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문제 정의
- (2) 온실바닥의 토양 면적에서 채열을 하여 실내로 열을 공급 하였을 때 실내온도를 14℃로 비교적 일정하게 유지하며 난방을 할 수 있었다. 따라서 온실에 수평식 지열히트펌프시스템의 난방적용가능성을 확인하였다.
- 본 연구에서는 수평형 지열원 히트펌프 시스템을 온실에 적용하였다. 축열조를 채용한 수평형 지열원 히트펌프 시스템을 온실에 적용하였을 때 지열원 히트펌프시스템의 난방부하대응능력과 성능을 알아보고자 하였다.
제안 방법
- 본 실험에서 지중열교환기 순환유체는 누설이나 유지보수 시 유출 될 수 있는 점을 감안하여, 작물에 영향이 없는 Ethanol 20%를 첨가하였다. 히트펌프의 작동유체는 R-22를 사용하였고, 증발기 및 응축기는 판형 열교환기를 사용하였다.
- 온 실은 넓은 면적을 가지고 있기 때문에 수평형 지열원 히트펌프 시스템설치가 가능하다. 본 연구에서는 수평형 지열원 히트펌프 시스템을 온실에 적용하였다. 축열조를 채용한 수평형 지열원 히트펌프 시스템을 온실에 적용하였을 때 지열원 히트펌프시스템의 난방부하대응능력과 성능을 알아보고자 하였다.
- 본 연구에서 적용한 지중열교환방식은 수평매립방식이다. 비닐하우스 내부에 70 m(L) x 0.4 m(W)의 트렌치를 한 동에 5개씩 총 1400 m(70 m x 5 trench/동 x 4동)의 지중열교환기를 설치 하였다. 지중열교환기는 PE(Poly Ethylene, SDR11, 0.
- 히트펌프의 작동유체는 R-22를 사용하였고, 증발기 및 응축기는 판형 열교환기를 사용하였다. 실내에는 FCU 24대를 설치하여 내부온도를 가능한 균일하게 유지하도록 하였다. 히트펌프의 흡수열 과 방출열을 측정하기 위하여 물용 유량계와 PT 100Ω을 설치하였으며, 히트펌프장치는 압력센서, 온도센서, 냉매유량계를 설치하여 실시간 작동상태를 확인하였다.
- 실증시험 장소인 영천지방의 기후자료를 직접 이용하기가 불가능하여 가까운 대구지방의 기상 데이터 중에서 11월, 12월, 1월, 2월, 3월의 값을 적용하였다. 실내온도가 14℃일 때의 난방부하 값을 계산하였는데 계산방법은 시간별 설계 외기 온도를 작성한 후 일몰이후 야간에는 보온커튼이 있는 상태로 난방부하를 계산하였다. 일출이후 주간에는 상부의 보온커튼이 없고 비닐을 투과한 태양복사가 실내온도를 상승시키는 것으로 계산하였다.
- 실내온도가 14℃일 때의 난방부하 값을 계산하였는데 계산방법은 시간별 설계 외기 온도를 작성한 후 일몰이후 야간에는 보온커튼이 있는 상태로 난방부하를 계산하였다. 일출이후 주간에는 상부의 보온커튼이 없고 비닐을 투과한 태양복사가 실내온도를 상승시키는 것으로 계산하였다. 설계난방부하 값은 1월 21일 일출직전에 최고치로 나타난 125.
- 축열조 온도가 설정온도에 도달하면 압축기 및 응축기측 순환펌프는 정지한다. 지열측 순환펌프는 축열조의 축열이 완료 될 때까지 계속 운전되게 하였고 전체 시스템 운전 은 PLC로 제어하였다.
- 하루 중 평균부하와 각 시간의 피크값과의 차이를 합산하면 1,702 MJ이 된다. 축열조 물의 온도 폭을 10℃, 안전율 20%를 감안하여 축열조의 용량은 50 ㎥으로 선정하였다.
