This paper presents demonstration study results derived through field testing of a solar assisted cooling and heating system for the library of a cultural center building located in Gwangju, Korea. The area of demanded cooling and heating for building was about 350m2. Solar hot water was delivered by means of a 200m2 array of evacuated tubular solar collector (ETSC) to drive a single-effect (LiBr/H2O) absorption chiller of 10RT nominal cooling capacity. From March in 2008 to February in 2009, demonstration test were performed for solar cooling and heating system. After experiments and analysis, this study found that solar thermal system was 84% for the solar hot water supply and 12% for space heating and 4% for space cooling.
우리나라 남부지방은 대체적으로 태양 일사량이 풍부하여 태양열 시스템의 설치조건으로는 가장 좋은 지역이다. 현재까지 국내에 보급된 태양열 시스템은 외기조건이 불량한 경우에는 비효율적이다. 최근 태양열 온수기는 전국적으로 매우 활발히 보급되고 있고 태양열 온수기에 대한 일반인들의 인식은 그 어느 때보다 높다고 할 수 있다. 태양열이용 열펌프시스템 기술은 소형 온수기에의 적용 뿐 아니라 건물의 난방기술에도 적용되고 있다. 본 연구에서는 태양열 집열기 직접 팽창식 열펌프시스템(이하 '태양열 시스템')의 열성능 효율 향상에 가장 많이 기여하는 팽창장치와 롤본드형 태양열집열기에 대하여 실험하였고 현장 적용가능성을 분석하였다. 또한 태양열 열펌프식 온수 및 난방시스템의 한국의 남부지방에서의 적용가능성은 지난 관련연구결과를 분석하여 비교하여 모색하였다.
PVT(Photovoltaic Thermal) 모듈은 태양광과 태양열 에너지를 동시 이용이 가능한 모듈로서 태양광전지(PV, Photovoltaic)모듈에 열교환기를 접합한 형태로 전기에너지뿐만 아니라 열에너지를 동시에 생산할 수 있는 시스템이다. 기존 PV 모듈은 일사량이 많으면 전력 생산량이 증가하는 동시에 PV모듈의 온도가 상승함에 따라 발전 효율이 감소하는 문제점이 있으며 일반적으로 $25^{\circ}C$이상 조건에서 모듈 온도가 $10^{\circ}C$ 증가할수록 발전효율의 약 4~5% 정도 감소하는 것으로 보고되고 있다. PVT 모듈은 기존 태양광모듈에 열교환기를 접합하여 냉각함으로써 PV모듈의 온도를 낮추어 발전효율을 증가시키는 동시에 부가적으로 발생하는 온수를 직접이용하거나 다양한 계통의 보조 열원으로 이용할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 수치해석기법(CFD)을 활용하여 PV모듈 냉각 및 온수 발생을 위한 열교환기를 설계하였으며 다양한 형상의 열교환기에 대해 유동해석을 수행하여 최적의 열흡수효율을 갖는 열교환기의 형상을 설계하였다. 또한 최적 설계된 PVT 모듈을 제작하여 실제 태양과 유사한 광원을 갖는 인공태양조건에서의 실내 실험을 통해 PVT 모듈의 성능을 검증하였으며 또한 실제 노상에 설치하여 ASHRAE 93-77의 실험기준과 ECN의 PVT 집열기 성능측정 가이드라인에 따라 옥외 시험평가를 하여 PVT 모듈의 성능 검증을 하였다. 최적 설계된 PVT모듈에 대한 성능평가 결과 기존 PV 모듈보다 발전효율이 약 15%(기존 발전효율 대비) 향상된 결과를 확인하였다.
알루미늄 재질의 찬넬을 흡열판으로 이용하는 평판형 태양열 집열기를 개발하였다. 이러한 흡열판은 찬넬 내부 전체로 전열매체가 흐르기 때문에 집열기의 열적성능을 향상시킬 것으로 예상되며, 모듈화되어 있어 제작 및 설치가 기존 흡열판보다 용이하다는 장점이 있다. 제작된 찬넬형 평판형 태양열 집열기에 대한 집열효율 시험을 수차례 수행하면서 성능을 개선시키고 있으며, 그 결과 기존 상용화된 집열기 수준의 우수한 열적성능을 갖는 것으로 나타났다. 알루미늄 재질 흡열판 외에 플라스틱 재질의 찬넬형 흡열판도 적용하였으며, 기타 실용화 및 성능 향상에 필요한 요소들에 대해 연구하였다.
