[논문]무창 기공형 태양열 공기 난방 모듈 성능 모니터링 연구

강은철; 현명택; 이의준

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Solar Air Systems (SAS) have unique advantages for space heating and tempering ventilation air. Air, unlike water, needs no protection against freezing nor are leaks damaging to the building structure or its contents. In contrast to glazed collector, unglazed steel solar collector may have higher ef...

Solar Air Systems (SAS) have unique advantages for space heating and tempering ventilation air. Air, unlike water, needs no protection against freezing nor are leaks damaging to the building structure or its contents. In contrast to glazed collector, unglazed steel solar collector may have higher efficiencies over glazed flat collector due to the absence of the glass. Therefore, the monitoring of SAS is so important to evaluate actual performance of SAS for right applications. This study is to provide a testing method with a movable test cell developed in KIER to evaluate the thermal performance of SAS based on international standard method ASHRAE 93-86, "Method of Testing to Determine the Thermal Performance of Solar Collectors". The monitoring tool used advanced technique LabVIEW 6i with portable notebook computer. Sample results have been obtained to access the performance of a reference and a target SAS module. The process and tool introduced here could be used to provide a performance verification data for future implementation study applications.

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문제 정의

본 실험에서는 UTC SAS 집열판 단위 모듈의 에너지 성능분석을 위한 Twin Test Cell 모니터링 기술을 제시하였다. 그리고 이 기술을 통해서 집열판의 색상에 따른 성능 비교분석을 해보았다.
본 연구에서는 SAS UTC 모듈에 대해서 실외 이동형 Twin Test Cell monitoring 기술을 이용하여 집열판의 실제 성능을 향상시킬 수 있는 집열모듈 개발 및 모델링 방안을 제시하는 것이다. 이 방안을 근거로 본 고에서는 집열판의 색상에 따른 성능변화를 분석하고자 한다.
이 방안을 근거로 본 고에서는 집열판의 색상에 따른 성능변화를 분석하고자 한다.

제안 방법

(Fig. 1 참조) 여기에 유량측정을 위한 오리피스를 설치하였고 MODUS를 이용하여 오리피스 내의 압력차를 구하여 유량을 계산하였다. 그밖에 PSP(Precisions Spectral Pyranometer) 일사량계를 이용하여 일사량을 측정하였고, 온도측정은 OMEGA사의 T-type 열전대를 사용하였다.
기술을 제시하였다. 그리고 이 기술을 통해서 집열판의 색상에 따른 성능 비교분석을 해보았다. 실험은 공기접근속도가 0.
이 Test Cell은 이동이 용이하고 자연 상태에서 쉽게 변형이 되지 않도록 설계하였으며 태양열을 잘 받도록 정남쪽을 향하여 지표면과 수직으로 설치하였다. 이 지지대들은 같은 위치에 나란히 설치하여 똑같은 외기 조건을 만족하도록 하였다.
집열판의 색상을 비교 분석하기 위해서 똑같은 사양을 이용한 2개의 Test Cell을 제작하였다. 이 Test Cell은 이동이 용이하고 자연 상태에서 쉽게 변형이 되지 않도록 설계하였으며 태양열을 잘 받도록 정남쪽을 향하여 지표면과 수직으로 설치하였다.

대상 데이터

데이터 측정기기로는 Agilent사의 HP34970A 본체와 HP34901A 20채널 모듈, HP34902 16채널 모듈을 사용하였으며 Fig. 2와 같이 인터페이스 케이블을 이용하여 Notebook PC에 연결하였다.

데이터처리

데이터 획득은 National Instruments 사에서 제공되는 LabVIEW 프로그램을 사용하였으며 이 프로그램에서 지원되는 GPIB통신용 Sub VI에 각 채널을 입력하여 Excel 프로그램으로 받아볼 수 있게 설정하였다.

이론/모형

1 참조) 여기에 유량측정을 위한 오리피스를 설치하였고 MODUS를 이용하여 오리피스 내의 압력차를 구하여 유량을 계산하였다. 그밖에 PSP(Precisions Spectral Pyranometer) 일사량계를 이용하여 일사량을 측정하였고, 온도측정은 OMEGA사의 T-type 열전대를 사용하였다.
오리피스를 이용한 덕트내의 유량 측정 관계식은 KS A 0612 ”조임기구에 의한 유량 측정 방법, 을 사용하여 나타내었다.

성능/효과

같은 빙법으로 0.012(m/s)[M3m3/ h/n?〕일 때의 효율을 구한 결과 Reference case 는 평균26%이였고 Target case는 Reference case보다 조금 높은 평균28%로 나타났다.
정량적으로 알 수 있었다. 또한 공기의 흐름이 저유량일 때에는 온도 상승은 높게 나타나지만 집열판 효율이 상대적으로 낮게 나타난다는 것을 알 수 있었다. 그러나 유량이 많을 때에는 효율은 높게 나타나지만 온도 상승은 떨어진다는 것을 알 수 있다.
그러나 유량이 많을 때에는 효율은 높게 나타나지만 온도 상승은 떨어진다는 것을 알 수 있다. 또한 공기접근속도가 커지면 온도증가율은 감소하지만 집열판의 효율은 속도에 비례하여 커진다는 것을 알 수 있었다.
본 실험에서 우리는 일사량과 온도상승률은 비례관계에 있다는 것을 알 수 있었으며 흡수율이 큰 집열판이 온도상승도 높게 나타난다는 것을 정량적으로 알 수 있었다. 또한 공기의 흐름이 저유량일 때에는 온도 상승은 높게 나타나지만 집열판 효율이 상대적으로 낮게 나타난다는 것을 알 수 있었다.

후속연구

이 기술에 근거하여 향후 여러 SAS 모델의 실외 성능 평가를 통한 시험성적서 도출이 가능해 졌다. 따라서 이러한 모든 parameter에서 얻어낸 결과를 종합하면 최적의 집열판을 제시할 수 있을 것이다.
$ 그리고 모듈별 실제 성능 data를 근거로 시스템의 통합설계와 해석이 수행되어서 연간 에너지 저감량이 정량적으로 평가되어야 한다. 본 실험에 이어 집열판의 형상, 기공율, 기공형상에 따른 성능실험도 이루어져야 할 것이다. 이 기술에 근거하여 향후 여러 SAS 모델의 실외 성능 평가를 통한 시험성적서 도출이 가능해 졌다.
본 실험에 이어 집열판의 형상, 기공율, 기공형상에 따른 성능실험도 이루어져야 할 것이다. 이 기술에 근거하여 향후 여러 SAS 모델의 실외 성능 평가를 통한 시험성적서 도출이 가능해 졌다. 따라서 이러한 모든 parameter에서 얻어낸 결과를 종합하면 최적의 집열판을 제시할 수 있을 것이다.

참고문헌 (5)

S. Robert Hastings, Solar Air Systems ; Built Examples, IEA., 1999
David N. Summers, Thermal Simulation and Economic Assessment of Unglazed Transpired Collector Systems, University of Wisconsin-Madison, 1995
Doug McClenahan, Peformance of the perforated-plate/canopy solarwall at GM Canada, Oshawa, 1994
Korean industrial standards(KS A 0612), Measurement of Fluid by Means of Orifice plates and Nozzles, 1976
Keith michael gawlik, A Numerical and Experimental Investigation of Heat Transfer Issues in the Practical Utilization of Unglazed Transpired Solar Air Heaters, 1995, chapter 1

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