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복사냉방 모니터링 후기
안녕하세요. 6월 14일일부터 7월 14일 한달간 복사냉방 모니터링 결과를 공유 드립니다.
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 지역 | 강원특별자치도 원주시 |
| 연면적 | 192.90㎡ / 2층 (다락 포함 시 약 300㎡) |
| 체적 | 767.2m³ (다락 포함, 정확하지 않을 수 있음.....) |
| 환기 횟수 | 0.509회/h |
| 급기량 | 262m³/h |
| 회기량 | 251m³/h |
| 실내 목표 온도 설정 | 24.5~25.5°C (25.5°C 에 도달하면 냉방 시작) 참고: 24.5~25°C로 설정했던 시점도 섞여 있음…;; |
| 실내 목표 습도 설정 | 53~58% (58% 에 도달하면 제습 시작) |
| 비고 | 테스트를 위해 히트펌프 급탕은 강제 OFF |
| 최종 기밀 테스트 결과 | 가감압 0.15회/h (@50Pa) |
| 구조 | 철근콘크리트조 (벽면 전체 미장) |
| 거주자 | 성인 2명 |
| 태양광 | 6kW |
| 인증 | 3.2L |
에너지 사용량
많은 분들이 궁금해하시는 에너지 사용량입니다. 왼쪽이 제습용 히트펌프의 한달 동안의 전력 소비량, 오른쪽이 냉방용 히트펌프의 한달 동안의 전력 소비량입니다.
- 제습용 히트펌프: 174kWh
- 냉방용 히트펌프: 124kWh
- 합계: 298kWh
실내 온도 변화
- 실내온도는 24~25.5°C 사이로 적절하게 유지되었습니다. 외기온도는 아직까지는 폭염이라고 부를 만한 수준은 아니었던거 같아요. 특히 6월 하순 부터 장마가 시작되어 오히려 평균 온도가 내려갔습니다.
- 빨간선이 30°C 노란선이 27°C 입니다.
실내 습도 및 불쾌지수 변화
실내 습도는 설정값인 53~58%를 잘 유지합니다. ㅎㅎ 장마가 시작된 6월 하순부터 실외 상대습도는 급격히 증가합니다. 무서운 장마 ㄷㄷ...
- 온습도를 사용하여 불쾌지수를 계산해봤습니다. (불쾌지수 계산 공식은 요걸 사용함) 불쾌지수 공식이 좀 타이트하네요. 22.5도에 43%정도 돼야 불쾌지수 수치가 68로 계산되어 “전원 쾌적”이라는 결과가 나오는데 실제로 이렇게 설정하면 춥습니다.
- 여튼 이렇게 집에 복냉이가 있으면 불쾌하지 않아 화낼일이 줄어듭니다 ㅎㅎ
제습
제습은 환기장치의 급기(Supply Air - 환기장치에서 열교환 후)로 들어온 공기를 과냉각(Supercooled)시켜 공기 중 수증기를 응결시켜 배출하고 순환수를 사용하여 재가열(Reheated)시켜 실내로 공급합니다. 과냉각 목표 온도는 실내 이슬점 온도에 따라 로직에서 가변적으로 조절되는데 너무 낮아지지 않게 현재는 7도 이하로 떨어지지 않게 설정되어 있습니다.
제습에서 주목할 만한 부분은 제습용 히트펌프의 잦은 ON/OFF 입니다. 보라색 점선으로 표시된 부분이 제습이 가동된 구간을 보여주는데 꺼졌다 켜졌다 반복되다 보니 그래프가 정신없습니다 ㅎㅎ
조금 더 확대해보았습니다. 환기장치의 일반 모드 기준 2시간이 지나면 습도가 기준치 이상(상대 습도 6% 증가)으로 증가하여 제습이 시작되는 것을 관찰할 수 있었습니다. 실내에 사람이 없을 땐 환기장치의 외출 모드를 사용하여 풍량을 줄이고 제습용 히트펌프를 끄는 대신 최저부하로 동작시키는 로직이 적용되면 에너지 효율을 조금 더 높일 수 있을 것으로 기대합니다.
요렇게 제습 가동 초기에 소비되는 전력이 크거든요
냉방
냉방은 생각보다는 많이 가동되지 않았네요. 보라색 점선 부분이 냉방이 가동된 시점인데 외부 블라인드를 적극적으로 활용하지 않았음에도 불구하고 장마철이라 그런지, 아니면 이미 구조체에 축열이 넉넉하게 되어 그런지 냉방수는 간간히 순환되었습니다.
