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문제 정의
- 본 연구는 온실에서의 제습장치 이용에 관한 기초자료를 제공할 목적으로 지하수를 냉매로 하는 열교환기 방식의 제습장치를 제작하여 제습성능을 시험하고, 포그 냉방시스템을 설치한 온실에 적용하여 제습이 증 발냉각 효율의 향상에 미치는 영향을 분석하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 온실에서의 제습장치 이용에 관한 기초 자료를 제공할 목적으로 지하수를 냉매로 하는 열교환기 방식의 제습기를 제작하여 제습성능을 시험하고, 포그 냉방 시스템을 설치한 온실에 적용하여 제습이 증발냉각 효율의 향상에 미치는 영향을 분석하였다.
가설 설정
- 온실 내부 기온을 32℃로 설정하고, 외부습도 55%, 분무조건은 무차광 실험 조건과 동일하게 45초분무, 45초 정지, 증발산량과 제습량은 없는 것으로 가정하고, 초기 조건으로 내외습도 차를 각각 0, 5, 10%로 설정하여 식(8)을 시뮬레이션하였다. Fig.
제안 방법
- 2 m 높이에 일사 센서를 수평으로 설치하여 측정하였다. T형 열 전대, 미풍속 센서 및 일사 센서에 의해 측정된 데이터는 디지털 다점 기록계를 이용하여 1분 간격으로 저장하였다. 외부 기상자료는 미기상수집장치를 실험온실로부터 10 m 떨어진 위치에 설치하여 측정하였다.
- 외부 기상자료는 미기상수집장치를 실험온실로부터 10 m 떨어진 위치에 설치하여 측정하였다. 또한 비교분석을 위해 실험온실 바로 옆에 위치한 동일한 규모의 온실을 대조구로 선정하여 내부의 미기상환경을 측정하였다.
- 습도 변화를 측정흐}였다. 또한 지하수가 흐르는 파이프의 유입부와 유출부에 1형 열 전대를 설치하여 수온을 측정하였으며, 응축기 바닥에 물통을 설치하여 집적된 물을 1시간 간격으로 회수하고 전자저울을 이용하여 제습량을 측정하였다.
- 제습기에 관한 실험은 크게 두 가지로 나누어 수행하였다. 먼저 제습기에 유입되는 지하수량을 변화시키면서 제습기의 성능시험을 실시하였고, 그 다음은 제습이 포그시스템의 냉방 효율 향상에 미치는 영향을 실험하였다. 포그 냉방시 제습기의 효과는 차광과 무차광 상태로 나누어 실험을 실시하였다.
- 4 m 높이에 1 m간격으로 총 32개의 포그노즐을 배치하였다. 분사 방향은 수직 상향으로 하였으며, 포그시스템 가동시간은 오전 10시부터 오후 4시까지로 하였다. 포그시스템 가동 조건은 무차광의 경우 분무시간 45초, 정지시간 45초, 차광의 경우 분무시간 25초, 정지시간 45초로 하였다(Kim et al.
- 풍속은 B단면의 측창과 천창에미풍속센서를 설치 하여 온실의 길이방향 게 수직으로 불어오는 바람에 대하여 일방향풍속(x-velocity)을 측정하였다. 실내의 태양복사에너지는 온실 바닥으로부터 3.2 m 높이에 일사 센서를 수평으로 설치하여 측정하였다. T형 열 전대, 미풍속 센서 및 일사 센서에 의해 측정된 데이터는 디지털 다점 기록계를 이용하여 1분 간격으로 저장하였다.
- 열교환기 방식의 제습기는 냉매가스를 이용하는 경우가 대부분이지만, 본 연구에서는 경제성을 고려하여 온실에서 많이 이용하고 있는 지하수를 냉매로 사용할 수 있도록 설계하였다.
- 3의(a)와 같이 배치하여 10초 간격으로 데이터를 저장하였다. 온실 벽면 및 차광망, 바닥 온도와 엽온은 중앙 단면인 B단면에 T형 열 전대를 설치하여 측정하였다. 풍속은 B단면의 측창과 천창에미풍속센서를 설치 하여 온실의 길이방향 게 수직으로 불어오는 바람에 대하여 일방향풍속(x-velocity)을 측정하였다.
