Energy performance comparison between liquid-desiccant-assisted air conditioning systems and the DOAS in different climatic regions

Abstract

건물내 실내 환경은 인체의 건강과 많은 밀접한 관계가 있습니다. 실내 환경에 영향을 주는 대표 요소는 환기와 온습도가 있다. 실내를 쾌적한 온도와 습도를 맞추더라도, 환기의 부족으로 인하여 실내 이산화탄소 농도, 실내 냄새 등의 문제로 인하여 두통 및 여러 질병들을 야기할 수 있다. 그러므로 환기는 건물의 쾌적성에서 빠질 수 없는 요소이다. 하지만 기존 변풍량 시스템은 일부 외기와 실내 공기를 섞어서 폐열 회수를 하여 공기를 공급하기 때문에 교차오염으로 인하여 환기의 목적을 달성하기가 어렵다. 따라서 최근 100%외기를 사용한 환기시스템이 많이 제안되고 있다. 그리고, 쾌적한 실내환경을 만들기 위해, 실내 온습도 조건을 맞춰야 한다. 하지만 동시에 온습도를 맞추는 것은 많은 에너지가 사용되고, 제어가 복잡하다. 이러한 전반 적인 문제를 해결하기 위하여 온도와 습도를 개별로 조절 가능한 decoupled system를 제안되고 있다. 가장 대표적으로 사용되는 decoupled system에는 외기전담시스템과 병렬시스템이다. 저희 건축설비환경공학 연구실에서는 LD-IDECOAS와 LDEOAS라는 제습 증발냉각 기반 전외기 공조시스템을 제안해 왔다. 액체식 제습 시스템은 습도조절을 담당하고, 증발냉각기는 온도조절을 담당한다. 선행연구에 따라, 기존 변풍량공조시스템과 대비, 외기전담시스템 및 병렬시스템과 제습증발냉각시스템은 에너지 측면에서 절감 효과를 보이는 것을 확인할 수 있지만 어떠한 시스템이 더 적합한지에 대한 비교적인 연구가 부족하다. 따라서, 본 연구에서는 외기전담시스템 및 병렬시스템과 제습증발냉각시스템 사이에 에너지 측면에서 어떤 차이가 있는지에 대한 것을 확인하고자 하며, 다음으로 시스템들이 100% 실외 공기를 써서 실외 공기의 온습도 조건이 세 시스템에 대하여 어떠한 영향을 주며, 에너지적인 측면에서 어떠한 시스템이 더 적합한지 확인하고자 한다. 본 연구는 5개의 단원으로 구성되어 있으며, 각 단원은 다음과 같다. 1단원에서는 연구의 배경 및 목적을 제시하였다. 현재 액체식 제습 증발냉각시스템의 연구 동향에 대해 제시하고, 그에 따른 연구의 필요성과 목적에 대한 진행 흐름을 나타내었다. 2단원에서는 제안된 각 액체식 제습 증발냉각시스템과 외기전담시스템 및 병렬시스템의 개요를 기술하였다. 3 단원에서는 본 연구를 위한 시뮬례이션 방법에 대하여 기술하였다. 또한 시뮬례이션에 따른 비교 케이스 선정 방안에 대해서도 기술하였다. 4 단원에서는 시뮬례이션 데이터를 통계적 분석법을 통해, 에너지적인 측면에서 어떠한 시스템이 더 적합한지에 대해 분석하였다. 5 단원에서는 제안된 시스템에 대한 시뮬례이션 결과 및 통계적 분석을 통하여 에너지 성능에 대한 분석을 정리하였고, 이는 다음과 같다. 1) 고정 케이스에서 모든 기후 지역에서, 용액이 열에 관여하기 때문에, LD-IDECOAS 및 LDEOAS의 에너지 소비는 DOAS와 병렬 시스템보다 높다. 2) 케이스 B와 같이, 변유량 제어 경우, LD-IDECOAS 및 LDEOAS는 중국의 모든 선택된 지역에서 기존 시스템보다 에너지 절약 잠재력을 보인다. 3) 케이스 B와 같은 변유량 제어 경우, 기존 시스템 대비 LD-IDECOAS와 LDEOAS는 베이징과 같은 사계절이 뚜렷한 기후 지역에서 에너지 측면에서 더 적하다. HVAC 시스템에서 제습 시스템으로서 LD 시스템을 사용하는 경우, 에너지 고려 전위를 얻기 위해 현열 교환을 위한 수용액의 일부를 순환시키는 것을 고려해야한다. 향후 연구에서 실험에 대한 연구 수행될 것으로 기대할 수 있다.; This study investigated the system performance and energy-considering potential of three decoupled system under different LD controls in different climate regions of China: the dedicated outdoor air system (DOAS) with a parallel system and two different liquid-desiccantassisted air conditioning systems called liquid esiccant and indirect and direct evaporativecooler-assisted 100% outdoor air system (LD-IDECOAS) and the liquid desiccant and dewpoint evaporative-cooler-assisted 100% outdoor air system (LDEOAS). Model buildings served by each considered system were assumed to situated in six cities stands for four climate regions. Calculating the hourly thermal load of model buildings that meet local building design codes in each local city through using the TRNSYS 18 software package. These thermal load data and weather data are introduced into the commercial Engineering Equation Substitute (EES) program, and the detailed operational simulations performed using effective system simulation models are used to estimate the operational expectations of each system. Detail energy simulation results shows, under the solution constant mass flow control in LD system, the DOAS with a parallel system is more suitable in all regions. Whereas with a variable solution mass flow control, the liquid-desiccant-assisted air conditioning systems shown better energy-considering than the DOAS with a parallele system, and achieved maximum energysavings of 51% and 50% in Kunming, respectively. And the LD-IDECOAS is more energy efficient than the LDEOAS. The LDEOAS is more suitable for dry regions because the use of the DP-IEC will result in greater energy consumption for dehumidification in humid regions. Moreover, when the solution mass flow of the LD unit is appropriately reduced, the total energy consumption of the system can be saved.