국내 신재생에너지의 보급은 정부 보조금 지원을 통해 국내 지역별로 다양한 형태, 발전 용량으로 보급되고 있다. 그 중에서도 태양열 발전의 보급은 발전규모와 설비가 대형화 되고 가고 있다. 본 논문에서는 이러한 발전 시스템 지원을 위한 태양열시스템의 시간에 따른 온수급탕 특성을 분석하고자 하였다.
주거용 온수급탕에 소비되는 에너지를 절약하기 위하여 국내기후와 생활환경에 적합한 자연대류형 태양열 온수 급탕 시스템의 개발에 관한 연구이다. 비교분석을 위해 집열기와 열교환 형태에 따른 여러형태의 축열조를 제작하여 실험을 수행하였다. 또한, 열성능 분석결과를 토대로 시스템 최적화를 통한 모범도면을 작성하였고, 지역별, 기후별 실증실험을 위하여 전국7개도시(서올, 부산, 대구, 광주, 대전, 강릉, 제주)에 시범 설치하여 열성능 및 실용화 가능성을 검토하였다.
최근 태양열을 이용한 가정용 온수급탕 System에 사용되는 Computer Program은 3종류가 있으나, 이에 대한 타당성을 조사하기 위해 미국 국립표준연구소(National Bureau of 을Standards)에서는 Gaithersburg 병원분지에 6가지의 독창적인 System을 고안, 설치하여 1978년 6월부터 필요한 Data를 얻어왔다. 여기서는 실험장치 및 실험결과를 수록하고, 처음 12개월 동안 실험한 결과를 Computer의 예견과 비교하였다. 본 내용은 1980년 ASHRAE의 LA. Semiannual Meeting의 Sols Hot Water Systems의 심포지움에 발표되었으며, Transactions. Vol. 86, Part 1.에 게재되었다.
We have experimented an actual solar water heating system acquiring real data for one year period. On the basis of the operation data, it is necessary to predict the system performance such as collector efficiency and solar fraction, and to analyze the economical efficiency for system optimal design. To estimate the performance of actual systems through simulation, valid modelling for components consisting of the system should be accompanied. The present study is focused on the modelling for load patterns and operating control conditions. We proposed two load models: concentration model which gathers real loads as a meaningful group and distribution model which disperses real loads with time. If grouping of the load distribution is suitable, the predicted values by the concentration model approaches to those by the distribution model close to actual load pattern apparently. As a result, both of them are in good agreement with those by experiment.
In this paper, performances of solar hot water supply systems are parametrically analyzed with the variations of solar collector area, slope of collector and volume of storage. All simulations are conducted by using TRNSYS computer program. Average solar fractions, collector efficiencies and temperatures of storage are investigated monthly as well as annually. For system analysis, the maximum value of monthly average solar fractions has a limitation of 90 percent. As a result, the designed solar thermal system with $6m^2$ collector area, $50^{\circ}$ slope and $0.36m^2$ storage volume could provide almost an annual average solar fraction of 72 percent. By increasing the storage volume to $0.42m^2$, the annual solar fraction of system increases up to 73 percent.
In order to verify and take measures against a variety of troubles which cannot be predicted in a well-controlled laboratory, it is necessary that solar system should be experimented in an actual situation during a long period. Through this experiment it can be also understood how the load pattern and operational conditions expected in a design process become different to those in the actual running, which can be applied to a new system design. We installed 6 kW solar hot water heating system with a shower facility and operated during 7 months. As a result, average 8.3 persons took a shower a day; solar fraction is 71% and total collector efficiency is 40% during the periods from March to September. We confirmed several troubles encountered in the actual situation and considered practical center-measures.
Solar thermal systems are recently refocused by higher oil prices, but did not completely restore the people's confidence owing to the past bad systems. Several types of solar water heating systems were analyzed in characteristics and some proper systems were proposed under Korean climates and system scale. As a small system, natural circulation system should be installed only in a southern region of Korea, with a freeze protection valve instead of heating coil for freeze protection. In most area of Korea, the forced circulation type with a heat exchange coil inside a thermal storage tank or with a spiral-jacketed storage tank, proposed and verified by the authors, has a merit of stable performance and freeze protection.
Several types of solar water heating system were analyzed in characteristics and proper systems were proposed under Korean climates. In particular, the forced circulation type with a spiral-jacketed storage tank has a potential to be used widely in a small and a part of middle systems when the stratification of the storage tank can be enhanced by a precise design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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