A study of geothermal heat dump for solar collectors overheat protection

The heating load using solar hot water is lower in summer than in the other seasons. This decreased heating load leads to the overheating solar collectors and related components. To prevent overheating of the solar collectors, air cooling and shading shields were used. On the other hand, it requires additional mechanical components, and reduces the system reliability. The geothermal heat dump system to release the high temperature heat (over $150^{\circ}C$) transferred from the heat pipe solar collectors was investigated in the present study. Research on the heat dump to cool the solar collector is rare. Therefore, the present study was carried out to collect possible data of a geothermal heat dump to cool the solar collector. A helical type geothermal heat exchanger was buried at a 1.2m depth. Experimentally and numerically, the geothermal heat dump was investigated in terms of the effects of parameters, such as the quantity of solar radiation, aperture area of the collector and the mass flow rate. A pipe length of 50m on the geothermal heat exchanger was suitable with a 0.33 kg/s flow rate. The water reservoir was a possible co-operation solution linked to the geothermal heat exchanger.

태양열 집열관 과열방지를 위한 지중열교환기 연구

하절기 줄어드는 온수부하는 태양열 집열기 과열의 주된 원인이다. 과열방지목적으로 공냉 또는 차단막이 사용되는데 이는 추가적인 기계적요소를 필요하게 되고 장기 운용 시 파손 등의 우려에 따라 그 신뢰도도 크게 저하된다. 지중열교환기는 지열을 열원으로 방열 또는 흡열을 진행하는데, 지열을 고 열원으로 하여 흡열을 목적으로 하는 연구가 대다수이며 지열원이 저열원으로 이용하는 방열에 대한 연구는 부족한 편이다. 그리하여 본 연구에서는 태양열집열판의 과열방지를 목적으로 하는 지중열교환기의 가능성 및 그 성능에 대한 연구를 진행하였다. 여름철 최대 $150^{\circ}C$이상의 고온을 유지하는 태양열집열판의 열을 방출하기 위하여 1.2m의 하부 깊이를 갖는 50m 나선형 지중열교환기를 설치하였고 이를 통해 순간 냉각이 가능한 것으로 확인되었으며, 태양열집열판의 여름철 과열에 의한 파손을 방지할 수 있었다. 그리고 다양한 변수에 대한 이론적인 계산을 통하여 0.33kg/s의 최저 순환유량만 유지해주면 지열 열교환기의 길이에 따른 방열효과에 큰 영향을 미치지 않음을 판단할 수 있다. 또한 축열조와의 공동 사용시 냉각효과는 여름철 과열시 충분한 과열방지 제어가 가능한 것으로 조사되었다.