In order to effectively utilize thermal energy, we analyzed the performance of the high efficiency latent heat storage system which can be used for greenhouse heating by using the developed phase change material. The system consists of hot water boiler, heat storage material, heat storage box, heat storage tank, circulation pump, control panel, and storage material. As a result, the latent heat and latent heat temperature of sodium acetate hydrate as latent heat storage material are 231.6 ~ 264.8kJ/kg, 54.95 ~ 55.48℃. As the number of cooling and heating increased, the latent heat temperature showed a slight change, but the latent heat decreased 33.1kJ/kg as the number of repetition increased. In the case of sodium acetate hydrate, large supercooling phenomenon was observed, and it was found that mixing of additives such as nucleating agent, thickener and supercooling agent can control the supercooling more effectively. The consumption of kerosene decreased until the temperature of the heat storage tank was raised to the set temperature by the closed circuit for 4 hours in the initial stage of the boiler operation. The heat exchange rate according to the change of the flow rate was maintained at the set temperature inside the heat storage tank after 4 hours of operation, Consumption was high. As the flow rate increased, the inlet and outlet temperature difference decreased, the heat exchange rate increased, and the heat exchange efficiency was in the range of 57.4 ~ 60.5%.

본 연구에서는 장미 재배온실을 대상으로 온실 내부의 태양잉여열과 외부의 공기열을 선택적 열원으로 이용하여 온실난방용 온수를 생산할 수 있는 공기 대물 히트 펌프의 설계와 성능시험을 수행하였다. 태양잉여열 이용 축열운전과 외기열 이용 축열운전은 작물의 생육적온을 고려한 온실내부의 설정온도에 따라 자동전환 되도록 설계하였다. 제어반에 12개의 기준온도를 설정함으로써 축열운전 전환, 난방, 환기를 자동제어하며, 태양잉여열-외 기열 선택적 축열운전에서 축열조의 온도는 축열능력과 난방부하에 대응하여 35~52oC로 3단계 변온제어 하였다. 태양잉여열-외기열 선택적 축열에서 태양잉여열 이용 축 열은 전체 시간의 23.1%, 외기열 이용 축열은 30.7%, 히트펌프 휴지시간은 46.2%를 차지하였으며, 난방성능계수는 태양잉여열 이용 축열 시 3.83, 외기열 이용 축열 시 2.77, 전체 3.24로 평가되었다. 비교시험을 위해 축열 조 온도를 50~52oC로 항온제어 하는 조건에서 외기열 단독 이용 축열 시험을 수행하였으며 이때의 난방성능계 수는 2.33으로 분석되었다. 결과적으로 공기 대물 히트 펌프의 열원으로 온실내부 태양잉여열과 외부 공기열을 병용하고, 축열조 온도를 변온제어한 결과 일반적인 외기열 이용 축열운전과 축열조 항온제어에 비해 난방성능 계수가 39% 향상됨을 확인하였다.

본 연구는 히트펌프와 잉여 태양에너지를 이용한 온실의 난방효과를 검토하고, 난방을 위한 FCU(Fan Coil Unit)의 적정 소요대수를 검토하였다. 실험기간 동안 최저 및 평균 외기온은 각각 26.2℃, –11.5℃ 및 4.4℃정도이었고, 수평면 일사량은 0.75~20.54 MJ·m-2 정도의 범위에 있다. 이 기간 동안 온실로 부터 회수된 총 잉여 태양에너지는 1,579,884.9kcal 정도로 나타나 이상화탄소 배출량을 약 470.3 kgCO2정도 절감시킬 수 있을 것으로 나타났다. 그리고 히트펌프 작동에 의해 축열탱크에 축열된 총 열 량은 26,556,903.6kcal로 이산화탄소의 발생량을 8,366.2 kgCO2정도 절감시킬 수 있는 것으로 나타났 다. 히트펌프에 의해 축열된 총 열량 중에 잉여 태양에너지에서 얻은 열량의 비율은 최소 0.0%, 최대 20.9%, 평균 6.1%정도로서 기상상태나 히트펌프 작동상태 등에 따라 큰 차이가 있었다. 히트펌프 시스 템의 성능계수와 히트펌프의 효율은 각각 약 2.64정도 및 약 86.6%전후인 것으로 나타났다. 또한 총 난방에너지는 23,554,744.7kcal으로서 실제 히트펌프에 의해 축열탱크에 축열된 량의 약 88.7%정도를 이용하는 것으로 나타났다. 시간당 전체 난방에너지는 10,993.1~18,786.9kcal·h-1범위였고, 평균 14,381.3kcal·h-1이로서 대부분 난방부하보다 많은 것으로 나타났다. FCU는 대당 1,597.9 kcal·h-1 전후의 값이나 5.0~6.0m2당 1대 정도로 설계하면 큰 문제가 없을 것으로 추정되었다.

