KR200163363Y1 - Sensible energy storage - Google Patents

Abstract

이 방식은 앞서의 잠열저장법에서 PCM 튜브 대신에 그림 2와 같이 수조를 적용한 방식이다. 기온이 높아져서 함체의 내부를 냉각시킬 필요가 있을때에는 그림의 실내기 (그림의 cooler)에 탱크안의 물이 순환하여 냉각을 행한다. 또한 탱크의 물은 하루중 기온이 낮을때에 실요기 (그림의 water chiller)에 물이 순환하여 차가와진 물이 탱크로 돌아와 저장된다. 냉열의 저장과 방출은 하루를 주기로 행하여지며 탱크의 크기는 하루동안 필요한 냉각량에 맞추어서 결정된다. 또한 펌프가 구동되는데, 그동력은 불과 10와트 내외로써 양정이 10미터, 유량이 분당 5리터정도에 지나지 않아서 작은 배터리로도 충분히 오랫동안 구동이 가능하나, 펌프 자체의 신뢰도는 매우 높아야만 한다. 그리고 동절기에 순환되는 물의 온도가 영하로 떨어지더라도 얼어붙지 않도록 부동액을 첨가해야 한다.In the latent heat storage method, this method uses a water tank as shown in Figure 2 instead of a PCM tube. When the temperature rises and the inside of the enclosure needs to be cooled, the water in the tank circulates through the indoor unit (cooler in the figure) to cool. In addition, the water in the tank is circulated through the chiller (picture water chiller) during the day, and the cold water is returned to the tank and stored. The storage and release of cold heat is carried out on a daily basis and the size of the tank is determined by the amount of cooling required during the day. In addition, the pump is driven, its power is only about 10 watts, the head is only 10 meters and the flow rate is only 5 liters per minute, so even a small battery can run long enough, but the pump itself must be very reliable. And even if the temperature of the water circulated in the winter drops below freezing, the antifreeze should be added to prevent freezing.

그림에서 보인바와 같이 실내기에 들어왔다가 데워져서 수조로 돌아가는 물은 탱크의 상부로 넣고 실외기에서 냉각이 된 물은 수조의 하부로 공급한다. 이렇게 하는 이유는 찬물이 아래에 있도록 하면 물이 전체적으로 성충화가 되어 수조에서 공급외는 냉각수는 항상 낮은 온도를 유지하기 때문이다. 따라서 수조안에 모래라든가 스펀지등을 채워 넣어서 성층화를 도모하고 실내기에서 나가는 물은 들어오는 온도보다 정확히 일정온도만 상승하도록 유량을 제어하는 것이 바람직하다.As shown in the figure, water that enters the indoor unit and is heated to return to the tank is supplied to the upper part of the tank, and water cooled in the outdoor unit is supplied to the lower part of the tank. The reason for this is that if the cold water is below, the water becomes totally mature, and the cooling water in the tank is always kept at a low temperature. Therefore, sand or sponge is filled in the tank to stratify, and the water coming out of the indoor unit is a certain temperature rather than the incoming temperature. It is desirable to control the flow rate to rise only.

먼저 벽체의 최저 단열두께를 구하여 보자. 앞서 잠열저장방식과 마찬가지로 함체의 단열을 많이 하는 것이 좋은가, 적게하는 것이 좋은가는 논란의 여지가 있다. 단열을 얇게하면 제작이 쉽고 함체의 허용온도보다 외기온도가 낮은 통상의 경우에 있어서 외기로 소산되는 열량이 커지므로 함체내의 냉각 장치가 부담해야할 냉방 부하가 줄어드는 장점이 있다. 반면에 함체내의 허용온도가 외기 온도보다 낮은 경우에 있어서는 외부로부터의 열유입이 냉방부하로 작용하므로 얇은 단열층이 불리하다. 더욱이 최저의 기온시에 함체내부의 온도가 최저허용온도보다 낮아지면 안되므로 이 경우 별도의 히터가 없이 내부 전자장비로부터의 열발생만으로도 최저 허용온도를 유지 할수있도록 최저 단열두께는 유지해야할 필요가 있다.First, find the minimum insulation thickness of the wall. As with the latent heat storage method, it is controversial whether the insulation of the enclosure is good or little. The thinner the insulation, the easier it is to manufacture, and in a normal case where the outside temperature is lower than the allowable temperature of the enclosure, the amount of heat dissipated to the outside is increased, thereby reducing the cooling load to be burdened by the cooling device in the enclosure. On the other hand, when the allowable temperature in the enclosure is lower than the outside air temperature, heat inflow from the outside acts as a cooling load, so a thin heat insulating layer is disadvantageous. Moreover, at the lowest temperature, the temperature inside the enclosure should not be lower than the minimum allowable temperature. In this case, it is necessary to maintain the minimum insulation thickness so that the minimum allowable temperature can be maintained only by heat generation from internal electronic equipment without a separate heater.

