태양에너지를 이용한 온실의 난방효과 분석 = Analysis of Heating Effect of Greenhouse by Using Solar Energy

국문 초록 (Abstract)

국내 시설원예 면적은 2010년 말 현대 약 52,000ha 정도 이고, 이중 가온면적은 약 30% 정도로서 최근 가온면적이 약간 증가하는 추세에 있다. 그리고 난방비가 차지하는 비중은 30~50%정도로서 시설원예 농가의 경영이 더욱 위축되고 있는 설정이다.
따라서, 본 실험에서는 난방에너지로 사용할 목적으로 태양열 집열기와 FCU(Fan Coil Unit)를 이용하여 태양에너지를 축열하였다. 평판형 태양열 집열기(KSC002)의 경우, 축열조 용량 및 집열판의 유효면적은 각각 1,500L, 25.01㎡이고, 진공관형 태양혈 집열기(TZ58/2000-25G)의 경우는 축열조 용량 및 집열판의 유효면적이 각각 500L, 7.8㎡이다. 진공관의 경우, 실험 초기에는 자연 순환식으로 이용하였으나 축열 효율을 높이기 위하여 순환펌프(GRUNDFOS, UPS 15-62 130)를 설치하였다. 축열조에 축열된 열은 일몰 직후부터 열 회수용 물을 일정하게 순환시켜 회수하였으며, 순환시킨유·출입수 수온이 같아지는 시점을 저장된 열이 모두 회수된 것으로 하였다. 수온은 온도센서(Thermocouple, T-type)와 Date logger(GL-800)를 이용하여 30초 간격으로 측정하였으며, 순환유량은 유량계(SD-15)를 이용하여 측정하였다. 그리고 FCU은 온실에서 주간동안 환기에 의해 배출되는 에너지, 즉 잉여태양에너지를 회수하여 축열할 목적으로 수행되었다. 실험대상 온실은 유리온실(Wide span)로서 규모는 폭 6.0m, 길이 10.0m, 측고 3.3m, 동고 4.6m이다. FCU으로 회수한 열은 길이 8.0m, 직경 0.6m인 플라스틱 필름을 이용한 약 1,400L 정도의 Water Bag과 용량이 1,000L 정도인 FRP(Fiber Reinforced Plastic) 탱크를 온실 바닥에 설치하여 축열되도록 하였다. 이상과 같이 축열된 태양에너지는 야간에 FCU를 이용하여 난방에 이용할 수 있도록 하였다. FCU에 의한 축열 및 방열은 순환펌프(PH-125W, 20L/min)를 이용 하였으며, 순환유량은 유량계(SD-15)를 이용하여 측정하였다. 그리고 온실 내·외부의 건·습구온도, 유·출입수의 수온은 온도센서(Thermocouple, T-type)와 Date logger(GL-800)를 이용하여 2분 간격으로 측정하였으며, 축열 및 방열시간은 타이머를 사용하였다. 태양열 집열기를 이용한 실험은 2012년 3월 15일~7월 28일 까지 실시하였고, 평판 및 진공관에 의해 회수된 일일 평균 열량은 각각 46,198.7kcal 및 24,252.9kcal 정도이었다. 그리고 FCU의 실험은 3월24일~7월 28일까지 실시하였으며, Water bag인 경우, 실험기간동안 전체 축열 및 방열량은 각각 500,076.3kcal 및 563,070.1kcal 정도였으며, FRP에 의한 축열 및 방열량은 각각 628,901.9kcal 및 603,245.5kcal 정도로 나타났다.