• 지질공학
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• 제28권3호
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• pp.475-488
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• 2018

본 연구에서는 지하수 관정을 활용하고 밀폐형-개방형이 결합된 복합지열시스템(CWG 시스템)을 시설재배지에 적용하여 열원측 및 부하측의 열교환량과 투입된 전력량 대비 효율을 평가하였다. 또한, 운전 과정에서의 외기온도 및 시설재배지 온도를 평가하여 복합지열시스템 적용시의 냉난방 효과를 분석하였다. 냉방운전시 열원측 열교환량 평가결과, 약 235 L/min의 지하수가 유입되는 개방형에서 평균 90.0 kW/h, 약 85 L/min의 순환수가 유동하는 밀폐형에서 40.1 kW/h의 열교환량이 발생하였으며, 전체 열교환량은평균 130.1 kW/h로 분석되었다. 부하측에서 실질적으로 전달되는 열교환량은 평균 110.4kW/h로 평가되었다. 복합지열시스템의 냉방효율을 분석한 결과, 평균 EER는 5.63으로 분석되었다. 난방운전 시 열원측 열교환량 평가결과, 약 266 L/min의 지하수가 유입되는 개방형에서 평균 60.4 kW/h, 약 86 L/min의 순환수가 유동하는 밀폐형에서 22.4 kW/h의 열교환량이 발생하였으며, 전체 열교환량은 평균 82.9 kW/h로 분석되었다. 부하측에서 실질적으로 전달되는 열교환량은 평균 112.0 kW/h로 평가되었다. 복합지열시스템의 난방효율을 분석한 결과, 평균 COP는 3.92로 분석되었다. 외기온도와 CWG 시스템을 적용한 시설하우스 및 비교 시설하우스 내부온도와의 상관관계를 분석한 결과 30RT 용량의 CWG 시스템 하우스가 비교 하우스에 비해 외기온도 $20^{\circ}C$인 경우 $3.4^{\circ}C$, 외기온도 $25^{\circ}C$인 경우 $6.8^{\circ}C$, 외기온도 $30^{\circ}C$인 경우 $10.1^{\circ}C$, 외기온도 $35^{\circ}C$인 경우 $13.4^{\circ}C$의 온도가 저감되는 것으로 평가되었다. 이러한 결과를 볼 때, 본 시스템을 적용할 경우 일반적으로 외기온도가 $30^{\circ}C$ 이상을 보이는 여름철에 CWG 시스템을 적용하지 않은 시설재배지에 비해 약 $10^{\circ}C$ 이상의 냉방효과가 나타낼 수 있을 것으로 판단된다. 이와 같은 결과는 시설재배지의 복합지열시스템 설계에 활용될 수 있고, 다양한 조건에서의 시험성과와 종합하여 복합지열시스템의 냉난방 효과에 대한 보다 명확한 규명이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권12호
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• pp.927-934
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• 2015

고일사 지역인 사우디아라비아에서 태양열로 구동하는 흡수식 냉동 시스템 개발을 염두에 두고, 본 논문에서는 태양을 추적하는 선형 프레넬 반사판 시스템의 집광 특성을 수치해석 하였다. 몬테카를로 광선추적법을 기반으로 하는 광학 프로그램을 통해 집광 열유속, 집광 효율, 집광 에너지를 일년을 대표하는 춘분, 하지, 추분, 동지 날짜에 계산하였다. 동지를 제외하면, 9 시에서 15 시까지는 집광 성능이 일정한 가운데, 집광 효율도 70% 이상으로 높게 나타났다. 이 시간대에서 흡수기 중심 20% 영역에 모이는 최대 열유속은 하지 때 약 $13.0{\sim}14.6kW/m^2$ 범위에서 변했다. 집광 시스템의 설계 인자 중에서 흡수기 설치 높이, 반사판의 폭, 반사판 사이의 거리가 집광 효율을 조사해 보면, 흡수기 설치 높이는 반사판의 폭에 관계없이 5 m 에서 최적의 성능을 나타냈다. 반사판의 폭이 작을수록 집광 효율이 좋지만, 반사판의 폭은 집광 되는 에너지에 직접적으로 비례하기 때문에 냉동 시스템의 용량에 맞추어 설계가 필요하다. 본 연구는 흡수기의 열전달 해석의 중요한 선행조건이므로 향후에 광학-열전달 연계된 해석을 통해 전체 시스템의 성능을 예측하고 설계하는데 활용할 수 있을 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.199-199
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• 2011

