건물시스템 과제-태양광 냉난방 시스템

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문서 내 토픽

• 1. 태양열 냉난방 시스템 개요

  태양에서 나와 지구에 도달하는 열로 태양은 수소 73%, 헬륨 24%로 이루어진 기체덩어리이다. 초당 3.8 X 10kW의 에너지를 우주에 방출하는 거대한 화염으로 지구는 태양으로부터 지표면당 700W/m²의 에너지를 받는다. 태양열 이용기술과 태양광 이용기술 중 태양열 냉난방 시스템은 태양으로부터 오는 복사광선을 흡수, 저장하여 열에너지로 변환하여 건물의 냉난방 및 급탕, 산업공정열, 열발전 등에 활용한다.

• 2. 태양열 냉난방 시스템 분류

  태양열 시스템은 열매체의 구동장치 유무에 따라 자연형 시스템과 설비형 시스템으로 분류된다. 자연형 시스템은 다른 에너지의 개입 없이 열 전달이 자연적인 현상(전도, 대류, 복사)에 따라 이루어지는 방식이며, 설비형 시스템은 펌프나 송풍기와 같이 외부로부터 다른 에너지를 소모하는 기계를 사용하여 열을 전달시키는 방식이다.

• 3. 태양열 냉난방 시스템 구성

  태양열 냉난방 시스템의 주요 구성요소는 집열부, 축열부, 열교환기, 이용부, 제어장치 등이다. 집열부는 태양열 복사에너지를 집열하여 열에너지로 변환하는 가장 중요한 부분이며, 축열부는 열교환되어 이용처에 활용될 매체(난방용 온수 등)를 저장한다. 열교환기는 열 매체의 열을 축열용 온수기에 전달하며, 이용부는 태양열 축열조에 저장된 태양열을 효과적으로 공급하고 부족할 경우 보조열원에 의해 열을 공급한다. 제어장치는 태양열을 효과적으로 집열 및 축열하고 공급하는 역할을 한다.

• 4. 태양열 냉난방 시스템 작동원리

  태양열 냉난방 시스템의 작동원리는 다음과 같다. 1) 태양열 에너지가 집열기에 의해 집열됨. 2) 집열된 태양에너지는 열교환기를 통해 축열탱크까지 전달됨. 3) 축열탱크에 온수로 저장됨. 4) 여름에는 저장된 열이 흡수냉동기로 전달되어 냉방에 사용됨. 5) 겨울에는 실내 난방코일로 직접 전달되어 난방에 사용됨. 6) 보조난방 가열기로부터의 열에너지가 난방에 직접 사용됨.

• 5. 태양열 냉난방 시스템 이용분야

  태양열 시스템 적용이 유리한 곳은 연중 온수사용시간이 긴 곳(목욕탕, 요양원 등), 이용온도가 낮은 분야(태양열 시스템을 예열장치로 이용하는 분야), 주간에도 온수사용이 필요한 분야(축열조 축소 가능), 건물 신축시부터 태양열시스템을 적용할 수 있는 곳(보조열원과 효과적 연계 가능) 등이다.

• 6. 태양열 냉난방 시스템 장단점

  태양열 시스템의 장점은 무공해, 무제한 청정 에너지원이며 기존의 화학에너지에 비해 지역적 편중이 적고 다양한 적용 및 이용성, 저가의 유지보수비 등이다. 단점은 밀도가 낮고 간헐적이며, 유가의 변동에 따른 영향이 크고 초기설치비용이 많으며, 겨울철 일사량 조건이 불리하다는 것이다.

• 7. 태양열 냉난방 시스템 사례

  김천 도림병원의 태양열 하이브리드 급탕 및 냉난방 시스템, 한국지역난방공사의 태양열 냉난방 시스템(집열면적 1,069 m²), 덴마크 Aalborg의 태양열 냉난방 시스템(집열면적 5,000 m²) 등이 대표적인 사례이다.

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• 1. 태양열 냉난방 시스템 개요

  태양열 냉난방 시스템은 태양 에너지를 활용하여 건물의 냉난방을 제공하는 시스템입니다. 이 시스템은 태양 복사열을 흡수하여 열을 생산하고, 이를 이용하여 건물의 냉난방을 수행합니다. 태양열 냉난방 시스템은 화석 연료를 사용하지 않아 환경 친화적이며, 에너지 효율이 높고 운영 비용이 저렴한 장점이 있습니다. 하지만 초기 투자 비용이 높고 기후 조건에 따라 성능이 달라질 수 있는 단점도 있습니다. 이러한 장단점을 고려하여 적절한 설계와 운영이 필요합니다.

