본 연구에서는 자연외기를 활용하여 건물의 중앙냉방시스템에 대한 에너지를 절약하기 위한 제어방법으로서 외기온도 조건을 고려한 나이트 퍼지제어의 적용방안에 대해 시뮬레이션 연구가 수행되었다. 외기온도의 변화특성 및 건물의 축냉성능 등이 고려되었으며, 나이트 퍼지제어를 위한 운전시작시간과 제어설정온도의 선정방안이 연구되었다. 본 연구를 위하여 TRNSYS 프로그램을 활용하여 시스템 해석 모델링을 수행하였으며, 기존 제어방식 대비 제안된 제어방법의 에너지 절약성능을 비교 분석하였다. 연구결과로 외기온도 변화에 따라 나이트 퍼지제어를 위한 운전조건을 선정한 제안된 제어방법이 기존의 나이트 퍼지제어 제어방식과 비교하였을 때는 최대 16.8%, 나이트 퍼지제어를 적용하지 않은 경우에 비해서는 최대 28.6%의 에너지 절감이 가능함을 알 수 있었다.
본 연구는 혹한기 결빙 방지를 위한 열회수형 환기장치의 개발에 관한 연구로써, 개발에 필요한 내부 리턴 댐퍼를 최적화하여 적용하기 위하여 전산유체해석(Computational Fluid Dynamics)을 수행하였고 이를 바탕으로 실험을 위한 시제품을 만들어 혹한기 결로 및 결빙실험을 수행하였다. 배기 재순환 비율이 최대가 되는 최적의 내부 리턴 댐퍼를 설계하기 위하여 총 16 model의 전산유체해석을 수행하였다. 전산유체해석 결과 외기에 대한 배기 재순환 비율은 59.9% ~ 62.3%로 나타났다. 외기온도(Outdoor Air Temperature)가 $-15^{\circ}C$ 이상에서는 배기 재순환 운전과 통상 운전 모두 결로와 결빙이 발생하지 않았다. 그러나 외기온도가 $-20^{\circ}C$에서는 내부 리턴 댐퍼를 $45^{\circ}$ 열어 배기 재순환 운전을 하여야 결로와 결빙이 발생하지 않았다. 혹한기 결빙 방지를 위한 열회수형 환기장치는 외기온도에 따라 통상 운전 모드와 배기 재순환 운전 모드의 두 가지 운전모드로 운전하여야 한다. 외기온도가 $-15^{\circ}C$보다 높을 경우에는 통상 운전 모드로 작동하고 외기온도가 $-15^{\circ}C$보다 낮을 경우에는 재순환 운전 모드로 작동하는 열회수형 환기장치의 운전 알고리즘을 개발하여 적용하였다.
매스콘크리트에서 수화열에 의한 응력은 외기온도와 콘크리트의 타설온도에 따라 변하므로 이들의 영향을 고려한 해석이 필요하다. 본 연구에서는 교각의 코핑부를 대상으로 해석을 수행하여 분석하였다. 최대 인장응력은 타설 후 2.75일을 전후하여 표면 모서리부에서 발생하며 균열지수는 계속 증가하여 균열 발생 가능성은 거의 없는 것으로 나타났다. 그리고 계절에 관계없이 콘크리트의 타설온도를 낮추면 수화열에 의한 균열 발생 가능성을 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 콘크리트를 타설하기 전에 타설온도를 낮추기 위한 여러 가지 방안을 강구하면 수화열에 의한 균열을 최소화할 수 있다.
본 연구에서는 외기온습도에 따른 히트펌프 칠러의 난방성능을 조사하고자 하였다. 난방표준 온도조건에서 건구온도 및 습구온도 변화에 따른 히트펌프 칠러의 난방능력과 COP를 획득하기 위하여 항온항습 챔버와 항온수조를 사용하였다. 실험은 건구온도 $7^{\circ}C{\sim}17^{\circ}C$, 상대습도 67%~87%에서 수행하였다. 외기온도가 증가함에 따라 난방능력은 약 27%, COP는 약 28% 증가하였지만, 상대습도 증가에 따른 난방능력과 COP의 변화는 거의 없었다. 따라서 난방운전 시 건구온도의 영향은 크고, 상대습도의 영향은 미미함을 알 수 있었다.
신경망방법은 공학, 경영 그리고 정보기술과 같이 다양한 분양에서 널리 사용되어지고 있다. 신경망방법은 기본적으로 예측, 제어, 식별과 같은 기능을 가지고 있는데, 본 논문에서는 신경망방법을 이용하여 C사의 모델 T의 히트펌프 전기부하를 예측하였다. 부하예측은 시스템을 더욱 효율적이고, 적절하게 만들기 위해 필요하다. 본 논문에서 사용된 히트펌프는 지열원 히트 펌프 시스템이다. 이 지열 히트 펌프의 부하는 사전에 미리 예측되어진 외기온도 및 건물 열부하에 따라 측정 학습된 전력 소비량으로 겨울에는 난방, 여름에는 냉방에 대한 전력 부하를 예측할 수 있다. 이 신경망방법은 신경망 학습 순서를 통해 부하 예측을 위해 히트펌프의 성능데이터를 필요로 한다. 이 부하 예측 인공지능망 방법으로 외기 온도별 건물 통합형 지열 히트 펌프 부하가 예측되어질 수 있다.
