심의 : 단체표준심사위원회 성 명 근무처 직 위 ( 위원장 ) 정 태 용 국민대학교 교 수 ( 위 원 ) 김 상 명 한국건설환경시험연구원 본 부 장 김 욱 중 한국기계연구원 책임연구원 남 기 환 귀뚜라미 수석연구원 박 인 석 한국에너지기술연구원 전 문 위 원 백 재 호

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혜수 위
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1 SPSPSPSP SPSPSPS SPSPSP SPSPS SPSP SPS SPS-B KEAA SPS 삼중열병합발전시스템의성능계산방법 SPS-B KEAA :2017 한국에너지기기산업진흥회 2018 년 3 월 14 일제정

2 심의 : 단체표준심사위원회 성 명 근무처 직 위 ( 위원장 ) 정 태 용 국민대학교 교 수 ( 위 원 ) 김 상 명 한국건설환경시험연구원 본 부 장 김 욱 중 한국기계연구원 책임연구원 남 기 환 귀뚜라미 수석연구원 박 인 석 한국에너지기술연구원 전 문 위 원 백 재 호 린나이코리아 이 사 서 원 준 파세코 이 사 손 학 식 용인송담대학교 교 수 유 지 석 대성쎌틱에너시스 이 사 이 성 호 SK매직 부 장 이 용 주 한국소비자원 선임연구위원 ( 간 사 ) 박원식 한국에너지기기산업진흥회 팀 장 원안작성자 : 한국에너지기기산업진흥회 성 명 근무처 직 위 ( 연구책임자 ) 김 성 민 한국에너지기기산업진흥회표준개발실 상 무 ( 참여연구원 ) 박 원 식 한국에너지기기산업진흥회표준개발실 팀 장 오 석 호 한국에너지기기산업진흥회표준개발실 과 장 김 효 엽 한국에너지기기산업진흥회표준개발실 주 임 김 지 수 한국에너지기기산업진흥회표준개발실 연 구 원 표준열람 : 단체표준종합정보센터 ( 한국에너지기기산업진흥회 ( 제정자 : 한국에너지기기산업진흥회장 제 심 정 :2018 년 3 월 14 일 의 : 단체표준심사위원회 원안작성자 : 한국에너지기기산업진흥회 이표준에대한의견또는질문은한국에너지기기산업진흥회웹사이트또는표준개 발실 ( ) 을이용하여주십시오. 이표준은산업표준화법시행규칙제 19 조의규정에따라매 3 년마다단체표준심사위 원회에서심의되어확인, 개정또는폐지됩니다.

3 목 차 머리말... ii 1 적용범위 인용표준 용어와정의 시험조건 일반사항 설치조건 시험가스 정격전압및정격주파수 시험방법 일반요구사항 가스소비량시험 소비전력시험 전기성능시험 열성능시험 냉방성능시험... 8 부속서 A ( 참고 ) 삼중열병합발전시스템의개요 부속서 B ( 참고 ) 열병합발전과효율 B.1 열병합발전의효율 부속서 C ( 참고 ) 삼중열병합발전시스템의에너지식 참고문헌 SPS-B KEAA :2018 해설 i-

4 머리말 이표준은사단법인한국에너지기기산업진흥회에서원안을갖추고산업표준화법시행규칙제 19 조및단체표준지원및촉진운영요령에따라단체표준심의회의심의를거쳐제정한단체표준이다. -ii-

