수직형에 비해 비교적 가격이 저렴하고 냉난방을 동시에 할 수 있는 농업시설에 적합한 10RT 규모의 수평형 지열히트펌프 시스템을 $240m^2$ 면적의 온실에 설치하고, 이 시스템의 냉방성능을 분석하였다. 응축기 출구온도가 $40^{\circ}C$에서 $58^{\circ}C$로 상승함에 따라 소비전력은 11.5kW에서 15kw로 상승하였으며, 고압이 1,617kpa에서 2,450kPa로 변화하였다. 냉방성능계수는 지중온도$25.5^{\circ}C$에서 2.7 수준이었으며 지온이 상승함에 따라 하강하여 $33.5^{\circ}C$에서 2.0 수준이었다. 또한 온실 내부로부터 흡수하는 열량(냉방열량)은 같은 지중온도 수준에서 각각 28.8kW, 26.5kW이었다. 가동 8시간 후 지열교환기가 설치된 60cm깊이의 지온은 $14.3^{\circ}C$가 상승하였으며 150cm는 $15.3^{\circ}C$가 상승하였다. 반면 지열교환기가 매설되지 않은 60cm 깊이는 2.4, 150cm 깊이는 $4.3^{\circ}C$의 지온상승을 보였다. 열매 체유가 지열교환기를 통과한 후 평균 $7.5^{\circ}C$의 온포가 하강하였으며, 토양온도가 평균 $27.5^{\circ}C$ 수준에서 토양으로 방출하는 열량은 평균 46kw로 지중열교환기의 단위 길이 당 약 36.8W의 열량을 방출하는 것으로 분석되었다. 팬코일 유닛이 온실로부터 흡수하는 냉방 열량은 평균 28.2kW이었으며, 열매체유의 온도는 $4.2^{\circ}C$ 상승하였다. 축열조내 열전달매체유의 온도가 $26.0^{\circ}C$에서 $2.0^{\circ}C$까지 하강하는데 3시간이 소요되었으며, 평균 축열율은 29.7kW, 총 축열량은 321MJ이었다. 또한 $2.0^{\circ}C$까지 냉열을 축열한 후 $25.4^{\circ}C$까지 방열되는 시간은 외기온이 평균 $28.5^{\circ}C$일 때 4시간이었고, 총 313.0MJ의 에너지가 방열되었으며, 이때 평균 방열율은 21.7kW인 것으로 분석되었다.
수직형에 비해 비교적 가격이 저렴하고 냉난방을 동시에 할 수 있는 농업시설에 적합한 10RT 규모의 수평형 지열히트펌프 시스템을 $240m^2$ 면적의 온실에 설치하고, 이 시스템의 냉방성능을 분석하였다. 응축기 출구온도가 $40^{\circ}C$에서 $58^{\circ}C$로 상승함에 따라 소비전력은 11.5kW에서 15kw로 상승하였으며, 고압이 1,617kpa에서 2,450kPa로 변화하였다. 냉방성능계수는 지중온도 $25.5^{\circ}C$에서 2.7 수준이었으며 지온이 상승함에 따라 하강하여 $33.5^{\circ}C$에서 2.0 수준이었다. 또한 온실 내부로부터 흡수하는 열량(냉방열량)은 같은 지중온도 수준에서 각각 28.8kW, 26.5kW이었다. 가동 8시간 후 지열교환기가 설치된 60cm깊이의 지온은 $14.3^{\circ}C$가 상승하였으며 150cm는 $15.3^{\circ}C$가 상승하였다. 반면 지열교환기가 매설되지 않은 60cm 깊이는 2.4, 150cm 깊이는 $4.3^{\circ}C$의 지온상승을 보였다. 열매 체유가 지열교환기를 통과한 후 평균 $7.5^{\circ}C$의 온포가 하강하였으며, 토양온도가 평균 $27.5^{\circ}C$ 수준에서 토양으로 방출하는 열량은 평균 46kw로 지중열교환기의 단위 길이 당 약 36.8W의 열량을 방출하는 것으로 분석되었다. 팬코일 유닛이 온실로부터 흡수하는 냉방 열량은 평균 28.2kW이었으며, 열매체유의 온도는 $4.2^{\circ}C$ 상승하였다. 축열조내 열전달매체유의 온도가 $26.0^{\circ}C$에서 $2.0^{\circ}C$까지 하강하는데 3시간이 소요되었으며, 평균 축열율은 29.7kW, 총 축열량은 321MJ이었다. 또한 $2.0^{\circ}C$까지 냉열을 축열한 후 $25.4^{\circ}C$까지 방열되는 시간은 외기온이 평균 $28.5^{\circ}C$일 때 4시간이었고, 총 313.0MJ의 에너지가 방열되었으며, 이때 평균 방열율은 21.7kW인 것으로 분석되었다.
