A Simulation for the Stratified Thermal Storage System in Residential Solar Energy Application

주거용 태양열 성층축열시스템의 시뮬레이션

The benefits of thermal stratification in sensible heat storage systems has been considered and studying by several investigators. In this paper, the basic data which is hard to obtain normally through the experiment were obtainable through the computer simulation. The major objectives of the study were to assess the benefits of stratified storage in residential solar water heating application and to suggest the optimum design parameters. From the computer simulation, following results were obtained. 1. The solar load fraction increases with increasing the number of tank segments. In these simulation, the magnitude of the improvement was about 10%. 2. The solar load fraction increases when the ratio of diameter to height of the tank(H/D) increases to 3, but H/D exceed 3 then, the solar load fraction decreases. In these simulation, the magnitude of the improvement was about 3%. 3. Increasing the collector flow rate slightly improved the performance of the mixed storage system(Node=1). But, for the stratified storage system(Node=N), the solar load fraction increases with decreasing flow rate until the point is reached at which the collector outlet temperature reaches the boiloff limit of $100^{\circ}C$ over some portion of the simulation period.

본 연구의 목적은 주거용 태양열 온수이용에 있어서 성층저장의 잠점을 평가하고 최적의 설계변수를 제시하되 실험이 아닌 시뮬레이션을 통한다는 것이다. 그 결과는 다음과 같으며 실험의 결과들과 잘 일치함을 보였다. 1. 탱크의 성층분활이 증가함에 따라서 태양부하율이 증가함을 보여 주었고 본 연구에서는 평균 10% 정도 증가함을 나타내었다. 2. 저장탱크의 높이 대 지름의 비가 3정도일 때가 태양부하율이 최대가 되었으며 그 이상이 되면 감소하는 경향을 나타내었다. 3. 집열기로 부터 저장탱크로 유입되는 온수의 유동율이 증가할 수록 완전혼합저장에서는 태양부하율이 증가하지만 성충저장에서는 유입율이 감소하는 것이 태양부하율을 증가시키는 결과가 되었다. 4. 이와 같은 결과로 성층축열시스템 전체적으로는 약 17%의 성능 향상을 기대할 수 있다.