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목차

[표제지 등]=0,1,2

제출문=i,3,1

에너지·자원기술개발사업 최종보고서 초록=ii,4,1

요약문=iii,5,11

목차=xiv,16,3

표차례=xvii,19,2

그림차례=xviii,20,3

제1장 서 론=1,23,1

제1절 기술개발의 필요성=1,23,1

1. 기술의 개요 및 추진필요성(기술개발의 필요성)=1,23,6

제2절 국내외 기술현황=7,29,1

1. 국내기술=7,29,3

2. 국외기술=9,31,4

3. 실증연구사업 추진의 문제점 및 해결방안=12,34,4

4. 하이브리드시스템 기본방향=15,37,2

제2장 태양열 이용 하이브리드 시스템 설계 및 제작=17,39,1

제1절 적용기업 현황 및 선정=17,39,2

제2절 태양열 이용 히트펌프 시스템 설계=18,40,1

1. 건물 냉난방 및 급탕 부하계산=18,40,3

2. 하이브리드 시스템 제품표준사양 및 설계도=21,43,9

3. 시스템 흐름도=29,51,2

4. 폐수 열원 이용시 히트펌프 시스템의 성능분석=30,52,4

제3절 태양열 하이브리드 시스템 설비 적정성 검증=34,56,1

1. 에너지 진단과 시스템 시뮬레이션을 통한 시스템 적합성 확인 검증=34,56,4

2. 계절별 출구온도 변화에 따른 시스텡 효율 검토=37,59,2

3. 성능 측정을 위한 모니터링 시스템 구축=39,61,5

제3장 태양열 집열시스템 설계제작 및 설치 시운전=44,66,1

제1절 태양열 집열시스템 개요 및 작동원리=44,66,1

제2절 시스템 구성요소 및 기능=44,66,1

1. 집열기 사양=44,66,2

2. 축열조=45,67,1

3. 차온제어장치 시스템=46,68,1

4. 팽창탱크=46,68,2

5. 열매체 보충탱크 및 펌프=47,69,2

6. 열교환기=48,70,1

7. 열매체 수위조절 탱크=48,70,2

8. 열매체 순환펌프=49,71,2

제3절 태양열 집열기 및 가대 제작 설치=50,72,1

1. 태양열 집열기 설치 방법 및 가대 설치=50,72,1

2. 사후관리=51,73,1

제4장 태양열 자동제어시스템 구축=52,74,1

제1절 태양열 Hybrid 최적제어시스템 구성방안=52,74,1

1. 제어시스템 개요 및 구성=52,74,1

2. 연중(계절별) 히트펌프 시스템 운전모드 방법=52,74,3

제2절 태양열 제어시스템 설계 · 제작 및 설치=54,76,1

1. 제어시스템 구축을 위한 데이터 확보=54,76,5

2. CIMON-HMI 원격제어시스템 보완구축=58,80,4

제5장 태양열 이용 Hybrid 시스템 성능측정 및 모니터링 시스템 구축=62,84,1

제1절 태양열 이용 Hybrid 시스템 성능실증평가 연구분석=62,84,1

1. 시스템 설계 타당성 평가 및 건물시스템 분석=62,84,7

2. 동합섬능 평가용 에비 시뮬레이선 분석=68,90,3

3. 태양열 하이브리드 시스템 성능측정 모니터링 분석=70,92,5

제2절 태양열 이용 Hybrid 냉난방시스템 성능측정 평가장치 개발구축=75,97,1

1. 히트펌프 성능분석을 위한 모니터링 시스템 구축=75,97,1

2. 모니터링 평가용 하드웨어장치 개발=75,97,5

3. 모니터링 평가용 소프트웨어 개발=80,102,4

제3절 태양열 Hybrid 히트펌프 시스템 계절별 성능측정 결과 분석=84,106,1

1. 태양열 집열기 효율분석=84,106,8

2. 태양열 Hybrid 냉·난방 히트펌프 시스템 성능계수 분석=91,113,13

제6장 개발기술의 에너지자원효과 및 경제성분석=104,126,1

제1절 에너지자원효과=104,126,1

1. 에너지절감효과=104,126,1

2. 수요자측면의 경제성 분석=104,126,2

3. 에너지자원효과=105,127,3

