초록 ▼

○ 연구결과
가. 탄소섬유 발열체를 이용한 중고온용 원적외선 면상발열체 개발
1) 개발된 원적외선 면상발열체의 정격 전압은 저항, 소비전력이 10% 이내 이고,열분포 특성은 100℃ 이하에서 열분포 값의 최소치와 최대치간의 차이가 최소치의 10% 이내 이었다.
2) 원적외선 면상발열체의 내구성은 60℃, 95%RH의 조건에서 8시간 통전, 16시간 휴지를 10회 반복하여도 절연저항과 내전압을 만족하고, 내습성은 챔버온도 40±5℃, 상대습도 90∼95%에 96시간 방치시 저항 변화가 초기성능의 15% 이하로 나타났다

○ 연구결과
가. 탄소섬유 발열체를 이용한 중고온용 원적외선 면상발열체 개발
1) 개발된 원적외선 면상발열체의 정격 전압은 저항, 소비전력이 10% 이내 이고,열분포 특성은 100℃ 이하에서 열분포 값의 최소치와 최대치간의 차이가 최소치의 10% 이내 이었다.
2) 원적외선 면상발열체의 내구성은 60℃, 95%RH의 조건에서 8시간 통전, 16시간 휴지를 10회 반복하여도 절연저항과 내전압을 만족하고, 내습성은 챔버온도 40±5℃, 상대습도 90∼95%에 96시간 방치시 저항 변화가 초기성능의 15% 이하로 나타났다. 내전압은 정격 전압 2kV에서 60초간 인가시 절연파괴가 없었고, 저온보존은 노출온도 -25±3℃, 96시간 동안 노출하여도 저항의 변화가 초기성능의 15% 이하였다. 또한 NaCl 5% 용액에 48시간 노출 후 저항의 변화가 초기성능의 15% 이하로 나타났다.
3) 원적외선 면상발열체의 전압가속 실험은 상온 상습 하에서 2,000시간 가속 전압(220V에서 440V) 인가, 온도포화 상태로 실험하였을 때 저항은 초기성능의 15% 이하를 만족하였다.
4) 원적외선 방사율과 방사에너지는 80℃에서 원적외선 평균 방사율은 92.1%, 방사에너지는 6.27×102(W/㎡ㆍ㎛)로 양호한 것으로 나타났다.
5) 원적외선 면상발열체의 전기 통전 3분 내에 발열체 전면이 고르게 발열하는 것으로 나타났다.
6) 원적외선 면상발열체는 완전방수 상태로 전기적 특성의 변화가 없는 것으로 나타났다.
7) 원적외선 면상발열체의 저주파 자기장 밀도는 제한 값 83.33uT보다 작으므로 채소생육에 영향이 없는 것으로 판단된다.
나. 원적외선 측면난방시스템을 이용한 상추와 들깨의 생육특성 및 난방특성
1) 원적외선 측면난방시스템의 경우 하우내의 설정온도 15℃를 중심으로 큰 편차없이 거의 균일하게 유지되는 반면, 경유온풍난방시스템의 경우는 13℃∼27℃까지 온도편차가 큰 것으로 나타났다. 상대습도의 경우 주간에는 원적외선 측면난방시스템이 경유온풍난방시스템에 비해 상대습도가 10% 정도 낮은 것으로 나타났다.
2) 상추의 생육은 원적외선 측면난방시스템이 전반적으로 생육이 양호한 것으로 나타났다. 잎들깨의 경우는 생육을 조사한 결과 원적외선 측면난방의 수확량이 다소 낮은 것으로 나타났다. 그러나 원적외선 측면난방의 엽당중량이 경유온풍난방에 비해 컸으므로 원적외선의 효과가 잎들깨의 품질을 향상시키는 요인으로 작용한 것으로 판단된다.
3) 2개월 내에 원적외선 난방시스템 사용난방비용이 경유온풍난방보다 55.7% 정도 난방비용이 적게 소요되는 것으로 나타났다.