It has become a big matter of concerns that the skill and measures against reduction of energy and cost for heating a protected horticultural greenhouse were prepared. But in these days necessity of cooling a protected horticultural greenhouse is on the rise from partial high value added farm produc...
It has become a big matter of concerns that the skill and measures against reduction of energy and cost for heating a protected horticultural greenhouse were prepared. But in these days necessity of cooling a protected horticultural greenhouse is on the rise from partial high value added farm products. In this study, therefore, a horizontal type geothermal heat pump system with 10 RT scale to heat and cool a protected horticultural greenhouse and be considered to be cheaper than a vertical type geothermal heat pump system was installed in greenhouse with area of $240\;m^2$. And cooling performances of this system were analysed. As condenser outlet temperature of heat transfer medium fluid rose from $40^{\circ}C$ to $58^{\circ}C$, power consumption of the heat pump was an upturn from 11.5 kW to 15 kW and high pressure rose from 1,617 kPa to 2,450 kPa. Cooling COP had the trend that the higher the ground temperature at 1.75 m went, the lower the COP went. The COP was 2.7 at ground temperature at 1.75 m depth of $25.5^{\circ}C$ and 2.0 at the temperature of $33.5^{\circ}C$ and the heat extraction rate from the greenhouse were 28.8 kW, 26.5 kW respectively at the same ground temperature range. 8 hours after the heat pump was operated, the temperature of ground at 60 cm and 150 cm depth buried a geothermal heat exchanger rose $14.3^{\circ}C$, $15.3^{\circ}C$ respectively, but the temperature of ground at the same depth not buried rose $2.4^{\circ}C$, $4.3^{\circ}C$ respectively. The temperature of heat transfer medium fluid fell $7.5^{\circ}C$ after the fluid passed through geothermal heat exchanger and the fluid rejected average 46 kW to the 1.5 m depth ground. It analyzed the geothermal heat exchanger rejected average 36.8 W/m of the geothermal heat exchanger. Fan coil units in the greenhouse extracted average 28.2 kW from the greenhouse air and the temperature of heat transfer medium fluid rose $4.2^{\circ}C$after the fluid passing through fan coil units. It was analyzed the accumulation energy of thermal storage thank was 321 MJ in 3 hours and the rejection energy of the tank was 313 MJ in 4 hours.
