트랜시스 컴포넌트

소개글

TRNSYS는 기본적으로 아래와 같은 컴포넌트를 포함하고 있으며, 이들은 Assembly panel 우측의 Direct Access tree를 통해 확인할 수 있다. 그러나 이들 모두에 대한 설명을 한다는 것은 사실상 불가능할 것이며, 여기서는 건물관련 컴포넌트들을 중심으로 소개하고자 한다. 그 외 각 컴포넌트들에 대한 자세한 설명은 TRNSYS 사용자 매뉴얼을 이용해 참고하기 바란다.

목차

1. Controllers
1.1. Type 2 : Differential Controller
1.2. Type 8 : Three Stage Room Thermostat
1.3. Type 22 : Iterative Feedback Controller
1.4. Type 23 : PID Controller
1.5. Type 40 : Microprocessor Controller
1.6. Type 108 : Five Stage Room Thermostat

2. Electrical
2.1. Type 47 : Shepherd and Hyman Battery Models
2.2. Type 48 : Regulator / Inverter
2.3. Type 50 : PV-Thermal Collector
2.4. Type 90 : Wind Energy Conversion System
2.5. Type 94 : Photovoltaic array
2.6. Type 102 : DEGS Dispatch controller
2.7. Type 120 : Diesel Engine Generator Set
2.8. Type 175 : Power conditioning unit
2.9. Type 180 : Photovoltaic array (with data file)
2.10. Type 185 : Lead-acid battery with gassing effects
2.11. Type 188 : AC-busbar

3. Heat Exchangers
3.1. Type 5 : Heat Exchanger
3.2. Type 17 : Waste Heat Recovery
3.3. Type 91 : Constant Effectiveness Heat Exchanger

4. HVAC
4.1. Type 6 : Auxiliary heater
4.2. Type 20 : Dual Source Heat Pump
4.3. Type 32 : Simplified Cooling Coil
4.4. Type 42 : Conditioning Equipment
4.5. Type 43 : Part Load Performance
4.6. Type 51 : Cooling Tower
4.7. Type 52 : Detailed Cooling Coil
4.8. Type 53 : Parallel Chillers
4.9. Type 92 : ON/OFF Auxiliary Cooling Device
4.10. Type 107 : Single Effect Hot Water Fired Absorption Chiller
4.11. Type 121 : Simple Furnace / Air Heater

5. Hydrogen Systems
5.1. Type 100 : Electrolyzer controller
5.2. Type 105 : Master level controller for SAPS
5.3. Type 160 : Advanced Alkaline Electrolyzer
5.4. Type 164 : Compressed gas storage
5.5. Type 167 : Multistage compressor
5.6. Type 170 : Proton-Exchange Membrane Fuel Cell
5.7. Type 173 : Alkaline Fuel Cell

6. Hydronics
6.1. Type 3 : Variable Speed Pump or Fan without Humidity Effects
6.2. Type 11 : Tee Piece, Flow Diverter, Flow Mixer, Tempering Valve
6.3. Type 13 : Pressure Relief Valve
6.4. Type 31 : Pipe Or Duct
6.5. Type 110 : Variable Speed Pump
6.6. Type 111 : Variable Speed Fan/Blower with Humidity Effects
6.7. Type 112 : Single Speed Fan/Blower with Humidity Effects
6.8. Type 114 : Constant Speed Pump

7. Loads and Structures
7.1. Type 12 : Energy/(Degree Day) Space Heating or Cooling Load
7.2. Type 18 : Pitched Roof and Attic
7.3. Type 19 : Detailed Zone (Transfer Function)
7.4. Type 34 : Overhang and Wingwall Shading
7.5. Type 35 : Window with Variable Insulation
7.6. Type 36 : Thermal Storage Wall
7.7. Type 37 : Attached Sunspace
7.8. Type 56 : Multi-Zone Building and TRNBuild
7.9. Type 88 : Lumped Capacitance BuildingType

8. Obsolete

9. Output
9.1. Type 25 : Printer
9.2. Type 27 : Histogram plotter
9.3. Type 28 : Simulation Summary
9.4. Type 29 : Economic analysis
9.5. Type 65 : Online plotter

10. Physical Phenomena
10.1. Type 16 : Solar Radiation Processor
10.2. Type 30 : Collector Array Shading
10.3. Type 33 : Psychrometrics
10.4. Type 54 : Hourly Weather Data Generator
10.5. Type 58 : Refrigerant Properties
10.6. Type 68 : Shading By External Object
10.7. Type 69 : Effective Sky Temperature
10.8. Type 77 : Simple Ground Temperature Profile
10.9. Type 80 : Calculation of Convective Heat Transfer Coefficients

