본 연구는 일정한 풍환경하에 온실 피복재 관류전열손실을 분석하기 위하여 온실 열손실 분석용 소형 풍동을 제작하고 그 성능을 분석하였으며 모형온실을 적용하였을 때의 관류전열손실을 분석하였다. 소형 풍동은 시험부 측 공기흐름이 정상상태를 유지하고 편차를 최소화하기 위하여 풍동의 각 요소를 반영하여 구성하였으며 송풍부, 확산부, 정류부, 축소부, 시험부로 구성하였다. 소형 풍동의 형태는 개방형, 토출식으로 결정하였고, 시험부 규격은 제작하고자 하는 모형온실의 규격과 상사비율, 시험부의 단면 폐쇄율을 감안하여 결정하였다. 상사비율을 풍동실험에 적용할 모형은 농업시설 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 단동 비닐온실을 대상으로 하였다. 소형풍동 내 풍속을 조절함에 따라 나타나는 모형온실 피복재의 관류전열계수는 피복재 면을 크게 지붕면과 측벽면, 앞뒷면으로 나누고 각 면별 계측 데이터를 평균 내어 산출하였다. 지붕면은 풍속이 증가함에 따라 전열계수도 증가하나 증가폭이 감소하는 구간은 배치각도에 따라 1-2ms-1과 2-3ms-1으로 구분되어지는 것으로 판단되었다. 측벽면의 전열계수가 증가하는 폭이 큰 구간은 0-1ms-1 구간인 것으로 판단된다.

본 연구에서는 풍환경에 따른 열손실을 분석하는데 있어 필요한 풍속 기초자료를 제공하기 위하여 주요 11개 해안지역 중 온실밀집지역을 선정하여 기상환경 및 온실 방위를 조사 분석하였다. 대상지역은 난방온실 재배면적과 풍환경 기준으로 선정하였고 온실밀집지역은 50,000m2 이상인 지역을 대상으로 하였다. 11곳의 기상자료 중 기온,풍속, 풍향을 대상으로 30년간 자료를 수집하여 분석하였고 기온은 최저, 평균, 최고 기온을 나누고 풍속 및 풍향 기준은 기상청 분석 기준을 적용하였다. 온실의 배치방향은 형태가 대칭인 점을 감안하여 0~180o 범위로 자료를 수집하였다. 또한, 각 지역마다 풍향이 있으며 온실길이방향을 기준으로 하였을 때 적용되는 풍향은 달라질 수 있으며 이를 상대풍향으로 지칭하고 중복되는 점을 고려하여 0~90o 범위로 자료를 수집하였다. 11개 지역의 기온은 중부지방에 있는 보령, 영광 지역과 남부지방에 있는 9개 지역의 기온차이가 구분되었다. 중부해안 대상지역은 1월 최저기온은 약 3~4oC 정도 온 도가 높은 것을 확인할 수 있었고 평균기온은 약 3oC 정도 높았으며 월별 기온 중 최저기온을 선정할 때에 1 월 기온을 고려해야 되는 것으로 판단된다. 대상지역의 주풍향에 대한 월별 차이는 크게 발생하지 않았으며 풍향 분포에 따라 지역별로 서해안측, 서해 및 남해 경계 해안측, 남해안측으로 구분되어졌다. 풍속은 영광을 제외 한 10개 지역은 월간 풍속 포차이가 크게 발생하지 않는 것으로 판단된다. 대상지역의 온실의 방향은 길이방향 기준으로 분석하였으며 보령과 영광, 남해 지역은 60%이상 집중되어 있는 방향이 존재하였고 해남, 통영 지역은 약 90% 집중되어있는 방향이 존재하였으며 이는 경지정리로 인하여 방향이 편향되어있는 지역이 존재하는 것으로 판단된다.

본 연구에서는 온실의 열손실을 최소화할 방안을 모색하기 위하여 경남지역에 있는 시설 농가를 대상으로 열화상 카메라를 이용하여 열손실 사례에 대한 실태조사를 실시하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 치마처리 전 후의 두 실험구간의 온도차는 각각 2.0~3.0℃ 및 1.0~2.0℃ 정도인 것을 알 수 있다. 열화상 기기에 의해 계측된 온도와 온도 센서에 의해 계측된 온도와는 상관 관계가 큰 것으로 나타났다. 실태조사 지역 간에 큰 차이는 없었지만 보온용 부직포가 1층인 경우와 2층인 경우를 보면, 1층이 2층에 비해 상대적으로 열손실 크게 나타났다. 그리고 전체적으로 온실의 형태와 무관하게 측장부분과 수평보온커튼의 틈새, 측면과 전 후면 보온용 부직포의 이음부분이 완전히 밀폐되지 않아 열손실이 상대적으로 큰 것으로 나타났다. 특히, 파손된 피복재나 출입문, 환기구, 박공, 바닥부근 등에서 틈새가 생겨서 많은 양의 열이 손실되고 있었다.

