히트펌프와 잉여 태양에너지를 이용한 축열 및 온실의 난방효과
Thermal Storage and Heating Effect by using Heat Pump and Surplus Solar Energy in Greenhouse
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본 연구는 공기열원 히트펌프 온실에서 환기에 의해 배출되는 에너지 즉 잉여 태양에너지 및 태양열집열기를 이용하여 축열량 및 이들 에너지를 이용한 온실의 난방효과를 실험적으로 검토하였다. 태양열집열기의 경우, 실험기간동안 누계 수평면 일사량의 최대, 평균 및 최솟값은 각각 52.2, 22.9 및 3.2MJ․m-2이었고, 총 일사량은 869.8 MJ․m-2 정도였다. 그리고 집열량의 최대, 평균 및 최솟값은 각각38,118.2, 22,545.9 및 2,622.1 kcal 정도였고, 총 집열량은 856,742.6 kcal 정도인 것으로 나타났다. 잉여 태양에너지의 경우, 여러 가지 요인에 의해서 온실로부터 회수되는 열량은 다르지만, 온실로부터회수된 총 잉여 태양에너지는 375,946.7 kcal 정도인 것으로 나타났다. 히트펌프의 경우, 설정온도를고려하지 않고 축열된 총 축열량은 17,519,085.3 kcal이고, 이 때 소비된 소비전력량은 7,169.6 kWh정도이었고, 시스템의 성능계수는 2.84정도이었다. 그리고 온실로 공급된 난방에너지는 최저 외기온과 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났으며, 실험기간동안 총 난방에너지는 9,554,541.9 kcal로서 시간당으로 환산하면 평균 6,653.1 kcal․h-1정도인 것으로 나타났다. 특히 실제 히트펌프에 의해 축열된 량의54.5%정도만 이용하는 것으로 나타나 난방시스템의 개선이 필요할 것으로 판단되었다. 실험기간동안 태양열 집열기, 잉여 태양에너지 및 히트펌프에 의한 축열량을 난방에너지로 100.0%이용할 경우, 탄소배출량은 각각 259.7, 116.9 및 5,403.5 kgCO2정도 절감시킬 수 있을 것으로 나타났다.
Abstract
This study examined through an experiment the heating effects of a greenhouse by usingenergy discharged from air source heat pumps and greenhouses through ventilation or surplussolar energy, solar collectors with their storage of heat, and their energy. The maximum,mean, and minimum volume of a solar collector's aggregate horizontal solar radiation duringthe experiment period were 52.2, 22.9 and 3.2 MJ․m-2, respectively, with total solar radiationof 869.8 MJ․m-2. The maximum, mean, and minimum volume of a solar collector's collectionof heat were 38,118.2, 22,545.9 and 2,622.1 kcal, respectively, with total collection of heat of 856,742.6 kcal. There were differences in the amount of surplus solar energy collected from a greenhouse due to several factors, but total surplus solar energy collected from a greenhousewas 375,946.7 kcal. The total storage of heat of a heat pump with no consideration of settemperature was 17,519,085.3 kcal with consumed electricity of 7,169.6 kWh and the systemperformance coefficient of 2.84. In addition, heating energy supplied into a greenhouse showeda similar trend to the lowest outside air temperature. During the experiment period, totalheating energy was 9,554,541.9 kcal, which was translated to mean 6,653.1 kcal․h-1 per hour. Only 54.5% of heat energy stored in a heat pump was put to actual use, which raises a needto improve heating systems. If the heat energy stored in solar collectors, surplus solar energy, and heat pumps had beenused heating energy 100.0% during the experiment period, carbon emissions would have beenreduced by 259.7, 116.9 and 5,403.5 kgCO2, respectively.
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