[논문]평판형 태양열 집열기의 연중 열적 성능의 모델링 해석

김규덕; 박배덕; 김경훈

doi:10.7316/khnes.2014.25.5.541

평판형 태양열 집열기의 연중 열적 성능의 모델링 해석
Modeling Analysis for Thermal Performance of Solar Flat Plate Collector System Through a Year 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.25 no.5, 2014년, pp.541 - 549

김규덕 (금오공과대학교 대학원) , 박배덕 (금오공과대학교 대학원) , 김경훈 (금오공과대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The monthly-average meteorological data, in particular, the monthly average daily terrestrial horizontal insolation are required for designing solar thermal energy systems. In this paper, the dynamic thermal performance of a flat plate solar collector system is numerically investigated through a year from the monthly average insolation data in Seoul. For a specified data set of solar collector system, the dynamic behaviors of total solar radiation on the tilted collector surfaces, heat loss from the collector system, useful energy and collector efficiency are analyzed from January to December by a mathematical simulation model. In addition, the monthly average daily total solar radiation, useful energy, and daily collector efficiencies through a year are estimated. The simulated results show that the average total radiation is highest in March and the useful energy is highest in October, while the total radiation and the collector efficiency are lowest in July.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 평판형 태양열 집열기 시스템에 대해 서울을 모델로 하여 1월부터 12월까지 월평균 수평지표면 태양복사량과 하루 최고 및 최저 기온 등 관측 데이터를 바탕으로 하여 각 달의 평균일에서 하루 동안 시간에 따른 집열기 경사 표면에서 태양 복사, 유용에너지, 집열기 열손실 및 집열기 효율 등의 동특성을 수치적으로 예측한다. 여기에서 평균일은 각 달을 대표할 수 있는 날로 가장 평균되는 기상조건을 가지는 날짜를 의미하는데 매월 평균일에서 하루 동안의 집열기 경사면 태양복사량과 유용에너지 및 집열기 효율에 대해서도 분석한다.

가설 설정

6°, E127°)을 대상으로 하며 Table 1에서는 각 달의 평균일과 평균일에 대한 지상 수평면에 월간 평균 일일 총 일사량과 최고온도와 최저 온도를 보여준다¹⁷⁾. Fig. 2는 각 월의 평균일 별 공조 설계용 대기온도 분포를 보여주며 여기서 최저기온과 최고기온의 발생시각은 각각 4:00와 14:00라고 가정하였다¹⁸⁾.

제안 방법

본 논문에서는 지상 수평면 월평균 일일 총일사량으로부터 수학적 모델링을 이용하여 1월부터 12월까지 평균일에서 평판형 태양열 집열기의 동적 거동을해석한다. 또한 외기 온도로는 일일 최고온도와 최저 온도 및 발생 시각으로부터 Degelman¹⁶⁾의 모델을 이용한 설계용 외기온도를 사용하였다.
본 논문에서는 평판형 태양열 집열기 시스템에 대해 서울을 모델로 하여 1월부터 12월까지 월평균 수평지표면 태양복사량과 하루 최고 및 최저 기온 등 관측 데이터를 바탕으로 하여 각 달의 평균일에서 하루 동안 시간에 따른 집열기 경사 표면에서 태양 복사, 유용에너지, 집열기 열손실 및 집열기 효율 등의 동특성을 수치적으로 예측하였다.
본 논문에서는 평판형 태양열 집열기 시스템에 대해 서울을 모델로 하여 1월부터 12월까지 월평균 수평지표면 태양복사량과 하루 최고 및 최저 기온 등 관측 데이터를 바탕으로 하여 각 달의 평균일에서 하루 동안 시간에 따른 집열기 경사 표면에서 태양 복사, 유용에너지, 집열기 열손실 및 집열기 효율 등의 동특성을 수치적으로 예측한다. 여기에서 평균일은 각 달을 대표할 수 있는 날로 가장 평균되는 기상조건을 가지는 날짜를 의미하는데 매월 평균일에서 하루 동안의 집열기 경사면 태양복사량과 유용에너지 및 집열기 효율에 대해서도 분석한다.

대상 데이터

기상 데이터는 2013년도 서울(N37.6°, E127°)을 대상으로 하며 Table 1에서는 각 달의 평균일과 평균일에 대한 지상 수평면에 월간 평균 일일 총 일사량과 최고온도와 최저 온도를 보여준다17).
1은 본 연구에서 해석하는 평판평 태양열 집열기 시스템의 개략도를 보여준다. 시스템은 평판형태양열 집열기, 저장조, 순환펌프로 구성되어 있다. 평판형 태양열 집열기의 주요 구성 요소는 유리덮개, 열 제거 유체 통로, 흡수판, 헤더 또는 매니폴더, 단열제, 콘테이너로 구성된다.

이론/모형

본 논문에서는 지상 수평면 월평균 일일 총일사량으로부터 수학적 모델링을 이용하여 1월부터 12월까지 평균일에서 평판형 태양열 집열기의 동적 거동을해석한다. 또한 외기 온도로는 일일 최고온도와 최저 온도 및 발생 시각으로부터 Degelman¹⁶⁾의 모델을 이용한 설계용 외기온도를 사용하였다. 기상 데이터는 2013년도 서울(N37.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	열저장 시스템이 설치되는 이유는?	열저장 시스템은 태양 에너지를 저장하고 태양복사가 불충분할 때 지속적인 동력을 공급하기 위하여 설치된다. E.
	평균일별 하루 동안 집열기가 받는 총 복사와 유용에너지는 7월에 가장 낮았는데 그 이유는 무엇인가?	6MJ로 10월이 가장 높게 나왔다. 7월의 경우 잦은 비와 많은 운량의 영향으로 월평균 수평 지표면 태양 복사가 상대적으로 낮기 때문에 집열기가 받는 총 복사와 유용에너지는 각각 4.8MJ과 0.
	신재생 에너지 중의 한 분야인 태양 에너지에 대한 많은 연구가 진행되고 있는 이유는 무엇인가?	화석연료는 그 한정성 때문뿐만 아니라 CO, CO2, NOx, SOx 등의 환경오염 물질의 배출과 지구 온난화 문제 때문에 대체 에너지의 관심도가 높아지고 신재생 에너지 분야에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 신재생 에너지 중의 한 분야인 태양 에너지는 본질적으로 무한하여 고갈되지 않고 화석연료와는 달리 특정 지역에 편중되지 않으며 환경오염으로 인한 문제 등 현재 직면하고 있는 다양한 문제들을 동시에 해결할 수 있는 포텐셜을 가지고 있기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다1-3).

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