초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
태양열 시스템의 기술이용 및 특허현황은 전체적으로 활발하나, 일반 산업분야에 한정되어 이용되는 경향이 있으며, 축산분야의 신재생에너지 적용 냉·난방시스템 관련 기술 및 연구는 대부분 지열이용 시스템이 대부분이며, 따라서 태양열을 이용한 축산분야 냉·난방시스템 연구를 통한 에너지 이용 효율을 제고할 필요가 있다.
공기순환식 태양열 시스템 적용을 통한 실험돈사 내부의 온도는 6일간 모니터링 한결과, 적용한 돈사의 경우 외기온에 비해 평균 약 14.7℃, 미적용돈사의 경우 평균 약3.6℃ 정도 높게 나타났으며

Ⅳ. 연구개발결과
태양열 시스템의 기술이용 및 특허현황은 전체적으로 활발하나, 일반 산업분야에 한정되어 이용되는 경향이 있으며, 축산분야의 신재생에너지 적용 냉·난방시스템 관련 기술 및 연구는 대부분 지열이용 시스템이 대부분이며, 따라서 태양열을 이용한 축산분야 냉·난방시스템 연구를 통한 에너지 이용 효율을 제고할 필요가 있다.
공기순환식 태양열 시스템 적용을 통한 실험돈사 내부의 온도는 6일간 모니터링 한결과, 적용한 돈사의 경우 외기온에 비해 평균 약 14.7℃, 미적용돈사의 경우 평균 약3.6℃ 정도 높게 나타났으며, 두 실험구간의 온도차는 약 11℃ 정도로 나타났다. 따라서, 외기온이 20∼25℃ 정도에서 본 시스템을 적용하는 경우에는 약 35℃이상의 공기를 내부로 공급이 가능할 것으로 판단된다. 공기순환식 태양열 시스템 적용 유무에 따른 내부온도 분포는 적용돈사의 경우, 상층부는 평균 약 38.2℃, 중층부는 평균 약 37.7℃, 하층부는 평균 약 36.9℃ 및 미적용돈사의 경우는 상층부는 평균 약 27.6℃, 중층부는 평균 약 27.0℃, 하층부는 평균 약 26.7℃로 나타났으며, 상대적인 차이는 상층부 약 10.7℃, 중층부 약 10.7℃, 하층부 약 10.2℃ 정도로 나타났다. 또한 두 돈사의 전체 평균 온도 차이는 약 10.5℃로 나타났으며, 이는 무창돈사 태양열 시스템의 이용 시,돈사의 난방에 많은 효과가 있다는 것을 증명하는 결과이다. 따라서 이러한 결과를 이용하여 현장에서의 에너지 절감효율에 대한 검증이 필요할 것으로 판단된다. 벽체이용 공기순환식 태양열 시스템의 에너지 생산량 분석 결과, 일일 평균 약 54,158.4 kcal의 열량이 발생하였고, 그에 따른 일일 총 전력생산량은 평균 약 66.59 kWh로 나타났다.전력 생산 금액으로 환산 시, 일일 평균 약 2,484원, 한 달 약 74,520원의 비용 절감 효과가 있을 것으로 예상된다.
공기순환식 태양열 시스템 내 Thermal Vent Damper 미가동 시, 태양열 시스템을 적용하지 않은 실험돈사의 내부 벽체 온도 보다 태양열 시스템을 적용한 실험돈사의 내부 벽체 온도가 더 높게 유지되는 것을 확인하였으며, Thermal Vent Damper 가동시, 태양열 시스템 내부의 고온의 공기가 외부로 배기됨에 따라 태양열 시스템을 적용하지 않은 실험돈사의 내부 벽체 온도가 더 높아지는 것을 확인하였다.
공기순환식 태양열 시스템 적용 유무에 따른 일별 전도열량 계산 결과, 공기순환식태양열 시스템을 미적용한 실험돈사의 전도열량이 더 많은 것으로 나타났으며, 이는 태양열 시스템을 적용한 실험돈사의 경우, 고온의 공기를 실험돈사 내부로 강제 입기시킴에 따라 실험돈사 내부 온도가 상승, 이에 태양열 시스템을 미적용한 실험돈사가 더 많은 온도차가 발생하였기 때문으로 판단된다. 2014년 10월 23일의 실험돈사 내벽온도를 20℃로 가정 시, 일별 전도열량은 태양열 시스템 적용 돈사 약 723.95 kcal, 미적용 돈사 약 731.18 kcal로 비슷한 것으로 나타났다.
공기순환식 태양열 제어 시스템 및 프로그램 개발 및 운용에 따른 실험돈사 내부 온도 변화 및 에너지를 비교, 분석한 결과, 제어 시스템은 T₁∼T₄, 총 4점의 온도를 측정후 프로그램 내 알고리즘에 의해 O₁∼O₅, 총 5개의 출력 신호를 ON/OFF 방식으로 각각 제어하도록 구성하였으며, 온도 설정은 실험돈사 내부 온도 28.0℃, UTC 내부 온도34.0℃로 설정하였고, 측정된 온도와 비교를 통해 출력 신호를 제어하였다. 3일 간, 제어 시스템을 가동한 돈사의 경우 최고 온도는 평균 31.8℃로 측정되었다. 같은 시간,비교돈사의 최고 온도는 평균 36.6℃로 제어 시스템을 가동한 돈사의 내부 온도가 약4.8℃ 낮은 것으로 나타났다. 또한 제어 프로그램의 가동에 따라 UTC 플레넘 최고 온도는 평균 50.5℃까지 상승한 것으로 나타났다. 실험을 통해, 일 중 UTC 내부 온도는 약 55℃, 외기온 대비 약 25∼30℃ 상승하는 것을 알 수 있었으며, 이는 동절기 내 돈사 내부 난방을 위해 효과적으로 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 UTC 제어 프로그램을 통해 실험돈사 내부 온도가 설정된 온도 범위 내로 유지되는 것을 알 수 있었다. 그러나 실험을 통해 특정 기간 내에는 외기온의 상승으로 실험돈사 내 최대 환기를 통한 내부 에너지 제거는 어려울 것으로 판단되었고, 이는 실험돈사 벽체의 낮은 단열계수 및 전도열 등에 의한 영향인 것으로 판단된다. 따라서 추후 실제 무창돈사내 현장실험 등을 통해 검증 실험이 필요할 것으로 판단된다.
공기순환식 태양열 제어 시스템 내 잉여 에너지 활용을 위한 잠열축열재를 적용, 일중 온도변화를 측정, 분석한 결과, 공기순환식 태양열 시스템 내부온도는 일 중 최고 약 60℃까지 상승한 것으로 나타났으며, 축열재로 입기되는 온도 또한 비슷한 양상으로 나타났다. 축열재를 거친 후의 공기 온도는 축열재로 입기되는 공기 온도 대비 최고 약 25.9℃까지 낮아지는 것으로 나타났다. 축열재 표면온도는 공기순환식 태양열 시스템 내부 온도 변화와 다른 분포를 나타내었다. 태양열 시스템 내부 온도가 약 27℃까지 낮아진 18:30 경, 축열재 최고 표면온도는 약 45℃까지 측정된 것을 알 수 있다.이를 통해, 공기순환식 태양열 시스템 내부 온도 분포와는 달리, 온도가 낮아지더라도 일정시간 동안 온도가 지속되는 것으로 나타났다. 이를 통해, 공기순환식 태양열 시스템 내 발생하는 잉여 에너지의 축열을 통해 심야시간 대 보조난방이 가능할 것으로 판단된다. 공기순환식 태양열 시스템 내부온도와 외기온의 차를 통해 열량을 계산한 결과, 일중 약 31,375.8 kcal의 잉여에너지가 발생한 것으로 계산되었고, 축열재로 입, 배기되는 공기온도의 차를 통해 계산한 결과, 축열된 열량은 총 약 22,327.8 kcal로 계산되었다.