- T형 열 전대, 미풍속 센서 및 일사 센서에 의해 측정된 데이터는 디지털 다점 기록계를 이용하여 1분 간격으로 저장하였다. 외부 기상자료는 미기상수집장치를 실험온실로부터 10 m 떨어진 위치에 설치하여 측정하였다. 또한 비교분석을 위해 실험온실 바로 옆에 위치한 동일한 규모의 온실을 대조구로 선정하여 내부의 미기상환경을 측정하였다.
- 제습기에 관한 실험은 크게 두 가지로 나누어 수행하였다. 먼저 제습기에 유입되는 지하수량을 변화시키면서 제습기의 성능시험을 실시하였고, 그 다음은 제습이 포그시스템의 냉방 효율 향상에 미치는 영향을 실험하였다.
- 포그 냉방시 제습기의 효과는 차광과 무차광 상태로 나누어 실험을 실시하였다. 제습기의지하수량 은 설계 시 20l·min-1이었는데, 실험온실에서 이용 가능한 최대 유량이 30/・min-1이었기 때문에 제습기 1대당 15LminT씩 총 30 Z-min-1 AS 설정하였다.
- 팬을 통하여 유입된 공기는 제습기 내의 파이프 사이를 통과하면서 압력손실이 발생하는데 이 압력 손실이 팬의 압력 손실 값보다 크게 될 경우에는 공기가 파이프 사이를 통과하지 못하는 문제가 발생하므로 이를 고려하여 파이프의 간격을 결정하였다 (Kwon, 2002).
- 먼저 제습기에 유입되는 지하수량을 변화시키면서 제습기의 성능시험을 실시하였고, 그 다음은 제습이 포그시스템의 냉방 효율 향상에 미치는 영향을 실험하였다. 포그 냉방시 제습기의 효과는 차광과 무차광 상태로 나누어 실험을 실시하였다. 제습기의지하수량 은 설계 시 20l·min-1이었는데, 실험온실에서 이용 가능한 최대 유량이 30/・min-1이었기 때문에 제습기 1대당 15LminT씩 총 30 Z-min-1 AS 설정하였다.
- 온실 벽면 및 차광망, 바닥 온도와 엽온은 중앙 단면인 B단면에 T형 열 전대를 설치하여 측정하였다. 풍속은 B단면의 측창과 천창에미풍속센서를 설치 하여 온실의 길이방향 게 수직으로 불어오는 바람에 대하여 일방향풍속(x-velocity)을 측정하였다. 실내의 태양복사에너지는 온실 바닥으로부터 3.
대상 데이터
- 094 kg- min-1이며 , 분무입자의 크기는 20 μm 정도이다. 노즐의 분사거리와 분사 폭을 고려하여 온실 양쪽 측벽으로부터 2.3 m, 바닥으로부터 2.4 m 높이에 1 m간격으로 총 32개의 포그노즐을 배치하였다. 분사 방향은 수직 상향으로 하였으며, 포그시스템 가동시간은 오전 10시부터 오후 4시까지로 하였다.
- 본 실험에 사용된 계측장치는 온.습도 센서, 풍속 및 일, 사센서, 데이터 수집 장치로 구성되어 있다.
- 본 실험에 사용된 계측장치는 온.습도 센서, 풍속 및 일, 사센서, 데이터 수집 장치로 구성되어 있다. 온실 내부의 온도와 상대 습도는 온실을 Fig.
- 실험에 사용된 포그노즐은 분무압력 70kg・cm-2일 때 분시 거리 0.9 m, 최대 분사 폭 0.75 m이고, 노즐의 개당 분무유량은 0.094 kg- min-1이며 , 분무입자의 크기는 20 μm 정도이다. 노즐의 분사거리와 분사 폭을 고려하여 온실 양쪽 측벽으로부터 2.
- 실험은 경기도 안성에 위치한 폭 6.5 m, 길이 18 m, 지붕 높이 4 m의 양지붕형 단동 유리온실에서 2002년 6월부터 8월 사이에 실시하였다. 실험온실의 제원 및 측정용 센서의 배치는 Fig.