Description

수동공조장치의 연간지하저장법{SENSIBLE ENERGY STORAGE}Annual underground storage method of manual air conditioning unit {SENSIBLE ENERGY STORAGE}

무전원으로 자연에너지를 이용한 HEATING COOLING 방식HEATING COOLING METHOD USING NATURAL ENERGY WITH NO POWER

일교차보다는 연교차가 큰 온대성기후에 대하여 대부분의 기간동안은 함체내의 열발생량을 함체벽을 통하여 외기로 방출하되 지하 수조에 일년을 통하여 저장된 냉열을 이상고온시에만 보조냉각용으로 사용하는 방법.For temperate climates where the annual crossover is greater than the daily crossover, the heat generated in the enclosure is released to the outside air through the wall of the enclosure for most of the time, but the cold heat stored throughout the year in the underground tank is used for auxiliary cooling only at abnormal high temperatures.

PCM을 이용한 PCS의 개념도Conceptual Diagram of PCS Using PCM

이 최저단열두께는 다음과 같은 식으로부터 구할 수 있다.This lowest insulation thickness Can be obtained from the following equation.

여기에서는 단열재의 열전도계수이고는 내부 열발생량에 의하여 PCS 내부의 온도가 최저허용온도를 유지한다고 보면 다음의 식이 성립한다.From here Is the thermal conductivity of the insulation Is the internal heat generation amount Allow the temperature inside the PCS to be In terms of maintaining, the following equation holds.

여기에서는 연중 최저외기온도이고,는 벽체의 총 표면적이다. 따라서,From here Is the minimum outside air temperature throughout the year, Is the total surface area of the wall. therefore,

이 된다.Becomes

(예) 1. 최저단열두께의 계산:(Example) 1. Calculation of minimum insulation thickness:

여기에서도 앞서의 예를 그대로 들어보자. 라고 하자. 그러면 (2.3)식에서,Here's the same example. Let's say Then in (2.3),

따라서 (2.1)식에서,Therefore, in (2.1)

가 된다. 본 예에서도 이 최저두께를 그대로 썼다고 하자.Becomes In this example, the minimum thickness is used as it is.

이제 연중 가장 더운 날을 기준으로 냉각장치를 설계하여 보자. 앞서 밝힌 바와 같이 물의 유량이 분당 수 리터 정도가 될 때에 실내기 혹은 실외기에서의 열전달량이 최대 1㎾ 정도라면 출입하는 물의 온도변화는 불과 섭씨 몇 도에 지나지 않는다. 따라서 실내기 안의 물의 온도는(실내기에서의 수온의 상승분/2)와 동일하다고 본다. 그러면,Now let's design a chiller on the hottest day of the year. As mentioned earlier, when the water flow rate is several liters per minute, if the heat transfer amount in the indoor unit or outdoor unit is about 1㎾, the temperature change of the incoming water is only a few degrees Celsius. Therefore, the temperature of the water in the indoor unit It is considered to be the same as (increase of water temperature in the room / 2). then,

-이면 실외기가 가동되고,- If the outdoor unit is running,

-가 되도록 실내기가 작동하여야 하므로의 최고허용한도가 존재한다. 이 값을 구하여 본다.- The indoor unit should be operated so that Maximum Tolerance of Is present. Find this value.