5 KEAA 단체표준 SPS-B KEAA :2018 삼중열병합발전시스템의 에너지성능계산방법 The calculation method of energy performance for tri-cogeneration system 1 적용범위 이표준은액화석유가스또는도시가스 ( 이하, 가스 라고한다.) 용내연가스엔진을사용하여건물에필요한발전용량이 50 kw 이하인열병합발전기와열병합발전기가동시발생한배기열, 또는중온수를가열원으로냉방능력이 310 kw 이하의흡수식냉동기로구성된삼중열병합발전시스템 ( 이하, 시스템 이라한다.) 의에너지성능계산방법에대하여규정한다. 비고액화석유가스란 KS M 2150 에규정된것을말하며, 도시가스란 KS B 8101 에의한가스를말한다. 2 인용표준 다음의인용표준은전체또는부분적으로이표준의적용을위해필수적이다. 발행연도가표기된인용표준은인용된판만을적용한다. 발행연도가표기되지않은인용표준은최신판 ( 모든추록을포함 ) 을적용한다. KS B 8101, 가스연소기기의시험방법 KS C IEC , 가정용및이와유사한전기기기의안전성 제 부 : 전기접속기를가지는가스, 오일및고체연료연소기기의개별요구사항 KS M 2150, 액화석유가스 (LPG) 3 용어와정의 이표준의목적을위하여다음의용어와정의를적용한다. 3.1 열병합발전기 (CHP, combined heat and power generator) 전기와열을동시에생산하는발전기 3.2 흡수식냉동기 (absorption chiller) 가열원을재생기또는고온재생기에공급하여흡수냉동사이클을구성하고, 냉수를공급하는기기 1

6 3.3 삼중열병합발전시스템 (CCHP, combined cooling, heat and power generation system) 냉방, 전기와열을동시에생산하는시스템 비고이표준에서는열병합발전기와흡수식냉동기로구성된시스템을나타낸다. 3.4 냉방능력 (cooling capacity) 흡수식냉동기를냉방운전하였을때실내공기에서단위시간당제거할수있는열량 (kw) 3.5 냉방열원소비량 (cooling heat source consumption) 흡수식냉동기를냉방운전할때시스템에서소비되는열소비량의합계 (kw) 3.6 온수저장탱크 (hot water storage tank) 온수를저장하기위해사용되는탱크 3.7 표시정격난방출력 (nominal rated heat output) NRHO 제조자에의해명시된, 연속 24 시간에걸쳐계속유지될수있는열병합발전기의정격열출력 (kw) 3.8 내연기관 (internal combustion engine) 연료의연소가엔진의연소실안에서직접이루어지는엔진 3.9 가스엔진 (gas engine) 연료로써가연성가스를사용하는엔진 3.10 발열량 (calorific value) 기준조건에서단위량의연료가완전연소하였을때에방출하는열량으로총발열량과진발열량으로구분 3.11 총발열량 (gross calorific value) 기준조건에서단위량의연료가완전연소하였을때연소가스중에생긴수증기의잠열을포함하는발열량 3.12 진발열량 (net calorific value) 기준조건에서단위량의연료가완전연소하였을때연소가스중에생긴수증기의잠열을포함하지않는발열량 3.13 기준조건 (reference conditions) 온도 15, 대기압 kpa 2

7 3.14 열정격출력 (rated heat output) 제조자가표시하는값으로열병합발전유닛에서발생되는열출력 (kw) SPS-B KEAA : 전기정격출력 (rated electric output) 제조자가표시하는값으로주어진정격조건하에서발전기에서발생되는전기출력 (kw) 3.16 공급전기출력 (delivered electric output) 열병합발전시스템에서전기계통선에공급되는전기출력 (kw) 비고공급전기출력은전기정격출력에서소비전력을뺀값이다 소비전력 (power consumption) 열병합발전기를구동하기위하여소비되는평균전력 (kw) 비고열병합발전기가소비하는총전력을말한다 전기효율 (electrical efficiency) 입력에너지에대한전기출력의비 비고입력에너지란정격조건에서사용되는가스소비량을말한다 열효율 (thermal efficiency) 가스소비량에대한열출력의비 3.20 종합효율 (overall efficiency) 열병합발전을표시가스소비량에서운전함에따라얻을수있는열효율, 냉방성능효율및전기효율을더하여산출한값 4 시험조건 4.1 일반사항 시험조건은 KS B 8101, 3 절에서규정하는시험조건에따른다. 시스템의성능을시험할때에는별도의특별한규정이없을경우, 모든시험에사용하는측정장비의불확도는표 1 에따른다. 3

