지중열 교환기와 빙축열조(Thermal Ice Storage)를 연계시킨 통합 지중열 = A Study on An Integrated GEO/TES with Geothermal Heat Exchanger and Thermal Ice Storage

국문 초록 (Abstract)

일반적으로 대규모 건물의 피크 냉방 부하는 난방부하보다 크다. 북위도의 한냉한 지역에 소재한 대규모건물의 냉난방 설비는 건물 내부에서 생성되는 발열량과 태양으로부터 획득되는 열량에 따라 좌우된다. 최대 냉방부하에 적합하도록 냉난방설비와 지중루프를 설치하는데 소요되는 비용은 일반적으로 초기투자비가 적게 드는 전통적인 HVAC시스템에 비해 다소 고가이다. 빙축열조(Thermal ice storage, TES)시스템은 과거 수년동안 일반 HVAC에서 냉동기의 용량을 축소시키거나 최대 전력부하 시간대를 바꾸기 위해 사용되어온 기술이다. 일반적으로 건물 난방을 위해서는 보일러와 같은 전통적인 난방설비를 이용하고 그 다음날의 건물냉방을 위해서는 전력료가 저렴한 야간에 빙축을 시키는 빙축열기법을 이용한다. 얼음에서 추출한 잠열 에너지의 장점을 이용하기 위해 설계된 분배시스템(distribution system)과 열원과 열배출원(열침, sink)대신에 지중열 교환기(지중루프)를 이용하면 많은 장점이 있다. 공간 난방과 급탕을 공급하기위한 분리형 설비를 별도로 사용하지 않아도 된다. 공간난방용으로 소요되는 설비용량을 축소시킬 수있으며-소요 지중열 교환기의 규격과 비용을 절감시킴은 물론 지열 HVAC시스템의 효율을 배가 시킬 수 있으며 온실가스 배출량을 대폭 감축시킬 수 있다. 또한 TES를 적용하면 대규모 건물의 냉난방부하와 열펌프의 용량을 40∼60%정도 감축시킬수 있으며 설비대수와 기계실 공간을 줄일수 있다. 뿐만아니라 피크 냉난방부하를 토대로 설계한 지원열펌프 시스템(Ground source heat pump system)의 지중루프를 1/4∼1/3까지 줄일수 있어 도심지역에서 지중루프를 설치할 때 장애요인인 지중루프 설치공간문제와 지중암석의 열적특성문제를 동시에 해결할수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Peak cooling load of large buildings is generally greater than their peak heating load. Internal and solar heat
gains are used for selection of adquate equipment in large building in cold winter climate like Canada and even
Korea. The cost of geothermal heat exchanger to meet the cooling loads can increase the initial cost of ground
source heat pump system to the extend less costly conventional system often chosen. Thermal ice storage system
has been used for many years in Korea to reduce chiller capacity and shift peak electrical time and demand. A distribution system designed to take advantage of heat extracted from the ice, and use of geothermal loop (geothermal
heat exchanger) to heat as an alternate heat source and sink is well known to provide many benifits. The use of
thermal energy storage (TES) reduces the heat pump capacity and peak cooling load needed in large building by as
much as 40 to 60% with less mechanical equipment and less space for mechanical room. Additionally TES can
reduce the size and cost of the geothermal loop by 1/3 to 1/4 compared to ground coupled heat pump system that
is designed to meet the peak heating and cooling load and also can eliminate difficuties of geothermal loop installation
such as space requirements and thermal conditions of soil and rock at the urban area.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론
• 2. 동시 냉난방에 관한 고찰
• 3. 시스템 설계요인
• 4. 통합시스템의 장점과 효과
• 5. 결 론