- 실내에는 FCU 24대를 설치하여 내부온도를 가능한 균일하게 유지하도록 하였다. 히트펌프의 흡수열 과 방출열을 측정하기 위하여 물용 유량계와 PT 100Ω을 설치하였으며, 히트펌프장치는 압력센서, 온도센서, 냉매유량계를 설치하여 실시간 작동상태를 확인하였다. 모든 측정 데이터는 MX100을 통해서 PC에 저장된다.
대상 데이터
- 이때부터 히트펌프 시스템을 가동하였으며, 자동적인 연속운전을 충분히 확인 한 후 데이터를 취득하였다. 데이터 분석기간은 2007년 1월 28일 15시부터 30일 15시까지 48시간이다.
- 본 연구는 비닐하우스 전체면적 30 m × 73 m(약 650평) 중 보온덮개 내부면적 28 m × 69.5 m(약 600평)를 대상으로 하였다. 재배 작물은 완숙토마토이며 필요한 실내유지온도는 14℃ 내외이다.
- 실증비닐하우스 내의 작물은 2006년 12월 20일에 정식을 하였다. 이때부터 히트펌프 시스템을 가동하였으며, 자동적인 연속운전을 충분히 확인 한 후 데이터를 취득하였다.
- 실증시험 장소인 영천지방의 기후자료를 직접 이용하기가 불가능하여 가까운 대구지방의 기상 데이터 중에서 11월, 12월, 1월, 2월, 3월의 값을 적용하였다. 실내온도가 14℃일 때의 난방부하 값을 계산하였는데 계산방법은 시간별 설계 외기 온도를 작성한 후 일몰이후 야간에는 보온커튼이 있는 상태로 난방부하를 계산하였다.
- 3와 같다. 실증시험장치는 지중열교환기, 히트펌프, 축열조, 휀코일유닛(FCU: Fan Coil Unit)으로 크게 4개의 시스템으로 구성하였다.
- 실증비닐하우스 내의 작물은 2006년 12월 20일에 정식을 하였다. 이때부터 히트펌프 시스템을 가동하였으며, 자동적인 연속운전을 충분히 확인 한 후 데이터를 취득하였다. 데이터 분석기간은 2007년 1월 28일 15시부터 30일 15시까지 48시간이다.
- 본 실험에서 지중열교환기 순환유체는 누설이나 유지보수 시 유출 될 수 있는 점을 감안하여, 작물에 영향이 없는 Ethanol 20%를 첨가하였다. 히트펌프의 작동유체는 R-22를 사용하였고, 증발기 및 응축기는 판형 열교환기를 사용하였다. 실내에는 FCU 24대를 설치하여 내부온도를 가능한 균일하게 유지하도록 하였다.
이론/모형
- 모든 측정 데이터는 MX100을 통해서 PC에 저장된다. 데이터 취득간격은 5초이며, 측정 프로그램은 DAQWORX를 사용하였다. 데이터 취득시스템은 Fig.
- 본 연구에서 적용한 지중열교환방식은 수평매립방식이다. 비닐하우스 내부에 70 m(L) x 0.
성능/효과
- (1) 히트펌프의 성능계수(COP)는 2.9이며, 순환 펌프 동력을 감안한 전체 시스템 성능계수(COPsys)는 2.4로 나타났다.
- (2) 온실바닥의 토양 면적에서 채열을 하여 실내로 열을 공급 하였을 때 실내온도를 14℃로 비교적 일정하게 유지하며 난방을 할 수 있었다. 따라서 온실에 수평식 지열히트펌프시스템의 난방적용가능성을 확인하였다.
- (3) 지열히트펌프시스템의 실시간 열공급능력 보다 큰 난방부하를 축열조를 채용함으로써 대응 할 수 있었다.
- 4의 값을 보였다. 본 시스템의 응축압력은 평균 2.07 MPa이었고 증발압력은 평균 0.42 MPa으로 나타났다.
- 8%이었다. 시설원예용 수평형 지열히트펌프 시스템의 성능계수(COPsys)는 평균 2.4의 값을 보였다. 본 시스템의 응축압력은 평균 2.
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