8 표 1 측정장비의불확도 시간 온도 구분 불확도 대기압 ±0.5 kpa 가스압력 ±0.2 kpa 유량 ±1 % 가스소비량 ±1 % 1시간미만 ±0.2 s 1시간이상 ±0.1 % 소비전력 ±2 % 주위온도 ±1 K 물온도 ±2 K 배출가스온도 ±5 K 가스온도 ±0.5 K 표면온도 ±5 K 가스발열량 ±3 % 전류 ±1 % 전압 ±1 % 전기출력 ±2 % 4.2 설치조건 시스템형태로제조자가지정하는설치방법에따른다. 4.3 시험가스 시험가스의조건은 KS B 8101, 4 절에서규정하는시험가스의조건에따른다. 4.4 정격전압및정격주파수 시스템의정격전압은단상교류 220 V 또는삼상교류 220 V, 380 V 로서, 정격주파수는 60 Hz 이어야한다. 5 시험방법 5.1 일반요구사항 건물에사용되는전기, 난방, 온수, 냉방에너지를고려할때시스템의가동조건은다양하게변할수있다. 시스템의에너지성능을구하기위하여다양한부분부하조건과사용조건에대하여기본적으로다음에기술한가동조건등에따른다. a) 시험은미리설정된조건에서수행되어야한다. b) 난방출력은가정의난방사용열량으로온수출력은온수사용열량으로한다. c) 시스템은건물에서필요한전기, 난방공급과온수, 냉방을위하여가동되어야한다. 예를들면이것은전기, 난방또는온수, 냉방에대한수요가있을때에만가동되며열은버려져서는안된다. 4

9 d) 시스템의용량은건물의크기, 구조에적합하여야한다. 만일용량이적은경우라면난방과온수, 냉방의부족한부분은다른이차적인난방시스템 ( 예를들어, 가스보일러 ) 에의하여공급되는것으로가정한다. 시스템의구성은열병합발전기 (CHP), 폐열회수시스템, 백업보일러, 흡수식냉동기와열교환기로구성된다. 시스템의구성은그림 1 과같다. 전기 폐열 전기 발전된전기 펌프및팬전기 가스 발전유닛 열회수시스템 흡수식냉동기 냉방 건물 열량 가스 보일러 열교환기 난방 그림 1 삼중열병합발전시스템구성 ( 보기 ) 5.2 가스소비량시험 a) 시스템의사용연료에따라 KS B 8101 에서규정하는시험가스조건프로판또는천연가스로한다. b) 시스템을측정장치에연결하고시험은시스템의작동이안정된상태에서 KS B 8101, 7 절에따른다 5.3 소비전력시험 시스템을측정장치에연결하고시험은시스템의작동이안정된상태에서 KS C IEC 의소비전력시험에따른다. 5.4 전기성능시험 전기출력시험 전기출력은송전단전기출력으로 3회측정하여그평균값으로구하며식 (1) 에따른다. P P P e out aux (1) Pe Pout Paux : 시스템의전기출력 (kw) : 발전단전기출력 (kw) : 시스템의운전에사용된전력 (kw) 전기효율시험 전기효율은식 (2) 에따른다. 5

10 η e Pe 100 (2) Q c ηe : 시스템의전기효율 (%) Pe : 시스템의전기출력 (kw)qc : 가스소비량 (kw) 5.5 열성능시험 열출력시험 a) 시스템의사용연료에따라 KS B 8101 에서규정하는시험가스조건프로판또는천연가스로한다. b) 온수조건은그림 2 또는이와동등한장치로하여표시가스소비량의사용상태로하고, 급수조건은 (10±2) 로하고, 온수공급온도를 (60±2) 로조절 ( 다만, 시스템설계상이온도에도달하지않는경우는제조자가표시하는최고온수온도조건으로한다.) 하며, 온수환수온도는온수공급온도와의차이가 (20±1) K 가되도록조절한다. 다만, 시스템의설계가 20 K 의온도차를유지하여정확하게작동하지않는경우, 제조자가명시한온도차에따른다. 측정된값들은식 (3) 에따라 3회측정하고, 그평균값으로열출력을계산한다. Q m& C ΔT (3) H Q H : 열출력 (kw) m& : 물유량 (kg/h) V CV : 물의비열, kwh/kg T : 온수공급온도 (TOUT) 와환수온도 (TIN) 의차 ( ) 열효율시험 시스템의열효율계산은식 (4) 에따른다. QH 100 h (4) Q c h : 열효율 (%) Q H : 열출력 (kw) Q c : 가스소비량 (kw) 6

