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온실 태양잉여열을 이용한 히트펌프시스템의 난방 성능평가에 관한 실증 연구
Empirical evaluation of the heating performance by a heat pump system with surplus heat from a greenhouse 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.41 no.1, 2017년, pp.99 - 104  

전병용 (Faculty of Applied Energy System, Jeju National University) ,  박윤철 (Department of Mechanical Engineering, Jeju National University) ,  고광수 (Faculty of Applied Energy System, Jeju National University)

초록
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본 연구는 태양일사에 의하여 가열되는 온실상단에 고온의 태양잉여열을 축열조에 축열한 후 이를 이용하여 온실을 난방하는 히트펌프시스템의 실증연구에 관한 것으로 히트펌프시스템은 축열조를 구비하고, 각종 열교환을 위한 판형열교환기, 팬코일유닛 그리고 부가적인 에너지원으로 태양일사를 직접 집열할 수 있는 태양집열기로 구성되어 있다. 히트펌프시스템은 R410a냉매를 사용하며 일반적인 히트펌프시스템과 마찬가지로 외기열원만으로도 운전될 수 있으며, 온실내부의 설정온도에 따른 제어로직에 따라 외부조작없이 온실상단열의 축열운전, 외기공기에 의한 외기열원 및 축열조의 온수를 히트펌프의 작동 없이 난방하는 다수의 운전방식이 자동적으로 운전되도록 하였다. 개발된 축열식 히트펌프의 현장평가 성능실험을 위하여 제주시 조천리에 있는 $100m^2$ 크기의 온실에 설치하고 10월부터 12월까지 운전하였다. 실증연구 실험을 수행한 결과로써 외기열원을 이용하여 난방 할 경우 난방열량은 19.9 kW의 용량을 얻을 수 있었으며, 온실상단의 잉여열에 의하여 축열조의 온수로 히트펌프운전 없이 직접 난방 할 경우에 난방열량은 21.4 kW로 외기난방과 비슷한 난방용량을 나타내는 것을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study evaluated the heating performance of a hybrid heat pump system. The system was installed in a $100-m^2$ greenhouse to utilize surplus solar energy. A hybrid heat pump system was installed at Jocheon-ri, Jeju Island, for an empirical evaluation of the performance. The system con...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 이러한 연구결과를 바탕으로 온실 상단에 태양에너지에 의하여 온실내부의 평균보다 4-5℃정도 높은 고온의 환경이 형성된 용마루의 열을 히트펌프를 이용하여 축열하고, 온실의 난방부하가 발생하였을 경우에 다시 공급하는 히트펌프시스템을 개발하고 이를 실제 온실에 설치하여 겨울철 동안에 운전성능을 현장에서 평가한 연구이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우리나라의 시설원예에서 난방비가 차지하는 비율은? 우리나라의 시설원예인 온실의 경영비 중에서 난방비가 차지하는 비중은 30~40%로 선진국의 10~20%에 비하여 매우 높은 수준이다. 난방연료는 그 비중이 감소하고 있으나 아직도 약 90%가 석유류를 사용하고 있어 국제유가변동에 취약한 구조를 가지고 있으며, 농산물의 생산비 중에서 난방비의 비중이 높아 시설농가의 경영압박 요인으로 작용하고 있다[1].
난방연료가 시설농가에 미치는 영향은? 우리나라의 시설원예인 온실의 경영비 중에서 난방비가 차지하는 비중은 30~40%로 선진국의 10~20%에 비하여 매우 높은 수준이다. 난방연료는 그 비중이 감소하고 있으나 아직도 약 90%가 석유류를 사용하고 있어 국제유가변동에 취약한 구조를 가지고 있으며, 농산물의 생산비 중에서 난방비의 비중이 높아 시설농가의 경영압박 요인으로 작용하고 있다[1]. 온실의 난방비 절감을 위한 일환으로 농림축산식품부는 2010년부터 지열히트펌프를 농어촌 냉난방기 보급대상기종에 포함하여 설치 지원사업을 추진하고 있다[2].
난방비의 비중이 높아 시설농가의 경영압박 요인을 보완하기 위해 농림축산식품부가 추진하는 사업은? 난방연료는 그 비중이 감소하고 있으나 아직도 약 90%가 석유류를 사용하고 있어 국제유가변동에 취약한 구조를 가지고 있으며, 농산물의 생산비 중에서 난방비의 비중이 높아 시설농가의 경영압박 요인으로 작용하고 있다[1]. 온실의 난방비 절감을 위한 일환으로 농림축산식품부는 2010년부터 지열히트펌프를 농어촌 냉난방기 보급대상기종에 포함하여 설치 지원사업을 추진하고 있다[2]. 지열히트펌프 시스템은 초기투자비용이 높다는 단점이 있으나, 연료단가가 유류에 비하여 낮은 전기를 사용하며, 에너지 효율이 높기 때문에 농가의 에너지비용을 절약할 수 있는 장점과 신재생에너지의 이용이라는 환경적인 이점이 있다[3][4].
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참고문헌 (11)