ATES(Aquifer Thermal Energy Storage) 열펌프 시스템은 기존의 다양한 열원 적용 시스템 대비 효율이 우수한 것으로 알려져 유럽과 미국에서 건물 냉난방 시스템으로 적용되고 있다. 특히, ATES 시스템은 기존의 냉난방 시스템 대비 경제성이 우수한 것으로 알려져 있으나 국내에서는 이에 대한 연구 결과는 전무한 실정이다. 본 연구에서는 ATES 열펌프 시스템의 실증 성능 결과를 분석하였으며, LNG 보일러와 에어컨을 사용하는 기존의 냉난방 시스템을 비교시스템으로 ATES 열펌프 시스템의 경제성 평가를 수행하였다. ATES 시스템의 연간 실증 성능 실험결과 ATES 시스템은 외기온도와 무관하게 연중 안정적인 성능을 나타내었다. 경제성 평가시에 생애주기법(Life Cycle Cost)을 적용하여 ATES 열펌프 시스템의 설치 및 운전에 필요한 총 소요비용을 산정하고, 이 결과를 바탕으로 투자회수기간법을 통해 ATES 시스템의 투자회수 기간을 산정하였다. 생애주기법 적용 시에 현재가치법을 사용하였으며, 현재가치법은 수명주기에 발생하는 모든 투자비용과 절감액을 일정한 시점을 기준으로 등가환산하는 방법을 의미한다. 현재가치법에 사용되는 현재가치는 초기비용과 현재가치계수의 곱으로 나타나는데, 여기에서 현재가치계수는 임의의 이자율로 일정기간 동안 정기적인 할부금액이 적립될 때의 현재금액을 구하기 위해 사용하는 계수를 의미한다. 전기와 LNG는 각각 2009년 7월의 (주)한국전력공사와 (주)한국가스공사의 고시요금을 적용하였다. 본 시스템은 실증 설비용량인 20RT를 대상 건물로 가정하였고, 초기투자비는 크게 공사비와 냉난방 설비 구입비로 구성되어 있으며, 기본적인 물가지표는 (사)한국물가정보(KPI)의 고시 데이터를 참조하였다. 각 시스템의 초기투자비는 ATES 시스템이 비교대상 기존 냉난방 시스템 대비 5.7배 높게 나타났다. 일일 8시간 사용기준으로 계절별 전력요금을 고려한 연간운전 비용은 ATES 시스템이 기존 시스템 대비 냉난방 시에 각각 77%와 16%를 나타내어 운전비용이 연간 절감되었고, 난방 운전 시 절감 비율이 냉방시보다 크게 나타났다. 두 시스템에 대한 생애주기비용을 산정하기 위하여 에어컨과 보일러의 기존시스템과 ATES 시스템의 가용연수를 모두 20년으로 설정하였고, 유지보수 비용은 초기투자비용의 2%로 설정하고, 할인율은 은행 예금이자를 기준으로 5%로 설정하였다. 전기와 LNG의 요금 상승률은 (사)한국물가정보를 바탕으로 각각 2%와 8%로 가정하였다. 이러한 조건에서 생애주기법을 이용한 경제성평가는 ATES 시스템의 경우 생애운전비용이 초기투자비용보다 작게 나타났으며, 기존 냉난방 시스템은 생애운전비용이 초기투자비용에 비하여 높게 나타났다. 본 연구 대상 ATES 열펌프 시스템의 실증 성능 데이터와 기존 문헌으로부터 얻은 냉난방 시스템의 성능 결과를 이용하여 생애주기 비용을 적용한 결과 ATES 시스템의 기존 시스템 대비 투자회수 기간은 6.62년으로 나타났다. 특히, 본 연구에서는 ATES 시스템이 국내 최초로 적용됨에 따라 스크린 등의 부품을 다소 고가의 제품으로 시스템에 적용하였으므로 ATES 시스템의 신뢰성과 안정성이 확보되면 초기 투자비 감소가 가능할 것으로 예상되며, 기존 시스템 대비 투자회수 기간은 더욱 감소될 수 있을 것으로 예상된다.

