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박석호 ( Seokho-ho Park ),문종필 ( Jong-pil Moon ),강연구 ( Youn-koo Kang ),김승희 ( Seoung-hee Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2
본 연구는 온실 측면의 지중부로 손실되는 에너지를 분석하고자 온실 내부의 지중 온도분포 특성을 조사분석하였다. 2018년 1월 8일에서 3월 8일까지 단동온실의 외부, 측면부로부터 40cm, 80cm, 120cm, 160cm 위치 및 온실중앙에 열전대(K-type)를 토양깊이 0cm, 15cm, 30cm에 매설하였다. 시험기간 동안에 작물은 재배되지 않았으며, 가온 없이 다겹보온커튼을 이용한 보온 만을 실시하였다. 2월 2일 0시 기준 지표면 온도는 온실외부, 온실 측면부로부터 40cm, 80cm, 120cm, 160cm 및 온실중앙의 경우 각각 -0.3℃, 6.6℃, 8.5℃, 9.0℃, 9.1℃, 10.9℃로 온실중앙에 가까울수록 온도가 높게 나타났다. 이것은 비닐피복을 경계로 토양표면과 온실 외부의 거리가 멀어질수록 열손실이 적게 나타난 결과로 판단된다. 토양깊이 15cm에서의 토양온도는 온실외부, 온실 측면부로부터 40cm, 80cm, 120cm, 160cm 및 온실중앙의 경우 각각 2.3℃, 9.8℃, 11.9℃, 13.1℃, 13.2℃, 15.1℃로 온실중앙에 가까울수록 온도가 높게 나타났으며, 일몰후부터 해가 뜨기 전까지 각각의 지점에서 5℃이상 토양의 온도가 낮아졌다. 이러한 현상은 온실 내부의 온도가 점점 낮아짐에 따라 토양깊이 15cm 깊이까지 열전달이 일어난 결과로 판단된다. 반면 토양깊이 30cm에서의 토양온도는 온실외부, 온실 측면부로부터 40cm, 80cm, 120cm, 160cm 및 온실중앙의 경우 각각 3.4℃, 9.7℃, 11.5℃, 12.8℃, 12.9℃, 14.6℃로 토양깊이 15cm에 비해 온도가 낮고 온실중앙에 가까울수록 온도가 높게 나타났지만 일몰 후부터 해가 뜨기 전까지 각각의 지점에서 온도 변화가 없었다. 이것은 토양의 단열효과에 의해 토양 속 30cm 깊이까지는 열전달이 일어나지 않은 결과하고 판단된다. 온실지중부 내외부의 온도 차이는 지표면, 토양깊이 15cm, 토양깊이 30cm에서 각각 6.9℃, 7.5℃, 6.3℃로 나타났다. 토양깊이 30cm 깊이에서 온실 지중 내외부의 온도차가 6.3℃로 크게 나타난 것은 30cm 두께의 토양에서 단열효과가 나타나 것을 고려한다면 이 부분에서 지중 온실 내외부를 통해 열손실이 일어난 것으로 판단된다. 온실 측면의 지중부를 통한 열손실을 정밀하게 측정하기 위해서는 온실내부의 지표면에 단열재를 설치하고 온실 내외부 지중부의 온도를 측정하는 후속연구가 필요할 것으로 판단된다.
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수열원 이용 히트펌프의 난방성능 및 에너지비용 절감 효과 분석
강연구 ( Youn-koo Kang ),박석호 ( Seokho-ho Park ),문종필 ( Jong-pil Moon ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2
본 연구는 여타 재생에너지가 빈약한 제주지역에서 미활용에너지인 용출수를 에너지원으로 사용함으로써 난방에너지비용을 절감할 뿐만 아니라 미활용에너지 분야의 폭을 넓이고, 이를 확대 보급하고자 수열원(지하 용출수) 이용 히트펌프를 온실에 설치하여 난방성능과 난방에너지비용 절감 효과를 분석하였다. 수열원이용 히트펌프는 열원을 용천수로 하는 일반적인 물 대 공기 히트펌프로, 제주특별자치도 서귀포시 월평동소재 2,000㎡ 규모의 천혜향 재배 온실에 설치하였다. 최근(2013∼2017) 5년간의 서귀포지역 일별 최저외기온을 분석하여 설치용량을 선정하였으며, 설치용량은 42 kW(12 RT)급 5대, 총 210 kW(60 RT)이다. 수열원 이용 히트펌프의 난방성능 및 에너지 비용 절감 효과를 분석하기 위하여 물(증발기) 입출구 온도, 공기(응축기) 입출구 온도, 외기온도 등을 K Type thermocouple을 설치, 측정하였으며, 이를 데이터로거(MV1000, Yokogawa, Japan)에 의해 수집되도록 하였다. 또한 소비전력은 전력량계(CW240, Yokogawa, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 총 사용전기량과 요금은 한전의 요금 내역을 이용하였다. 난방기간은 개화기와 착과기를 포함하여 2월 말에서 5월 중순까지이다. 수열원 이용 히트펌프의 난방성능계수는 지하용출수의 평균온도가 15.0℃, 평균 공기입구온도(평균 외기온도)가 8.4℃일 때, 최저 4.3에서 최대 4.9로 나타났으며, 평균 난방성능계수는 4.6로 나타났다. 이때 평균소비전력은 10.0 kW이었으며, 평균 난방열량은 46.4 kW(39,904 kcal/h)이었다. 수열원 이용 히트펌프의 전기사용량은 2월 546, 3월 10,793, 4월 11,852, 5월 2,856 kWh이었으며, 요금은 1,554,040원이었다. 같은 시기, 같은 온도로 가온한 대조구는 등유 9,015L를 소비하였으며, 비용은 7,212,000원(800원/L)이었다. 이를 종합하여 보면 수열원 이용 히트펌프 난방은 기존 경유 난방에 대해 78.5%의 난방에너지 비용을 절감한 것으로 나타나, 제주지역 지하용출수도 가용 자연에너지원으로서의 가능성과, 농가 에너지 비용 절감에 일익을 담당할 수 있은 좋은 열원임을 시사해 주었다.
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