본 연구는 감성의류용 탄화지르코늄 함유 축열 니트의 원적외선 특성을 연구하였다. 탄화지르코늄 함유 축열 PET 원사가 이성분 방사법에 의해 방사되었다. 이 원사의 core부에는 고점도 PET와 탄화지르코늄을 혼합한 용액을, sheath부에는 저점도 PET 용액을 사용하여 콘쥬게이트 방사를 실시하였다. 이들 방사된 원사의 원소분석과 원적외선 특성 분석이 EDS와 FT-IR 계측기기에 의해 분석되었으며 두 가지 조직의 니트 소재를 편직하여 이들의 열적특성을 분석하였다. EDS 분석에서 Zr 피크를 확인하였으며 원사내에 Zr 원소가 19.29% 함유되어 있음을 확인하였다. 또한 원적외선 분석에서 5~20㎛ 파장 영역에서 원적외선 방사에너지가 3.65 x 102 W/m2, 방사율이 0.906 임을 확인하였다. KES-F7 측정기 분석에서 ZrC 함유 편성물의 Qmax 값이 일반 PET 편성물의 값보다 낮은 값을 보였고 보온율 값은 ZrC 함유 편성물이 일반 PET보다 더 높은 값을 보이므로서 ZrC의 축열성을 확인하였다. 열전도도는 Zr의 높은 열전도도 때문에 일반 PET 편물보다 더 높은 값을 보였다. ZrC의 함유가 편물의 촉감에 미치는 영향을 없었으며 편성 조직이 더 큰 영향을 주는 것을 확인하였다.

본 연구는 공기열원 히트펌프 온실에서 환기에 의해 배출되는 에너지 즉 잉여 태양에너지 및 태양열 집열기를 이용하여 축열량 및 이들 에너지를 이용한 온실의 난방효과를 실험적으로 검토하였다. 태양열 집열기의 경우, 실험기간동안 누계 수평면 일사량의 최대, 평균 및 최솟값은 각각 52.2, 22.9 및 3.2 MJ․m-2이었고, 총 일사량은 869.8 MJ․m-2 정도였다. 그리고 집열량의 최대, 평균 및 최솟값은 각각 38,118.2, 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, 온실로부터 회수된 총 잉여 태양에너지는 375,946.7 kcal 정도인 것으로 나타났다. 히트펌프의 경우, 설정온도를 고려하지 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 량의 54.5%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.

저밀도 에너지를 효율적으로 축열하기 위해서 현열축열재보다는 상변화 온도 30℃ 수준의 잠열축열재를 이용하는 것이 효과적이다. 이를 위하여 연구를 수행한 결과, SCD에 APS를 0.0~5.0wt% 첨가하여 과냉도를 25.0℃에서 1.5℃ 이하로 조절하였으며, APS의 적정 함량은 3.0wt%였다. SCD에 PSC를 0.0~3.0wt% 첨가하여 상분리량을 70.0%에서 0.0%로 조절하였으며, PSC의 적정 함량은 1.5wt%였다. 축열재 내구성 검증을 위하여 0~1,500회의 상변화 사이클을 수행한 결과 상변화 온도의 변화량이 30±l.0℃ 이하, 잠열량 변화가 54±2.0 Kcal .kg-1 이하로 안정된 값을 보였다. 따라서 축열재의 수명은 10년 정도 보장될 수 있는 것으로 판단되었다

냉축열 잠열재로 Na2SO4.10H2O를 선정하여 냉축열을 위한 잠열축열 온도 수준을 NH4Cl과 KCI을 잠열온도 조절제로 활용하여 16℃에서 -0.3℃까지 조절하였으며, 상변화 사이클에 의한 열특성 변화 추이와 물성의 안정성을 실험 분석하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 1. 냉축열재로 선택한 Na2SO4.10H2O는 물성이 불안정한 상변화 잠열 재였으나, 조핵제로 BRX를, 증점제로 CBP를 첨가하여 물성을 안정시켰으며, NH4Cl과 KCl을 상변화 온도조절제로 선택하여 상변화 온도를 조절할 수 있다. 2. SSD＋NH4Cl서 NH4Cl을 g~21wt%로 증가시킴에 따라 상변화 온도는 16~-0.3℃로 조절할 수 있었으며, 잠열축열량은 30kca1/kg에서 23.4kca1/kg으로 감소하였고, 상변화 온도조절제, KCl을 l7wt%에서 25wt%로 증가시킴에 따라 상변화 온도를 14℃에서 4℃까지 조절할 수 있었다.