태양열

Solar air heat
이 건물의 전면은 시설의 유입 환기 공기를 가열하는 증산형 태양열 공기 난방 시스템입니다.

태양열 공기 가열은 태양으로부터 나오는 에너지인 일사를 흡수 매체로 포착하여 공기를 [1]가열하는 태양열 기술입니다.태양열 공기 난방은 건물의 공기를 가열 또는 조절하거나 열 응용 프로그램을 처리하는 데 사용되는 재생 에너지 난방 기술입니다.이는 특히 상업 및 산업 분야에서 모든 태양 기술 중에서 가장 비용 효율적이며 난방 기후에서 가장 많은 건물 에너지 사용, 즉 공간 난방과 산업 공정 난방에 대처합니다.

태양열 공기 수집기는 두 가지 [2]범주로 나눌 수 있습니다.

  • 미유리 공기 수집기 또는 트랜스파이어드 솔라 수집기(주로 상업, 산업, 농업 및 프로세스 분야에서 주변 공기를 가열하는 데 사용)
  • 유리 태양 집열기(일반적으로 공간 난방에 사용되는 재순환형)

수집기 유형

공기 열용 태양열 수집기는 공기 분배 경로 또는 유약 또는 비유약과 같은 물질에 따라 분류할 수 있다.예를 들어 다음과 같습니다.

  • 스루패스 수집기
  • 프런트 패스
  • 백패스
  • 전면 및 후면 패스 수집기 조합
  • 유리를 바르지 않은
  • 유리를 입혔다

유리를 사용하지 않은 공기 수집기 및 증착형 태양열 수집기

배경

"무유리 공기 수집기"란 유리가 없는 흡수체 또는 그 위에 유리가 없는 흡수체로 구성된 태양열 공기 가열 시스템을 말합니다.시중에 판매되고 있는 가장 일반적인 유형의 무유리 수집기는 증산 태양 [3]수집기입니다.이 기술은 1990년대 [4]미국 에너지부(NREL)와 캐나다 천연자원부(Natural Resources Canada)와 함께 전 [5]세계 기술 상용화에 참여한 캐나다인 엔지니어 존 홀릭이 발명하고 특허를 취득했습니다.이 기술은 이러한 정부 기관에 의해 광범위하게 모니터링되어 왔으며, Natural Resources Canada는 실현 가능성 도구인[6] RETScreen을 개발하여 발전된 태양열 집열기의 에너지 절약량을 모델링하였다.John Hollick과 새로 탄생한 태양열 수집기는 2014년 최고의 발명품, 발명가 및 엔지니어링 f를 인정한 뉴욕 전시회에서 토마스 에디슨, 헨리 포드, 증기 엔진 및 파나마 운하와 함께 산업화 시대의 최고의 발명품 중 하나로 미국 기계 공학 협회(ASME)로부터 상을 받았습니다.지난 2세기 동안 먹었던 음식들

수천 개의 태양 집열기 시스템이 전 [7][8]세계 35개 이상의 국가에서 다양한 상업, 산업, 기관, 농업 및 프로세스 애플리케이션에 설치되었습니다.이 기술은 원래 높은 환기 요건, 층상 천장 열 및 종종 건물 내 음압이 요구되는 제조 및 조립 공장 등의 산업 애플리케이션에 주로 사용되었습니다.Ford Motor Company는 캐나다 [9]Oakville에 있는 조립 공장에 세계 최초의 광택이 없는 집열기를 설치했습니다.

건물에 재생 에너지 시스템을 설치하려는 움직임이 증가함에 따라, 발전된 태양열 집열기는 현재 높은 에너지 생산량(최대 500-600 열 와트/제곱 미터), 높은 태양열 변환량(최대 90%) 및 태양광 발전 및 태양열 용수에 비해 자본 비용이 낮기 때문에 전체 건물 재고에서 사용되고 있습니다.ating.[10]

조작방법

유리되지 않은 공기 수집기는 재순환된 건물 공기 대신 주변(외부) 공기를 가열합니다.증산 태양 집열기는 보통 겨울 난방 달과 눈의 태양 반사를 포착하고 집열기 면적 1평방피트당 4-8 CFM(72~144m3/h.m2)의 유량으로 작동할 때 최적의 성능과 투자 수익률을 달성하기 위해 벽면에 설치된다.