최악의 조건을 생각하여가 되었고,(최고기온)이며,일때에 실내에서 발생하는 열이 효과적으로 제거되도록 만들어 보자. 만약 순환하는 물의 양이 매우 작으면 물이 실내기에 들어가서 상당히 온도가 올라간다. 이때에 출구의 온도가 입구에서보다만큼이 더 높아졌다고 하자.는 비교적 작은 값으로서 임의로 택할 수 있다. 이 순간에 정상상태의 열정산은,Thinking of the worst Became, (Highest temperature) Heat generated indoors when Let's make it effective. If the amount of water circulated is very small, the water enters the indoor unit and the temperature rises considerably. At this time, the temperature of the outlet is Let's say it's higher. Can be arbitrarily chosen as a relatively small value. At this moment, the mountain of passion

이다. 여기에서는 실내기의 열전달계수 및 유효 열전달 면적이다. 따라서,to be. From here Is the heat transfer coefficient and the effective heat transfer area of the indoor unit. therefore,

이 된다. 이 식을 푸는데 있어서 일단가 어떤 주어진 값으로 두고 계산을 하자. 그리고 난 후에 다음과 같이 각각을 풀어낸다.는 실내기의 형상에 따라 다른 값이 되는데, 예를 들어, 자연대류를 일으키는 수직평판이라고 하면 (1.5)식에서대신에 평판의 높이를 넣고,에 각각를 넣으면,Becomes In solving this equation, Let's calculate with any given value. Then unpack each of them as follows: Is different depending on the shape of the indoor unit. For example, in the case of the vertical flat plate causing natural convection, Height of reputation instead Put it in, Each on If you put

이 된다. 이 값을 이용하여 최초에 가정한의 값이 만족되도록를 결정하면 된다. (2.5)식에서 알 수 있드시,가 커지면 물의 저장온도가에 가깝게 높아질 수 있어서 야간에 냉각이 될 수 있는 시간이 길어진다. 그러나가 커지면 실내기가 매우 커져야 한다는 이야기이므로 적정한 값이 존재하게 된다.Becomes Initially assumed using this value So that the value of You just need to decide. As you can see from (2.5), Increases the water storage temperature It can be raised close to, increasing the time for cooling at night. But If is increased, the indoor unit must be very large, so an appropriate value exists.

여기에서 조심할 것은 (2.5)식에서 구한이 하루중 최저기온보다 높은 시간이 몇 시간은 되어야 야간에 수조의 물을 냉각시킬 수가 있게 된다. 만일 이 조건이 만족되지 않을 경우에는의 값을 매우 크게 하거나,를 매우작게 해야하는데 (이것은 탱크가 매우 커야 함을 의미한다), 이 두 가지가 항상 가능한 것은 아니다. 다음으로는 당연히보다는 충분히 작아야 한다. 이러한 까다로운 조건들은 일교차가 매우 큰 경우에는 비교적 쉬이 만족시킬 수가 있으나, 우리나라의 여름과 같이 일교차가 너무 작으면 만족시키기가 어렵게 된다.What you need to be careful of here is Lowest temperature of the day It will take a few hours for the water to cool the tank at night. If this condition is not met To increase the value of, Should be very small (which means that the tank should be very large), but both are not always possible. to the next Of course Should be small enough. These demanding conditions can be easily satisfied when the day crossing is very large, but when the day crossing is too small, such as summer in Korea, it is difficult to satisfy.

(예) 2. 허용최고 수조온도의 계산:(Example) 2. Calculation of the maximum allowable bath temperature:

가 된다고 하자. 그리고 심한 대륙성 기후로서이라고 하자. 또한를 80.0 W/℃로 취하였다고 하자. 그러면 (2.5)식에서, Let's say And as a severe continental climate Let's say. Also Let is taken as 80.0 W / ° C. Then in equation (2.5),

로 만든다고 하면, (2.6)식에서, If we make it as, in (2.6),

이 되며,80.0W/℃이므로,는 80.0/2.40 ㎡= 33.3㎡ 가 된다. 여기에서 구한가 21.6℃로서보다 충분히 작고보다는 넉넉히 커서 앞서 언급한 조건들을 만족시킨다.Becomes As it is 80.0W / ℃, Is 80.0 / 2.40 m 2 = 33.3 m 2. Obtained here Is 21.6 ° C Smaller enough Rather, it is large enough to meet the aforementioned conditions.

