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Construction of the Heat Pump System Using Thermal Effluents for Greenhouse Facilities in Jeju and Evaluation of Cooling Performance

제주 시설온실 냉난방을 위한 발전소 온배수 활용 열펌프 시스템 구축 및 냉방성능 평가

  • Lee, Yeon-Gun (Department of Nuclear and Energy Engineering, Jeju National University) ;
  • Heo, Jaehyeok (New and Renewable Energy Institute, Korea Institute of Energy Research) ;
  • Lee, Dong-Won (New and Renewable Energy Institute, Korea Institute of Energy Research) ;
  • Hyun, Myung-Taek (Department of Mechanical Engineering, Jeju National University)
  • 이연건 (제주대학교 에너지공학과) ;
  • 허재혁 (한국에너지기술연구원 신재생에너지연구소) ;
  • 이동원 (한국에너지기술연구원 신재생에너지연구소) ;
  • 현명택 (제주대학교 기계공학과)
  • Received : 2018.11.05
  • Accepted : 2018.12.05
  • Published : 2018.12.31

Abstract

A heat pump system using the thermal effluent from the Jeju thermal power plant of KOMIPO was constructed with the capacity of 300 RT to supply cool or hot water to greenhouse facilities located 3 km from the power station. The way of transporting heat from the thermal effluent to greenhouses at a long distance was optimized, and a monitoring system to measure the water temperature and detect a leakage in a pipe conduit was also installed. This paper presents the system configuration of the constructed heat pump system for air conditioning and heating of greenhouse facilities in Jeju, and the characteristics of major components deployed in the system. The preoperational tests of the heat pump system were conducted during the summer season in 2018 for evaluation of its cooling performance. The operational stability and cooling performance of the heat pump system were confirmed by investigating the measured fluid temperature and flow rate, and COP of the heat pump in a cooling mode.

한국중부발전 제주화력본부에서 방류되는 온배수로부터 열원을 회수하여 약 3 km의 원거리에 위치하고 있는 신촌백합영농조합법인의 시설온실에 냉온수를 공급하기 위한 300 RT 용량의 열펌프 시스템을 구축하였다. 원거리 시설로 온배수열을 공급하기 위한 최적화 방안을 도출하였고, 수송관로의 온도와 누수여부를 모니터링하기 위한 설비들이 설치되었다. 본 논문에서는 제주 시설온실 냉난방을 위한 발전소 온배수 활용 열펌프 시스템의 구성과 주요기기에 대해 기술하였다. 2018년 하절기에 열펌프 시스템의 냉방성능을 평가하기 위한 실증운전을 수행하였다. 냉방운전 시 열펌프 시스템의 주요 위치에서 측정된 유체의 온도와 유량, 그리고 냉방 성능계수를 분석하여, 구축된 열펌프 시스템의 안정성과 냉방성능을 검증하였다.

Keywords

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그림 1. 2017년 월별 제주화력본부 해수온도[7], 온배수 배출온도 및 평균기온[8]

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그림 2. 제주화력본부 온배수 열원 공급대상지 [9]

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그림 3. 제주 시설온실 냉난방용 열펌프 시스템 개념도 [9]

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그림 4. 제주 시설온실 냉난방용 열펌프 시스템의 주요 구성요소

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그림 5. 판형 열교환기 유한요소해석 결과 (해석타입: 정적 구조해석; 적용하중: 설계압, 전체 하중, 노즐 하중; 해석평가 대상: 고정 프레임, 이동식 프레임, 상․하부 가이드 바, 서포트, 고정판, 노즐부 등)

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그림 6. 파울링 구현 실험장치 및 총괄열전달계수 측정 결과 [10]

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그림 7. 온배수 활용 열펌프 시스템 계통도

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그림 8. 통합모니터링 시스템 GUI

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그림 9. 유입된 해수의 열교환기 입∙출구 온도

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그림 10. 열원 이송관로 내 담수의 열교환기 입∙출구 온도

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그림 11. 열원 이송관로 내 담수의 순환유량

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그림 12. 열펌프에서 생산된 냉수 온도 및 열펌프에서 반송되는 담수 온도

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그림 13. 시설온실로 이송되는 냉수 온도 및 열펌프로 반송되는 냉수 온도

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그림 14. 열펌프 냉방 성능계수

표 1. 판형 열교환기 설계 제원

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표 2. 열펌프 성능시험 결과 (한국냉동공조인증센터)

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Acknowledgement

Supported by : 한국에너지기술평가원

References

  1. 박미란 외, 2015, 화력발전소 폐온수의 농촌지역 종합적 활용방안 모색, 한국농어촌공사 농어촌연구원, pp. 37-38
  2. 유영선 외, 2012, 화력발전소의 온배수를 열원으로 이용하는 시설원예 난방용 히트펌프 시스템의 열교환기 설계기준 설정, 생물환경조절학회지, 제 21권, 제 4호, pp. 372-378
  3. 문화일보, http://www.munhwa.com/news/view.html?no=2016112901032403000008
  4. 엄병환, 안차수, 2018, 화력발전소 온배수열 활용시설하우스 열공급 모형 경제성분석 연구, Korean Chem. Eng. Res., 제 56권, 제 1호, pp. 6-13 https://doi.org/10.9713/KCER.2018.56.1.6
  5. 이금호, 이재호, 이광호, 2015, 발전소 온배수를 적용한 대규모 시설원예단지용 난방시스템의 열원이송 배관 재질 및 거리에 따른 성능평가, 한국지열에너지학회논문집, 제 11권, 제 4호, pp. 14-21 https://doi.org/10.17664/KSGEE.2015.11.4.014
  6. 공공데이터포털, https://www.data.go.kr/dataset/15004280/fileData.do
  7. 국립해양조사원, http://www.khoa.go.kr/koofs/kor/oldobservation/obs_past_search.do
  8. 기상청, 2017, 기상연보, pp. 158
  9. Min-Hwi Kim, Dong-Won Lee, Rin Yun, Jaehyeok Heo, 2017, Operational Energy Saving Potential of Thermal Effluent Source Heat Pump System for Greenhouse Heating in Jeju, International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, Vol. 25, No. 4, 1750030 https://doi.org/10.1142/S2010132517500304
  10. 백원근, 허재혁, 윤린, 2018, 해수파울링이 판형 열교환기 성능에 미치는 실험적 연구, 설비공학논문집, 제 30권, 제 5호, pp. 205-210