태양 집열기의 외부 표면은 열의 경계층을 포착하여 외부 패널 뒤에 있는 공기 구멍으로 균일하게 흡입할 수 있도록 하는 수천 개의 작은 구멍으로 구성되어 있습니다.이 태양열 가열 환기 공기는 집열기 상단을 따라 위치한 공기 출구에서 건물 환기 시스템으로 흡입되며, 그 후 일반적인 수단이나 태양열 덕트 시스템을 사용하여 건물 내에서 분배됩니다.

Natural Resources Canada와 NREL의 광범위한 모니터링 결과, 증산형 태양열 집열기 시스템은 기존 가열 부하의 10-50%를 감소시키며 RETScreen은 시스템 [11]성능의 정확한 예측 변수임을 알 수 있었다.

증산된 태양열 집열기는 레인스크린 역할을 하며 건물 외피에서 빠져나오는 열 손실을 포착하여 집열기 공기 공간에 모아져 환기 시스템으로 다시 끌어옵니다.태양열 공기 난방 시스템은 유지보수가 필요하지 않으며 예상 수명은 30년 [12]이상입니다.

증산 태양 집열기의 변화

또한 적절한 남쪽 벽면이 없는 용도 또는 기타 건축상의 고려사항에 대해 유리되지 않은 증착식 집전기를 지붕에 장착할 수 있습니다.많은 회사가 경사진 금속 지붕에 직접 장착하거나 덕트에 부착하고 주변 팬 및 HVAC 장치에 연결하는 모듈로 루프 장착에 적합한 송풍 공기 수집기를 제공하고 있습니다.

공기를 두 번 가열하여 온도 상승을 증가시켜 대형 건물의 공간 난방에 적합하도록 구성할 수 있는 증기식 컬렉터를 사용하면 더 높은 온도도 가능합니다.2단계 시스템에서 첫 번째 단계는 일반적인 미유리 증착 컬렉터이며, 두 번째 단계는 증착 컬렉터를 덮는 유리를 가진다.유리창은 1단계에서 가열된 모든 공기를 2단계 태양열 난방을 위해 2단계 집열기를 통해 유도할 수 있게 해줍니다.

또 다른 혁신은 태양 공기 시스템에 PV 모듈을 장착하여 PV 모듈(대개 PV 모듈이 생산하는 전기 에너지보다 4배 더 높음)에서 열을 회수하는 것입니다.난방 요건이 있는 경우, 태양광 공기 구성 요소를 PV 시스템에 통합하면 두 가지 기술적 이점을 얻을 수 있습니다. PV 열을 제거하고 PV 시스템이 정격 효율성(25°C)에 가깝게 작동할 수 있습니다. 또한 열이 발생하기 때문에 복합 시스템과 관련된 총 에너지 회수 기간이 단축됩니다.rgy는 캡처되어 기존 가열 오프셋에 사용됩니다.

유리로 된 공기 시스템

시스템은 기존의 강제 공기로와 유사한 방식으로 작동하며, 태양열 수집기를 통해 조건부 건물 공기를 재순환하여 열을 공급합니다.에너지 수집 표면을 사용하여 태양의 열에너지를 흡수하고 덕트 공기를 접촉시킴으로써 다양한 공조 및 프로세스 애플리케이션에 사용할 수 있는 간단하고 효과적인 수집기를 만들 수 있습니다.

