경제성평가툴(Tool)
1. TRNSYS 목적
산업공정용 보일러는 대부분 상시 일정 온도-압력의 응축수를 급수로 사용하고, 고정 압력의 포화수증기를 공정 열로 사용하여 설계용량 즉 정격용량 운전조건으로 연중 운영된다.
보일러시스템의 경우 고효율보일러 교체 또는 폐열보일러 신규 설치에서의 열 성능 평가는 급수의 조건과 부하조건(보일러 생산 스팀조건)이 시간에 관계없이 상시 일정하므로 정적, 즉 시간에 따른 급수 및 부하조건이 변하지 않는 동일 급수조건만을 고려하는 “엑셀쉬트 기반 간이도구”로 스팀 에너지절감량과 이에 근거한 경제성 평가 등의 사업성 평가가 가능하며 큰 오차 없이 결과의 신뢰성을 유지할 수 있다.
그러나, 공조용 냉방기인 히트펌프, 흡수식냉동기, 시스템에어콘 등과 같이 고온부(열원) 냉각수나 저온부(열싱크) 냉수의 유입 온도가 시간에 따라 상시 변하는 설비의 경우 냉각수 및 냉수의 다양한 온도 조건을 고려한 응축기방열량, 증발기흡열량, 압축기소비전력이 평가되어져야 한다. 실제 국내외 메이저 업체에서 생산되는 냉방기의 경우 아래 [그림 1]과 같이 다양한 지열열교환기 BHE(Borehole Heat Exchanger) 출구온도 즉, 냉각수입구온도 CEWT(Condenser Entering Water Temperature)와 수축냉조 출구온도 즉, 냉수입구온도 EEWT(Evaporator Entering Water Temperature)에 따른 응축기방열량, 증발기흡열량, 압축기소비전력 및 성능계수 COP로 구성된 성능데이터를 제공한다.
[그림 1]의 CEWT 및 EEWT외의 입구온도에 대해서는 TRNSYS "kernal"에서 제공하는 내보간함수 (Interpolation function)를 이용하여 냉방용량, 압축기소비전력 및 성능계수를 내보간을 통해 산정한다. 간이평가도구에서 처럼 단일 냉각수입구와 냉수입구온도에 의한 단일냉방용량, 단일압축기소비전력 및 단일성능계수에 의한 열성능평가와 경제성평가의 문제점에 대한 일례로, 입구조건-1(응축기 13℃, 증발기 15.5℃) 대비 입구조건-2(응축기 21℃, 증발기 7.5℃)인 경우 입구조건-1 결과(냉방용량 63.3 KW, 압축기소비전력은 9.6 KW, 성능계수 COP 6.6)와 입구조건-2의 결과(냉방용량 51.9 KW, 압축기소비전력 11.8KW, 성능계수 COP 6.6)를 비교할 때 저효율 입구조건-2의 경우 냉동용량은 18% 낮아지며 압축기소비전력은 23% 높아져, 성능계수는 50% 이상 낮아지며, 연간 가동시간을 고려하면 상대적 차이는 더욱 클 질것이다.
따라서, 히트펌프, 흡수식냉동기 시스템의 성능평가 도구는 단일입구온도조건에 의하여 평가되어진 단일증발기냉방열량과 단일압축기소비전력을 기준으로 만 성능을 평가하는 간이해석도구를 사용할 경우 비합리적인 결과를 도출하게 되므로 연중 응축기 냉각수와 증발기 냉수 입구조건의 다양성과 해당 증발기냉방열량과 압축기소비전력의 다양성을 시간별 연간 동적으로 평가할 수 있는 동적시스템 해석도구로 특화되어있는 TRNSYS와 같은 과도기시스템 해석 전용도구의 사용이 요구된다.
고-중-저 히트펌프 설비 효율별 냉방성능데이터
2. TRNSYS 개요
동적 상세 도구인 TRNSYS(Transient System Simulation)는 냉방시스템의 열성능 평가에서와 같이 열원 냉각수온도, 열싱크 냉수온도의 시간 변화를 고려하여 시스템의 다양한 열량과 성능을 평가 할 수 IPMVP OPTION "D"인 시뮬레이션 도구이다. 동적시스템 성능평가에 특화된 TRNSYS는 트란시스(tran-sis)라 불리어지며, “kernel" 엔진과 ”component" 설비로 이루어져있다. “kernel"은 컴퓨터의 CPU 기능으로 시스템의 비정상미분방정식을 풀며, 습공기선도와 수증기테이블 제공 및 회귀분석 및 내보간 등의 유틸리티 등을 제공한다. ”component"는 시스템을 구성하는 설비요소들로 TRNSYS 모듈(module)과 TESS 모듈로 500여종의 component가 제공된다.
3. TRNSYS 기능
TRNSYS는 실전달함수 RTFM(Room Transfer Function Method) 기반 다중죤 (Multi-Zone) 건축물부하(최대, 기간)평가를 포함하여 1)반송기기(펌프, 팬, 송풍기), 코일류(가열,냉각), 가습기, 배관 설비 등의 HVAC 공조시스템, 2)보일러, 칠러, 냉방/급탕용 흡수식냉온수기, 냉난방 히트펌프등 열원시스템, 4)공기식 UTC(Unglazed Transpired Collector)집열기, 태양열광 PVTC(Photo Voltaic Thermal Collector), 트롬월(Tromb wall), 쿨튜브(Cool Tube), 전열교환기(Total Heat Exchanger)등 저에너지 액티브 및 패시브 시스템, 5)태양열 급탕-난방용 평판(Flat Plate) 및 진공관(Evacuated Tube) 집열시스템, 6) PTC(Parabolic Trough Collector), DC(Dish Collector)형 태양열발전시스템, 7)태양광 PV 시스템, 8)지열원 냉난방 히트펌프시스템, 9)풍력시스템, 10)바이오매스시스템, 11)열병합발전시스템, 12)연료전지시스템 등의 동적 성능평가 기능을 제공한다.
또한 동적 결과 도출된 에너지절감량과 초기투자비 대비 다양한 경제성 인자를 고려한 생애주기비용 LCC(Life Cycle Cost)법, 생애주기절감 LCS(Life Cycle Savings)법에 의한 경제성평가를 수행할 수 있는 도구이다. TRNSYS는 국내외 연구기관, 대학교(원), 관련 산업연구기관에 걸쳐 세계적 폭넓은 사용자층이 확보된 도구이다.
4. TRNSYS 개발그룹
- CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment), http://www.cstb.fr
- Transsolar Energietechnik GmBH, Stuttgart, Germany,http://www.transsolar.com
- Aiguasol, Barcelona, Spain,http://www.aiguasol.com
- Thermal Energy Systems Specialists (TESS), Madison, Wisconsin, http://www.tess-inc.com
- SEL (Solar Energy Lab), Madison, Wisconsin, http://sel.me.wisc.edu/trnsys
- TRNSYS Official website, http://trnsys.com