다. 원적외선 면상발열체 천정ㆍ측면설치 하우스 난방시스템의 방울토마토와 잎들깨의 생육특성 및 난방특성
1) 실험용 원적외선 난방시스템의 생육 및 난방특성
가) 원적외선 난방시스템의 하우스 내부 온도 분포는 경유온풍난방보다 상하 온도편차가 작고 균일한 것으로 나타났다. 원적외선 난방시스템의 경우 천정난방이 측면난방보다 비교적 기온 분포가 균일한 것으로 나타났다.
나) 방울토마토의 경우 원적외선 난방시스템이 온풍난방보다 초장, 엽장, 엽폭, 경경 등이 양호한 것으로 나타났고, 원적외선 난방시스템의 경우 천정난방이 측면난방보다 생육이 양호한 것으로 나타났다.
다) 방울토마토의 적색도는 난방방법에 따라 차이가 없는 것으로 나타났다.
라) 방울토마토의 당도는 원적외선 난방시스템과 경유온풍난방 간에 큰 차이가 없는 것으로 나타났지만, 원적외선 난방시스템이 경유온풍난방보다 약간 높은 경향을 나타내었다.
마) 방울토마토의 생산량과 개체중량은 생육초기에 원적외선난방이 경유온풍보다 양호한 것으로 나타났다.
바) 잎들깨의 경우 원적외선 난방시스템이 온풍난방보다 초장, 엽장, 엽폭, 경경등이 양호한 것으로 나타났고, 원적외선난방의 경우 천정난방이 측면난방보다 생육이 양호한 것으로 나타났다.
사) 들깨의 생산량과 개체중량은 초기에 원적외선 난방시스템이 경유온풍보다 약간 양호한 것으로 나타났지만 통계적인 유의성이 나타나지 않았다.
아) 난방비용은 원적외선 난방시스템 경유온풍난방시스템에 비해 약 34.5∼41.4%정도 절감되는 것으로 나타났다.
2) 보급형 원적외선 난방시스템의 생육 및 난방특성
가) 원적외선 난방시스템은 경유온풍난방시스템에 비해 겨울철 온실내부의 환경 조건이 식물 생육에 적합한 조건으로 유지할 수 있었다. 특히 원적외선 난방 시스템은 야간에 습도가 적절히 유지되고, 원적외선 복사에너지에 의한 식물체 온도 상승 등의 효과가 있는 것으로 나타났다.
나) 원적외선 처리구 내부 기온분포는 경유온풍 대조구 보다 상하 온도편차가 작고 균일한 것으로 나타났다.
다) 방울토마토의 생체중은 처리구가 대조구에 비해 약 22%, 건물중은 약 14%정도 더 높은 것으로 나타났다.
라) 방울토마토의 당도는 원적외선 처리구가 온풍난방 대조구에 비해 양 측면에서는 3∼9%, 중앙에서는 10∼17% 더 높은 것으로 나타났다. 또한 온풍난방 대조구에 비해서는 더 높게 나타났다.
마) 작물 수확량은 방울토마토와 잎들깨 모두 온풍난방에 비해 다소 높은 것으로 나타났다.
바) 원적외선 난방시스템은 같은 열량을 소비하더라도 상대적으로 비용이 저렴한 전기를 이용하므로 경유온풍난방에 비해 운전경비 측면에서 경제적인 것으로 나타났다. 난방설정기온이 13℃와 18℃일 때 원적외선 난방시스템의 난방비용은 온풍난방보다 각각 22.3, 18.6% 정도 절감효과가 있는 것으로 나타났다.
3) 원적외선 난방시스템의 경제성 분석
가) 원적외선 난방시스템과 경유온풍 난방시스템의 경제성을 비교 분석한 결과, 방울토마토와 잎들깨를 60평 하우스에서 각각 재배할 경우 모두 마이너스 농업소득을 나타냈다. 특히 원적외선 난방시스템을 사용하는 경우 경유온풍 난방시스템보다 상대적으로 조수익이 높고, 에너지비용이 낮아 농업소득의 마이너스 폭이 작아 상대적으로 유리한 것으로 평가되었다.