4. 개발기술의 투자경제성=107,129,2

5. 본 연구과제의 특허출원 등록현황=109,131,1

제7장 결론=110,132,2

참고문헌=112,134,1

부록=113,135,1

[부록1. 집열기 유체흐름도 1부]=114,136,1

[부록2. 집열기 설치가대 평면도 및 측면도]=115,137,1

[부록3. 태양열 시스템 부하공급량 결과]=116,138,2

표목차

[표 1-1] 냉 · 난방 기존방식과 태양열 HP시스템 비교=6,28,1

[표 1-2] 태양열 이용시설 보급현황=7,29,1

[표 1-3] 태양열 이용 온도변화에 따른 효율차이=14,36,1

[표 2-1] 적용업체 현황=17,39,1

[표 2-2] 설계조건(출구온도 변화)=22,44,1

[표 2-3] 출구온도 변화에 따른 효율과 생산에너지 비교=22,44,1

[표 2-4] 적용업체 건물 및 집열기 개요=24,46,1

[표 2-5] 태양열 집열기 사양=25,47,1

[표 2-6] Hybrid 시스템 구축 현황=27,49,1

[표 2-7] Hybrid 히트펌프 표준 제품 사양=27,49,1

[표 2-8] 폐수열원 히트펌프 제품사양=28,50,1

[표 2-9] 주요 부품사양=28,50,1

[표 2-1] 압축기 능력표=29,51,1

[표 2-11] 폐수 열원을 이용한 히트펌프 성능 측정 결과=30,52,1

[표 2-12] 집열기설치업체(M에너지) 계산 조건과 계산값=34,56,1

[표 2-13] 설계조건(출구온도 변화)=37,59,1

[표 2-14] 출구온도 변화에 따른 효율과 생산에너지 비교=38,60,1

[표 3-1] 축열조 사양=45,67,1

[표 3-2] 차온제어장치 사양=46,68,1

[표 3-3] 팽창탱크 사양=47,69,1

[표 3-4] 열매체 보충탱크 사양=47,69,1

[표 3-5] 열매체 보충펌프 사양=48,70,1

[표 3-6] 열교환기 사양=48,70,1

[표 3-7] 열매체 수위조절탱크 사양=49,71,1

[표 3-8] 열매체 순환펌프 사양=50,72,1

[표 3-9] 운전교육=51,73,1

[표 4-1] 제어시스템 구축을 위한 온도센서=55,77,1

[표 5-1] 사용된 경사면 일사량 비교=63,85,1

[표 5-2] 월평균온도비교(℃)=63,85,1

[표 5-3] 시수온도비교(℃)=64,86,1

[표 5-4] 깊이별 지중온도(전주)=65,87,1

[표 5-5] 집열기효율 비고=65,87,1

[표 5-6] 월별가득열량(kWh/month)=66,88,1

[표 5-7] 시스템 일사 및절감 에너지량=67,89,1

[표 5-8] RETScreen을 이용한 입력조건과 결과값=67,89,1

[표 5-9] 타당성 검토 결과=68,90,1

[표 5-10] 시뮬레이션을 위해 사용된 고정 조건=69,91,1

[표 5-11] 태양열 하이브리드 히트펌프 시스템 성능평가용 계측장비 및 센서목록=76,98,1

[표 5-12] 태양열 집열기 성능측정 데이터(2005년 7월 18일-23일)=85,107,1

[표 5-13] 태양열 집열기 일일평균 시간당 가득열량(2005년 7월 18일-23일)=87,109,1

[표 5-14] 태양열 집열기 일일별 집열 효율 분석 결고=89,111,1

[표 5-15] 태양열 히트펌프 시스템 성능계수 실험 결과(2005년 7월 18일-23일)=93,115,1

[표 5-16] 공기열원 히트펌프 시스템 성능 평가 데이터(2005년 7월 18일-23일)=96,118,1

[표 5-17] 공기열원 히트펌프 시스템 성능계수 측정 결과(2005년 7월 18일-23일)=97,119,1

[표 5-18] 태양열 Hybrid HP시스템 성능계수 측정 결과(2005년 7월 18일-23일)=99,121,1

[표 5-19] 페온수 및 냉수열원 이용 온수공급시 성능계수(COP)=100,122,1