- 열교환 파이프군(tube bank)에서의 전열전달 계수, 수분응축량 및 열교환량은 열전달 이론에 따라 해석하였으며 (Holman, 1990), 이로부터 필요한 파이프의 전열면적을 구하였다. 열교환기의 재질은 동파이프를 사용하였고, 설계 제작된 제습기의 제원은 Table 1과 같으며, 실험온실의 통로가 60 cm인 것을 고려하여 날개길이가 35 cm(풍량 50 m3 . min-1)인 환기 팬을 사용하고 같은 크기의 장치를 두 대 제작하였다. Fig.
- 제습기는 온실 내 B단면에 작업 통로가 있는 부분인 온실동쪽 벽에서 각각 3.25 m와 5.5 m인 위치에 2대를 설치하였다. 제습기의 공기 유입부와 유출부에도 온 .
이론/모형
- 열교환 파이프군(tube bank)에서의 전열전달 계수, 수분응축량 및 열교환량은 열전달 이론에 따라 해석하였으며 (Holman, 1990), 이로부터 필요한 파이프의 전열면적을 구하였다. 열교환기의 재질은 동파이프를 사용하였고, 설계 제작된 제습기의 제원은 Table 1과 같으며, 실험온실의 통로가 60 cm인 것을 고려하여 날개길이가 35 cm(풍량 50 m3 .
성능/효과
- 7회 . miL정도의 자연환기 상태에서 포그 냉방 온실의 환기에 의한 제습율은 53.9~74.4%였으며, 제습기를 가동할 경우 75.4- 95.9%까지 높아졌다. 제습기 설계 유량과 INC의 지하수를 사용할 경우 0.
- 36회 . miiT'정도의 환기율에서도 포그시스템 작동으로 인하여 발생하는 분무량을 완전히 제거할 수 있는 것으로 분석되었다. 따라서 제습기를 이용하여 자연환기 온실에서의 포그 냉방 효율을 충분히 높힐 수 있을 것으로 판단되었다.
- 162 kg .minT로서 이론적인 제습량에 대하여 87.1 %의 제습율을 보였고, 지하수 유량 lOemirK에서는 평균 0.093 kg . miiT로서 80.
- 7에서 보는 바와 같이 제습기를 사용하지 않은 실험에서 온실 내부 온도는 시간이 지날수록 점점 증가하는 현상을 보이고, 습도는 외기의 습도보다 상당히 높은 수준으로 유지되는 것으로 나타나고 있다. 그러나 제습기를 사용한 경우에는 Fig. 6에서 보는 바와 같이 온실 내부 온도가 거의 일정하게 나타나고, 습도도 거의 일정한 수준으로 유지되는 것으로 나타났다. 따라서 제습기를 이용하여 온실의 습도를 일정 수준으로 조절할 수 있으며, 제습에 의하여 포그시스템의 냉방 효율을 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
- 5는 지하수 유량 및 제습기를 통과하는 공기와 제습기에 공급되는 지하수의 온도차에 따른 제습량의 변화를 이론적으로 분석한 결과이다. 냉방 온실의 기온을 32<>C로 설정하고 지하수 온도 18℃일 때의 제습량을 100%로 가정할 때 지하수 온도가 21℃, 24℃ 로 높아지면 제습량은 각각 78.5%, 57.4%로 줄어드는 것으로 나타났다. 반면에 1UC의 지하수를 냉매로 사용할 경우에는 121.
- 제습기 성능 실험 결과 지하수를 냉매로 이용할 경우 포그냉방 시스템을 적용한 온실의 제습은 충분히 가능한 것으로 확인되었다. 냉방 온실의 기온을 32℃로 설정할 때 냉매인 지하수의 온도가 15℃에서 18, 21, 24℃로 높아지면 제습량은 각각 17.7%, 35.4%, 52.8% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 지하수유량을 75%, 50%로 줄이면 제습량은 각각 12.
- 2℃인 것으로 나타났다. 냉방시간 동안 온실 내부의 평균습도는 61.9%, 외부의 평균 습도는 60.5%인 것으로 나타났다. 이때의 외부 일사량과 풍속은 각각 706 W - m-2, 0.