나) 연 난방기간으로 볼 때 난방에너지 비용은 경유온풍 난방시스템이 원적외선난방시스템 보다 방울토마토와 잎들깨의 경우 1.52배, 1.50배의 난방비용이 증가하는 것으로 나타났다.
다) 원적외선 난방시스템의 시나리오별로 경제성을 분석한 결과 방울토마토의 경우 농촌전기료가 10%이상 인하되고, 가격이 20% 이상 인상되면 경제성이 있는 것으로 분석되었다. 잎들깨의 경우 판매가격 40% 인상 면세유 가격 15% 인하될 경우 경제성이 있는 것으로 분석되었다.

Abstract ▼

This research had been conducted for 2 years from July 2003 to July 2005 to develop automated greenhouse heating system using far infrared to improve heating technique. Principal research institution design and manufacture panel far infrared heater using a carbon fiber sheet and evaluate radiation

This research had been conducted for 2 years from July 2003 to July 2005 to develop automated greenhouse heating system using far infrared to improve heating technique. Principal research institution design and manufacture panel far infrared heater using a carbon fiber sheet and evaluate radiation properties, durability, safety, and efficiency of the heat unit. Additionally, cooperative research institution, National horticulture research institute in rural development administration, using the panel far infrared heating attempted growth experiment of lettuces and Perilla within two install methods for the panel far infrared heater, side (vertical direction) and ceiling (horizontal direction) installs in the first year. In the second year growth experiment of tomatoes and Perilla were attempted, and a diesel heating system was used as a control treatment to establish growth, heating properties, and optimum heating conditions of the far infrared heating system. In the first year two flat bed type far infrared heating units, testing 600㎡ and affordable 900㎡ sizes, were designed, and manufactured. Those units were vertically installed in a greenhouse, and heating and growth properties, and economical efficiency of the heating unit was determined by using following parameters: greenhouse and panel heater temperatures, energy consumption, and plant temperature and growth.
In the second year the affordable size of the far infrared heating system was developed through some modifications. Additional modification in the panel heater was attempted to develop practical heating system. Modified panel heater was perpendicularly installed in experimental four greenhouses, two greenhouse with the sizes of 45㎡ and 180㎡'.panel far infrared heater was involved with limiting light in greenhouse when the panel heater was installed on the ceiling of the greenhouse so that an automated panel heater open-and-shutting device was developed. Determining