[표 5-20] 고온용 냉매 적용시험 분석=101,123,1

[표 6-1] 태양열 히트펌프와 보일러 열수지 비교=104,126,1

[표 6-2] 태양열 히트펌프와 타연료간의 가격비교=105,127,1

[표 6-3] 전주오케스트라사우나에 태양열 히트펌프 시스템 적용시 에너지자원효과=106,128,1

[표 6-6] 태양열 히트펌프 시스템 적용시 에너지비용절감효과=108,130,1

그림목차

[그림 1-1] 태양열 시스템 구성도=1,23,1

[그림 1-2] 기본적인 히트펌프 사이클=2,24,1

[그림 1-3] 전기히터와 히트펌프의 성능비교=3,25,1

[그림 1-4] 태양열 열원식 히트펌프 시스템 구성도=3,25,1

[그림 1-5] 전세계 히트펌프 보급현황=12,34,1

[그림 1-6] 외기온도 변화에 따른 열펌프의 난방능력 및 난방부하=13,35,1

[그림 1-7] Solar Collector Efficiency Curve=15,37,1

[그림 1-8] 하이브리드 시스템 개요도=16,38,1

[그림 2-1] 적용업체의 건물전경=17,39,1

[그림 2-2] 전주지방 월별 가득열량(경사면 일사량 30' 배열)=21,43,1

[그림 2-3] 집열기 면적별 · 월별 가득열량=21,43,1

[그림 2-4] 월별 출구온도 변화에 따른 시스템 효율변화=23,45,1

[그림 2-5] 평판형 집열기 설치모습=24,46,1

[그림 2-6] 집열기 설치 옥상 배관평면도=25,47,1

[그림 2-7] 태양열 집열시스템 설치 배경=26,48,1

[그림 2-8] Hybrid 히트펌프 시스템 운전 계통도=29,51,1

[그림 2-9] 폐수 열원을 이용한 히트펌프 성능 측정 결과=31,53,1

[그림 2-10] Hybrid 히트펌프 MOLLIER 선도=31,53,1

[그림 2-11] Heat Pump 내부사진=32,54,1

[그림 2-12] 태양열 이용 Hybrid 시스템 현장적용 모습=32,54,1

[그림 2-13] 폐온수 이용 히트펌프 시스템 현장적용 모습=33,55,1

[그림 2-14] 시스템 조건 입력창=35,57,1

[그림 2-15] Solar Resources And Heating Load=36,58,1

[그림 2-16] 월별 출구온도의 변화에 따른 시스템 효율 변화=38,60,1

[그림 2-17] 태양열 온수 급탕 시스템 개요도=39,61,1

[그림 2-18] Eppley Instrument사의 일사량계=40,62,1

[그림 2-19] 성능측정을 위한 유량계 및 온도계=41,63,1

[그림 2-20] HP 34970A Sub VI 파일 저장하기=42,64,1

[그림 2-21] HP 34970A GPIB 통신용 아이콘 정렬 화면=42,64,1

[그림 2-22] 인터넷상 LabVIEW 제어명령어=43,65,1

[그림 3-1] 태양열 축열조 설치모습=45,67,1

[그림 3-2] 열매체 브라인 탱크=46,68,1

[그림 3-3] 열매체 보충탱크=47,69,1

[그림 3-4] 열매체 및 온수순환폄프=49,71,1

[그림 4-1] 전주 오케스트라사우나 설비배치도 및 배관흐름도=52,74,1

[그림 4-2] 태양열 히트펌프 운전 알고리즘=54,76,1

[그림 4-3] CIMON-HMI 모니터링 시스템 구성장치=55,77,1

[그림 4-4] 태양열 집열시스템 구성 알고리즘=56,78,1

[그림 4-5] 집열기 및 축열조의 온수역순환 방지 PLC 설계도=57,79,1

[그림 4-6] 태양열 펌프제어 판넬=57,79,1

[그림 4-7] 태양열 집열시스템 제어장치=57,79,1

[그림 4-8] ClMON-HMI의 모니터링 시스템 화면구성도=58,80,1

[그림 4-9] CIMON-HMI 모니터링 시스템 PLC 설계도면=59,81,1

[그림 4-1] PLC 판넬 전기배선 작업=59,81,1

[그림 4-11] 펌프제어 판넬(비교연산수행) 전기 배선 연결작업=60,82,1