It has become a big matter of concerns that the skill and measures against reduction of energy and cost for heating a protected horticultural greenhouse were prepared. But in these days necessity of cooling a protected horticultural greenhouse is on the rise from partial high value added farm products. In this study, therefore, a horizontal type geothermal heat pump system with 10 RT scale to heat and cool a protected horticultural greenhouse and be considered to be cheaper than a vertical type geothermal heat pump system was installed in greenhouse with area of $240\;m^2$. And cooling performances of this system were analysed. As condenser outlet temperature of heat transfer medium fluid rose from $40^{\circ}C$ to $58^{\circ}C$, power consumption of the heat pump was an upturn from 11.5 kW to 15 kW and high pressure rose from 1,617 kPa to 2,450 kPa. Cooling COP had the trend that the higher the ground temperature at 1.75 m went, the lower the COP went. The COP was 2.7 at ground temperature at 1.75 m depth of $25.5^{\circ}C$ and 2.0 at the temperature of $33.5^{\circ}C$ and the heat extraction rate from the greenhouse were 28.8 kW, 26.5 kW respectively at the same ground temperature range. 8 hours after the heat pump was operated, the temperature of ground at 60 cm and 150 cm depth buried a geothermal heat exchanger rose $14.3^{\circ}C$, $15.3^{\circ}C$ respectively, but the temperature of ground at the same depth not buried rose $2.4^{\circ}C$, $4.3^{\circ}C$ respectively. The temperature of heat transfer medium fluid fell $7.5^{\circ}C$ after the fluid passed through geothermal heat exchanger and the fluid rejected average 46 kW to the 1.5 m depth ground. It analyzed the geothermal heat exchanger rejected average 36.8 W/m of the geothermal heat exchanger. Fan coil units in the greenhouse extracted average 28.2 kW from the greenhouse air and the temperature of heat transfer medium fluid rose $4.2^{\circ}C$after the fluid passing through fan coil units. It was analyzed the accumulation energy of thermal storage thank was 321 MJ in 3 hours and the rejection energy of the tank was 313 MJ in 4 hours.
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제안 방법
되도록 구성하였다. 또한 총 5열을 지하부에 150cm 깊이로 수원 소재 농업공학연구소 구내 포장에매설하고 지열교환시스템이 매설된 지상부에 피복재와동일한 비닐보온커튼이 1겹 있는 폭 6m, 길이 40m, 동고 3m의 아치형 단동온실을 신축하였다. 지열교환시스템의 열간 간격은 열간섭 배제 거리(50cm)를 고려하여80cm로 하였다.
수직형에 비해 비교적 가격이 저렴하고 냉난방을 동시에 할 수 있는 농업시설에 적합한 1ORT 규모의 수평형 지열히트펌프 시스템을 240m흐 면적의 온실에 설치하고, 이 시스템의 냉방성능을 분석하였다.
수평형 지열 히트펌프 시스템의 냉방 특성을 분석하기 위해 응축기와 증발기 입구와 출구에 T type 열전대를 설치하여 5분 간격으로 데이터로거(DR230, Yokogawa, Japan> 통해 데이터를 수집하였다. 응축기와 증발기를 통괴하는 열전달매체의 유량은 초음파유량계(PTW68, Panametrics, Norway)로, 소비전력은전력량계 (CW240, Yokogawa, Hioki, Japan)로 즉정하여 열량과 식 (1)을 이용하여 냉방성능계수를 산출하였다.
실험장치는 크게 지중에 열을 방출하는 지열 교환시스템, 냉열을 생산하는 히트펌프시스템, 히트펌프에서 생산된 냉열을 방출하는 팬코일 유닛과 냉열을 저장할 수 있는 축열조로 구성하였다,
온실은 기계실과 난방공간으로 나누어 지열허트펌프시스템은 기계실에 팬코일 유닛은 난방공간에 위치하도록 하였으며, 축열조는 온실외부의 지상부에 설치하였다. Fig.
지열교환시스템은 외경 27mm, 내경 21mm인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 소재의 파이프를 사용하여 slinky 타입으로 직경이 90cm 되도록 말아 1열당 250m가 되도록 구성하였다. 또한 총 5열을 지하부에 150cm 깊이로 수원 소재 농업공학연구소 구내 포장에매설하고 지열교환시스템이 매설된 지상부에 피복재와동일한 비닐보온커튼이 1겹 있는 폭 6m, 길이 40m, 동고 3m의 아치형 단동온실을 신축하였다.