그래프를 조금 더 확대해보면 순환수의 온도가 이슬점 이하가 되지 않도록 잘(?) 제어 되는걸 확인할 수 있습니다. 냉방용 히트펌프의 출력은 순환수의 온도에 따라 변하는데, 순환수의 온도 범위는 항상 이슬점보다 높은 값이 되도록 제어하고 있거든요. 실내온도 25도에서 24.5도로 0.5도 낮추는데 8시간 정도 걸렸네요. 고작 0.5도라고 생각할 수 있지만 바닥은 꽤나 차갑습니다 ㅎㅎ (이때는 24.5~25도로 온도 범위가 설정되어 있었습니다)
히트펌프의 출력이 내려가는데 오히려 전력 소모량은 증가하는 좀 흥미로운 그래프 변화를 발견했는데 이 부분은 좀 더 살펴봐야겠습니다. 냉방은 빨간색인 냉매 온도를 기준으로 히트펌프의 출력을 비례제어 하고 있거든요. (전력 소비량이 증가하여 냉매온도가 내려간건 맞는데 히트펌프 출력이 줄어들다니…?)
(외기 온도 그래프까지 포함한 차트, 예상외로 외기 온도 변화는 거의 없네요;;)
실내 공기질
사실 데이터가 무의미합니다. 미세먼지와 초미세먼지는 1을 넘기지 않고, 이산화탄소 농도도 특별히 손님이 많이 오지 않는 이상 이정도 수준입니다.
결론
다락까지 포함하면 90평에 육박하는 집 전체의 항온항습을 유지하는데 필요한 에너지가 300kWh 남짓..!
복사냉방은 사랑입니다.
오늘이 초복이니 다음 한달 동안의 데이터도 잘 수집해서 공유 드리겠습니다.
(추가)
아래는 6월 19일~ 현재까지 한전 파워플래너 기준 데이터인데, 이번달은 장마로 발전량이 반토막났네요 ㅜ.ㅠ 흑흑..
지금 로직은 목표 과냉각 온도와 실측한 과냉각 온도차 기반으로 PI제어를 하고 있는데.. 과냉각 온도에 제한을 두기 용이해서 그런게 아닐까라는 생각을 해봤습니다. 판형 열교환기가 얼어버릴수도 있어서… 자세한건 전문가인 정대표님께 토스합니다
근데 아마 실내 습도 기준으로 PI제어를 해도 환기장치 풍량이 그대로라면 (실외가 습하면) 실내 습도가 금방 올라 히트펌프가 다시 재가동 될 것 같아요. 여러가지 조건에 따라 히트펌프의 출력을 가장 약하게 유지하거나 “외출” 모드를 사용하여 능동적으로 풍량을 제어한다던지 그런 방안을 준비중입니다!
아아… 맞다 COP가 달라져서 그렇군요! 이거 외기온도랑 같이 봐야겠는데요 ㅋㅋ
내집마렵다님 말씀대로 실외기의 로직이 컨트롤러의 로직보다 우선되기에 외기온도에 따라 소비전력이 늘어나게 됩니다.
물리쟁이님 만약 실내습부하가 항상 동일하게 발생한다면 과냉각 목표온도를 그에 맞춰 일정 습도가 유지되도록 제어할 수 있습니다. 하지만 실내습부하 발생이 불규칙하고 외기온도라는 변수에 따라 히트펌프의 출력이 달라집니다. 거기에 더해서 냉매 온도가 출력에 따라 변화하기까지의 시간이 외기온도와 잠열부하에 따라 달라지기에 PID제어가 어렵습니다. ㅠㅠ
예를 들어 외기온도가 급격히 떨어지면 히트펌프의 효율이 올라가면서 오버슈팅 구간이 생기고 그 때 과냉각되면서 증발기가 얼 수 있습니다. 이런 이유로 아침님이 말씀하신 것처럼 과냉각 온도제한을 두기 위해 핀코일에는 PI제어를 적용하고 Gas to Water인 판형열교환기는 매체의 열용량이 높고 유량이 일정해 입출수 온도차를 이용해 출력을 제어하였습니다.
아침님 해당 부분을 개선하고자 제조사와 이야기 중에 있습니다만.... 답변을 안주네요 ㅠㅠ
구글 검색하다 보니 포화소금용액을 이용하면 75% 습도를 인위적으로 만들어 낼 수 있고 이걸로 습도계 보정이 가능하다고 하네요. 넓은 온도범위(섭씨 0~50도)에서 습도 변화가 거의 없다고 합니다. 0~15도에서 76%(정확히는 온도에 따라 75.5~75.7%), 20~40도에서 75%(온도에 따라 75.5~74.7%), 50도에서 74%
https://quasarzone.com/bbs/qb_tip/views/50261
https://www.engineeringtoolbox.com/salt-humidity-d_1887.html
제조사로부터 제조 초기 물건의 센서 문제인 것으로 답변을 받았습니다.
씨리얼번호가 다른 제품으로 교체해보니 해당 문제가 해결되어 걱정하지 않으셔도 괜찮습니다.