[그림 4-12] ClMON-HMl 프로그램 구동을 위한 PLC 전기배선 작업=60,82,1

[그림 4-13] CIMON-HMI 모니터링 시스템 시운전 현장=61,83,1

[그림 4-14] CIMON-HMI 시스템의 Multiple 트렌드 구성화면=61,83,1

[그림 5-1] 월평균온도 비교=63,85,1

[그림 5-2] 시수온도 비교=64,86,1

[그림 5-3] 집열기 효율 비교=65,87,1

[그림 5-4] 월별 가득열량(kW/month)=66,88,1

[그림 5-5] 고려된 히트펌프의 기본 구성=69,91,1

[그림 5-6] 증발기 유입 열원의 온도변화에 따른 시뮬레이션 결과=70,92,1

[그림 5-7] 태양열 이용 하이브리드 냉난방시스템 개요도=71,93,1

[그림 5-8] Solar Heat Pump Hot Water System 모니터링 메인 화면=72,94,1

[그림 5-9] Solar Heat Pump Hot Water System 수동 조작 화면=72,94,1

[그림 5-10] Solar Heat Pump Hot Water System 모니터링 데이터 측정 위치=73,95,1

[그림 5-11] Solar HeatPump Hot Water System 모니터링 측정 데이터 그래프=74,96,1

[그림 5-12] 태양열히트펌프시스템 성능실증 평가용 모니터링장치 개요도=76,98,1

[그림 5-13] Agilent 34970A 데이터 로거=77,99,1

[그림 5-14] Agilent 34901A Module=77,99,1

[그림 5-15] LP PYRA 03 일사량계(①)=77,99,1

[그림 5-16] 온도②,④(집열기 → 열교환기)=77,99,1

[그림 5-17] 온도③,⑤ (열교환기 → 집열기)=78,100,1

[그림 5-18] 유량⑧, 온도⑥,⑦ (축열조 → HP)=78,100,1

[그림 5-19] 외기 및 증발기 입구온도(⑨)=78,100,1

[그림 5-20] 증발기 출구온도(⑩)=78,100,1

[그림 5-21] 유량⑬ (응축기 → 배수)=79,101,1

[그림 5-22] 방수알루미늄 박스(⑭)=79,101,1

[그림 5-23] 디스플레이 박스(⑮)=79,101,1

[그림 5-24] 판형 열교환기((16))=79,101,1

[그림 5-25] 부동액 탱크((17))=79,101,1

[그림 5-26] 축열 탱크((18))=79,101,1

[그림 5-27] LabVIEW 모니터링 시스템 작동 순서=80,102,1

[그림 5-28] On-Line Remote 컴퓨터 원격 제어 모니터링 순서=81,103,1

[그림 5-29] 태양열히트펌프 시스템 성능평가용 모니터링 시스템 메인 화면=82,104,1

[그림 5-30] 실험기간(2005년 7월 - 7월 23일) 동안의 일사량 데이터=84,106,1

[그림 5-31] 태양열 집열기 1, 2 입· 출구 온도 변화 선도=86,108,1

[그림 5-32] 일일평균 시간당 태양열 집열기 가득열량(MJ/hr)=87,109,1

[그림 5-33] 축열조 입·출구 온도 및 유량 변환 선도(2005년 7월-7월 23일)=91,113,1

[그림 5-34] 히트펌프 입·출구 온도 및 유량 변화 선도=94,116,1

[그림 5-35] 태양열 히트펌프 시스템 성능 계수 선도(2005년 7월-7월 23일)=94,116,1

[그림 5-36] 공기열 히트펌프 시스템 작동시 히트펌프 입·출구 및 외기온도 변화 선도=95,117,1

[그림 5-37] 공기식 히트펌프 시스템 성능계수 선도(2005년 7월-7월 23일)=98,120,1

[그림 5-38] 축열조에서 중고온수탱크로 유입되는 온수 온도 변화 선도(2005년 8월 04일)=102,124,1

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