- 5℃인 것으로 나타났다. 냉방시간 동안 온실 내부의 평균습도는 73.4%, 외부의 평균 습도는 62.7%인 것으로 나타났다. 이때의 외부 일사량과 풍속은 각각 758W・nr2, 1.
- 2℃, 대조구 온실의 평균온도가 359C인 것으로 나타났다. 냉방시간 중 온실 내부의 평균습도는 59.6%, 외부의 평균 습도는 54.7%인 것으로 나타났다. 이때의 외부 일사량과 풍속은 각각 758 W .
- 3℃, 대조구 온실의 평균온도는 344C인 것으로 나타났다. 냉방시간 중 온실 내부의 평균습도는 63.1%, 외부의 평균 습도는 62.5%인 것으로 나타났다. 이때의 외부 일사량과 풍속은 각각 700W・m-2, 0.
- 5%로 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 이용 가능한 지하수량이 제한될 경우에는 유량을 반으로 줄이고 제습기를 2대 사용하는 것이 더 유리할 것으로 판단되며, 이용 가능한 지하수유량과 온도가 제습기의 설계에 중요한 인자가 됨을 알 수 있다.
- 6에서 보는 바와 같이 온실 내부 온도가 거의 일정하게 나타나고, 습도도 거의 일정한 수준으로 유지되는 것으로 나타났다. 따라서 제습기를 이용하여 온실의 습도를 일정 수준으로 조절할 수 있으며, 제습에 의하여 포그시스템의 냉방 효율을 향상시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
- miiT'정도의 환기율에서도 포그시스템 작동으로 인하여 발생하는 분무량을 완전히 제거할 수 있는 것으로 분석되었다. 따라서 제습기를 이용하여 자연환기 온실에서의 포그 냉방 효율을 충분히 높힐 수 있을 것으로 판단되었다.
- minT정도에서도 포그시스템에 의한 분무량을 완전히 제거할 수 있는 것으로 나타나고 있다. 따라서 제습기를 이용하여 자연환기 온실에서의 포그 냉방 효율을 충분히 높힐 수 있을 것으로 판단된다.
- 8% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 지하수유량을 75%, 50%로 줄이면 제습량은 각각 12.1%, 30.5% 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 미루어 볼 때 지하수를 이용한 제습기의 설계에 있어서 이용 가능한 유량과 온도가 중요한 인자임을 알 수 있다.
- 무차광 상태에서 제습기를 가동하고 포그 냉방을 실시한 경우에는 냉방시간 동안 온실 내부의 평균 온도가 30.3℃이고, 외부의 평균 온도는 31.2℃, 대조구 온실의 평균온도는 35.2℃인 것으로 나타났다. 냉방시간 동안 온실 내부의 평균습도는 61.
- 2℃ 낮은 것으로 나타났다. 반면, 제습기를 가동하지 않았을 경우는 대조구 온실의 온도보다 4.4℃ 낮았고, 외부 온도보다는 0.3℃ 높은 것으로 나타나 제습기를 가동하였을 경우 온도 하강 효과가 있었다고 판단되지만 무차광조건에 비해서 큰 차이를 보이지 않았다. 습도의 경우에는 제습기를 사용하였을 경우에 온 실 내부의 습도는 외부보다 0.
- 4%로 줄어드는 것으로 나타났다. 반면에 1UC의 지하수를 냉매로 사용할 경우에는 121.5%로 증가하는 것으로 나타나 지하수 온도가 제습기의 성능에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 한편, 지하수유량을 75%, 50%로 줄이면 제습량은 각각 87.
- , 2003). 본 실험조건에서 45초분무, 45초 정지시 가 습량은 2.256 kg, 제습량은 0.486 kg으 로 제습기에 의한 제습율은 21.5%였다. 이는 자연환기 상태에서 53.
- 8℃ 높게 나타나 제습기에 의하여 온 실내 기온 하강의 효과가 있었음을 알 수 있다. 습도의 경우는 제습기를 가동하였을 때 온실 내부의 습도가 외부의 습도보다 1.4% 높은 것으로 나타났고, 제습기를 가동하지 않았을 경우에는 온실 내부의 습도가 외부 습도 보다 10.7% 높은 것으로 나타났다. 외기의 습도가 두 실험간에 큰 차이가 없다는 것을 고려하면 제습기에 의하여 온실 내부 습도가 감소하였음을 알 수 있다.