optimal condition of the far infrared heating system was attempted by means of analyzing heat properties, and plant growth properties and economical efficiency were analyzed to compare with a diesel heating.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 16
• 목차 ... 20
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 23
• 1. 연구개발의 목적 ... 24
• 2. 연구개발의 내용 및 범위 ... 27
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 32
• 1. 국내의 경우 ... 33
• 2. 국외의 경우 ... 33
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 35
• 1 절 원적외선 난방시스템의 난방특성 및 상추.잎들깨의 생육특성 분석 ... 36
• 1. 탄소섬유를 이용한 중고온용 원적외선 면상발열체 개발 및 품질평가(1차년도 연구) ... 36
• 가. 원적외선 면상발열체 설계.제작 ... 36
• 나. 원적외선 면상발열체의 방사특성 및 품질평가 ... 39
• 2. 실험용 원적외선 측면난방시스템의 난방특성 분석(1차년도 연구) ... 44
• 가. 실험용 원적외선 측면난방시스템 개발 및 제작 ... 44
• 나. 실험용 원적외선 측면난방시스템 난방특성 분석 ... 47
• 1) 실험장치 및 방법 ... 47
• 2) 결과 및 고찰 ... 47
• 3. 보급형 원적외선 난방시스템의 상추.들깨의 생육특성 및 난방특성 분석(1차년도 연구) ... 51
• 가. 보급형 원적외선 측면난방시스템 설계.제작 ... 51
• 나. 보급형 원적외선 측면난방난방시스템 생육특성 ... 52
• 1) 실험방법 및 재료 ... 52
• 2) 원적외선 난방시스템 하우스 내부 공기온도 및 상대습도 분포 특성 ... 53
• 3) 결과 및 고찰 ... 56
• 가) 상추와 잎들깨와 생육특성 및 수확량 분석 ... 56
• 나) 보급형 원적외선 난방시스템 난방비용 분석 ... 61
• 4. 보급형 원적외선 난방시스템 경제성 분석 ... 62
• 가. 경제성 분석의 필요성과 목적 ... 62
• 나. 경제성 분석결과 ... 62
• 2 절 원적외선 난방시스템의 난방특성 및 방울토마토.들깨의 생육특성 분석 ... 68
• 1. 원적외선 난방시스템 보급모델 개발 및 장치보완 ... 68
• 가. 탄소섬유 원적외선 발열체 설계.제작 ... 68
• 나. 원적외선 면상발열체의 품질평가 ... 72
• 1) 원적외선 방사율 특성 ... 72
• 2) 면상발열체 열화상 실험 ... 73
• 3) 면상발열체 방수 실험 ... 76
• 4) 면상발열체 신뢰성 실험 ... 78
• 5) 면상발열체 열분포 실험 ... 79
• 6) 면상발열체 저주파 실험 ... 82
• 다. 실험용 원적외선 난방시스템 설계.제작 ... 86
• 1) 실험용 하우스 시스템 설계.제작 ... 86
• 2) 원적외선 및 경유온풍난방시스템의 적정 난방부하 분석 ... 91
• 3) 실험용 원적외선 난방시스템과 경유온풍난방시스템 및 보급모델 설계.제작 ... 96
• 2. 실험용 원적외선 면상발열체 천정.측면설치 하우스 난방시스템 난방특성 및 방울토마토.들깨의 생육특성 분석 ... 105
• 가. 실험용 원적외선 난방시스템 열특성 분석 ... 105
• 나. 실험용 원적외선 난방시스템 및 경유온풍난방시스템 생육특성 ... 118
• 1) 실험방법 및 측정항목 ... 118
• 2) 실험결과 및 고찰 ... 119
• 가) 원적외선 및 경유온풍난방시스템의 내부 공기온도 및 상대습도 분포 특성 ... 119
• 나) 방울토마토와 잎들깨의 생육특성 및 품질평가 ... 124
• 다) 원적외선 난방시스템과 경유온풍난방시스템의 난방비용 비교 ... 132
• 3) 요약 및 견론 ... 133
• 3. 보급형 원적외선 난방시스템의 난방특성 및 방울토마토.잎들깨의 생육특성 분석 ... 135
• 가. 원적외선 난방시스템의 구성개요 ... 135
• 나. 실험방법 및 실험재료 ... 136
• 다. 결과 및 고찰 ... 144
• 4. 원적외선 난방시스템 경제성 분석 ... 155
• 가. 분석목적 ... 155
• 나. 분석내용 및 방법 ... 155
• 다. 경제성 분석결과 및 해석 ... 156
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 169
• 1. 목표달성도 ... 169
• 2. 관련분야 기여도 ... 172
• 가. 에너지 및 생산 단가 절감도 ... 172
• 나. 생육촉진 및 고품질 제품 생산 ... 172
• 다. 다양한 시설채소 생산가능 ... 172
• 라. 환경문제 ... 173
• 마. 국내 소비자에게 안전한 농산물 공급 ... 173
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 174
• 1. 추가연구의 필요성 ... 174
• 2. 타연구에의 응용 ... 174
• 3. 사업화 추진방안 ... 174
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 176
• 제 7 장 참고문헌 ... 178
• 끝페이지 ... 180