Abstract ▼

Unglazed Transpired Collector (UTC) system, one of the solar heat collection methods, consists of a collector composed of numerous perforations, a space between the collector and the outer wall, and a fan for the general incoming of ambient air. The collector is installed at the outer wall of a buil

Unglazed Transpired Collector (UTC) system, one of the solar heat collection methods, consists of a collector composed of numerous perforations, a space between the collector and the outer wall, and a fan for the general incoming of ambient air. The collector is installed at the outer wall of a building exposed to solar radiation and the ambient air inflow through perforation in collecting panels is preheated in the space between the hot collecting plate and the outer wall and then comes indoors by functioning of the fan. Under appropriate solar radiation conditions, the UTC system can increase the temperature of incoming ambient air up to about 30∼40℃. Furthermore, as the collector itself consists of perforated metal plates only and is applied to the outer wall of a building, it can replace the existing outer-wall finishing materials, which suggests that it is very effective in structural and economic aspects.
It is generally assumed that, with the application of the UTC system in livestock buildings, it is possible to apply a higher ventilation ratio than in the winter season when ambient air directly comes in because fresh ambient air can be supplied into the inside of a livestock building after preheating; therefore, it is effective for improving the breeding environment, including the improvement of indoor air quality. It has also been determined that the preheated air has a significant effect on heating energy reduction within the winter season in livestock buildings and that the application of the UTC system (for example, internal insulation effects depending on the increase in thermal resistance factor in the outer wall of a stable by the collecting plate) is the most effective method for reducing the heating load within livestock buildings.