(1) 온수 공급의 안전성 검토
먼저 축열조의 기본 조건인 온수 공급의 안정성의 확인을 위해서 축열조에 서 공급하는 물의 온도를 확인하여 샤워용 최저 온도 기준인 42℃ 이상을 유 지하는 지 여부를 확인하였다. 비교대상인 기존 보조열원 내장형 축열조와 개 선 방안 모두 태양열 시스템 설비 최소 태양열 의존율 30%에 해당하는 집열 면적 40㎡ 일 경우에 대하여 11월 1일부터 28일까지 축열조의 최상위 노드 의 급탕 온도를 확인하였다. 확인 결과 개선안의 최저온도는 46.5℃(11월 26 일)로 나타남에 따라 해당 기간동안 온수 공급의 안전성을 확보한 것으로 판 단할 수 있다. 최저온도가 나타난 11월 26일의 기존 축열조의 온수 온도를 비교해서도 0.1℃ 정도의 차이를 갖는 46.6℃ 를 나타내는 것으로 보아 해당 일에 과량의 온수 사용에 의한 것으로 판단된다.
11월 26일의 개선안의 축열조 내부 온도 분포와 기존안의 온도분포를 비교 한 그래프를 각각 [그림 5.7],[그림5.8]에 나타내었다. 해당일은 [그림 5.9]
와 같이 11월의 평균적인 일사량( 정오 기준 약 3,000 kJ/hr㎡)에 비해 일사 량이 적은 날이었고 [그림 5.10]과 같이 과량의 온수 사용량이 발생한 날이 다. 4장의 [그림4.13]을 참고하면 해당일의 온수 사용량은 기존일의 사용량 에 비해 상당히 많이 발생한 것을 알 수 있다. 하지만 이에 대해 제안된 예측 방법에 의해 하부 히터가 작동하여 공급수의 온도가 42℃ 이상으로 유지되고 있음을 알 수 있다.
이에 따라 기존안에 비해 개선안은 과량의 온수를 사용하지 않는 시간에는 상부의 히터만으로 충분히 온수를 공급하고 있어 온수 공급의 안전성을 유지 하면서도 축열조 하부의 온도를 낮게 유지하여 태양열 집열 효율 개선에 영향 을 줄 수 있다고 판단할 수 있다.
46.5℃
[그림 5.5] 개선 방안을 적용한 축열조의 최상위 노드 온도 변화
46.6℃
[그림 5.6] 기존 보조열원 내장형 축열조 최상위 노드 온도 변화
[그림 5.7] 개선안의 축열조 내부 온도 분포
[그림 5.8] 기존안의 축열조 내부 온도 분포
[그림 5.9] 일사량 분포
(2) 제안 방안의 에너지 효율성 개선 여부 검토
제안된 히터 운영 방안의 에너지 효율성 개선 여부를 보기 위해서는 축열조 내부 보조열원의 에너지 사용량 값의 차이, 태양열 급탕 시스템의 태양열 의 존율의 값, 집열 효율의 개선 여부를 <표 5.2>에 제시하였다. 태양열 의존율 의 값은 식(5.1) 집열효율의 값은 식(5.2)를 이용하여 계산하였다.
×
× (5.1)
여기서,
: 총 급탕부하, kWh
: 보조열원으로부터 공급된 열량, kWh
: 태양으로부터 공급된 열량, kWh
: 태양열 의존율
(5.2)
여기서,
: 집열 효율
: 집열기가 취득한 에너지(유효 집열량), kW
: 집열면 일사량, kW/㎡
: 집열 면적, ㎡
: 집열 효율 수정계수
: 집열기 투과율
: 흡수판 흡수율
: 열손실 계수, kW/㎡℃
: 집열기 입수 온도, ℃
: 외기 온도, ℃
<표 5.2> 기존안 대비 제안된 히터 운영 방안의 에너지 성능 비교
집열 면적에 상관없이 개선안이 적용된 경우 기존 축열조에 비해 보조열원 의 사용량()이 15% 이상 감소 가능한 것으로 확인되었다. 집열면적의 증 가율에 비해 실제 시스템의 운영 시 태양열 의존율()은 비교적 적게 개선되 는 것을 알 수 있었다. 하지만 집열 면적의 증가에 따라 태양열의 유효 집열 량()커져 태양열 시스템의 집열 효율()이 증가하는 것을 확인할 수 있었 으며, 이에 따라 개선안과 기존안의 보조열원 사용량()의 감소율이 커지 는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 제안된 운전 방안을 적용 할 경우 태양열 시스템을 더욱 에너지 효율적으로 이용될 수 있다고 판단할 수 있다.