  1. J. H. Youn, Greenhouse Energy Reduction Guide Book, RDA, 2008 (in Korean). 

  2. Y. S. Ryou, Y. K. Jang, J. K. Kim, Y. H. Kim, J. G. Kim, and G. C. Kang, "Heat exchanger design of a heat pump system using the heated effluence of thermal power generation plant as a heat source for greenhouse heating," Journal of Bio-Environment Control, vol. 21, no. 4, pp. 372-377, 2012 (in Korean). 

  3. Y. K. Kang, Y. S. Ryou, J. G. Kim, Y. H. Kim, and J. K. Jang, "Analysis on cooling effects of the vertical type geothermal heat pump system installed in a greenhouse for raising seedling," Protected Horticulture and Plant Factory, vol. 22, no. 1, p. 19, 2013 (in Korean). 

  4. J. H. Lim, "Study on the evaluation on the energy and energy performance of heat pump heating and cooling system," Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems, vol. 6, no. 2, pp. 12-16, 2012 (in Korean). 

  5. G. L. Morrison, I. Budihardjo, and M. Bhnia, "Water in glass evacuated tube solar water heaters," Solar Energy, vol. 76, no. 1-3, pp. 135-140, 2004. 

  6. S. B. Riffat, X. Zhao, and P. S. Doherty, "Developing a theoretical model to investigate thermal performance of a thin membrane heat pipe solar collector," Applied Thermal Engineering, vol. 25, no. 5-6, pp. 899-915, 2005. 

  7. Y. J. Nam and X. Y. Gao, "Study on the performance prediction simulation of the heat pump system using solar and geothermal heat source," Journal of the Korean Solar Energy Society, vol. 34, no. 3, pp. 75-81, 2014. 

  8. K. H. Jo, Y. C. Park, and G. S. Ko, "A study on the performance evaluation of heat pump system using waste heat in greenhouse," Journal of the Korean Solar Energy Society, vol. 335, no. 4, pp. 35-41, 2015 (in Korean). 

  9. J. K. Kwon, Y. H. Choi, D. K. Park, J. H. Lee, K. Y. Kang, and Y. C. Um, "Survey on insulation and heating of greenhouse grown fruit vegetables in southern region," Korean Society for Horticultural Science, vol. 17, no. 2, p. 218, 1999 (in Korean). 

  10. H. K. Song, J. G. Ro, J. K. Park, Y. K. Kang, and H. C. Kim, "A study on the heat pump - Latent heat storage system for the greenhouse heating," Proceeding of Korean Society for Agricultural Machinery, pp. 113-120, 1997 (in Korean). 

  11. S. A. Kalogirou, "The potential of solar industrial process heat applications," Applied Energy, vol. 76, no. 4, pp. 337-361, 2003. 

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