• 농업과학연구
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• 제36권1호
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• pp.73-85
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• 2009

충남지역 토마토 재배온실의 구조적 안정성 확보와 체계적 환경관리를 위한 기초자료를 제공할 목적으로 구조 및 환경조절설비 실태를 조사 분석하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 조사대상 충남지역의 토마토 재배온실은 호당 평균면적 0.45ha, 플라스틱 단동온실의 형태가 대부분이며 10년 이상 시설을 사용하고 있는 농가가 많고, 설치방향은 단 연동 구분 없이 대부분 남북동으로 설치되어 있으며 토양재배가 수경재배에 비해 훨씬 많다. 온실의 폭은 7~8m(평균 7.6m), 길이는 80~100m(평균 89.7m)인 농가가 대부분이었으며, 단동온실의 평균 높이는 측고 1.6m, 동고 3.2m, 연동온실의 평균높이는 측고 2.9m, 동고 4.8m로 농촌진흥청의 보급형 온실에 비하여는 약간 높게 나타나고 있지만 토마토 재배에 적합한 환경관리를 위해서는 온실의 측고를 좀 더 높여야 할 것으로 사료된다. 단동온실의 서까래 규격은 양호하나 설치간격이 대체로 넓고, 도리의 설치 개수가 부족한 것으로 나타났다. 연동온실의 경우 서까래, 도리, 중방의 규격과 설치간격은 대체로 양호하나 기둥의 설치간격이 대체로 넓은 편이어서 구조적인 안전성 검토가 필요할 것으로 사료된다. 단동 서까래 매설부위 및 연동 기둥의 기초부위는 침하나 인발에 충분히 저항 할 수 있을 것으로 판단된다. 피복재는 대부분 PE필름을 사용하고 에너지 절감을 위해 내부에 고정터널을 설치하는 농가가 많으며 내피도 대부분 PE필름을 사용하고 있다. 단동온실에서는 보온커튼을 사용하는 농가가 많지 않고, 연동에서는 대부분 부직포 또는 알루미늄스크린 등의 다층 보온커튼을 사용하고 있다. 관수장치는 점적호스를 가장 많이 사용하고 다음으로 분수호스를 사용하고 있으며, 관수제어는 수동이 가장 많고 다음으로 타이머를 이용하고 있다. 토양수분 계측에 의한 자동제어는 7.5%에 불과해 관수자동화의 필요성이 높은 것으로 판단된다. 난방은 대부분 온풍 난방기를 이용하고 있으며 적정 난방기 용량을 확보하고 있지 못한 농가도 많아 저온기 생육적온 유지에 어려움이 있을 것으로 판단된다. 난방비는 10a당 평균 6백만 원 정도가 연간 소요되는 것으로 조사되어 난방비 절감 대책이 절실한 것으로 사료된다. 대부분 권취식 천측창을 설치하고 있으나 단동의 경우 천창을 설치한 온실은 17.5%에 불과하며, 환기창 개폐장치는 대부분 자동으로 이루어져 있다. 강제 환기팬이나 공기 유동팬을 설치한 온실은 25.8%에 불과하며 설치대수가 매우 부족하고 정확한 설치기준이 마련되어 있지 못하다. 별도의 구조물에 토마토 유인줄을 설치하지 않고 중방이나 서까래에 설치하는 농가가 많아 구조물에 미치는 작물하중의 영향을 검토할 필요가 있는 것으로 판단된다. 기타 탄산가스 시비, 광환경 제어, 지중가온이나 방충망설치, 하절기 온실 냉방 등 고도의 환경조절을 실시하는 농가는 거의 없는 것으로 나타났다.