 시뮬레이션 모델을 제작하기 위해 많은 시간과 계산 과정을 거쳐야 했지만 제안된 방법론은 에어컨 제조사에서 제공하는 한정된 성능 정보를 기반으로 습공기의 성질에 따라 일련의 확장 과정만을 거치면 상용되는 거의 모든 시스템에어컨의 상세한 성능 구현이 가능하다.
방법론의 적합성을 검증하기 위해 mock-up test를 통하여 실제 시스템에어컨으로부터 측정한 값과 비교 분석하였으며, 정상상태에서 값이 유사하게 나타남을 확인하였다. 순간적인 부하에 의한 압축기의 동력 증가를 반영하지 못하는 부분은 실내기 조합비 계산 알고리즘의 최적화 과정을 거쳐 시뮬레이션 값의 오차를 줄여 모형화 알고리즘의 정확성을 더욱 확보하였다.
또한, TRNSYS 상에서 완성된 템플릿을 통하여 공동주택 단위세대를 기준으로 냉방 시뮬레이션을 진행하는 절차와 알고리즘을 본 논문에서 설명한다. 외부 환경 조건, 재실자의 일정 및 건물의 단열 성능을 줬을 때 기기 용량의 적절성을 판단할 수 있으며, 시뮬레이션 결과를 이용하여 해당 세대에 설치된 시스템에어컨의 에너지 사용량을 예측할 수 있다. 향후 제안한 시뮬레이션 방법으로 환기장치, 공기청정기 등 여러 설비 기기를 추가하여 여러 상황에 따라 달라지는 복합적인 운전 시나리오에서 쾌적과 효율성을 동시에 만족하는 최적의 제어 방법을 모색할 수 있다는 점에 의의가 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In general the system air-conditioner refers to a multi-type air conditioner that handles the load with several indoor units unlike a single air-conditioner that covers the load with one indoor unit. This study proposes a simulation modeling method that can describe the performance of the air conditioner that changes with operation according to the characteristics of the system air-conditioner. This method is an algorithm that can reflect the manufacturer performance data categorized by levels of partial loads and indoor unit combination
ratios. The work is achieved with TRNSYS that is commonly used for dynamic energy analysis of buildings. Existing methods are time-consuming to develop detailed simulation models ensuring accuracy while the proposed methodology can be fast applied for a new type of air-conditioner by inputting the performance information available for almost all the commercial systems.
In order to validate the proposed method, measuring data obtained from an actual system air conditioner set for a mock-up test were compared with the simulated ones and the results were analyzed in detail. To reduce errors in a transient phase, optimization was achieved by varying the predefined combination ratios for indoor units to describe the frequency increase of the compressor due to instantaneous load increase.
In addition, in this paper, the procedure to evaluate the system performance in TRNSYS is described for the cooling case of a typical residential apartment When simulation conditions are given, sizing of the system can be determined, and the energy consumption of the system air-conditioner can be predicted based on the simulation results. It is meaningful that various devices required for the house such as ventilation and air purifiers can be modeled in the proposed simulation template in the future to find optimal control strategies that simultaneously satisfy comfort and desirable efficiency.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구의 배경 및 필요성 1
• 1.2 기존 VRF 에어컨 모델링 방법 분석 3
• 제 2 장 멀티형 시스템에어컨 시뮬레이션 모델링 방법 5
• 2.1 VRF 방식 멀티형 시스템에어컨 작동 방식 분석 5
• 2.2 TRNSYS를 활용한 시스템에어컨 모델링 방법론 7
• 제 3 장 실증을 통한 시뮬레이션 모델 검증 18
• 3.1 실증을 위한 Mock-up test 18
• 3.2 최적화를 통한 알고리즘 보정 23
• 제 4 장 TRNSYS 공동주택 냉방 시뮬레이션 27
• 4.1 공동주택 모델링 및 냉방부하 계산 27
• 4.2 TRNSYS 냉방 시뮬레이션 과정 31
• 4.3 TRNSYS 냉방 시뮬레이션 결과 분석 35
• 제 5 장 결론 43
• 참고문헌 45
• 부록 47
• A. VRF 시스템에어컨 시뮬레이션 알고리즘 47
• B. 제조사의 에어컨 능력 변화표 48
• C. TRNSYS 입력을 위한 확장된 능력 변화표 57