태양열 난방 시스템

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배경

단 1초 만에 태양은 미국에서 1년 동안 소비되는 모든 전기로 생성되는 에너지의 1,300만 배를 방출합니다. 태양 에너지의 백만 분의 1만이 지구에 도달하지만, 이 부족한 양은 우리 행성 전체의 에너지 요구 사항을 충족시키기에 충분합니다. 화석 연료나 원자력에서 에너지를 얻는 시스템과 비교할 때 태양에서 에너지를 추출하는 것이 상대적으로 어렵기 때문에 광범위한 에너지원으로 발전하는 데 방해가 되었습니다. 그러나 소규모 및 많은 실험 프로젝트에서 태양 에너지는 전기와 열을 모두 생산하는 데 매우 효과적인 것으로 입증되었습니다.

태양 에너지는 1950년대에 우주 위성에서 지속적인 전력 생산의 필요성으로 인해 미국 벨 전화 연구소(Bell Telephone Laboratories)에서 태양 전지 개발이 시작된 1950년대에 전기 목적으로 처음 탐색되었습니다. 그러나 오늘날에도 최고의 실리콘 태양 전지는 18%의 효율로 햇빛을 전력으로 변환합니다. 그러나 실험은 태양에서 생성된 전기를 성공적으로 활용했습니다. 태양광 발전에 중점을 둔 눈에 잘 띄는 프로젝트 중 하나는 연례 국제 태양열 자동차 경주입니다.

태양 에너지는 더 효과적인 것으로 입증되었으며 물과 공간 난방 및 냉각 시스템 모두에 더 널리 활용되었습니다. 온수기로서 태양 에너지는 수영장을 데우는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 공간 난방의 경우 두 가지 주요 유형의 시스템이 사용됩니다. 수동 태양열 난방 시스템은 남쪽을 향한 큰 창(북반구)을 통해 태양 에너지를 건물로 직접 받아들이고 내부 공간(직접 이득으로 알려져 있으며 온실 효과라고도 함) 또는 벽을 통해 직접 난방합니다. 또는 태양 복사를 흡수하고 결과 열을 저장하고 열을 건물로 전달하는 지붕(이것을 간접 이득이라고 함). 수동 시스템은 건물의 일부가 아니지만 자체 별도의 챔버에 포함된 흡수체 및 저장 구성요소(예:암석층)를 사용할 수도 있습니다. 이것은 고립 이득 시스템으로 알려져 있습니다.

능동형 태양열 난방 시스템은 물이나 공기를 사용하여 건물 지붕의 남향(북반구)에 설치된 집열기에서 암석층이나 물 탱크로 열을 전달합니다. 저장된 열은 암석층과 공기를 전달 유체로 사용할 때 방으로 직접 허용되거나 태양 에너지가 먼저 물을 가열할 때 팬 코일 장치를 통해 허용될 수 있습니다. 열은 코일을 통해 전달되어 공기를 가열합니다. 냉각 시스템은 또한 야간 공기와 응축을 사용하여 건물의 공기를 냉각시키는 수동 시스템과 능동 시스템으로 나뉩니다.

다양한 유형의 태양열 집열판을 사용할 수 있으며 가열 또는 냉각되는 시설의 유형에 적합합니다. 평판 수집기는 상단이 유리로 되어 있고 바닥과 열을 흡수하는 검정색 바닥이 있는 크고 평평한 상자로 상단과 하단에 평행한 파이프가 포함되어 있어 가정용으로 가장 적합합니다. 반사 재료로 만들어지고 물통이나 그릇 모양의 집광 수집기는 산업용으로 가장 적합합니다.

