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문제 정의
- 따라서 본 연구는 농업시설물의 난방 에너지 절감을 목적으로 온실 내부에 알루미늄 온수배관을 설치하여 난방효과에 대한 기초자료를 구축하고자 수행되었다.
- 본 연구는 온실의 난방 에너지 절감을 목적으로 온실 내부에 알루미늄 온수배관을 설치하여 난방효과에 대한 기초자료를 구축하고자 수행되었다. 그 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 그리고 적설재해도 어느 정도 예방할 수 있을 것으로 판단되었다. 이러한 결과로 미루어 볼 때, 이 시스템을 온실 난방에 적극적으로 이용할 경우를 고려하여 Fig. 1과 같이 온실의 기둥에 온수파이프를 설치하여 난방 효과를 검토하였다.
- 02. 17일까지 일몰직후부터 익일 일출 전후까지 실시하였다. 수온은 스테인리스강 수조 내(용량 250L)에 설치되어 있는 전기히터(3kW 2개, 15kW 2개)로 조절하였다(Table 1 참조).
- 온수는 순환펌프(MHI204M, 6m3 · h−1)를 이용하여 순환시켰으며 수조 내의 수온, 유출입수 온도 및 온실 내부의 건·습구온도는 온도센서(Thermocouple, T-type)와 Data logger(GL-800)를 이용하여 2분 간격으로 측정하였다.
- 온수는 순환펌프(MHI204M, 6m3 · h−1)를 이용하여 순환시켰으며 수조 내의 수온, 유출입수 온도 및 온실 내부의 건·습구온도는 온도센서(Thermocouple, T-type)와 Data logger(GL-800)를 이용하여 2분 간격으로 측정하였다. 소비전력량과 순환유량은 적산전력계(2개)와 온수용 유량계로 측정하였다. 외기온은 실험온실 근처에 설치한 백엽상에서 측정하였다.
- 소비전력량과 순환유량은 적산전력계(2개)와 온수용 유량계로 측정하였다. 외기온은 실험온실 근처에 설치한 백엽상에서 측정하였다. 온실에는 작물을 재배하지 않았으며, 온실 내부에는 2층 부직포로 보온커튼이 설치되어 있다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 온수배관용 자재, 배관의 설치, 수조제작 등 일련의 과정은 파이프 연결배관 전문업체로서 조립식 비닐하우스 제작공법 등 하우스 관련 특허를 다수 등록하였거나 출원중인 중소기업에서 제공하였다. 본 실험에 참여한 기업체에서 보유하고 있는 특허는 온실 주구조재인 파이프에 온수를 직접 순환시키거나 온실의 지붕(아치) 등에 온수배관을 부가적으로 설치하여 적설재해에 대응하고 보조적인 난방에 이용하는 것이다.
- 실험은 경상대학교 내에 설치되어 있는 길이 20m, 폭 11.8m, 측고 2.6m, 동고 4.0m인 2연동 1~2W형 플라스틱 필름 온실을 대상으로 실험구와 대조구로 나누어 실시하였다(Table 1참조). Fig.
- 17일까지 일몰직후부터 익일 일출 전후까지 실시하였다. 수온은 스테인리스강 수조 내(용량 250L)에 설치되어 있는 전기히터(3kW 2개, 15kW 2개)로 조절하였다(Table 1 참조). 온수난방의 경우, 온수의 온도는 일반적으로 65~85℃ 정도의 저온수식을 사용하지만(Kim 등, 2000), 본 실험에서는 50~85℃ 정도의 범위로 설정하였다.
- 그리고 온수배관의 설치는 절단과 연결에 있어서 비교적 용이하게 작업할 수 있는 수도용 연결구와 특수 제작한 유압기계(REMS)를 이용하였다. Fig.
- 온수배관은 열전도율이 다른 재질에 비해 비교적 높은(175kcal · m−1 · h−1 · ℃−1) 알루미늄(KS d6761)을 사용하였으며, 내경, 외경 및 두께는 각각 20, 22 및 1mm이다.
성능/효과
- 소득 또한 각각 30% 및 44% 정도 감소할 것으로 예측하였다. 그러나 노지재배 작물은 경영비 및 소득에 있어서 시설재배에 비해 아주 미미한 1~2% 정도 감소할 것으로 예측하였다.
