축열은 건물의 냉난방을 위해 이용되는 열저장에 관련한 설비입니다.
축열시스템은 전기에너지를 저장하였다가 공급하는 배터리와 같은 기능을 한다고 볼 수 있습니다.
예를 들면 낮에 생산되는 태양열을 밤에 난방으로 활용하기 위해 열을 저장해 놓는 것, 이 저장하는 기술이 축열기술입니다.
그렇다면 이 축열의 설계 및 고려사항을 알아보겠습니다.
축열 기술의 장점과 단점
축열 기술의 장점
- 에너지 이용효율을 향상시키는데 기여함
- 축열시스템은 주간시간대 냉난방용 전력소비를 크게 감소시켜 국가적 전력부하 평준화
- 설계 시, 공조설비의 용량 축소 가능
- 공조설비의 정격운전이 가능
공조설비의 수명 연장
공조설비의 효율 향상
공조설비의 에너지 효율 향상
축열 기술의 단점
- 상당한 규모의 축열조 설치 필요
- 운전관리 상태에 따라 열적 성능 운전비용이 달라짐
주된 설계 고려사항
● 저장기의 적합성: 어떤 열 저장기의 재료는 주어진 열저장 역할을 위한 다른 것보다 더 적합해야 합니다. 예를 들어, 65℃의 온도변화를 가진 위상변환물질(PCM)은 자연적 냉난방에는 부적합합니다. 왜냐하면 저장을 위한 온도는 그렇게 높지 않기 때문입니다.
● 저장기에서 열 요소를 증가시키는 것: 열 저장기보다 훨씬 높은 온도를 가진, 저장기의 온도에 가까운 열원보다 더 빠른 저장기의 열원은 포기해야 합니다. 비슷한 결과가 냉저장기에도 일어납니다. 필요한 에너지와 저장된 에너지의 온도차가 더 클수록 필요한 에너지는 더 줄어듭니다.
● 보조 냉난방 시스템의 공유: 모든 조건에서 전부하를 다루기 위해 저장시스템을 크게 하는 것은 비경제적입니다. 보조시스템의 형태는 저장시스템을 도우는데 필요합니다. 두 시스템은 열 저장기가 처음 전부하를 만족할 수 있도록 구성되어야 합니다. 열 저장기의 에너지는 이런 점에서 고갈되어 왔으며 그것은 보조시스템이 저장기로부터 열의 흐름을 고양시키는 것보다는 혼자서는 더 이상 유용하지 않습니다. 열 저장기가 완전히 고갈되면 보조시스템이 전부하를 가동할 수 있습니다.
● off-peak에서 얻어진 열에너지와 태양에너지 같은 열이 저장될 때 태양열은 off-peak power에 의한 열과 분리될 수 있습니다. 그들이 분리되면 전열기, 일반적으로 off-peak저장에 사용되는 태양열 집열기의 적은 열보다 더 높은 온도의 저장 에너지를 가열할 수 있습니다.
● 보통의 에너지 비용은 시간에 따라 변하지 않습니다. 저장기와 보조시스템은 더 비싼 연료보다도 상대적으로 싼 저장에너지를 소비하도록 되어야 합니다. 이것은 보통의 연료가 시간에 따라 그 가격이 변할 때 최선의 것은 아닙니다.
● 저장기의 내구성: 냉난방기의 저장하는 것의 내구성은 중요한 인자입니다. 현재에 열 저장기는 종종 여러 시간과 여러 날의 내구성을 요하는 데에 사용됩니다.
● 열전도액의 선택: 다른 인자가 같다고 할 때 같은 열을 전송하는데 공기보다 물이 더 적은 에너지가 필요합니다. 즉 물을 움직이기 위해 사용하는 분무에너지는 공기의 같은 양의 열을 이동하는데 드는 팬의 일부분이 된다는 것입니다. 종종 분무비용 외의 인자가 사용되는 액을 정합니다.
축열 시스템의 분류
수축열 시스템
수축열 시스템은 물을 이용하여 축열 하는 시스템입니다.
축열매체로서 물은 질량대비 열용량이 크고, 안정적이며, 저렴하고, 냉난방 공조용으로 사용하기에 적합한 작동온도를 가지고 있습니다.
1. 수축열 시스템의 장점
- 하절기 냉방용으로 사용하던 수축열조를 동절기 난방용으로도 활용할 수 있기 때문에, 수축열조의 활용도가 높음
2. 수축열 시스템의 단점
- 수축열 시스템은 현열축열을 주로 하기 때문에, 축열조 부피가 크고 축열조 설치공간에 제약이 있는 도심지에서는 적용하기 어려움
- 축열조 내 온도성층화 형성에 유의해야 함
빙축열 시스템
빙축열 시스템은 얼음을 이용하여 축열 하는 시스템이다.
물이 얼음으로 상변화할 때 필요한 열량을 잠열량이라 부르며, 약 333 kJ/kg이다. 이는 액체상태의 물을 1도 상승할 때 필요한 현열량에 비해 현저히 크다.(수치적으로 표현할 것)
1. 빙축열 시스템의 장점
- 잠열축열 시스템이라, 수축열 시스템보다 부피가 작다.
2. 빙축열 시스템의 단점
- 빙축열시스템은 얼음을 만들기 위해 낮은온도까지 물의 온도를 낮춰야 하기 때문에, 수축열 시스템의 비해 소비동력이 많고 냉동기 성적계수(COP)은 낮음
- 빙축열시스템의 축열조는 대부분 그 내부에 제빙코일이나 캡슐 등이 차있어서, 동절기 난방용 축열조로 겸용하기 힘듦
