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에너지공유 커뮤니티 구현을 위한 중앙온수급탕 방식의 신재생 열에너지 시스템 적용성 분석
김민휘,이동원,안영섭,주홍진 대한설비공학회 2020 설비공학 논문집 Vol.32 No.11
본 연구에서는 저탄소 에너지공유 커뮤니티 구현을 위한 에너지절감 및 효율개선 방안으로 다양한 신재생열에너지 시스템을 적용한 지열원 급탕 공급시스템을 제안하고, 제안된 시스템에 대한 에너지 절감효과를 분석하였다. 본 시스템을 커뮤니티 시설의 지붕에 설치될 경우 동일 면적에 적용된 경우의 에너지 효율 및 자가소비율에 대해서 분석하였다. 그 결과, ST시스템은 전체 연간 급탕에너지 요구량의 29.6%, PVT 시스템은 10.0%를 담당할 수 있는 것으로 나타났다. PVT 시스템을 적용하는 방식은 PV 시스템 대비 19.1% 낮은 발전량을 나타내었는데, 이는 PVT시스템 발전 모듈의 효율이 낮은 측면과, 비교적 겨울철 높은 온도를 유지하였기 때문으로 나타났다. 하지만, PVT시스템이 적용된 방식에서는 급탕에너지 요구량의 절감으로, PV 시스템과 ST 시스템을 적용하는 방식 대비 각각 22.0%와 37.2%의 운영에너지 절감효과를 가질 수 있는 것으로 나타났다. 반면, 전력의 커뮤니티 단위 자가소비율은 축열조의 사이즈에 따라 사이즈가 작을수록 ST 시스템을 적용하는 방식이 우수하며, 사이즈가 커질수록, PV 시스템을 적용하는 방식이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다. 탄소배출저감 효과 또한, 본 제안된 시스템이 기존 시스템 대비 87% 이상의 효과를 얻을 것으로 예측되었다. 본 연구는 태양광 및 태양열 시스템의 성능을 비교적 정확하게 예측하는 TRNSYS 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션을 진행하였으나, 시뮬레이션 연구에 대한 한계가 있으며 결과에 대한 오차가 있다. In this study, a domestic hot water supply system using renewable heat energy systems was proposed for improving energy efficiency and savings to achieve a low-carbon energy sharing community. A smart village in Busan Eco Delta Smart City was selected for this analysis via detailed simulation. This smart village comprises 56 single-family houses and community facilities with a central mechanical center to supply heating, cooling and domestic hot water. In this study, the major thermal energy for domestic hot water is a geothermal heat pump, and applicability of solar energy, such as a photovoltaic (PV) system (Case 1), a solar thermal (ST) system (Case 2), and a photovoltaic and solar thermal (PVT) system (Case 3) was analyzed. As a result of this analysis, it was found that the ST system can account for 30.0% of the annual domestic hot water demand, and the PVT system can account for 10.0%. The PVT system showed 19.1% lower electric generation rates compared with the PV system. However, it was also found that the PVT system can reduce 22.0% and 37.2% of operating energy compared to the PV and ST system, respectively. The PVT can save the thermal demand of domestic hot water even the lower efficiency of PV generation rates. Conversely, it was observed that the PV and ST system showed higher self-sufficiency for the electric energy balance on the community compared to the PVT system depending on the size of the thermal energy storage.