지열교환시스템의 열간 간격은 열간섭 배제 거리(50cm)를 고려하여80cm로 하였다. 지열교환시스템의 파이프 내는열매체유(물 + 부동액)를 채워 흐르도록 하였으며 히트펌프시스템의 응축기에서 냉매의 온열을 열매체유가 전달받아 치열교환시스템을 통해 지중으로 방출하도록 하였다. Fig.
대상 데이터
지중 온도는 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 지면으로부터 35, 60, 105, 150, 175cm에 PT100Q flat type 열전대를, 축열조의 층간 온도 및 축열량은 지면으로부터 18, 43, 68, 93, 118, 143, 168, !93om에 T type 열전대를 설치하여 측정하고 데이터로거를 통해 수집하였다.
한다. 온실의 전후좌우에 총 4대의 팬코일 유닛을 설치하였다.
성능/효과
4℃(2까지 방열되는 시간은 외기온이 평균 28SC일 때 4시간이었으며, 방열중 총 313.OMJ의 에너지가 방열되었으며 평균 방열율은 21.7kW로 나타났다.
그림에서 보는 바와 같이 열매체유가 지열교환기를 통과한 후 평균 75C의 온도가 하강하였으며, 그 편차는 1℃ 수준으로 히트펌프를 가동하는 동안 거의 고른 편차를 보였다. 또한 175cm 깊이의 토양온도가 평균 27.5℃ 수준에서 토양으로 방출하는 열량은 평균 46kW로 지중열교환기의 단위 길이 당 약 36.8W의열량을 방출하는 것으로 분석되었다. 온실로부터 팬코일 유닛이 흡수하는 열량 즉, 냉방열량은 평균 2&2kW이었으며 , 팬코일 유닛을 통과한 후 열매체유의 온도는 4.
7kW, 총 축열량은 321MJ이었다. 또한 2OC까지 냉열을 축열한 후 2EPC까지 방열되는 시간은 외기온이 평균 28.5℃(2일 때 4시간이었고, 총 313.0MJ의 에너지가 방열되었으며, 이때 평균방열율은 2L7kW인 것으로 분석되었다.
그림에서 보는바와 같이 열매체유의 응축기 출구온도가 상승함에 따라 소비전력도 상승하게 되며 소비전력도 상승하는 경향을 나타내었다. 즉, 응축기 출구온도가 4(FC에서 58%C로 상승함에 따라 소비전력은 0.221kW/)C, 고압은 51.4kPaAC의 비율로 상승하였다, 또한 소비전력은고압이 l, 617kPa에서 2, 450kPa로 변화함에 따라 11.5kW에서 15kW로상승하였다.
8W의 열량을 방출하는 것으로 분석되었다. 팬코일 유닛이 온실로부터 흡수하는 냉방열량은 평균 28.2kW이었으며, 열매체유의 온도는 4.2℃ 상승하였다. 축열조내 열전달매체유의 온도가 26.
. 평균 7SC의 온도가 하강하였으며, 토양온도가 평균 27.5℃ 수준에서 토양으로 방출하는 열량은 평균 46kW로 지중열교환기의단위 길이 당 약 36.8W의 열량을 방출하는 것으로 분석되었다. 팬코일 유닛이 온실로부터 흡수하는 냉방열량은 평균 28.
후속연구
SC까지 상승하였고, 이에 따라 소비전력이 커지면서 성능계수가 낮아지는 것으로 생각된다. 이를 해결하기 위해서는 응축기 출구와 지중 입구 사이에 또 다른 냉각용 열교환기를 설치히여 열매체유와 공기를 열교환시켜 열매체유의 온도를 하강시킨 후 지중에 투입하는 방법을 사용하는 것도 좋을 것으로 판단된다. 이 방법은 지열교환기로 들어가는 관로의 길이를 증가시키는 결과가 되며, 이에 따라 물 펌프의 소비전력이 증가할 것으로 판단된다.
참고문헌 (8)
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