가스온수가열기의 용량에 따른 에너지효율성 비교 연구
김 성 중*
·
우 인 성**인천대학교 안전공학과
A Comparative Study on the Energy Efficiency due to the Capacity of Gas Boiler
Seong Jung Kim*․ In sung Woo*
*Dept. of Safety Engneering, University of Incheoen
Abstract
Depending on the living styles, the types of energy consumed by households have changed, and the consumption has increased rapidly.
Consequently, those have led to environmental issues, such as exhaustion of energy and the climate changes. As one of solutions to such issues, energy efficiency can be approached. Therefore, in this study, the gas water heater(115S type Rheem products) that made in Germany and obtain hot water using gas as a heat source is selected. a 1.0㎥ water tank with a 6kW electronic heater is installed and a water temperature and pressure is maintain constantly also thermometer is injected. Two of gas meter, one of pressure regulator and three of time measurement devices are installed in a combustion facility and fuelling facility with a magnet valve so it can observe and record combustion reactions.
Quantity of hot water that heated by boiler is recorded using a quantity measurement tank, and have been heated by the boiler have been to record and measure the amount and utilized the data acquired through measurement of all factors that are applied to acquire hot water in order to calculate the use rate of final energy. In conclusion, this researcher drew the economic strong points of the hot water generated by gas.
Keywords : Boiler, Economy, Energy source, Gas, Use rate
1. 서 론
경제성장으로 인하여 우리의 삶은 상당히 윤택하여 졌다. 이에 따라 생활방식 역시 선진화가 되었음을 알 수 있다. 아울러 우리의 소비문화 역시 급상승하고 있 으며, 우리가정에서 소비하고 있는 에너지 역시 예외가 될 수 없음을 실감하게 된다. 가정에서 소비하고 있는 에너지는 주로 전기와 가스인데, 소비정도를 보면 난·
냉방용이 가장 많으며, 다음은 가전제품의 운전과 전등
을 밝히는데 소비를 하고 있다. 한편 가사 중에 온수를 필요로 하는 경우가 많은데 온수는 상수도에 연결된 물에 열을 가해 얻는 방법으로, 열원으로 전기나 가스 를 이용하게 된다. 전기인 경우 에너지원인 석탄, 석유, 천연가스, 원자력등 발전시설을 통해 얻는 것으로 에너 지 변환공정이 추가되어야 하나 가스를 직접열원으로 쓸 경우 에너지 변환공정이 생략되므로 에너지 이용율 면에서 상당히 경제적일 수가 있는 것이다.
†이 논문은 2012년 인천대학교 자체연구비의 지원사업에 의한 것임.
†Corresponding Author: Seong-jung Kim, Safety Engineering, INCHEON UNIVERSITY, 119, Academiro-ro, Yeonsu-gu, Incheon, E-mail: seongkim@incheon.ac.kr
Received April 18, 2015; Revision Received June 19, 2015; Accepted June 20, 2015.
이 필요하다. 또한 「에너지이용합리화법」과 관련하여 효율관리기자재는 지식경제부 고시 「효율관리기자재 운용규정」에서 구체적으로 규정하고 있다. 이 고시는 전기냉장고 등 35개 품목에 대하여 최저소비효율 기준 설정방법과 등급부여 등에 관해 다루고 있으며 2010 년 1월부터 가정용 가스온수보일러가 효율관리기자재 에 등급표시 대상품목으로 포함됨에 따라 가스를 열원 으로 하여 온수를 얻어 사용하게 될 가정용 가스온수 가열기를 선정하여 에너지효율성에 대해 비교 연구함 으로 좀 더 에너지효율이 좋은 가스온수가열기를 추천 해 보고자 한다. 금번 과제는 온수보일러 2종을 선택하 여 온수를 얻어 소비하기 위해 적용되고 있는 모든 인 자들을 측정 또는 계산하고 최종 에너지 이용율을 계 산해 봄으로 가스온수가열기의 에너지효율성을 진단해 보고자 한다.