- 3℃ 높은 것으로 나타나 제습기를 가동하였을 경우 온도 하강 효과가 있었다고 판단되지만 무차광조건에 비해서 큰 차이를 보이지 않았다. 습도의 경우에는 제습기를 사용하였을 경우에 온 실 내부의 습도는 외부보다 0.6% 높은 것으로 나타났고, 제습기를 사용하지 않았을 경우의 온실 내부 습도는 외부보다 4.9% 높은 것으로 나타났다. 두 실험조건 사이에 외부 기온이 비슷호}.
- 4%의 제습율을 보였다. 실험에 사용한 지하수 온도가 21.7~23.0℃로서 제습기의 출구에서는 24.9~25.7℃로 계측되어 수분 응축이 일어나지 않는 조건도 일부 발생하였을 것으로 생각되며, 실험조건의 제한으로 인하여 설계조건인 지하수유량 20/min-1에 대한 실험은 할 수 없었으나 대체로 이론적인 분석과 유사한 결과를 보이는 것으로 판단되었다.
- 4와 같다. 온실의 냉방목표온도를 32O(C로 설정하고 18℃의 지하수를 냉매로 사용할 경우, 상대 습도 45% 정도까지도 수분 응축이 일어나고, 상대 습도 70% 정도에서는 냉매의 온도가 25℃일 때에도 수분 응축이 일어나므로 지하수를 이용한 제습은 충분히 가능한 것으로 판단된다.
- 5% 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 미루어 볼 때 지하수를 이용한 제습기의 설계에 있어서 이용 가능한 유량과 온도가 중요한 인자임을 알 수 있다. 포그 냉방 온실에 제습기를 설치함으로서 뚜렷한 냉방 효율 개선을 확인할 수 있었다.
- 제습기 성능 실험 결과 지하수를 냉매로 이용할 경우 포그냉방 시스템을 적용한 온실의 제습은 충분히 가능한 것으로 확인되었다. 냉방 온실의 기온을 32℃로 설정할 때 냉매인 지하수의 온도가 15℃에서 18, 21, 24℃로 높아지면 제습량은 각각 17.
- 8 m s-1였다. 제습기를 가동하지 않고 포그 냉방을 실시한 경우에는 냉방시간 동안 온실 내부의 평균 온도가 31..0℃이고, 외부의 평균온 도는 3O.2℃, 대조구 온실의 평균온도는 33.5℃인 것으로 나타났다. 냉방시간 동안 온실 내부의 평균습도는 73.
- 4 m・ s-1였다. 제습기를 가동하지 않고 포그 냉방을 실시한 경우에는 냉방시간 중 온실 내부의 평균 온도가 31SC이고, 외부의 평균온 도가 31.2℃, 대조구 온실의 평균온도가 359C인 것으로 나타났다. 냉방시간 중 온실 내부의 평균습도는 59.
- Table 2는 지하수 유량 변화에 따른 제습기 성능을 실험한 결과이다. 제습기의 열교환 효율은 지하수유량 10~15Z・min-1에서 62.7~69.9%로 나타났다. 지하수 유량 15Z・min-1에서의 실측 제습량은 평균 0.
- 이러한 결과로 미루어 볼 때 지하수를 이용한 제습기의 설계에 있어서 이용 가능한 유량과 온도가 중요한 인자임을 알 수 있다. 포그 냉방 온실에 제습기를 설치함으로서 뚜렷한 냉방 효율 개선을 확인할 수 있었다. 환기율 0.
- 5%로 증가하는 것으로 나타나 지하수 온도가 제습기의 성능에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 한편, 지하수유량을 75%, 50%로 줄이면 제습량은 각각 87.9%, 69.5%로 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 이용 가능한 지하수량이 제한될 경우에는 유량을 반으로 줄이고 제습기를 2대 사용하는 것이 더 유리할 것으로 판단되며, 이용 가능한 지하수유량과 온도가 제습기의 설계에 중요한 인자가 됨을 알 수 있다.
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