- 본 실험에 참여한 기업체에서 보유하고 있는 특허는 온실 주구조재인 파이프에 온수를 직접 순환시키거나 온실의 지붕(아치) 등에 온수배관을 부가적으로 설치하여 적설재해에 대응하고 보조적인 난방에 이용하는 것이다. 따라서 본 연구실에서는 현재로서 설치 가능한 1~2W형 온실의 중방에 온수배관을 설치하여 보조난방과 적설재해에 대한 성능을 실험한 결과, 온수 온도 설정별로 최대난방부하의 15~56% 정도의 에너지를 공급할 수 있을 것으로 나타났다(Yoon 등, 2012). 그리고 적설재해도 어느 정도 예방할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 화석연료인 경유로 난방할 경우, 경유의 방열량과 면세유 가격을 각각 9,050kcal · L−1(http://likms.go.kr) 및 1,140won · L−1(2012년 3월 기준)인 자료를 이용하면 실험기간동안 소요되는 경유 소비량은 281.6L 정도이고 비용은 321,000won인 것으로 나타났다.
- 6℃ 범위에서 설정온도별 방열량은 135,930~307,150kcal 정도의 범위로서 시간당 9,610~19,630kcal · h−1 정도의 범위에 있다. 이것을 최대난방 부하와 비교하면 약 23~53% 정도의 난방에너지를 공급할 수 있을 것으로 나타났다. 그러나 Table 2에서 실험구의 경우, 진주 지역에서 거의 볼 수 없는 최저 외기온 −14.
- 3℃ 정도 크게 나타났다. FCU를 작동 시킨 경우가 작동시키지 않은 경우에 비해 소비전력량은 36.2~40.1% 정도 증가하였으며, 시간당 방열량은 44.6~52.0% 정도 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같이 FCU의 작동에 따라 방열량은 증가하지만, 소비전력량도 증가하기 때문에 FCU를 사용할 경우 이점을 고려하여야 할 것으로 판단된다.
- 0℃ 정도의 범위로서 그 차이가 크게 나타났다. 팬코일유니트(FCU)를 작동시킨 경우가 작동시키지 않은 경우에 비해 유출입수의 온도차가 3.3℃ 정도 크고, 소비전력량은 36.2~40.1% 정도 증가하였으며, 시간당 방열량은 44.6~52.0% 정도 증가하는 것으로 나타났다. 실험기간동안 순환유량은 0.
- 7kWh이다. 화석연료인 경유로 난방할 경우, 소요되는 경유의 총 소비량은 281.6L 정도이고 비용은 321,000won인 것으로 나타났다. 농가용 전력요금을 적용하면 전력사용에 대한 총비용은 110,730won 정도로서 경유 소비 비용의 33.
- 6L 정도이고 비용은 321,000won인 것으로 나타났다. 농가용 전력요금을 적용하면 전력사용에 대한 총비용은 110,730won 정도로서 경유 소비 비용의 33.5% 정도로 나타났다. 실험구의 온도가 대조구보다 약 8.
- 그리고 전체 실험을 포함하여 No. 4 위치의 온도를 No. 1을 기준으로 보면, 설정온도가 높을수록 그 차이가 약간 증가하는 경향이 있었으며, 전체적으로 4.0~7.0℃ 정도의 범위로서 그 차이가 큰 것을 알 수 있다. Lee 등(2010)에 의하면, 벤로형 온실에 외기온이 −6.
- 9℃이었다. 유출수의 평균온도는 두 경우 모두 55.0℃ 정도였으며, 유출 및 유입수의 평균 온도차는 각각 평균 10.1℃ 및 6.8℃ 정도로서 FCU를 작동시킨 경우가 약 3.3℃ 정도 크게 나타났다. FCU를 작동 시킨 경우가 작동시키지 않은 경우에 비해 소비전력량은 36.
- 그 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 전체 실험을 포함하여 온실내의 높이별 온도편차는 4.0~7.0℃ 정도의 범위로서 그 차이가 크게 나타났다. 팬코일유니트(FCU)를 작동시킨 경우가 작동시키지 않은 경우에 비해 유출입수의 온도차가 3.
후속연구
- 0m · s−1 범위가 바람직한 것으로 알려져 있지는 것과는 차이가 있음을 알 수 있다. 따라서 유속, 배관의 재질 및 유출입 수온의 온도차 등에 따른 방열량이나 전력 소비량 등에 대해서 앞으로 검토되어야 할 것으로 판단된다.
- 이상과 같이 실험기간동안 방열된 전체 방열량 및 소비전력량을 경유소비량과 단순 비교할 경우, 상대적으로 적은 량의 전기에너지와 비용으로 난방 에너지의 일정부분을 부담할 수 있을 것으로 판단되며, 순환되는 온수를 거의 보충하지 않고 재사용이 가능하고 화석연료를 절감할 수 있으므로 환경오염에도 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
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