수조의 용량을 결정하기 위해서, 냉수가 공급되지 않으면 실내온도가 허용치를 넘어서게 되는 외기 온도 (작동개시온도;)를 먼저 구하여 보자. 이것은 (2.4)식에서를 대입하고, 실내기에 의한 열전달항을 빼고 나면 다음처럼 구할 수 있다.To determine the capacity of the bath, if cold water is not supplied, the room temperature is allowed. Outside temperature above the operating temperature (starting temperature; Let's get the first. This is expressed in (2.4) After substituting and subtracting the heat transfer term by the indoor unit, it can be obtained as follows.

이제 이 외기의 온도가 이 온도보다 높으면 실내온도가보다 높아지게 되므로 수조의 냉수가 실내기로 흘러들어서 냉방을 하게 된다.Now if the temperature of this outside air is higher than this temperature, the room temperature will Since it is higher, the cold water in the tank flows into the indoor unit to cool.

보다 높다면, If higher,

을 일단 계산하고, 이로부터,Once we calculate, from

을 계산한 뒤, 위의 시간동안의 평균외기온도를 다음 식으로 계산한다.After calculating the average outside air temperature for the above time Is calculated by the following equation.

만일,가 하루 중 최저온도보다 낮으면 실내기는 하루종일 작동을 하게 된다. 이 경우에는 작동시간이 24×3,600초가 되며, 작동개시온도가이 되며, 가동시간중의 평균외기온도는 일평균기온인가 된다.if, The lowest temperature of the day If lower, the indoor unit will operate all day. In this case the operating time 24 × 3600 seconds, and the operating start temperature Average outside air temperature during operation Is the daily average temperature Becomes

그러면 하루동안에 실내기가 냉방하여야 할 총 냉각량을 구할 수 있다. 즉,The total amount of cooling the indoor unit must cool in one day Can be obtained. In other words,

이만한 열량이 더운 물과 찬 물의 온도차이가인 물에 의하여 저장된다고 하면 그 물의 질량는 다음처럼 구할 수 있다.The difference in temperature between hot and cold water The mass of the water, Can be obtained as

여기에서는 물의 비열 (4,200 J/㎏℃)이다.From here Is the specific heat of water (4,200 J / kg ° C).

(예) 3. 수조용량의 계산:(Example) 3. Calculation of Tank Capacity:

먼저, (2.7)식에서,First, in the equation (2.7),

이 온도가와 같으므로, 이다. 그러면 (2.11)식에서,This temperature Is the same as to be. Then in (2.11)

이 되고, 이어서 (2.12)식에서,Then, in the following formula (2.12)

이 된다.Becomes

그러면 이어서 실외기의 크기를 결정하여 보자. 실외기는 기온이 수조내의 저장온도보다 낮으면 가동된다. 실외기에 공급되는 물의 온도는 이미 실내기에서 더워진 온도인이며, 실외기에서 냉각되어 나오는 온도는 정확히가 되도록 실외기의 유량을 제어한다. 실외기가 작동을 시작하는 외기온도는이므로, 이로부터,Then determine the size of the outdoor unit. The outdoor unit has a storage temperature in the tank If lower, it is activated. The temperature of the water supplied to the outdoor unit is already The temperature cooled by the outdoor unit is exactly Control the flow rate of the outdoor unit so that The outdoor temperature at which the outdoor unit starts to operate From this,

를 구하여 하루중의 작동시간(초)를,Find the operating hours of the day (Seconds),

을 구할 수 있다. 또한 이 시간동안의 평균 외기온도를Can be obtained. Also the average outside temperature during this time To

로부터 구할 수 있다. 이제이라는 열량을이라는 시간에 냉각을 시켜야 하므로 실외기의 열제거용량은,Available from now Calories Heat removal capacity of outdoor unit because it needs to be cooled at silver,

이 되고, 한편, 실외기에 있어서,On the other hand, in the outdoor unit,

이므로 (여기에서는 각각 실외기의 열전달계수와 유효열전달 표면적이다),So (from here Are the heat transfer coefficient and effective heat transfer surface area of the outdoor unit, respectively)

로 주어진다. 실내기에 대하여서와 마찬가지로를 일단 결정하고 난 뒤에, 적당히 실외기 열전달면의 높이를 가정한 후, (2.6)식에서대신 위의로 대입하면가 결정되고, 이로부터 이미 결정된의 값을 맞추도록를 산출한다.Is given by As with the indoor unit After deciding on the equation, assuming the height of the outdoor unit heat transfer surface as appropriate, Instead of Substitute in Is determined from this To match the value of To calculate.

