미활용열 이용을 위한 Low GWP 냉매를 적용한 열펌프 성능 시뮬레이션

Abstract

전 지구적 환경 문제와 연료 고갈로 인하여 미활용열에너지를 이용한 냉난방 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 국내 해수 및 하천수 등의 미활용에너지 부존량은 235,380Tcal/년에 달하며 연간 온도 조건도 하절기에 21~27℃로 대기온도보다 5℃ 정도 낮고, 동절기에는 5~15℃로 대기온도보다 10℃ 정도 높게 나타난다. 이와 같은 열원을 활용하기 위하여 냉동기 및 열펌프의 개발이 진행되고 있으나 대부분 R-134a 등의 상용 냉매를 적용하며 냉매사용규제에 따른 대처방안은 미흡한 수준이다. 본 논문에서는규제되거나 될 것으로 예측되고 있는 기존의 CFC, HCFC, HFC계 냉매를 대체하기 위한 HFO계 냉매를 적용한 열펌프 개발방향을 해석적으로 검토해보고자 한다. 적용 가능성이 있어 보이는 저 GWP 냉매(HFO 계열)를 대상으로 암모니아, R-22, R-134a 등의 상용냉매와 성능 해석 및 비교를 통하여 적용 가능성을 평가하였다. 공급되는 미활용열원의 온도 조건은 하절기 25℃, 동절기 15℃를 적용하였으며, 냉난방에 공급되는 온도조건은 냉방시 7℃, 난방시 급탕을 위한 65℃를 적용하였다. 열펌프는 물대물 방식의기본사이클을 적용하였으며, 사이클 설계는 공정설계프로그램인 Aspentech HYSYS(V8.8)프로그램을 이용하였다. HFO계 냉매로는 ODP는 0에 가깝고, GWP는 10 미만인 HCFO-1233xf, HCFO-1233zd, HFO-1234ze, HFO-1234yf를 적용하여 해석하였고, 해석 결과로부터 개발 가능성을 확인할 수 있었다.