11 식별부호 1 케이스에서에너지손실 2 배출가스를통한에너지손실 3 펌프 4 버퍼용기 5 바이패스제어밸브 6 열병합발전기 7 파워미터 8 가스미터 9 총출력된전기에너지 10 총입력된전기에너지 11 열병합발전기에서소비된가스량 12 열교환기 13 유량센서 14 제어밸브 15 쿨링밸브 16 물주입구 17 배수 T1 온도측정장치 ( 온수환수 ) T2 온도측정장치 ( 온수공급 ) 그림 2 열성능시험설비 ( 보기 ) 7

12 5.6 냉방성능시험 시험조건 시험조건은다음에따른다. 표준정격조건은표 2에따른다. 표 2 표준정격조건 이용측 방열측 냉 ( 온 ) 수 냉각수 입구온도 출구온도 입구온도 출구온도 냉동능력 가열능력 오염계수 m 2 K/W m 2 K/W 또한, 시험조건은별도의지정이없는한다음에나타내는조건으로한다. a) 전원정격주파수, 정격전압 ( 공차는각각의정격의 ±2 % 로한다.) b) 냉수출구온도 (7±0.5), 정격유량값의 ±5 % c) 냉각수입구온도 (32±0.5), 정격유량값의 ±5 % 냉방능력 흡수식냉동기의냉방능력의산출은식 (5) 와같이한다. Q 1/3.6 W C Y t t (5) c c c c c1 c2 Qc : 냉방능력 (kw) Wc : 냉수유량 (m 3 /h) Cc : 냉수의비열 (kj/kg ) Yc : 냉수의밀도 (kg/l) tc1 : 냉수입구온도 ( ) tc2 : 냉수출구온도 ( ) 중온수소비량 흡수식냉동기의가열용온수의소비열량은식 (6) 과같다. Q 1/3.6 W C Y t t (6) i k k k k1 k2 Qi : 온수소비열량 (kw) Wk : 가열용온수유량 (m 3 /h) Ck : 가열용온수의비열 (kj/kg ) Yk : 가열용온수의밀도 (kg/l) tk1 : 가열용온수의입구온도 ( ) tk2 : 가열용온수의출구온도 ( ) 8

13 5.6.4 냉방성능효율 냉방성능효율은식 (7) 과같이산출된냉방능력 (kw) 대소비열량 (kw) 의비로산출한다. Qc η c 100 (7) Q i c : 냉방성능효율 (%) Qc : 냉방능력 (kw) Qi : 온수소비열량 (kw) 만일, 추가적인보일러열원을이용한냉방성능효율은식 (8) 과같다. Qc η 100 c Q Q (8) H R 냉방능력 = ( 보일러가스소비량 가스의총발열량 보일러효율 ) + 폐열회수열량 c : 냉방성능효율 (%) Q H: 열출력 (kw) Q R: 폐열회수열량 (kw) 종합효율시험 종합효율은전기효율과열효율, 냉방성능효율의합으로식 (9) 에따른다. η η η η (9) total e h c total : 종합효율 (%) e : 전기효율 (%) h : 열효율 (%) c : 냉방성능효율 (%) 9

부속서 A ( 참고 ) 삼중열병합발전시스템의개요 건물의난방에서열병합발전기는 1 차난방및온수열원으로사용되며난방과온수에모자라는열량을보완하는보조보일러는열병합발전기의난방수요와온수수요가부족할때사용된다. 열병합발전기와보일러의열사용형태는전기와열의사용형태에따라달라진다. 열병합발전기와보일러의열비율은제품의취급설명서에제시된전기출력과열출력등을고려하여구할수있다.

14 부속서 A ( 참고 ) 삼중열병합발전시스템의개요 건물의난방에서열병합발전기는 1 차난방및온수열원으로사용되며난방과온수에모자라는열량을보완하는보조보일러는열병합발전기의난방수요와온수수요가부족할때사용된다. 열병합발전기와보일러의열사용형태는전기와열의사용형태에따라달라진다. 열병합발전기와보일러의열비율은제품의취급설명서에제시된전기출력과열출력등을고려하여구할수있다. 또한, 가스엔진등을이용한열병합발전에서버려지는폐열 ( 엔진냉각수및배출가스 ) 을효과적으로회수하여, 이를이용하기위한방안으로흡수식냉동기 ( 온수기 ) 를이용하여전기와열 ( 냉방및난방 / 온수 ) 을공급하는기술을삼중열병합발전시스템이라고한다. 전력 전력 자가열병합발전설비 보조열원 열교환기 냉동기 냉방 난방 급탕 그림 A.1 열병합발전기와흡수식냉동기의구성 ( 보기 ) 10