(예) 4. 실외기의 크기 결정:(Example) 4. Size determination of outdoor unit:

먼저 (2.13)식으로부터,First, from (2.13)

이 되고, 이어서 (2.14)식에서,And then in the formula (2.14),

이다. 또한 (2.15)식으로부터,to be. Also, from (2.15)

이고,은 (2.16)식에서,ego, Is (2.16)

이다. 따라서 (2.18)식에서,to be. So in (2.18)

이다. 실외기를 평판 핀으로 높이 1미터의 평판 핀으로 만들었다고 할 때에 그 열전달계수는 (2.6)식에서즉, 12.3℃로 취하여,to be. When the outdoor unit is made of flat fins with a height of 1 meter, the heat transfer coefficient is expressed in (2.6) That is, taken at 12.3 ℃,

가 되어,Become,

가 된다. 실외기가 꽤 커지는 것을 알 수 있다.Becomes It can be seen that the outdoor unit is quite large.

실내기와 실외기의 유효 열전달 면적은 여기에서는 자연대류 방식을 취하여 계산한 것이다. 그런데, 팬을 붙여서 강제대류를 일으키거나, 실외기의 경우에 설치장소가 항상 바람이 잘 부는 곳이라면, 열전달계수가 자연대류에 비하여 열배 정도로 커질 수 있다. 따라서 그런 경우라면 실내기와 실외기의 크기가 현저히 줄어들 수 있을 것이다.The effective heat transfer area of the indoor and outdoor units is calculated using natural convection. By the way, forced convection by attaching a fan, or in the case of an outdoor unit, if the installation place is always well-winded, the heat transfer coefficient may be about ten times larger than natural convection. Therefore, in such a case, the indoor and outdoor units may be significantly reduced in size.

다음으로, 본 예에서와 같이 실내기와 실외기가 동시에 가동되는 시간이 존재할 경우, 그 시간동안의 냉각수의 일부는 실외기의 출구에서 직접 실내기로 공급될 수 있으므로 수조의 저장요구량을 덜어줄 수 있다. 그러므로 이러한 겨우, 여기에서 계산한 값보다 수조의 크기가 약간 작아져도 될 것이다. 여기에서는 그렇게 절약되는 체적이 비교적 작고 수조의 용량에 다소의 여유를 준다는 의미에서 약간의 과도설계를 하였다. 한편 수조는 지하에 매설하거나 단열을 철저히 할 것이 요구된다.Next, when there is a time when the indoor unit and the outdoor unit are operated at the same time as in this example, part of the cooling water during that time can be supplied directly to the indoor unit from the outlet of the outdoor unit can reduce the storage requirements of the tank. Therefore, in this case, the tank may be slightly smaller than the value calculated here. Here we have done some overdesign in the sense that the saving volume is relatively small and gives the tank some capacity. Meanwhile, the tanks are required to be buried underground or thoroughly insulated.

연교차는 비교적 크나 일교차는 별로 크지않은 경우에 지하 1 내지 2미터만 들어가도 땅속의 온도는 거의 항시 연평균 기온을 유지하고 있음에 매일매일의 냉각 요구량을 땅속에 파이프나 탱크로 묻어 지하의 냉열을 퍼올려서 사용함.If the annual cross is relatively large but the daily cross is not large, the temperature in the ground keeps the annual average temperature almost at only 1 ~ 2 meters underground, so the daily cooling demand is buried in the ground with pipes or tanks to spread the underground cold heat. Used.

Claims (1)

일교차보다는 연교차가 큰 온대성 기후에 대하여 대부분의 기간동안은 함체내의 열발생량을 함체벽을 통하여 외기로 방출하되 지하수조에 연간 지하저장법(YGS; Yearly Ground Storage).In temperate climates where the annual crossover is greater than the daily crossover, during the majority of the time the heat generation in the enclosure is released to the outside air through the enclosure wall, but the yearly ground storage method (YGS) in the groundwater tank.