태양열 온수 시스템의 종류 및 작동 방식에 대한 종합 가이드

태양열 온수 기술 소개

비전력 순환식 순간 태양열 온수기 시스템

시스템 구성 요소: 진공관형 집열기, 연결 가능한 물탱크, 조절 가능한 브래킷, 열교환기.

비전력 순환식 순간 태양열 온수기의 작동 원리: 진공관 내부의 물은 햇빛에 노출되면 가열되기 시작합니다. 물이 가열되면 밀도가 감소하고 자연스럽게 탱크로 순환하여 점차적으로 물을 가열합니다. 가열된 물은 폴리우레탄 폼으로 단열된 탱크에 저장됩니다. 탱크 내의 고정된 벨로우즈 채널을 통해 차가운 실내 물이 흐르면서, 가압된 수돗물의 온도가 탱크 안의 물과 거의 동일한 온도(온도 차이 2도 미만)로 상승합니다. 이는 안정적이고 압력이 유지된 깨끗한 온수를 제공합니다.

자연 순환 태양열 온수 시스템

자연 순환식 태양열 온수 시스템은 집열기와 물탱크 사이의 온도 차이를 이용하여 열사이펀 헤드를 형성하고, 이를 통해 시스템 내에서 물이 순환됩니다. 동시에, 집열기에서 얻은 유용한 에너지는 물을 가열하여 탱크에 지속적으로 저장됩니다.

시스템 작동 중, 집열기 내의 물은 태양 복사열에 의해 가열되어 온도가 상승하고 밀도가 감소합니다. 가열된 물은 점차적으로 집열기 내부에서 상승하며, 집열기의 상단 순환관을 통해 물 저장 탱크의 상단으로 흐르게 됩니다. 동시에, 물 저장 탱크 하단에서 나오는 냉수는 하부 순환 파이프를 통해 집열기 하단으로 흐릅니다. 시간이 지남에 따라 물 저장 탱크에는 뚜렷한 온도 층화 현상이 나타나며, 상층의 물이 먼저 사용 가능한 온도에 도달하고, 이 과정이 계속되어 탱크 전체가 완전히 사용 가능하게 됩니다.

뜨거운 물을 얻는 방법에는 두 가지가 있습니다. 메이크업 탱크를 사용하여 저장 탱크 하단에 냉수를 보충하고, 상층의 온수를 밀어내어 사용합니다. 수위는 메이크업 탱크 내부의 플로트 밸브에 의해 조절됩니다. 이 방법은 때때로 '탑업 방식'이라고 불립니다. 메이크업 탱크가 없는 다른 방식은 중력에 의해 온수가 저장 탱크의 바닥에서 떨어지도록 합니다. 이 방법은 때때로 드롭다운 방식이라고 불립니다.

강제 순환 태양열 온수기 시스템

강제 순환 태양열 온수기 시스템은 집열기와 물 저장 탱크 사이의 배관에 설치된 물 펌프를 사용하여 시스템 내의 물을 순환시킵니다. 동시에, 집열기에서 얻은 유용한 에너지는 물을 가열하여 물 저장 탱크에 저장됩니다.

시스템 작동 중에는 순환 펌프의 작동 및 정지를 제어해야 하며, 그렇지 않으면 전기 에너지와 열 에너지가 모두 낭비됩니다. 온도 차이 제어는 일반적으로 가장 인기 있는 방법이며, 때로는 온도 차이 제어와 태양광 제어를 동시에 사용하는 경우도 있습니다.

온도 차이 제어는 집열기 출구의 수온과 물 저장 탱크 하단의 수온 간의 온도 차이를 이용하여 순환 펌프의 작동을 제어합니다.

아침 해가 뜨면, 집열기의 물은 태양 복사열에 의해 가열되어 점차 온도가 상승합니다. 집열기 출구와 저장 탱크 바닥의 물 사이의 온도 차이가 설정된 값(일반적으로 8-10도)에 도달하면 ° C) 온도 조절기는 순환 펌프를 작동시키는 신호를 생성하고, 시스템이 작동을 시작합니다. 구름이 짙게 끼는 시기나 일몰 전 오후에는 태양 복사열이 감소하여 집열기의 온도가 점차 낮아집니다. 집수기 출구와 저장 탱크 바닥의 물 사이의 온도 차이가 또 다른 설정값(일반적으로 3-4도)에 도달하면 ° C) 온도 조절기는 순환 펌프를 멈추게 하는 신호를 생성하며, 시스템은 작동을 멈춥니다.

태양열 온수 난방 시스템

온수를 얻는 방법에는 두 가지가 있습니다: 상향 흐름 방식과 하향 흐름 방식.

