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문제 정의
수직개방형과 수평형 지열히트펌프 그리고 경유 난방기를 사용하는 온실의 난방비용을 비교분석하기 위한 최근의 농가 현장실증 연구사례를 소개하고자 한다. 이 연구는 지 열히트펌프 시스템을 농가현장에 보급하기 위한 전 단계의 연구로서 경제성 분석과 현장적용시 발생되는 문제점을 파악하기 위하여 수행되었다.
이 연구는 지 열히트펌프 시스템을 농가현장에 보급하기 위한 전 단계의 연구로서 경제성 분석과 현장적용시 발생되는 문제점을 파악하기 위하여 수행되었다.
가설 설정
축열식 수평형 지 열히트펌프의 용량은 25RT(80, 000 kcal/h)로 결정하였고, 축열조 용량은 겨울철 평균 일의 온실 내 잉여태양에너지를 축열하여 사용한다는 가정하에 200, 000 kcal로 설계하였으며, 축열조의 규모는 축열 용량을 기준으로 계산하여 10톤으로 결정하였다.
제안 방법
수직형 지열히트펌프 시스템은 일반건물에 도입하고 있는 수직개방형으로 제작하여 설치하였으며, 히트펌프의 용량은 수평형과 동일하게 25RT로 설계하였다.
온실내부에 열을 공급하는 열교환기는 그림 6에서 보는 바와 같이 팬코일로 제작하여 온실의 상부에 설치하였고, 팬코일의 총발열량은 히트펌프 응축기의 토출 열량을 기준으로 설계하였다.
있다. 온실의 관리온도는 22℃이며, 온실면적은 3, 000m2 (l, 000m2x3동)이었고, 3동의 온실에 각가 축열식 수평형 지열히트펌프 시스템, 수직형 지열히트펌프 시스템, 경유난방기를 각각 설치하고 난방비용을 비교분석하고자하였다
이 시험의 주안점은 시설원예에 적용한 축열식 수평형 지열히트펌프의 경제성을 분석하는 것이며, 수직형 지열히트펌프와 경유난방기는 대조구로 활용하였다.
그림 2. 지열교환기 설치 사진
진주지역의 최저외기온과 시험용 온실의 보온상태, 재배작물의 관리온도 등을 고려하여 최대난방부하를 산정하였으며, 이를 기준으로 축열식 수평형 지열 히트펌프의 용량을 설계하였다
.
축열조에는 40~50℃의 열이 온수형태로 저장되었다가 난방이 필요한 시간에 온실내부에 설치되어 있는 팬코일형 실내열교환기에 공급되면서 난방이 이루어지도록 하였다.
현장실증연구는 2007년 12월 20일에서 2008년 3월 22일까지 약 3개월간 실시하였으며, 각각의 온실에서는 조직 배양묘의 재배하였고 시험기 간동안 실내온도는 22.0℃로 설정하여 겨울철 난방시험을 수행하였다.
대상 데이터
0 m의 트렌치를 파고 알래의 그림에서 보는 바와 같이 설치하였다. 지열교환기용 파이프는 내경 28 mm, 외경 34 mm의 PE파이프를 사용하였고, 파이프는 직경 1.0 m의 Slinky형태로 제작하였다. 총 8개의 트렌치에 설치된 지열교환기의 총길이는 6, 000 m이었으며, 지열교환기의 총 길이는 히트펌프의 증발열량을 기준으로 설계하였다 .
0 m의 Slinky형태로 제작하였다. 총 8개의 트렌치에 설치된 지열교환기의 총길이는 6, 000 m이었으며, 지열교환기의 총 길이는 히트펌프의 증발열량을 기준으로 설계하였다 .
성능/효과
수직개방형 지열히트펌프시스템이 설치된 온실에서는 농업용(병)전기를 기준으로 3개월동안 44, 679 kW의 전력이 소비되었으며, 이를 비용으로 환산하면 1, 787, 880원으로 분석되었다. 또한축열식 수평형 지열 히트펌프 시스템이 설치된 온실에서는 3개월동안의 전력소비량이 48, 824 kW이었으며, 이를 비용으로 환산하면 1, 952, 960원으로 나타났다.
이상과 같이 설치한 수직형과 수평형 지열히트펌프시스템의 정격전력부하는 표 2에서 보는 바와 같이 수직형이 수평형보다 5.5 kW 크게 나타났다. 수직형이 수평형 보다 정격운전부하가 크게 나타난 주된 요인은 수직형이 수평형보다 높은 압력 상태에서 운전되기 때문이며, 또 다른 요인은 수직관정형의 펌프용량이 수평형보다 약간 크기 때문이다.
표 3에서 보는 바와 같이 경유난방기를 설치한 온실에서 시험기간 3개월 동안 사용된 경유소비량은 10, 769 L이었으며, 이를 시험기간동안의 면세유 평균가격 820 원/L로 산정하여 총 난방비용은 8, 830, 580원으로 분석되었다. 수직개방형 지열히트펌프시스템이 설치된 온실에서는 농업용(병)전기를 기준으로 3개월동안 44, 679 kW의 전력이 소비되었으며, 이를 비용으로 환산하면 1, 787, 880원으로 분석되었다.
보이고 있다. 표 4에서 보는 바와 같이 다양한 형태의 펠릿을 제조하여 이용할 수 있고, 톱밥과 왕겨를 혼합하여 만든 펠릿도 충분한 이용가치가 있을 것으로 판단된다.
후속연구
또한 지열히트펌프시스템은 여름철에 온실의 냉방이 가능하기 때문에 고온기 냉방에 의한 작물재배 효과를 고려한다면 충분한 경제성을 가질 수 있으며, 다양한 작물의 재배에 응용하여 난방비 절감효과와 작물재배효과를 분석하여 경제적 가치를 증명한다면 개발 기술의 보급이 크게 활성화 될 수 있을 것으로 기대된다.
또한 축산부산물을 펠릿으로 이용하기 위한 연구도 이루어지고 있으며, 머지 않은 미래에 농림축산 부산물을 연료로 이용하는 펠릿난방기의 보급이 크게 활성화될 것으로 기대된다.
이와 같은 분석 결과는 2007년 12월 20일에서 2008 년 3월 22일까지 92일 동안 실시한 시험결과를 기초로 분석한 것이며, 실질적인 겨울철 난방기간(170일)이 10 월 하순에서 4월 초순인 것을 고려한다면 축열식 수평형 지 열히트펌프시스템을 설치한 온실의 난방비 절감액은 최대 12, 708, 646원(6, 877, 620원/92일 x 170일)으로 예상할 수 있을 것으로 기대된다.
등이 있다. 태양열을 이용한 보조난방은 저가형 태양열 축열시스템을 적용한다면 시설원예난방 등에 효과적으로 이용할 수 있을 것으로 판단되며, 바이오가스 발전은 시범보급을 통한 현장실증연구를 수행하여 초기비용 및 운전비용 절감방안 등을 마련하여 확대보급을 위한 기반을 다져야 할 것이다.
특히 새만금 간척지 등에 예정된 대규모 첨단온실사업에는 간척지의 지질 특성상 수직형의 설치가 어렵기 때문에 수평형 지열교환기를 기본적으로 설치하고, 농업용수로 이용이 가능한 강변여과수를 히트펌프의 열원으로 병행하여 이용한다면 비용과 효율면에서 가장 효과적인 냉난방 시스템으로 자리매김할 수 있을 것으로 판단된다.
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