15 부속서 B ( 참고 ) 열병합발전과효율 효율은입력과출력의비로표시된다. 열병합발전의경우아래그림 B.1 에표시되는각단계의출력에의해서다음각종효율이정해진다. B.1 열병합발전의효율 발전효율은열병합발전시스템을발전기로본경우의효율로그성능을표시하는기본적인효율로서중요하다. 열회수효율은열병합발전시스템을열발생장치로간주한경우의효율로그특색인배열회수성능을표시하는효율이다. 종합효율은열병합발전시스템이발생하는전력과열을종합적으로평가하기위한효율이다. 이용효율은열병합발전시스템에의해발생한전력이나열이생산시설이나건물을포함한종합시스템으로서유효하게이용되었는가를표시하는효율이다. 발전효율 : 발전전력 (B) / 소비연료 (A) 열회수효율 : 회수열 (C) / 소비연료 (A) 종합효율 :[ 발전전력 (B) + 회수열 (C)] / 소비연료 (A) 이용효율 :[ 이용전력 (F) + 이용열 (G)] / 소비연료 (A) 1 차에너지 2 차에너지 용도 발전기 전력 ㆍ업무용 ( 건물 ) ㆍ산업용 ( 공장 ) LNG 경유 LPG 중유 엔진 / 가스터빈 온수 ㆍ급탕ㆍ냉방 / 난방 폐열보일러 열 증기 ㆍ냉방 / 난방ㆍ건조ㆍ산업체공정용 그림 B.1 열병합발전의효율 11

16 부속서 C ( 참고 ) 삼중열병합발전시스템의에너지식 본표준에서적용된삼중열병합발전시스템은열병합발전기 (CHP), 폐열회수시스템, 보조보일러, 흡수식냉동기와열교환기로구성하는것으로가정하였다. 폐열 발전유닛 열회수시스템 흡수식냉동기 건물 보일러 열교환기 그림 C.1 삼중열병합발전시스템구성전기에대한에너지식은식 (C.1) 과같다. E E E E E (C.1) grid pgu building p demand Egrid : 그리드전기 (kw) Epgu : 열병합발전기에서발전된전기 (kw) Edemand : 전체전기수요량 (kw) Ebuilding : 건물전기소비량 (kw) Ep : 펌프와팬의전기소비량 (kw) 열병합발전기가스소비량은식 (C.2) 와같다. F pgu E η pgu e (C.2) Fpgu : 열병합발전기가스소비량 (kw) Epgu : 열병합발전기에서발전된전기 (kw) ηe : 열병합발전기전기효율 (%) 폐열회수시스템에서회수한열량은식 (C.3) 과같다. E pgu Q η 1 η r rec e η e (C.3) Qr : 폐열회수시스템회수열량 (kw) 12

17 Epgu : 열병합발전기에서발전된전기 (kw) SPS-B KEAA :2018 ηe : 열병합발전기전기효율 (%) ηrec : 폐열회수시스템효율 (%) 흡수식냉동기와열교환기에전달된열량은식 (C.4) 와같다. Q Q Q Q r b ch hc (C.4) Qr : 폐열회수시스템회수열량 (kw) Qb : 보일러에서공급된추가열량 (kw) Qch : 냉방을위하여흡수식냉동기에공급된열량 (kw) Qhc : 난방을위하여열교환기에공급된열량 (kw) 흡수식냉동기에필요한열량과열교환기에필요한열량은식 (C.5), 식 (C.6) 과같다. Qc Q ch (C.5) COP Q hc Q η h h ch Qch : 냉방을위하여흡수식냉동기에공급된열량 (kw) Qc : 건물에필요한냉방열량 (kw) COPch : 흡수식냉동기의성능계수 Qhc : 난방을위하여열교환기에공급된열량 (kw) Qh : 건물에필요한난방열량 (kw) ηh : 열교환기의효율 (%) 흡수식냉동기에필요한열량을폐열회수시스템으로부족한경우, 부족한열량을공급하기위한보조보일러가스소비량은식 (C.7) 과같다. Q Q Q Q b ch hc r F b (C.7) η η b b Fb : 보일러의가스소비량 (kw) Qb : 보일러에서공급된추가열량 (kw) ηb : 보일러효율 (%) Qch : 냉방을위하여흡수식냉동기에공급된열량 (kw) Qhc : 난방을위하여열교환기에공급된열량 (kw) Qr : 폐열회수시스템열량 (kw) 건물에필요한전체가스소비량은식 (C.8) 과같다 F F F (C.8) pgu b Fpgu : 열병합발전기가스소비량 (kw) Fb : 보일러의가스소비량 (kw) (C.6) 13