2. 연구대상 및 방법
2.1 연구대상본 연구는 온수를 공급하는 가스소비량 70 kW 이하 및 온수저장용량 300 L 이하의 가정용 가스온수가열 기(Boiler)의 에너지효율성을 연구하였다. 온수 공급방 식에는 보일러에서 주 열교환기 또는 온수용 열교환기 에 의하여 필요시에 가열하여 온수를 공급하는 순간식 방법과 온수저장탱크에 온수를 저장하여 필요할 때 즉 시 온수를 사용할 수 있도록 설계된 저탕식 방법이 있 다. 본 실험에서는 온수저장탱크 120 ℓ 와 280 ℓ를 가진 독일제 온수보일러(Rheem 제품으로 115S타입) 를 선정하여 실험하였으며, 얻어진 데이터는 컴퓨터에 입력하여 결과를 도출함으로 이해를 돕도록 하였다.
2.2 연구방법
본 연구는 효율성을 계산하기 위한 실험이라 완전히 동일하지는 않더라도 거의 유사한 환경에서 시험이 진 행되도록 하여야 한다.
[Fig. 1] Picture of experimental apparatus.
유사한 연구로는 가스온수보일러의 측정인자들로부 터 에너지 이용율에 영향을 끼치는 측정인자들 난방공 급수 및 배기가스 온도, 가스유량, 물 유량, 소비전력 특히 가정용 가스보일러의 효율시험을 진행함에 있어 가장 중요한 것은 실험실의 온도이다. 실험이 진행되는 동안 실험실의 온도편차가 ± 1 ℃를 넘지 않도록 유 지하면서 본 연구를 진행하였다. 또한 효율시험을 실시 한 후 얻어지는 결과값이 재현 가능한 값이어야 한다.
[Fig. 2]와 같이 실험장치를 설비하였으며, 중심에 온
수가열기(보일러)가 있으며 한쪽에는 1.0
들이 수
조탱크에 6 kW 전기히터가 설치되어 있다. 수조안의
물의 온도는 일정하게 유지하고 있으며 압력조절기를
통해 수압 역시 약 3 bar정도를 상시 유지하도록 되어
있다. 온수가열기(보일러)에는 온도계가 주입되어 있으
며 연소시설과 연료주입시설에는 2개의 가스계량기와
하나의 압력조정기 3개의 시간을 측정 할 수 있는 시
설로 되어있다. 다른 한편에는 수량 측정용 탱크가 있
어 보일러에서 가열한 온수량을 측정하여 기록 하도록
되어 있다. 배기가스의 성분을 측정하도록 되어 있으며
이렇게 해서 얻어진 모든 측정값은 컴퓨터에 보내 해
석하여 결과물을 도출하도록 하고 있다. 실험에 적용된
온수가열기는 최고 6 bar까지의 압력을 유지할 수 있
도록 밀폐되어 있으며 가스버너를 통하여 가열하도록
되어 있다.
[Fig. 2] Flow diagram of experimental apparatus.
가스버너를 통해 이루어지고 있는 화염은 보일러 중 앙내부에 연결되어 있는 와류나선형 통로를 흐르게 되 면서 양면에서 온수로 열전달이 되고 있다. 보일러의 크기는 원통형으로 외경이 500 mm이며 높이는 1,200 mm이다.
온도측정과 온도계산하는 과정을 기술해 보면,
℃ , ℃ ,
∆ ⇒ ℃
, ,
∆ ⇒
∆
∆
℃
℃
℃
온수 115ℓ를 가스가 연소된 시간을 측정해보니 3917s가 되었으며, 이때 온수의 온도는 70.6 ℃, 연소 전 물의 온도는 9.6 ℃였다. 이때의 실제로 측정된 가 열 시간(t)을 계산한다면 아래와 같다.
∙ ℃
℃
≙ ≈
이때의 열량을 계산하면 아래와 같다.
∙
· ∙
·