Solar Air Heat Collector, Flat Plate Air Collector, Solar Powered Furnace, installed on a vertical wall on the house for optimum winter performance and minimize summer performance to prevent over-heating.
SPF 태양열 집열기

단순한 태양 공기 수집기는 태양으로부터의 방사선을 포착하고 전도 열 전달을 통해 이 열에너지를 공기로 전달하는 흡수체 물질로 구성됩니다. 가열된 공기는 건물 공간 또는 가열된 공기가 공간 난방 또는 프로세스 난방 요구에 사용되는 프로세스 영역으로 덕트됩니다.

이러한 유형의 시스템의 선구자는 1945년 콜로라도 볼더에 있는 집을 위해 태양열 난방 공기 시스템을 구축한 조지 뢰프입니다.그는 나중에 열을 [13]저장하기 위한 자갈 침대를 포함했다.

스루패스 공기 수집기

스루패스 구성에서는 흡착기의 한쪽에 덕트된 공기는 다공형 또는 섬유형 재료를 통과하여 재료의 도전성 및 이동공기의 대류성으로부터 가열된다.스루패스 흡수기는 비교적 높은 전도성 열전달률을 가능하게 하는 대부분의 표면적을 가지고 있지만, 상당한 압력 강하는 더 큰 팬 파워를 필요로 할 수 있으며, 수년 동안 태양 방사선에 노출된 후 특정 흡수재 재질의 열화는 추가적인 공기 품질 및 성능 문제를 야기할 수 있다.

후면, 전면 및 조합 통로 공기 수집기

백패스, 프론트패스 및 콤비네이션 타입의 구성에서는 공기는 업소버의 후면, 전면 또는 양쪽으로 향하며 리턴에서 공급 덕트 헤더로 가열됩니다.업소버 양쪽의 공기를 통과시키면 전도성 열 전달을 위한 표면적이 넓어지지만, 업소버 전면의 공기를 통과시켜 먼지(풀링) 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인해 햇빛을 받는 양이 제한되어 업소버 효율이 저하될 수 있습니다.추운 기후에서는 유리 옆을 통과하는 공기가 추가로 열 손실을 증가시켜 컬렉터의 전반적인 성능을 저하시킵니다.

태양 공기 가열 응용 프로그램

다양한 애플리케이션에서 태양 공기 열 기술을 활용하여 화석 연료와 같은 기존 열원을 사용하여 탄소 배출량을 줄이고 열에너지를 생산하기 위한 지속 가능한 수단을 만들 수 있습니다.공간 난방, 온실 계절 연장, 예열 환기 보충 공기 또는 프로세스 열과 같은 애플리케이션은 태양열 공기 [14]열 장치로 해결할 수 있습니다.'태양광 공동 발전' 분야에서는 태양광 발전(PV)과 결합하여 PV 패널을 냉각하여 전기 성능을 향상시키는 동시에 공간 [citation needed]난방을 위한 공기를 따뜻하게 함으로써 시스템의 효율성을 높입니다.

공간 난방 응용 프로그램

주거용 및 상업용 공간 난방은 태양열 공기 난방 패널을 사용하여 수행할 수 있습니다.이 구성은 건물 외피 또는 실외 환경에서 공기를 흡입하여 콜렉터를 통과시켜 작동하며, 콜렉터는 흡수기에서 나오는 전도를 통해 공기가 따뜻해지고 수동적인 수단 또는 팬의 도움을 받아 주거 공간 또는 작업 공간에 공급됩니다.옛날에는 에어컨을 틀기 전에 낮에는 태양의 열 때문에 건물 안이 더워졌다.차 안에서도 창문이 열려 있어 히터를 켤 필요가 없으면 실내 온도가 50도를 넘을 수 있습니다.

프로세스 열 적용

태양열 공기 열은 세탁물 건조, 농작물(차, 옥수수, 커피 등) 건조 용도에도 사용할 수 있습니다.태양열 집열기를 통해 가열된 후 건조 매체를 통해 전달되는 공기는 재료의 수분 함량을 감소시키는 효율적인 수단을 제공할 수 있다.

