Fig. 28은 연중월평균일사량과 외기온도에 따른 R-134a 랭킨사이클과 R-245fa 랭킨사이클의 팽창기에서 발생동력과 증발기에서의 열량, 입출구 온도의 변화를 나타내었다. 우선 R-134a 랭킨사이클과 R-245fa 랭킨사이클을 비교하기 위해 운전 조건이 가장 좋지 않은 12월을 기준으로 팽창기 입구측 온도를 동일하게 기준하여 기본조건을 설정하고 각 달의 주어진 조건을 대입하여 해석을 진행하였다. 이때, R-134a의 질량유량을 0.042 kg/s, R-245fa의 질량유량을 0.05 kg/s로 각 사이클의 열용량 및 물성치를 고려하여 조건을 만족하도록 설정하여 해석을 진행하였다. 해 석결과, 팽창기에서의 전체적인 경향은 팽창기 발생동력과 증발기에서의 열량, 팽 창기의 입출구 온도는 운전조건이 가장 좋은 10월이 높게 나타났으며 운전조건이 가장 좋지 않은 12월이 가장 낮게 나타났다. 또한 여름철인 6월부터 8월은 외기온 도와 순간일사량은 높지만 기후에 의한 장마철에 의해 평균 일사량이 낮기 때문에 팽창기의 성능이 낮게 나타났다. 동일한 시스템과 운전조건에서 R-134a와 R-245fa 의 팽창기에서 발생동력은 운전조건이 가장 좋은 10월에서 R-134a 랭킨사이클은 0.87 kW로 나타났으며 R-245fa 랭킨사이클에서 0.31 kW 높은 1.12 kW로 나타냈다.
또한 증발기에서 획득한 열량은 R-134a 랭킨사이클은 4.74 kW로 나타났으며 R-245fa 랭킨사이클이 5.12 kW로 0.38 kW 더 큰 것으로 나타났다.
운전조건이 좋지 않은 12월에서 R-134a 랭킨사이클과 R-245fa 랭킨사이클의 팽 창기에서 발생동력은 0.71 kW, 1.1 kW로 R-245fa 랭킨사이클이 약 0.39 kW로 높게 나타났으며 증발기에서 획득한 열량은 R-245fa 랭킨사이클이 0.38 kW 많은 3.88 kW로 나타났다. 반면 R-134a 랭킨사이클과 R-245fa 랭킨사이클의 팽창기 입구측 온도의 차이는 거의 나지 않지만 출구측 온도는 R-134a랭킨사이클이 약 15℃ 낮게 나타나는데 이는 팽창기 입구온도를 동일하게 기준하기 위해 R-134a 랭킨사이클의 질량유량을 R-245fa 랭킨사이클의 질량유량보다 약 0.008 kg/s 적게 해석하였기 때문에 동일한 온도조건이라도 질량유량의 차이로 인해 증발기에서 획득한 열량이
Inlet temp. Outlet temp. Expander work Heat from evap.
R-134a R-245fa
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0
10 20 30 40 50 60 80 90 100 110
W o rk o r h e a t ( k W )
T e m p e ra tu re (
oC )
Month
0 1 2 3 4 5 6 7
Fig. 28 Variation of inlet and outlet temperature of expander work, inlet and outlet temperature, heat from evaporator with different months in a year.
Fig. 29는 연중 월평균일사량과 외기온도에 따른 발생동력, 열역학 1・2법칙에 따른 효율의 변화를 나타내었다. 평균적으로 사이클에서 나타난 경향은 증발기로 부터 획득한 열량 및 팽창기에서 발생한 동력은 운전조건이 좋은 10월에 가장 좋 게 나타났으며 운전조건이 좋지 않은 12월이 가장 낮게 나타났다. R-134a 랭킨사 이클과 R-245fa 랭킨사이클의 열효율(열역학 1법칙 효율)은 운전조건이 좋은 10월 에 R-134a 랭킨사이클은 17.3%, R-245fa 랭킨사이클은 7.1%로 R-134a 랭킨사이클 보다 약 10.2% 낮게 나타났으며 운전조건이 좋지 않은 12월에 R-134a 랭킨사이클 은 20.9%, R-245fa 랭킨사이클은 10.2%로 약 10.7% 낮게 나타났다. 이는 R-245fa 랭킨사이클이 R-134a 랭킨사이클 보다 질량유량이 많기 때문에 증발기로부터 획득 한 열량이 많은 반면 팽창기에서 발생한 동력이 적기 때문에 열효율이 낮게 나타 났다. 또한 엑서지 효율(열역학 2법칙 효율)은 주어진 환경조건에서 열역학적 평 형상태에 도달하기까지 최대한 얻을 수 있는 일의 양으로써 외기온도가 높은 7월 에 R-134a 랭킨사이클은 27.5%, R-245fa 랭킨사이클은 11.4%로 16.1% 낮게 나타났 으며 외기온도가 낮은 2월에 R-134a 랭킨사이클은 19.2%, R-245fa 랭킨사이클은 8.7%로 10.5% 낮게 나타났다. 이는 엑서지 효율의 분모에 미치는 외기온도와 집열 기의 온도의 비가 7월이 가장 적게 나타났기 때문이다.
Expander work Heat from evap. 1st-law efficiency 2nd-law efficiency R-134a R-245fa
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.5
1.0 2 3 4 5 6 7
E ff ic ie n c y ( % )
W o rk o r h e a t ( k W )
Month
0 10 20 30 40
Fig. 29 Variations of heat from evaporator, expander work, 1st-law and 2nd-law efficiency of R134a and R245fa rankine cycle with different months in a year.