18 참고문헌 [1] KS B 6271, 흡수식냉동기 [2] KS B 8052, 가스히트펌프 비덕트형냉 난방기기 정격성능및운전성능시험 [3] KS B 8053, 가스히트펌프 덕트형냉 난방기기 정격성능및운전성능시험 [4] KS B 8913, 건물용내연가스엔진열병합발전유닛 성능시험방법 [5] SPS-KEAA , 발전기내장가스히트펌프 14

19 해설 SPS-B KEAA :2018 이해설은본체에규정한사항, 부속서 ( 참고 ) 에기재한사항및이들과관련된사항을설명하는것으로표준의일부는아니다. 1 개요 1.1 제정의취지 최근들어국내에서는난방을위하여보일러등의난방기기를사용하거나냉방을위하여에어컨등의냉방기기를단독사용하기보다는각열원의에너지를보다효율적으로사용하기위하여열원이나기기특성이다른기기의연계사용으로에너지성능향상에기여하고있다. 50 kw 이하의발전출력을하는열병합발전기를흔히 micro CHP 라고하며, 가정이나일반건물에서사용하기에충분한적은용량의전기와열을동시에발생하는기기를말한다. 본표준은가스를연료로하는가스엔진 micro CHP 와이때발생하는배기열이나온수를이용및흡수식냉동기와연계하여건물에필요한냉방, 난방과온수, 전기를사용하기위하여다른부속품과같이구성된삼중열병합발전시스템 (CCHP) 에적용하기위하여개발한표준이며, KS B 6271( 흡수식냉동기 ), KS B 8101( 가스연소기기의시험방법 ), KS B 8913( 건물용내연가스엔진열병합발전유닛 성능시험방법 ) 등을참고하였다. 이표준은일반가정건물에서삼중열병합발전시스템을사용하였을때에너지성능을구하는방법이다. 이표준을사용하기위해서는조절되는조건에서구한시험기관이나제조업체의시험데이터가필요할수도있다. 1.2 제정시이해관계자의견의반영 여러이해관계자로부터 SPS-B KEAA 에대한검토의견을수렴하여반영된내용은다음과같다. 2 인용표준 추가 : KS C IEC , 가정용및이와유사한전기기기의안전성 제 부 : 전기접속기를가지는가스, 오일및고체연료연소기기의개별요구사항 3 용어와정의 용어통일 : 3.1 열병합발전기 (combined heat and power generator) 15

20 1.3 제정시참고한주요항목별표준현황 구분 세부항목 참조표준 3 용어와정의 - KS B 8913 KS B 시험조건 - KS B 시험방법가스소비량 KS B 8913 소비전력 전기성능 열성능시험 냉방성능시험 KS B

21 SPSPSPS SPSPSP SPSPS SPSP SPS SPSP SPSPS SPSPSP SPSPSPS The calculation method of energy performance for tri-cogeneration system

KSKSKSKS

KSKSKSKS SPSPSPSP SPSPSPS SPSPSP SPSPS SPSP SPS SPS-KEAA 18-3- 7166 SPS 가정용순환펌프 제 3 부 : 500 W 이하 제품일체형순환펌프에대한에너지 효율지수 (EEI) 의계산절차 SPS-KEAA 18-3-7166:2016 한국에너지기기산업진흥회 2016 년 10 월 11 일제정 심의 : 표준화심사위원회 성 명 근무처 직