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지열로 온실 냉난방 동시 해결 | ||||||||||||||||||||||||
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농진청, "지열-히트펌프 시스템" 개발 | ||||||||||||||||||||||||
| 농촌진흥청 농업공학연구소와 원예연구소는 공동으로 땅속 3m 깊이에서 지열을 끌어내어 온실의 냉난방에 이용하는 환경친화적이고 경제성까지 갖춘 지열-히트펌프 시스템을 개발했다. 국내의 시설원예 산업은 규모면에서 중국, 일본에 이어 세계 3위를 차지하고 있지만 난방연료는 전량 수입에 의존하고 있어 에너지원 자체도 고갈이 예견되는데다 화석연료를 사용으로 인한 환경유해 뿐만 아니라 국내 시설온실의 난방비가 생산비의 30~40%를 차지하고 있는 현실에서 이 시스템의 개발은 경제적이면서도 친환경적인 대체에너지 이용에 의한 시설원예의 냉난방을 할 수 있는 획기적인 기틀을 마련한 셈이다. 지열은 아무리 추운 겨울철에도 땅속 30cm 밑으로만 내려가도 얼지 않고, 땅속 3~5m 깊이에서는 지온이 가장 낮은 시기에도 11~13℃ 정도를 유지하고 지온이 가장 높은 시기에도 18~20℃를 넘지 않는 특성을 갖고있다. 이러한 온도분포는 태양이 존재하는 한 언제나 한결같은 지속가능한 에너지이며 이를 이 시스템의 열원으로 적용한 것이다. 이 시스템은 땅 속에서 열을 획득하는 "열교환시스템"과 이 열을 이용하여 냉방과 난방을 하는 "히트펌프", 그리고 냉난방이 필요한 온실의 공간을 최소화하는 "보온터널 온실"로 구성돼 있다. 먼저 열교환시스템은 땅속 3m 깊이에 열교환파이프를 매설하고 열매체유(물+부동액)를 순환시키면 따뜻한 지온으로 순환 열매체유의 온도가 올라가게 되며, 이를 히트펌프의 증발기와 연결하여(냉방의 경우 응축기) 순환 냉매에 에너지를 전달하고 열매체유는 다시 식어져 땅속으로 내려가게 되는 순환시스템으로 되어 있다. 히트펌프는 지열을 받아 순환냉매의 상(狀)이 변화되면서 잠열을 이용하여 온수나 냉수를 만들어 난방과 냉방을 하게 된다.
개발된 시스템의 주요 특징으로는 땅속 지열을 끌어올리는 열교환시스템은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 슬린키+스파이럴 복합형으로서 최적화 하였으며 낮 동안에는 일사량으로 인하여 온실의 온도가 고온상태가 되면 그 잉여열을 땅속으로 순환시켜 땅속에 다시 저장할 수 있는 시스템인 "온도 보상회로"를 세계 최초로 개발 부착하여 그 효율성을 향상시켰다. 또한 온실내의 냉난방 공간을 자동으로 최소화하여 냉난방 부하를 줄일 수 있도록 보온터널 자동 개폐장치를 개발, 설치했다.
특히 이 시스템은 냉난방 부하량에 따라 땅속에 매설되는 면적, 히트펌프의 크기만 차이가 있을 뿐 단동, 연동 등 어떤 크기, 어떤 온실이던지 설치가 가능하며, 설치시에는 먼저 땅속에 열교환시스템을 매설하고 그 위에 온실을 신축하면 설치가 간단하게 되므로 온실 신축시에 설치하는 것이 유리하다. 또한 지금까지는 농업용 시설의 냉방에 적절한 방법이 없었으나 이 시스템은 냉방과 난방을 겸할 수 있다. 이 시스템을 난방에만 이용해도 기존의 온풍난방기에 비해 연간 들어가는 기름값을 81.2% 절감할 수 있다. 다만 이 지열시스템은 초기 투자비가 많이 들어가기 때문에 그 비용까지 다 고려할 경우 연간 12% 정도의 비용절감이 가능하다. 뿐만 아니라 연간 927시간 이상 난방이 필요한 작목에 더욱 적절하다. 이와 함께 열교환시스템의 수명은 40~50년으로 반영구적이고, 냉방, 난방, 온수 등 다양한 형태로 이용이 가능하며 무엇보다 경제성을 확보할 수 있어 난방비 부담의 가중으로 경영이 악화되고 있는 시설재배 농가에 또 다른 대안이 될 수 있을 것으로 기대된다. 한편 이 시스템은 올해중 원예연구소와 함께 현장 실증시험을 거친 후 내년부터 본격 보급할 계획이다. | ||||||||||||||||||||||||
| 문의:농업공학연구소 생산기반공학과 이용범 031-290-1898 | ||||||||||||||||||||||||