지열 히트펌프 시스템에서 히트펌프 등 시스템 구성 요소의 에너지 소비량을 효율적으로 관리하면, 냉난방 성능을 더 높일 수 있다. 본 논문은 외기온도 제어 방식이 지열 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 분석 결과를 현재 국내에서 주로 적용하는 제어 방식(Control-A)과 비교하였다. 이를 위해 상용 소프트웨어(TRNSYS 17)를 이용하여 가상 지열 시스템의 모델을 구축한 후, 시뮬레이션을 수행하였다. 외기 온도 제어 방식(Control-B)은 버퍼 탱크의 온도를 외기 온도에 따라 제어하기 때문에, 간절기 때 효과적이었다. 기존 제어 방식과 비교했을 때, 외기 온도 제어 방식은 히트펌프 전력 소비량을 7.7%(147 kWh 절감) 그리고 순환펌프 전력 소비량을 7.5%(28.1 kWh 절감) 줄일 수 있었다.
한랭지역에 설치된 터널의 경우, 저온 및 온도차이로 인하여 터널구조물의 내구성이 저하될 수 있다. 외기온도의 변화에 따른 터널라이닝 및 배면 지반의 온도변화를 감소시키기 위하여 단열성능을 가진 도료(단열재)를 개발하였으며, 단열재를 공용 중인 터널 라이닝에 도포하였다. 단열재는 라이닝의 바닥면으로부터 1.5m 높이까지를 도포하였으며 동절기 기간동안 단열재가 도포된 구간과 도포되지 않은 구간의 라이닝 온도를 측정하여 단열재의 효과를 분석하였다. 라이닝의 온도측정은 위치별, 거리별, 외기 온도가 가장 높을 때, 가장 낮을 때를 중심으로 측정하여 비교하였다. 측정결과 단열재를 도포한 구간의 라이닝 온도저하가 적은 것으로 나타났으며, 최고 및 최저온도간의 온도차이도 적은 것으로 나타나 단열재의 성능을 확인하였다.
대부분의 고압송전선은 알루미늄도체와 강심코어로 구성된 ACSR(Aluminum Conductor Steel Reinforced) 계통으로 건설되었다. 강심코어는 고탄소강으로 전선의 하중을 담당하며 알루미늄은 도체로 사용되고 있다. ACSR $410mm^2$ 가공송전의 온도와 전류량, 외기조건(온도, 풍속, 풍향각)과의 관계를 규명하는 것은 송전용량과 승전효율을 증진하는데 필수적이다. 전선온도는 전류량에 따라 직선적으로 변화하며 풍속 0.5 m/s와 태양열의 흡수가 없다고 가정하면 "전선온도($^{\circ}C$) = -0.3143 + 0.077$\times$전류랑(A)"의 관계를 가진다. 전류랑 852A에서 풍속에 따라 전선의 표면부와 강심부의 망사온도차는 감소하였다. 풍속 20m/s에서의 방사온도차는 약 $1.4^{\circ}C$로 나타났다.
Most of radiant floor heating systems are operated in the intermittent heating mode in Korea. The application possibility of predictive suboptimal control for Koran residential house was investigated by computer simulation and experiment. For this study, TRNSYS program was used and an experimental facility consisting of tow rooms ($3\times4.4\times2.8 m$) identical in construction was built. The facility enabled simultaneous comparison of two different control method. And real multi residential hose was investigated. Results showed that outdoor air temperature prediction control was superior to the conventional control for radiant floor heating system operated in the intermittent heating mode. New control system resulted in good thermal environment and les energy consumption.
본(本) 논문(論文)은 유효온도차(有效溫度差)에 의(依)한 하기랭방부하계산법(夏期冷房負荷計算法)의 기초가 되는 서울에서의 상당외기온도(相當外氣溫度)를 구(求)한 것이다. 상당외기온도(相當外氣溫度)는 유효온도차(有效溫度差)를 구(求)하기 위한 것으로 이것의 산출(算出)은 서울의 외기온(外氣溫)을 T.A.C.(Technical Advisory Committee) 2.5% 위험율을 기준치(基準値)로 한 하기(夏期)의 설계용(設計用) 외기온도(外氣溫度)와 이론식(理論式)에 의한 전일사량(全日射量)에서 7월(月) 22일(日) 서울의 상당외기온도표(相當外氣溫度表)를 작성(作成)하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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