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방열관의 배치와 관내 유속이 온수난방 온실의 온도분포에 미치는 영향
Effect of Pipes Layout and Flow Velocity on Temperature Distribution in Greenhouses with Hot Water Heating System 원문보기

시설원예ㆍ식물공장 = Protected horticulture and plant factory, v.28 no.4, 2019년, pp.335 - 341  

신현호 (충남대학교 지역환경토목학과) ,  김영식 (상명대학교 식물식품공학과) ,  남상운 (충남대학교 지역환경토목학과)

초록
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본 연구는 난방온실의 온도분포 균일화를 위한 기초자료 제공을 목적으로 온수난방 방식의 토마토 재배 온실에서 난방실험을 통하여 난방배관의 표면온도와 실내기온 사이의 상관관계를 분석하고, 난방배관의 열전달특성 분석과 난방배관 배치의 개선을 통하여 난방배관 표면온도의 편차를 줄이고 균일도를 향상시키기 위한 방안을 도출하였다. 서로 다른 두 온실의 온도분포를 분석하여 최대편차와 균일도를 검토한 결과, 온수의 유량이 많고 난방배관의 길이가 짧게 배치된 온실의 온도편차가 작고, 균일도는 높은 것으로 나타났다. 또한 순환팬을 가동한 경우에 온도편차는 작아지고 균일도가 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 난방배관의 표면온도와 실내기온 사이의 상관관계를 분석한 결과, 두 온실 모두에서 유의적인(p<0.01) 정적 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 온수난방 온실에서 실내기온의 분포는 난방배관 표면온도의 분포에 영향을 받는다는 것을 확인할 수 있었고, 온도편차가 최소화 되도록 난방배관을 배치함으로써 실내기온 분포의 균일도를 개선할 수 있는 것으로 판단되었다. 난방배관의 열전달 특성을 분석한 결과 배관의 길이가 길어지면 온도편차는 커지고, 관내의 유속이 빨라지면 온도편차는 작아지는 것으로 나타났다. 따라서 지선배관의 길이가 짧아지도록 난방배관을 배치하고, 관내의 유속을 제어함으로써 온실의 온도분포와 환경의 균일성을 개선할 수 있을 것으로 판단되었다. 국내 온실에서 가장 많이 사용하고 있는 튜브레일(40A) 방식의 온수난방시스템에서 하나의 지선배관에서의 온도편차를 $3^{\circ}C$ 이내로 조절하기 위해서는 관내의 유속이 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, $1.0m{\cdot}s^{-1}$일 때 난방배관의 길이는 각각 40, 80, 120, 160, 200m 이내로 제한해야 하는 것으로 분석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to provide basic data for uniformization of temperature distribution in heating greenhouses, heating experiments were performed in two greenhouses with a hot water heating system. By analyzing heat transfer characteristics and improving pipes layout, measures to reduce the variation of pipe...

주제어

#균일도   #온도편차   #온수배관   #온실난방   #튜브레일  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 난방온실의 온도분포 균일화를 위한 기초자료 제공을 목적으로 온수난방 방식의 토마토 재배 온실에서 난방실험을 통하여 난방배관의 표면온도와 실내기온 사이의 상관관계를 분석하고, 난방배관의 열전달특성 분석과 난방배관 배치의 개선을 통하여 난방 배관 표면온도의 편차를 줄이고 균일도를 향상시키기 위한 방안을 도출하고자 한다. ;
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
온풍난방 방식 대비 온수난방 방식의 장점은 무엇인가? 국내 난방온실의 75%는 온풍난방 방식을 채택하고 있으며, 온풍기 전면의 온풍온도와 덕트 끝 지점의 온풍온도 차이로 인하여 온도편차가 4~7 o C까지 생겨 기온분포가 불균일한 경우를 흔히 볼 수 있다(Yu 등, 2007; Lee 등, 2016). 이에 비하여 온수난방 방식은 난방배관(방열관)이 균일하게 배관되어 기온의 분포가 비교적 고른 장점이 있어 현대화 온실을 중심으로 많이 채택되고 있다 (Yoon 등, 2012b). 온수난방 설계에서는 최대난방부하의 열을 온실에 공급하기 위해 소요되는 난방배관의 길이를 구한 후, 배관의 배치도를 작성하는데, 이때 난방열을 온실에 균일하게 분포시키기 위한 구체적인 방법은 제시 되어 있지 않다(NAAS, 2015; Nam 등, 2018).
온풍난방 방식의 특징은 무엇인가? 국내 난방온실의 75%는 온풍난방 방식을 채택하고 있으며, 온풍기 전면의 온풍온도와 덕트 끝 지점의 온풍온도 차이로 인하여 온도편차가 4~7 o C까지 생겨 기온분포가 불균일한 경우를 흔히 볼 수 있다(Yu 등, 2007; Lee 등, 2016). 이에 비하여 온수난방 방식은 난방배관(방열관)이 균일하게 배관되어 기온의 분포가 비교적 고른 장점이 있어 현대화 온실을 중심으로 많이 채택되고 있다 (Yoon 등, 2012b).
온수난방 온실에서 실내기온 균일화를 위해 순환팬 사용 외 난방배관 표면온도 편차를 낮추는 방법에는 무엇이 있는가? 온수난방 온실에서 실내기온 분포를 균일화하기 위해서는 순환팬을 사용하는 방법도 있지만, 난방배관의 표면온도 편차를 크지 않게 유지하는 것이 중요할 것으로 판단된다. 난방배관의 표면온도 편차를 작게 유지하 려면 관내의 유속을 빠르게 하든가 관의 배치를 개선하면 가능할 것으로 판단된다. 한편, 실내의 온도분포를 균일하게 하기 위한 배관방식은 직렬방식을 피하고 환원 방식을 채택하는 것이 좋은 것으로 되어 있으나, 구체적인 분석 자료는 없다(JGHA, 2007; Nam 등, 2018).
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참고문헌 (17)

  1. Albright, L.D. 1991. Environment control for animals and plants. ASAE, Michigan, USA. 

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  6. Koths, B.J. and J.W. Bartok. 1985. The greenhouse environment. John Wiley & Sons. INC. 

  7. Lee, T.S., G.C. Kang, Y. Paek, J.P. Moon, S.S. Oh, and J.K. Kwon. 2016. Analysis of temperature and humidity distributions according to arrangements of air circulation fans in single-span tomato greenhouse. Protected Horticulture and Plant Factory 25:277-282. (in Korean) 

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  17. Yu, I.H., M.W. Cho, S.Y. Lee, H. Chun, and I.B. Lee. 2007. Effects of circulation fans on uniformity of meteorological factors in warm air heated greenhouse. Journal of Bio-Environment Control 16:291-296. (in Korean) 

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