연혁

태양은 태초부터 열원의 역할을 했지만 가장 오래된 기록은 인간이 만든 태양열 수집 시스템의 사용은 스위스 과학자 Horace de Saussure가 기초적인 수집기를 개발한 1776년으로 거슬러 올라갑니다. 일반적으로 "핫 박스"라고 합니다. 천문학자 John Herschel 경은 1830년대에 아프리카를 탐험하는 동안 음식을 요리하기 위해 뜨거운 상자를 사용했으며 요리와 물 증류 목적을 위한 태양열 에너지의 사용은 이후 아프리카의 특정 지역에서 보편화되었습니다.

1800년대 후반의 초기 미국 개척자들은 낮 동안 여행하면서 검은 냄비와 프라이팬을 사용하여 물을 데웠고, 따라서 태양 에너지를 사용하여 물을 데우는 것을 대중화했습니다. 이 아이디어는 물 난방을 위한 연료를 수입해야 하는 국가의 지역에서 널리 사용되었습니다. 예를 들어, 1897년에 캘리포니아 패서디나에 있는 집의 거의 30%가 태양열 온수기를 사용했습니다.

태양 에너지는 다음 세기 동안 계속 적절하게 사용되었지만 1970년대의 에너지 및 석유 위기 동안 인기가 급증했습니다. 에너지 위기가 줄어들면서 태양 에너지 사용이 줄어들었지만 화석 연료 연소와 원자력 사용으로 인한 환경 및 공중 보건 위험에 대한 인구의 인식이 높아짐에 따라 1990년대에 다시 인기를 얻었습니다.

원자재

많은 유형의 태양열 난방 시스템이 있기 때문에 제조에 사용할 수 있는 다양한 원료가 있습니다. 이 항목은 기본 주거 패시브 시스템과 기본 주거 능동 시스템에 중점을 둡니다.

패시브 태양열 난방 시스템에는 두 장의 유리로 덮인 강철 흡수판으로 만들어진 검은색 평판 집열판과 수분 장벽 역할을 하는 알루미늄 호일이 마주보고 있는 유리 섬유 단열재 또는 폴리우레탄 폼 단열 패드가 필요합니다. . 시스템은 나무, 아연 도금 강철 또는 알루미늄으로 만들어진 얕은 상자에 들어 있습니다. 또한 시스템에는 일반적으로 마른 자갈이나 암석이 들어 있는 열 저장 상자가 필요합니다. 이 장치는 건물이 충분히 가열되면 열을 저장합니다. 또한 이 시스템에는 열 수준과 그에 따른 실내 온도를 수동으로 제어할 수 있는 전자 시스템인 차동 온도 조절 장치와 연결 덕트, 공기 필터, 송풍기 및 자동 댐퍼로 구성된 공기 처리 모듈이 필요합니다.

물을 저장제로 사용하는 활성 주거용 태양열 난방 시스템에는 유리 또는 투명 플라스틱 1장 또는 2장으로 구성된 평판 집열기가 필요합니다. 시스템에는 또한 물 펌프, 저장 탱크, 열교환 코일, 보조 히터, 팬, 필터 및 제어 밸브가 필요합니다. 암석을 저장 재료로 사용하는 경우 단열 용기 를 사용하여 이를 포함해야 하며, 분명히 워터 펌프와 코일은 필요하지 않습니다.

모든 태양열 난방 시스템은 고무, 페인트 및 목재로 만들어진 코킹, 알루미늄 사이딩 및 클로저 스트립을 사용합니다.

제조
프로세스

수집가

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1 평판 수집기는 수집기의 양쪽 끝에 큰 베이킹 팬과 유사한 얕은 판금 매니폴드 팬을 설치하고 팬을 지붕 또는 벽의 서까래에 고정하여 경사 지붕 또는 수직 벽에 설치합니다. . 그런 다음 매니폴드 팬의 상단 가장자리 주위에 코킹을 자유롭게 적용합니다. 덮개는 다음으로 지붕이나 벽에 부착되고 모든 이음새는 코킹됩니다. 매니폴드 슬롯은 덮개에서 절단되고 차단은 덮개 주변에 고정됩니다.