자연에너지원중 태양에너지를 이용한 자갈축열 태양열 온실의 난방에너지 절감효과를 분석하기 위하여 야간에 내부설정온도를 18℃로 했을 때의 자갈축열 태양열 온실과 동일한 제원의 대조온실의 난방연료소비량을 비교하였다. 자갈축열 태양열 온실의 경우 난방초기에는 연료가 대조온실에 비해 약 10%정도 더 소모되었으나 2일이 경과한 후에는 점차 난방연료소비량이 감소하였다(Fig. 2) 이러한 결과는 자갈축열 태양열 온실의 경우 주간에 온실에 투여되는 일사에 의해 축열이 이루어 질뿐만 아니라 야간에 난방을 할 경우에도 축열층의 온도가 설정온도에 도달할 때까지 축열이 이루지기 때문인 것으로 분석되었다 (Fig. 1). 3월 10일부터 3월 15일까지 6일간의 난방연료소비량이 대조온실은 167℃였으나, 자갈축열 태양열 온실은 109℃로써 대조온실에 비해 약 35%정도 난방연료 절감효과가 있는 것으로 분석되었다(Fig. 2). 6일간의 난방 후 자갈축열 태양열 온실에 난방을 중단한 결과 온실외부의 최저기온이 -2.4℃일 때 자갈축열 태양열 온실의 내부최저온도는 14℃를 유지하였으며, 이후 계속 난방을 수행하지 않은 상태에서도 주간에 축열효과로 인하여 최저외기온이 3℃전후일 때 자갈축열 태양열 온실의 내부온도는 15℃를 유지하였으나 대조온실은 5℃ 전후였다. 그리고, 일기온차가 심한 3월말에는 야간설정온도가 18℃인 경우에 자갈축열 태양열 온실의 난방연료소비량이 대조온실에 비해 월등히 적음을 알 수 있었다(Fig. 1, 2). 3월에 자갈축열 태양열 온실의 난방연료소비량은 대조온실에 비해 약 50%이상의 절감효과가 있는 것으로 나타났다./TEX>3.1cm, 2cm$\times$4.2cm 순으로 나타났다. 5. 저고리의 옆길이 곡선에 대한 평가는 진종의 중심인 겨드랑이가 5cm인 것이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 그 다음으로 4cm, 6cm, 3cm 순으로 나타났다. 6. 이에 위의 항목들을 종합하여 제작한 연구저고리는 등길이가 28cm, 어깨선 위치는 1.75cm, 깃크기는 5cm$\times$21.5cm, 소매통 크기는 3cm$\times$4.3cm, 옆길이 곡선은 5cm로써 그 형태에 따른 신체적합성에 대한 외관 관능검사 결과로 3.83의 평균값으로 나타났고, 심미성에 대한 외관 관능검사를 항목별 평균치 값으로 종합하면 4.00의 값으로 나타났다. 또한 각 부위별 동작적합성 관능검사는 7가지 동작을 부위별 항목 평균치 결과 3.95의 유수한 저고리로 평가되었다. 본 연구 실험 결과 앞으로도 전통 저고리를 피복함에 있어 외관과 동작적합성이 좋은 저고리를 만들기 위해 지속적 연구가 요청된다. turned back than the Korean women's. Based on the above findings, a torso prototype was developed for the Chinese women by setting the body measurements in reference with their average body measurements plus minimum reserve. The reference lines were set for front/back central line, front/
그 열흐름의 방향이 인위적으로 조절 가능한 열다이오드 시스템에 관하여 일차원적 열전달 모델을 통하여 시스템의 열성능을 분석하였다. 열다이오드 시스템은 다수의 폐회로 유체 순환 루프로 구성되었으며 루프의 양단은 각각 태양열 흡열판과 방열판에 부착되었다. 한편, 열흐름의 방향 조절을 위하여 루프를 구성하는 튜브재의 연결 부위는 회전 가능한 조인트로 연결하였으며 열매체포는 물을 사용하였다. 본 연구에서는 열다이오드 시스템에 대하여 간단한 1차원 모델을 이용하여 시스템의 열성능을 평가하였으며 아울러 실측 결과와의 비교를 통하여 본 모델의 적용을 통한 시스템의 장기 예측에 대한 가능성을 확인하였다.
태양광열 복합 시스템(photovoltaic/thermal hybrid solar system, PV/T)은 태양광 모듈 및 태양열 집열판의 단일화를 통한 전기 및 열에너지의 동시 생산이 가능하도록 구성되고 기존 태양광 모듈의 온도 상승에 따른 효율 저하의 문제점을 보완 및 발생하는 열을 회수하여 온수 생산이 가능한 장치이다. 본 연구에서는 액체형 PV/T 시스템의 대표적인 두 형태인 박스형과 튜브형의 성능 검증을 위하여 수학적 모델링을 통한 두 시스템의 열 및 전기적 성능을 비교 분석하였다. 모델링은 에너지 평형식을 이용하여 시간에 따른 각 부분의 온도의 변화를 예측할 수 있도록 수립되었으며 계산된 결과를 기준으로 전기, 열, 및 전체효율을 도출해 내고, 이를 바탕으로 두 시스템의 성능을 분석하였다. 시뮬레이션 결과를 바탕으로, 박스형 PV/T 시스템의 최고 온수 온도는 $52^{\circ}C$로 예측되었고, 반면에 튜브형은 $48^{\circ}C$에 머물렀다. 또한 열효율은 박스형이 최대 51%, 튜브형이 41%, 전기효율은 박스형이 약 14%, 그리고 튜브형이 13%로 나타났으며, 전체효율은 박스형이 73%, 그리고 튜브형이 64%로 나타나 박스형 PV/T 시스템이 튜브형보다 더 나은 성능을 가지는 것으로 예측되었다. 이는 박스형이 튜브형보다 태양광 모듈과 온수와의 접촉면적이 넓어 더 많은 열전달이 발생하기 때문으로 사료된다.
1989년 12월 현재 우리나라에 건축되어진 태양열 학교는 총 1669개 교실로서, 연도별 분포를 보면 1980년도에 33개 교실, 1981년도에 25개 교실로 일부 학교에서만 채택되어 건축되어 지다가, 1982년도 부터는 '82년도 자연형 태양열학교 표준도면의 영향으로 전국적으로 건립되기 시작하였다. 따라서, 본고에서는 이제까지 건립된 자연형 태양열 학교의 문제점을 실태조사 등을 통해 파악하여 이들 문제점의 단계적 해결을 위한 접근 방향을 모색하고, 이와 더불어 보다 열성능이 향상되고, 음환경 및 빛환경도 개선된 자연형 태양열 학교의 본격적 건립에 필요한 기초자료를 제공하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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