Heat transfer performance improvement by fin and groovs is studied for condensation of R-11 on integral-fin tubes. Eight tubes with trapczodially shaped integral-fins having fin density from 748 to 1654fpm(fin per meter) and 10, 30 grooves are tested. A plain tube having the same diameter as the finned tubes is also used for comparison. R-11 condensates at saturation state of 32 ℃ on the outside tube surface coded by inside water flow. All of test data are taken at steady state. The heat transfer loop is used for testing singe long tubes and cooling is pumped from a storage tank through filters and folwmeters to the horizontal test section where it is heated by steam condensing on the outside of the tubes. The pressure drop across the test section is measured by menas pressure gauge and manometer. The results obtained in this study is as follows : 1. Based on inside diameter and nominal inside area, overall heat transfer coefficients of finned tube are enhanced up to 1.6 ~ 3.7 times that of a plain tube at a constant Reynolds number. 2. Friction factors are up to 1.6 ~ 2.1 times those of plain tubes. 3. The constant pumping power ratio for the low integral-fin tubes increase directly with the effective area to the nominal area ratio, and with the effective area diameter ratio. 4. A tube having a fin density of 1299fpm and 30 grooves has the best heat transfer performance.

현재 정부에서는 폐자원 에너지의 회수･사용을 촉진하기 위해 정책적인 움직임을 보이고 있다. 폐기물 소각시설의 소각열에너지 회수･사용률 산정방법이 2015년에 확정되었고, 이를 반영한 자원순환기본법이 2018년 1월 1일부터 시행될 계획이다. 이에 따라, 국내 폐기물 소각시설의 에너지 회수･사용률을 증가시키기 위해 열에너지 회수를 통한 전기나 열원 생산의 효율을 측정하고 평가하는 것이 필요하다. 폐기물 소각시설 공정에서의 방열손실은 열에너지 회수의 효율을 저하시키는 원인 중 한가지이다. 이를 평가하기 위하여 소각시설의 벽면온도를 측정하여야 하며, 현재의 소각시설 벽면 온도 측정 방법은 환경부 고시 ‘폐기물 처리시설의 세부검사방법에 관한 규정’의 별표1 ‘폐기물 소각시설의 세부 검사방법’에 따른 지점측정 방식이다. 하지만 지점측정 방식의 온도 측정은 접촉식 온도계를 이용한 측정법으로, 대상의 접촉 지점에 따라 온도가 다르게 측정될 수 있으며 대상 시설의 평균 표면온도를 정확하게 측정하는 것에 한계를 가진다. 적외선 열화상 카메라는 대상의 넓은 면적을 동시에 촬영하여 온도를 측정하는 방식으로, 시설의 평균 표면온도를 비교적 정확하게 측정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 실제 가동 중인 폐기물 소각시설의 벽면 온도를 비접촉 온도 측정 방식의 적외선 열화상 카메라를 이용하여 측정하고, 기존에 수행되었던 연구를 통해 정립된 방열손실 산정식을 이용하여 방열손실을 계산하였다. 또한 폐기물의 소각 온도, 소각 용량, 소각로 표면적 크기 등 여러 가지 요인에 의한 방열손실을 고려하기 위하여 소각시설의 입열과 출열 항목을 측정하여 투입된 에너지 대비 손실량인 방열손실률을 산정하여 평가하였다.

Recently, domestic waste policy has focused on resource circulation. In accordance with Article 3, Paragraph 2 of the “Enforcement Rules of Wastes Control Act”, which is targeted at waste incineration facilities, we established and announced methods for calculating the recovery and utilization rates of incineration-sourced heat in 2015. The lower heating value is important to energy recovery and utilization rate calculations. Hence, the lower heating values of the waste incineration facilities were estimated using the thermal method from KS B 6205. Heat loss decreases the heat recovery efficiency, and should be measured and evaluated. The surface temperatures of the incinerator and boiler are required to determine heat loss. Presently, the contact point temperature method is used to measure the surface temperature. It is difficult to apply this method to the average surface temperature of an incineration facility. In this study, 20 Korean waste incineration facilities were selected for heat loss estimates based on waste incineration temperature, incinerator type, and incineration capacity. Infrared thermal cameras were used to measure the surface temperatures of the waste incineration facilities.