• 2. 태양열 냉난방 시스템 분류

  태양열 냉난방 시스템은 크게 능동형 시스템과 수동형 시스템으로 분류됩니다. 능동형 시스템은 펌프, 팬 등의 기계 장치를 사용하여 열을 수집하고 분배하는 방식이며, 수동형 시스템은 건물 설계 및 배치를 통해 자연 환기와 열 흡수를 활용하는 방식입니다. 또한 태양열 집열기의 종류에 따라 평판 집열기, 진공관 집열기, 집중형 집열기 등으로 나뉩니다. 각 시스템은 장단점이 있어 건물의 용도, 기후 조건, 예산 등을 고려하여 적절한 시스템을 선택해야 합니다.

• 3. 태양열 냉난방 시스템 구성

  태양열 냉난방 시스템의 주요 구성 요소는 태양열 집열기, 열 저장 장치, 열 교환기, 펌프, 팬, 제어 장치 등입니다. 태양열 집열기는 태양 복사열을 흡수하여 열을 생산하고, 열 저장 장치는 생산된 열을 저장합니다. 열 교환기는 저장된 열을 건물의 냉난방 시스템으로 전달하며, 펌프와 팬은 열 전달을 위한 순환을 담당합니다. 제어 장치는 시스템의 효율적인 운영을 위해 각 구성 요소를 통합적으로 관리합니다. 이러한 구성 요소들이 유기적으로 작동하여 태양열을 활용한 냉난방이 이루어집니다.

• 4. 태양열 냉난방 시스템 작동원리

  태양열 냉난방 시스템의 작동 원리는 다음과 같습니다. 먼저 태양열 집열기에서 태양 복사열을 흡수하여 열을 생산합니다. 이 열은 열 전달 매체(물, 공기 등)를 통해 열 저장 장치로 전달됩니다. 열 저장 장치에 저장된 열은 필요에 따라 열 교환기를 통해 건물의 냉난방 시스템으로 전달됩니다. 냉방의 경우 열 교환기에서 열을 흡수하여 냉각수를 생성하고, 이를 건물 내부로 순환시켜 냉방을 수행합니다. 난방의 경우 열 교환기에서 열을 방출하여 건물 내부를 가열합니다. 이러한 과정을 통해 태양열을 활용한 냉난방이 이루어집니다.

• 5. 태양열 냉난방 시스템 이용분야

  태양열 냉난방 시스템은 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 주거용 건물, 상업용 건물, 공공 건물 등 건물 냉난방에 널리 사용되며, 온실, 축사, 농산물 저장고 등 농업 분야에서도 활용됩니다. 또한 병원, 호텔, 학교 등 에너지 수요가 큰 시설에서도 태양열 냉난방 시스템을 적용할 수 있습니다. 최근에는 태양열 냉난방 시스템을 이용한 지역 냉난방 시스템 구축 사례도 늘어나고 있습니다. 이처럼 태양열 냉난방 시스템은 다양한 분야에서 에너지 효율 향상과 환경 보호에 기여할 수 있습니다.

• 6. 태양열 냉난방 시스템 장단점

  태양열 냉난방 시스템의 주요 장점은 다음과 같습니다. 첫째, 태양 에너지를 활용하므로 화석 연료 사용이 적어 환경 친화적입니다. 둘째, 에너지 효율이 높아 운영 비용이 저렴합니다. 셋째, 유지보수가 용이하고 수명이 길어 지속 가능한 시스템입니다. 반면 단점으로는 첫째, 초기 투자 비용이 높다는 점, 둘째, 기후 조건에 따라 성능이 달라질 수 있다는 점, 셋째, 태양 복사열 흡수를 위한 충분한 공간이 필요하다는 점 등이 있습니다. 이러한 장단점을 고려하여 적절한 시스템 설계와 운영이 필요합니다.

• 7. 태양열 냉난방 시스템 사례

  태양열 냉난방 시스템의 다양한 사례를 살펴보면 다음과 같습니다. 첫째, 독일의 프라이부르크에 있는 프라이부르크 태양 에너지 연구소는 태양열 냉난방 시스템을 활용하여 에너지 자립형 건물을 운영하고 있습니다. 둘째, 미국 캘리포니아의 데이비스 대학교는 태양열 냉난방 시스템을 이용하여 캠퍼스 건물의 냉난방을 수행하고 있습니다. 셋째, 중국의 베이징 올림픽 선수촌은 태양열 냉난방 시스템을 도입하여 선수들의 숙소와 훈련 시설을 냉난방하고 있습니다. 이처럼 태양열 냉난방 시스템은 전 세계적으로 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 지속 가능한 에너지 시스템으로 주목받고 있습니다.