4.1 내부온도 변화에 따른 응축
4.1.2 구름 적은 날
Table 5.는 구름 적은 날(2009.05.29)의 경사각별로 응축특성을 나타낸 그래프이다.
태양 고도각에 수직한 집열면의 각도는 지면과 13.4o 이며, 실험장치 중에서 15o 경 사각이 가장 수직에 가까운 장치이다. 태양과 수직한 집열면적의 크기는 15o 경사각과 비교하여 30o 는 6.86% 가 크고, 45o 와 60o 경사각은 각각 15.33%, 32.75% 가 크며, 집열면적 당 내부 공기체적은 15o 경사각과 비교하여 30o 경사각은 44.91%, 45o 는 109.82%, 60o 는 192.13% 가 커서 공기체적에 의한 공기온도의 차이와 상․하부공기의 온도차이가 발생하며, 하부의 공기온도가 높은 15o 장치의 물의 온도가 가장 높아 응 축수가 많이 발생하였다.
이때 15o 경사각이 1 ml 의 응축수를 발생하는데 12.57 kJ 의 일사량이 필요하여 경 사각 중 가장 적은 일사량으로 응축할 수 있고 경사각별로 15o > 30o > 45o > 60o 순으 로 발생하였다.
Table 5. The condensation characteristic at each tilted angle on a small cloudy day (2009.05.29)
Tilted angle
Division 15o 30o 45o 60o
Solar radiation (kJ/m2∙d) 18,867 Vertical slope angle on the sun
(o) 13.4o
Glass area (cm2) 10,350 11,540 14,140 19,999 Inner air volume (cm3) 254,000 407,000 620,000 985,000
Collecting area (cm2) 10,350 11,060 12,040 13,740 Air volume per collecting area
(cm3/cm2) 24.54 36.79 51.49 71.69 Maximum temperature
(℃)
Water 44.6 42.8 39.7 35.4 Air 59.1 61.1 69.2 70.4 Condensate amount (ml/m2∙d) 1,501 1,433 1,030 854
Solar radiation per
condensation volume (kJ/ml) 12.57 13.17 18.32 22.09
Table 6.은 실험기간 중(2010.01 ~ 2010.12) 구름의 양이 30 ~ 50% 인 날인 112일 동안의 응축수 발생특성을 나타낸 표이다.
기간 중 구름양의 평균은 44% 이며, 일조시간은 연간 평균값 5시간보다 34% 가 길어 6.7시간으로 나타났다. 구름 적은 날들의 연간 일사량평균값은 14,797 kJ/m2∙d 로 연 간 평균일사량 12,540 kJ/m2∙d 보다 18.0% 높게 측정 되었고, 30o 경사각의 경우 연간 응축수 발생량의 36.53% 인 147,908 ml/m2∙y 가 발생하였다.
경사각별 응축수 발생량은 30o 경사각이 가장 많았는데, 이는 실험장소인 광주지방 의 태양광이 수직으로 입사하는 경사면의 각도가 연평균 35.1o 로서 장치의 경사각이 30o 인 장치에서 가장 많은 일사량을 받을 수 있어 가장 많은 응축이 발생하였고 1 ml 의 응축수가 발생하는 데에는 11.20 kJ 의 일사량이 필요하였다.
Table 6. The condensation characteristic on a small cloud day (2010.01 ~ 2010.12)
Tilted angle
Division 15o 30o 45o 60o
Solar radiation (kJ/m2∙d) 14,797 Amount of cloud (%) 44 Duration of sunshine (h) 6.7
Glass area (cm2) 10,350 11,540 14,140 19,999 Average condensate amount
(A small cloud day, ml/m2∙d) 1,287 1,321 888 862 Condensate amount
(A small cloud day, ml/m2∙y) 144,098 147,908 99,412 96,582 Condensate amount
(ml/m2∙y) 381,204 404,846 276,247 272,969 Solar radiation per
condensation volume (kJ/ml) 11.49 11.20 16.66 17.16
Fig 17.은 실험기간 중 맑은 날의 응축수 발생량과 일사량과의 관계를 회귀분석 한 결과이다.
일사량이 18,000 kJ/m2∙d 이상인 날에는 15o 경사각에서, 일사량이 18,000 kJ/m2∙d 미만인 날에는 30o 경사각에서 많은 응축수가 발생 하였다.
구름이 적은 날의 분포가 응축수량이 많은 봄철, 여름철과 가을철에 분포하여 일사 량이 많고 외기온도가 높아 열손실이 적어서 내부 물 온도가 고온으로 상승하였다.
Fig 17.에서 우측 아랫부분의 Data는 일사량은 많으나 응축수량이 적은 날들로서 겨 울철의 Data가 많이 분포되었다. 즉 겨울철에는 일사량이 많아도 외기온도가 낮아져 있어 내・외부의 온도 차이에 의한 열손실로 인하여 응축수량이 적게 발생되었음을 알 수 있었다.
Fig 17. The relations of solar radiation and the amount of condensed water at each tilted angle on small cloudy days (2010.01 ~ 2010.12)