‘전국 폐기물 발생 및 처리현황’(환경부, 2014)에 따르면, 국내의 전국 폐기물 총 발생량은 매년 증가하는 추세이다. 건설 폐기물을 포함한 ‘14년도 총 폐기물 발생량은 388,486톤/일에 달하며, 지정폐기물을 포함하면 폐기물 발생량은 더 증가한다. 이렇게 발생한 폐기물은 매립, 소각, 재활용, 해역배출로 처리되었다. 하지만 국내의 육상 폐기물 해역배출은 런던협약에 ‘16년부터는 전면 금지되었으며, 매립과 재활용을 통한 폐기물의 처리는 한계가 있다. 지속적으로 발생량이 증가하는 폐기물의 처리와 지정폐기물, 재활용 금지 및 제한대상 폐기물을 처리하기 위하여 폐기물의 소각처리가 필수적으로 요구된다. 국내에서는 정책적으로 폐기물 소각시설의 폐자원에너지 회수와 사용에 대해 집중하고 있으며, 2015년에 폐기물 소각시설의 소각열에너지 회수･사용률 산정방법을 확정하여 2018년 1월 1일부터 자원순환기본법을 통해 시행할 것을 예고하였다. 사업장폐기물 소각시설의 소각열에너지 회수･사용률 산정방법에 따르면 열정산법을 이용해 입열과 출열을 산출하여 소각시설의 효율을 계산한다. 소각로의 방열손실은 에너지의 회수 효율을 낮추는 출열 항목 중 한가지로 각 시설마다 측정하여 평가되어야 한다. 현재 방열손실 평가를 위한 소각로의 벽면 온도 측정은 지점측정법을 이용하여 실측되고 있다. 하지만 접촉식 온도 측정은 대상의 접촉 지점마다 온도가 다르게 측정 될 수 있으므로 대상 시설의 평균 표면온도를 정확하게 측정하는 것이 어렵다. 비접촉 방식으로 온도를 측정하는 적외선 열화상 카메라는 넓은 면적의 온도를 동시에 측정 가능하며 대상 시설의 평균 온도를 비교적 정확하게 측정 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 폐기물 소각시설의 출열 항목 중 방열손실의 측정 및 평가를 위해 적외선 열화상 카메라를 이용하였으며, 소각로 표면 온도 측정방법과 소각시설의 방열손실 산정 방법을 정립하였다.

적외선 열화상 카메라는 피사체의 실물을 보여주는 것이 아닌 피사체의 표면으로부터 복사(방사)되는 전자파의 일종인 적외선 파장 형태의 에너지(열)을 검출, 피사체 표면 복사열의 강도를 측정하여 강도의 양에 따라 각각의 다른 색상(false or pseudo color)으로 표현하여 주는 카메라이다. 이는 대상물체 또는 임의의 범위에 존재하는 열의 차이(온도)를 비접촉 방식으로 측정이 가능하다. 현재 방열손실의 온도 측정은 KS법에 의한 지점별 온도측정을 하고 있으나, 이는 접촉하는 지점마다 온도가 달라 평균적인 온도를 구하는 데는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해 공정별 표면온도를 고분해능 검지기를 이용한 적외선열화상카메라로 방열손실률을 측정 분석하고자 한다. 본 연구에서는 적외선 열화상 카메라 Laser Marker(-60℃ ~ 760℃)를 이용하여 Laser의 표면온도를 측정할 수 있는 미국제조회사인 FLIR社의 T650sc 모델을 이용하여 사업장 폐기물 소각시설의 소각로의 벽면의 온도를 측정하였다. 측정된 온도를 이용하여 복사 열 전달률을 구하기 위한 Stefan-Boltzmann법칙과 대류 열 전달율을 구하기 위한 Newton의 냉각 법칙과 소각로의 면적을 이용하여 로벽의 방열되는 손실을 계산해 보고자한다. 국내의 사업장 폐기물 소각시설 78개 호기 중 소각 방법별(일반소각, 고온소각), 소각로 타입별(Stoker, R/K + Stoker, R/K)로 나누어 대상 시설을 선정하여 현장실측을 진행하였다. 계산 시 사용되는 데이터는 1년간 자료를 이용하여 설문조사된 데이터를 바탕으로 계산되었으며 이를 이용하여 방열손실 계산에 적용하여 분석하였다.