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소규모 열네트워크기반 분산형 열 프로슈머 구현을 위한 직팽식 태양열 히트펌프 적용 가능성 분석
김민휘,김득원,이동원,허재혁 대한설비공학회 2020 설비공학 논문집 Vol.32 No.12
In this study, the feasibility of a direct-expansion solar heat pump for a distributed thermal prosumer in a small-scale thermal network was investigated. In this analysis, a small-scale thermal network for cooling, heating, and hot water established in Jincheon eco-friendly energy town was selected as the test site, and a daycare center in town was also selected as a target building for heat prosumer. The direct-expansion solar heat pump was selected to serve and generate excess heat, and control logic was developed to facilitate the production and delivery of excess heat. In order to simulate the operation of the direct-expansion solar heat pump, an operation model was developed via ANOVA based on the operation data derived from the literature. Simulations were based on the derived model and the operation parameters of the Jincheon eco-friendly energy town. As a result, the direct-expansion solar heat pump showed a COP of 3.5 annually. The amount of heat supplied for domestic hot water from the central management center in the town was 105 MWh/y, and the amount of electric energy consumed by the electric heater located in each building for domestic hot water supply was 37.4 MWh/y. It was predicted that 51.6% of the electric energy consumption for serving domestic hot water could be reduced using the direct-expansion solar heat pump in the daycare center as the thermal prosumer. 본 연구에서는 단일 건물에서의 신재생 열에너지 생산시스템의 적용 한계를 극복하기 위해, 소규모 중앙집중식 열 네트워크에서 직팽식 태양열 히트펌프기반 분산형 열 프로슈머 구현 방안을 모색하였다. 본 연구를 위해 소규모 4세대 소규모 열네트워크가 구성되어 있는 진천 친환경에너지타운을 실증장소로 선정하였으며, 열 프로슈머 건물로 어린이집을 선정하였다. 시뮬레이션을 위해 1년간의 진천 친환경에너지타운의 외기온도, 경사면 일사량, 타운 내 급탕부하, 급탕 공급 열네트워크 온도등 운영실험 결과를 기반으로 열 프로슈머로의 역할과 에너지절감 가능성을 분석하였다. 이후 직팽식 태양열 히트펌프에 대한 운영 모사를 위해 기존 실험논문의 결과를 바탕으로 ANOVA 분석을 통해 직팽식 태양열 히트펌프의 COP를 예측할 수 있는 모델을 도출하였다. 본 모델의 R2값은 91.1%로 적정한 운영 예측이 가능할 것으로 판단되었다. 본 모델을 활용하여, 기존 진천 친환경에너지타운의 전력소비량 측정데이터와 직팽식 태양열 히트펌프의 적용 시 전력소비량 및 각 건물의 급탕 전기히터의 전력소비량을 산정하여 비교분석하였다. 그 결과, 직팽식 태양열 히트펌프가 열 프로슈머로 운영될 경우, 전체 타운 급탕에너지의 51.6%를 담당할 수 있는 것으로 나타났으며, 건물별 급탕에너지 소비량의 37.7%를 절감할 수 있을 것으로 예측되었다. 본 연구는 선행연구를 통해 도출된 실험결과를 바탕으로 직팽식 태양열 히트펌프를 모사할 수 있는 모델을 도출하였으나, 기후대의 차이 등으로 국내에서의 운영에 따른 COP는 다소 차이가 있을 수 있다. 특히, 도출된 모델의 시스템 용량과 시뮬레이션 대상 시스템의 용량 차이로 인한 COP는 차이가 발생할 수 있다. 이에, 추후연구에서는 직팽식 태양열 히트펌프를 실제 설치하여 운영결과에 대한 검증을 진행할 예정이다. 또한, 본 연구의 실증단지인 진천 친환경에너지타운은 저온 열네트워크로 구성되어 있으며, 열공급 대상건물이 일반 지역난방과 많은 차이가 있으므로, 본 연구를 기존 고온 지역난방에 적용은 다소 무리가 있을 것으로 판단된다. 이에, 향후 연구에서는 제안된 구성방식에 대한 경제성 분석이 고려되어야 하며, 고온 지역난방대비 4세대 저온 지역난방이 가지는 배관증 증대와 같은 문제들도 고려되어야 할 것이다.
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국내 신선 농산물 포장용 골판지 상자의 이용 실태 및 물리적 특성 연구 : 경북 경산 소재 지역 중심으로
김민휘,이명호,Athip Boonsiriwit,이윤석 한국포장학회 2022 한국포장학회지 Vol.28 No.1
In this study, forty corrugated fiberboard (CF) boxes for fresh produce were collected from farms located in Gyeongsan city and evaluated its characterizations and physical properties according to Korean Standard (KS). The basis weight, flute, and paperboard combination were determined for the characterizations of CF boxes. The measured basis weights of all samples were within the tolerance limit referred to KS and the flutes were B/F, EB/F, and AB/F flute, respectively. The bursting strength (BS), edgewise crush resistance (ECR), and compression strength (CS) were tested to evaluate the physical properties. There are four single-walled (SW) CF boxes showed BS and ECR higher than 638 kPa and 3.30 kN/m, respectively. One SW CF boxes showed BS and ECR higher than 785 kPa and 3.43 kN/m, respectively. In case of double-walled (DW) CF boxes, sixteen CF boxes showed BS and ECR higher than 785 kPa, 4.96 kN/m (AB flute), or 4.90 (EB flute), respectively. The other nineteen CF boxes showed BS and ECR higher than 981 kPa, 5.29 kN/m (AB flute), or 5.20 (EB flute), respectively. All the CF boxes except two samples showed the acceptable compression strength in reference to the guideline of KS.
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