11. Solar Thermal Collectors
11.1. Type 1 : Flat-plate collector (Quadratic efficiency)
11.2. Type 45 : Thermosyphon collector with integral collector storage
11.3. Type 71 : Evacuated tube solar collector
11.4. Type 72 : Performance Map Solar Collector
11.5. Type 73 : Theoretical flat-plate collector
11.6. Type 74 : Compound Parabolic Concentrating Collector

12. Thermal Storage
12.1. Type 4 : Stratified Fluid Storage Tank
12.2. Type 10 : Rock bed storage
12.3. Type 38 : Algebraic tank (Plug-flow)
12.4. Type 39 : Variable volume tank
12.5. Type 60 : Stratified fluid storage tank with internal heat exchangers

13. Utility
13.1. Type 9 : Data reader (Generic data files)
13.2. Type14 : Time dependent forcing function
13.3. Type 24 : Quantity integrator
13.4. Type 41 : Forcing function sequencer
13.5. Type 55 : Periodic integrator
13.6. Type 57 : Unit conversion routine
13.7. Type 62 : Calling Excel
13.8. Type 66 : Calling Engineering Equation Solver (EES) Routines
13.9. Type 70 : Parameter replacement
13.10. Type 89 : Weather data reader (standard format)
13.11. Type 93 : Input value recall
13.12. Type 95 : Holiday calculator
13.13. Type 96 : Utility rate schedule processor
13.14. Type 97 : Calling CONTAM
13.15. Type 155 : Calling Matlab
13.16. Type 157 : Calling COMIS

