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본 연구는 바닥복사난방시스템에서 PCM 위치에 따른 실내 및 바닥표면 온도변화를 Mock-up 실험을 통하여 확인한 것으로 체적 8.4 m3(W : 1.75 m, D : 2.00 m, H : 2.40 m)의 Mock-up실에서 융해온도 44℃인 RT44의 n-Paraffin PCM을 사용하여 PCM 삽입 위치(온수 배관 상부, 측면, 하부)에 따라 난방 1시간 가동 후 3시간 정지 후 온도변화를 측정하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 온수배관 상부에 PCM을 삽입한 결과 바닥표면온도는 25.4℃에서 26.8℃까지 PCM 적용실이 평균 1.0℃ PCM 높게 나타났다. 그리고 1 Cycle 당 최고점 온도와 최저점의 온도 비교 결과 일반실 대비 온도 최고점 평균 26.6℃에서 최저점 평균 25.9℃까지의 온도차는 0.7℃로 평균 0.6℃ 낮은 온도편차가 나타났다. (2) 온수배관 측면에 PCM 삽입결과 바닥표면온도는 24.6℃, 23.5℃로 PCM 적용실이 일반실보다 1℃정도 낮게 나타났다. 그러나 1 Cycle 당 최고점 온도와 최저점의 온도 비교 결과 일반실 대비 최고점 평균 23.5℃에서 최저점 평균 22.1℃까지의 온도차는 1.3℃로 나타나 PCM 적용실이 0.2℃낮은 온도편차가 나타났다. (3) 온수배관 하부에 PCM 삽입결과 바닥표면온도는 24.5℃에서 26.2℃까지 PCM이 적용된 실이 0.3℃에서 0.5℃ 높게 나타났다. 또한, 1 Cycle 당 최고점 온도와 최저점의 온도 비교 결과 PCM 적용실이 최고점 온도 평균 26.2℃에서 최저점 온도 평균 24.9℃까지의 온도차는 1.3℃로 일반실 대비 더 낮은 온도편차가 나타났다. (4) 바닥복사난방시스템에서 난방 시 PCM 온도는 온수배관 상부(평균 29.9℃)와 하부(평균 28.6℃)에 위치할 때 가장 높게 나타났고 온수배관 측면(평균 23.9℃) 삽입 시에 가장 낮게 나타나고 있었다. (5) PCM 삽입 위치별 온도상승률 분석결과 온수배관 주위 삽입 위치 하부-측면-상부에서 하부에 PCM을 삽입하였을 시 온도가 가장 높게 나타났다. 특히, 하부삽입 시 표면온도와 실내온도 모두 일반실 대비 높게 나타났으며, 난방가동 1 Cycle 당 최고점 온도와 최저점의 온도차 또한 적게 나타나 난방가동이 정지하여도 온도저하가 크게 나타나지 않고 있었다. 따라서, 본 연구결과에서는 바닥복사난방시스템의 PCM 삽입 위치는 온수배관 하부에 삽입하는 것이 유리한 것임을 확인하였다.
The floor structure of the floor radiant heating system of most apartment houses in Korea adopts the standard floor structure advised by the Ministry of Land, Infrastructure, and Transport in order to resolve the noise dispute between floors. In such a floor structure, when the supply of hot water is stopped when the heat storage part of the mortar is shortened during intermittent heating, the surface temperature drops rapidly and it is difficult to expect a continuity in the temperature level. In order to resolve this problem, PCM with excellent heat storage performance was added to the floor radiant heating system. In addition, an optimal PCM insertion location was proposed in order to show more efficient heat storage performance. Two mock-up laboratories have been established to compare the heat storage performance of a standard floor radiant heating system and a PCM applied floor radiant heating system. The PCM was inserted at the top, side, and bottom of the hot water pipe and the temperature change was measured through the introduction of a heating schedule. The experiment confirmed that when the PCM was inserted at the bottom of the hot water pipe, the rising rate and persistence of the floor surface temperature and indoor temperature were higher than that of the general room, making it advantageous to insert the PCM at the bottom.
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Phase change material, Radiant floor heating system, Thermal storage performance
