무창기공형 태양열 집열기 배기 유속 변화에 따른 열 성능 평가 = Evaluation of Thermal Performance according to Changes in Exhaust Flow Rate of Unglazed Transpired Solar Collector

국문 초록 (Abstract)

태양열 기반 신재생에너지 기술 중 하나인 무창기공형 태양열 집열기(Unglazed Transpired Solar Collector; UTSC)는 평면(Flat) 혹은 물결(Corrugate) 형상의 천공된 집열판을 건물 외벽에 설치, 집열기 내부에서 가열된 공기를 시설 난방 및 환기에 이용하는 기술이다. 그러나 냉방이 필요한 하절기 등 특정기간 동안 집열기는 오히려 외벽 온도를 과열시키고 이는 실내 온도 상승에 따른 냉방부하 증가 등 역효과를 유발한다. 본 연구에서는 집열기의 배기 방향 및 유속 변화를 통해 벽체로 전달되는 일사를 차단, 이를 통한 냉방효과를 검증하고자 본 연구를 수행하였으며, 기초 연구로 집열기 배기 유속 변화에 따른 열 성능을 분석하였다. 실험 장치는 집열판 크기(1,530 × 940 mm)를 고려, 외형기준 높이 1,850mm, 폭 940 mm, 깊이 230 mm로 제작, 배기구는 지름 150 mm로 구성하였다. 집열판과 벽체 간 거리(Plenum)는 열전달 및 열 손실을 고려하여 약 200 mm로 제작하였다. 실내 성능평가 시 동일 조건의 복사 열원을 지속 공급하기 위해 인공 태양광원(Solar Simulator)을 제작, 인공 태양광원은 할로겐 램프(500 W) 8개를 집열판 면적을 기준으로 각각 동일한 간격으로 배열, 설치하였다. 인공 태양광원과 집열기의 거리는 집열기 표면온도 상승 범위를 고려하여 약 0.8 m로 설치, 복사 열원 공급 후 집열판 위치에서의 센서를 통해 강도를 측정하였으며, 배기 유속은 시로코 팬과 인버터를 이용, 단계별 유속을 제어하였다. 실험 결과, 인공 태양광원이 가동된 22:00를 기준으로 집열판 표면온도 및 내부, 벽체 온도가 급격하게 상승한 것을 알 수 있으며, 유속 조건별(Case 1∼5) 집열판 표면온도는 최고 약 85°C, 최저 약 72°C, 집열판 내부(Plenum) 온도는 최고 약 68°C, 최저 58°C로 유속 조건에 따라 집열판 표면 및 내부 온도 저감의 가능성을 확인하였다. 열교환 유효도(HEE)는 유속 조건별 약 0.55∼0.6의 유사한 분포를 나타냈으며, 유속 조건별 효율은 최저 약 40%에서 최고 약 80%의 분포로 유속 조건에 따라 약 40% 이상의 효율 차이를 나타내었다.