상부 유입 방식은 저장 탱크의 하단에 찬물(수돗물)을 추가하고, 상층의 뜨거운 물을 밀어내어 사용하는 방식입니다. 드롭-플로우 방식은 중력에 의해 뜨거운 물이 탱크 바닥에서 저절로 떨어지는 원리에 기반합니다. 강제 순환 하에서 탱크 안의 물이 철저히 혼합되어 상당한 온도 층화 현상을 방지합니다. 따라서 상류 방식과 하류 방식 모두 처음부터 온수를 제공합니다. 탑워터 방식과 비교했을 때, 탑워터 방식의 장점은 가압된 뜨거운 물 분사가 사용자 편의를 향상시킨다는 점이며, 물탱크를 다시 채우는 것에 대해 걱정할 필요가 없다는 점입니다. 그러나 단점은 물탱크 하단에서 들어오는 냉수가 탱크 안의 온수와 섞일 수 있다는 점입니다. 탑워터 방식은 뜨거운 물과 차가운 물이 섞이는 것을 방지할 수 있는 장점이 있지만, 뜨거운 물이 중력에 의해 떨어져 사용자의 편안함에 영향을 미치고, 매일 물탱크를 다시 채워야 하는 불편함이 있습니다.

이중 회로 강제 순환 시스템에서는 열교환기는 물탱크 내부에 설치된 침수형 열교환기이거나 물탱크 외부에 설치된 판형 열교환기일 수 있습니다. 판형 열교환기는 침수형 열교환기에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다. 첫째, 판형 열교환기는 더 넓은 열전달 면적을 가지고 있으며, 열전달 온도 구배가 더 작고, 시스템 효율에 미치는 영향이 더 적습니다. 둘째, 판형 열교환기는 시스템 배관 내에 배치되어 있어 더 큰 유연성을 제공하며 시스템 설계와 배치를 용이하게 합니다. 셋째, 판형 열교환기는 상업적으로 이용 가능하며 표준화되어 있어 품질 보증과 신뢰성이 더욱 용이합니다.

강제 순환 시스템은 대형, 중형, 소형 태양열 온수 시스템에 적합합니다.

흐름식 태양열 온수기 시스템은 물을 한 번의 흐름으로 집열기에서 원하는 온도로 가열한 후, 가열된 물이 연속적으로 저장 탱크로 배출됩니다.

시스템 작동 중에는 일반적으로 일정 온도 방전 방식을 사용하여 온수가 사용자 요구 사항을 충족하도록 합니다. 수집기 입구 파이프는 수도관에 연결되어 있습니다. 집수기 안의 물은 태양 복사열에 의해 가열되어 점차 온도가 상승합니다. 컬렉터 출구에는 온도 센서가 설치되어 있습니다. 온도 조절기는 콜렉터 입구에 설치된 전기 밸브의 개폐를 제어합니다. 이 온도 조절기는 컬렉터 출구 온도에 따라 컬렉터 입구 유량을 조절하여 일정한 출구 수온을 유지합니다. 이 시스템의 신뢰성은 가변 유량 전기 밸브와 컨트롤러의 성능에 달려 있습니다.

전기 밸브와 컨트롤러에 대한 엄격한 요구 사항을 피하기 위해 일부 시스템에서는 전기 밸브를 컬렉터 출구에 설치하며, 밸브는 열림과 닫힘의 두 가지 상태만을 갖습니다. 컬렉터 출구 온도가 설정된 값에 도달하면 온도 조절기가 전기 밸브를 열어 뜨거운 물이 컬렉터 출구에서 물 저장 탱크로 흐르게 합니다. 동시에, 콜렉터 출구 온도가 설정된 값 이하로 떨어질 때까지 냉수(수돗물)가 콜렉터에 추가됩니다. 전기 밸브가 닫히고, 이 과정이 반복됩니다. 이 일정 온도의 물 배출 방식은 비교적 간단하지만, 전기 밸브의 닫힘 시 발생하는 이력 현상으로 인해 생성되는 온수 온도가 설정값보다 낮을 수 있습니다.

직류 시스템은 여러 가지 장점이 있습니다. 첫째, 강제 순환 시스템과 비교했을 때 물 펌프가 필요하지 않습니다. 둘째, 자연 순환 시스템에 비해 물 저장 탱크를 실내에 설치할 수 있습니다. 셋째, 재순환 시스템과 비교했을 때, 매일 더 빨리 사용 가능한 온수를 얻을 수 있으며, 일정 기간 동안 맑은 날씨가 유지되면 일정량의 사용 가능한 온수를 확보할 수 있습니다. 넷째, 겨울철 결빙을 방지하기 위해 밤에 시스템을 배수하는 설계를 구현하는 것이 용이합니다. 직류 시스템의 단점은 신뢰할 수 있는 가변 유량 전기 밸브와 컨트롤러가 필요하다는 점으로, 이는 시스템을 복잡하게 만들고 투자 비용을 증가시킨다.

직류 시스템은 주로 대규모 태양열 온수 시스템에 적합합니다.