야간 냉각 애플리케이션

밤하늘에 대한 방사선 냉각은 따뜻한 표면(지붕)에서 낮은 온도(하늘)의 다른 물체에 대한 장파 복사에 의한 열 손실 원리에 기초한다.맑은 밤에는 일반적인 하늘 표면은 약 75W/m2(25BTU/hr/ft2)의 속도로 냉각될 수 있습니다. 이는 하늘을 향한 금속 지붕이 주변 공기 온도보다 더 춥다는 것을 의미합니다.수집기는 이러한 냉각 현상을 이용할 수 있습니다.따뜻한 밤 공기가 집열기의 차가운 표면에 닿으면 열이 금속으로 전달되어 하늘로 방사되고 냉각된 공기가 구멍 난 표면을 통해 유입됩니다.그런 다음 냉기를 HVAC 장치로 끌어들일 수 있습니다.「 」를 참조해 주세요.

환기 응용 프로그램

적절히 설계된 공기 수집기 또는 공기 히터를 통해 공기를 흡입함으로써 태양열로 가열된 신선한 공기는 햇빛이 잘 드는 동안 난방 부하를 줄일 수 있습니다.열회수 환풍기로 유입되는 신선한 공기를 예열하는 기화 수집기 또는 일부 다른 태양열 굴뚝에서 가열된 공기를 배출하여 발생하는 흡인 등이 해당됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Solar Thermal Collectors - Energy Explained, Your Guide To Understanding Energy - Energy Information Administration". Tonto.eia.doe.gov. 2013-05-29. Retrieved 2014-05-04.
  2. ^ "Advanced Manufacturing Office: Industrial Distributed Energy". Eere.energy.gov. Retrieved 2014-05-04.
  3. ^ "Survey of Active Solar Thermal Collectors, Industry and Markets in Canada" (PDF). August 2010. Retrieved 3 August 2011.
  4. ^ "SolarWall® Company Profile". Conserval Engineering Inc. Retrieved May 3, 2014.
  5. ^ 미국 특허 4899728, HOLICK JOHN C; PEER ROLF W, "건물의 환기공기를 예열하는 방법 및 장치", 1998-07-17 발행
  6. ^ "RETScreen International Home". Natural Resources Canada. 10 March 2010. Retrieved May 3, 2014.
  7. ^ "Solar Energy Use in U.S. Agriculture Overview and Policy Issues" (PDF). United States Department of Agriculture. Retrieved 4 August 2011.
  8. ^ Siegele, Lindsey. "SolarWall Solar Air Heating Technology". Mother Earth News. Archived from the original on 30 March 2012. Retrieved 4 August 2011.
  9. ^ a b "Transpired Collectors (Solar Preheaters for Outdoor Ventilation Air)" (PDF). Federal Technology Alert. Federal Energy Management Program. National Renewable Energy Laboratory. April 1998. DOE/GO-10098-528. Retrieved July 25, 2010.
  10. ^ Brown, David. "An Evaluation of Solar Air Heating at United States Air Force Installations" (PDF). Air Force Institute Of Technology. Retrieved 4 August 2011. {{cite journal}}:Cite 저널 요구 사항 journal=(도움말)
  11. ^ "Solar-Heated Fresh Air Cuts Heating Costs" (PDF). NREL. 1994. Retrieved 4 August 2011.
  12. ^ "Solar Preheated Ventilation" (PDF). Naval Facilities Engineering Service Center. Naval Facilities Engineering Service Center. Retrieved 3 August 2011.
  13. ^ Denzer, Anthony, "George Löf: Denver's Solar Pioneer" (PDF), 2012 ASES National Solar Conference
  14. ^ Rural Renewable Energy Alliance. "Solar Air Heat Basics". Retrieved 5 July 2011.
  15. ^ "Solar Savings: An inside look at solar metal walls". Metal Architecture Magazine. Archived from the original on 31 March 2012. Retrieved 1 September 2011.
  16. ^ Lombardi, Candace. "Roof-mounted solar assists in cooling too". CNET. Retrieved 1 September 2011.