2 흡수판은 외피 위에 설치되어 외부 매니폴드 차단까지 확장됩니다. 끝은 일반적으로 고무와 코킹으로 만들어진 끝 폐쇄 스트립으로 밀봉됩니다. 상단 및 하단 모서리도 코킹됩니다.

3개의 배튼을 흡수체 O 플레이트에 고정하고, 지붕에 단일 유리층 또는 벽에 이중 유리층으로 구성된 글레이징 시스템을 부착합니다.

4개의 알루미늄 글레이징 바가 수집기 주변에 설치됩니다.

공기 처리 및 제어 시스템

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5 패시브 시스템에서 공조 시스템은 집기와 거실 사이에 설치된 덕트와 팬 및 팬을 작동시키는 수동 제어 장치로만 구성됩니다. 격리된 이득 시스템은 또한 별도의 저장 챔버와 챔버로 연결되는 덕트를 포함합니다.

6 활성 시스템에서는 과도한 열을 저장하기 위해 암석이나 물을 보관하는 저장고가 필요합니다. 온-오프 댐퍼가 있는 덕트는 수집기에서 집으로, 수집기에서 저장고로, 저장고에서 집으로 설치됩니다. 2개의 팬이 설치되어 있습니다.

저장 공간

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7 암석 저장 시스템은 너비가 1-5인치(2.5-12.7cm)인 작은 암석으로 채워진 단열 통으로 구성됩니다. 통 양쪽 끝에 있는 덕트 연결부를 통해 공기가 쉽게 샐 수 있도록 암석 사이에 충분한 공간이 허용됩니다.

8 물 저장 시스템은 암석 저장 시스템과 유사하며 암석 대신 물을 사용합니다.

품질 관리

주거용 태양열 난방 시스템의 경우, 누출을 감지하기 위해 연막탄을 사용하여 끝 마개와 코킹의 적절성을 테스트할 수 있습니다. 연기 테스트는 유약을 바르기 전에 수행됩니다.

미래

태양열 난방 및 태양열 동력 생활 및 상업 시설의 프로토타입이 더 많이 개발됨에 따라 이 에너지원이 실험 이상의 열 및 전기 공급원으로 성장할 심각한 징후를 보여줍니다. 환경 및 천연 자원 그룹은 물론 종종 미국 에너지부 및 여러 국제 기구와 협력하여 태양열 및 전력에 대한 보다 광범위한 의존도를 지속적으로 추진하고 이 열원에 대한 새롭고 혁신적인 용도를 지속적으로 개발하고 있습니다. 에너지. 에너지부의 태양 에너지 연구 시설 내부 작업은 태양광 발전에 중점을 두고 있지만 건물 자체는 태양 에너지의 성공에 대한 증거입니다. 건물의 혁신적이고 창문이 있는 계단 모양의 디자인은 직사광선 조명과 난방을 허용하고 태양 에너지에 대한 의존이 얼마나 성공적일 수 있는지 그리고 그러한 의존이 미래에 얼마나 널리 퍼질 수 있는지를 보여주는 예입니다.

미국 태양 에너지 협회(American Solar Energy Society)는 연례 태양열 홈 투어에서 태양 에너지의 실용성을 보여줍니다. 이 조직은 또한 회원들에게 태양 에너지 문제에 관한 입법 발전 사항을 게시합니다. 예를 들어, 1996년 7월에 조직은 재생 에너지 자금 지원 법안 통과를 위한 로비 활동에 적극적이었습니다. 현재까지 그러한 법안이 제정되지는 않았지만 그러한 법안의 도입은 최소한 일부 의회 의원들 사이에서 태양 에너지 문제에 대한 관심을 나타냅니다. 국제 태양 에너지 협회(International Solar Energy Society)는 전 세계적으로 유사한 문제에 관심을 갖고 있으며 전 세계적으로 태양 에너지에 대한 의존도를 높이기 위해 노력하고 있습니다.