14. Weather Data Reading and Processing
14.1. Type 109 : Combined data reader and solar radiation processor

본문내용

1. Controllers
태양 에너지 시스템이나 구성 요소의 비정상 제어에는 2가지 기본적인 방법이 있다. 그것은 Energy Rate Control(이하 ERC)과 Temperature Level Control(이하 TLC)이다. 이 2가지 방법은 매뉴얼 “Building Loads and Structures"에서 상세히 다루고 있다. 본 장에서는 TLC를 중심으로 다루고 있다. TYPE 2는 2개의 유입 온도에 기초하여 태양열 집열기 순환 전반에 걸쳐 유체의 유량 제어에 가장 많이 이용되고 있다. 그러나 이력현상(hysteresis) 履歷現象 hysteresis : 철과 같은 강자성체에서 자화의 변화가 외부자기장의 변화에 의해 지연되는 현상.
히스테리시스라고 통칭하기도 한다. 일반적으로 물체에 자기장을 가하면 물체는 자화되고 자화도는 물체에 가해준 자기장의 크기와 비례한다. 물체가 자기포화상태가 되면 자기장을 가해도 더이상 자화되지 않으며 이 때 자기장을 줄이면 자화도도 줄어들기 시작하여 자기장이 사라지면 자화도도 0이 된다. 따라서 물체의 자화도는 가해준 자기장에 의해 결정되며 이 값은 여러 번 측정해도 변하지 않는다. 하지만 철이나 크롬 등의 강자성체에 대해서는 이와 다른 자기이력 현상이 나타난다.
강자성체에 자기장을 가하면 자화가 일어나고 특정한 자기장 이상에서는 자기포화상태가 되어 최대의 자화도를 갖는다. 이 때 자기장을 줄이기 시작하면 자화도는 상대적으로 느리게 줄어들게 되고 자기장이 사라지더라도 자화도는 남아있는 상태가 된다. 이러한 잔류자화는 자기장을 역방향으로 가했을때 사라지게 되며 이때 역방향으로 가해야하는 자기장의 세기를 그 자성체의 보자력(保磁力, coercive force)라고 한다. 자기이력 현상은 흔히 자기이력곡선(磁氣履歷曲先, magnetic hysteresis curve) 으로 나타낸다.
자기이력곡선은 가해준 자기장에 대한 자화도를 그린 것으로 자기이력 현상이 강할수록 폐곡선 내부의 면적이 커지고 자기이력 현상이 없는 물체에 대해서는 하나의 곡선으로 나타난다. 또한 자기이력곡선이 그리는 폐곡선 내부의 면적은 자기장이 1주기 변하는 동안 소모되는 에너지를 의미하며 실제의 강자성체에서 이 에너지는 열로 방출된다. 자기이력곡선의 형태는 물질에 따라 다르며, 같은 물질이라도 열처리 ·기계적 처리에 따라 변한다. 예를 들어 탄소강은 보자력이 커서 자기이력곡선 내부의 면적이 커지지만, 순철(純鐵)과 규소강 등은 보자력이 작아 곡선 내부의 면적이 극히 작다. 그러므로 발전기 및 변압기 등, 이력에 따른 에너지 낭비를 무시할 수 없는 교류기기(交流器機)의 철심에는 보통 순철 및 규소강 등 보자력이 작은 재료를 사용하고 있다.
이 있는 차동제어기(differential controller)를 채택한 어떤 시스템에서도 TYPE 2의 사용이 가능하다. TYPE 8의 사용은 자기 설명(self-explanatory)이다. TYPE 40은 상당한 유동성을 가지고 있으며, 여러 가지의 상대적으로 복잡한 제어 방식을 이행하는데 이용될 수 있다.
TRNSYS에서 TLC는 0≤≤1인 제어함수(control function,)에 의존한다. TLC에는 2가지 유형이 일반적으로 사용되며, 비례 제어(proportional control)와 on/off 제어(on/off control)가 그것이다. 비례 제어에서는, 는 0부터 1까지의 어떤 값도 가질 수 있다. 비례 제어 신호는 TYPE 15 Algebraic Operator(대수 연산자), EQUATION, 또는 사용자 정의 컴포넌트(User-written component)에 의해 생성될 수 있다. On/off 제어에서는, 또는이다. 본 장에서의 제어기는 on/off 제어 신호를 만든다.
실제 제어기처럼, 이러한 제어기 모델들은 안정성을 향상시키기 위해 조작상의 이력현상(operational hysteresis)을 이용한다. 예를 들면, 난방 시스템은 19℃의 실내 온도에서 자동온도조절기(thermostat)에 의해 작동()되어, 실내 온도가 21℃가 되면 작동을 정지()할 수 있다. 이 경우 제어기는 온도차가 2℃인 `dead band`을 갖는다. 설정온도 19℃와 실내온도 사이의 차(difference)가 이 범위 안에 위치하게 되면, 제어기는 이전 상태(또는)를 유지한다. 종종 제어 결정을 할 때 이용되는 조건들(conditions)은 제어결정(control decision)에 의해 변화한다. 일례로 유체를 태양열 집열기로 공급하는 펌프의 가동(turn on)은 펌프를 기준으로 한 작동의 결정으로 인해 그 온도(공급 유체 온도)가 변화할 것이다. 따라서 상한 온도차의 신중한 선택은 제어기의 on과 off 상태 사이에서의 변동에 따른 제어기의 성향을 최소화하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.
Beckman & Thornton은 태양열 집열기 순환에서 다음과 같은 부등식을 만족해야만 하는 제어기의 안정적인 운전을 제시하였다.

참고 자료

1. SOLMET, Volume 2 - Final Report, "Hourly Solar Radiation Surface Meteorological Observations", TD-9724, l979.
2. Randall, C.M. and Whitson, M.E., Final Report, "Hourly Insolation and Meteorological Data Bases Including Improved Direct Insolation Estimates", Aerospace Report No. ATR-78(7592)- l, l977.
3. Duffie, J.A. and Beckman, W.A., Solar Energy Thermal Processes, Wiley, New York, l974.
4. ASHRAE Handbook of Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers, l972.
5. Braun, J.E. and Mitchell, J.C., "Solar Geometry for Fixed and Tracking Surfaces", Solar Energy, vol. 31, No. 5, October, 1983.
6. (a) Reindl, D. T., Beckman, W. A., Duffie, J. A., "Diffuse Fraction Correlations", Solar Energy, Vol. 45, No. 1, 1990, pp. 1-7.
7. (b) Reindl, D. T., Beckman, W. A., Duffie, J. A., "Evaluation of Hourly Tilted Surface Radiation Models", Solar Energy, Vol. 45, No. 1, 1990, pp. 9-17.
8. Hay, J.E., Davies, J.A., "Calculation of The Solar Radiation Incident on An Inclined Surface", Proceedings First Canadian Solar Radiation Workshop, pp. 59-72, 1980.
9. Perez, R., Stewart, R., Seals, R., Guertin, T., "The Development and Verification of The Perez Diffuse Radiation Model", Sandia Report SAND88-7030, (Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico, 87185, USA) October, 1988.