Analysis of Heating Effect of an Infrared Heating System in a Small Venlo-type Glasshouse

An infrared heating system, installed in a small venlo-type glasshouse ($280m^2$) in Gyeongsang National University, Jinju, Korea, was used to investigate its heating effect with potted Phalaenopsis, Schefflera arboricola 'Hongkong', Ficus elastica 'Variegata', and Rosa hybrida 'Yellow King' as the test plants. Temperature changes in test plants with the system turned 'On' and 'Off' were measured by using an infrared camera and the consumption of electricity by this infrared heating system was measured and analyzed. In potted Phalaenopsis, when the set air temperature of the greenhouse was $18^{\circ}C$, temperature of leaves and the growing medium were $22.8{\sim}27^{\circ}C$ and $21.3{\sim}24.3^{\circ}C$, respectively. In such tall plants as Schefflera arboricola 'Hongkong' and Ficus elastica 'Variegata', the upper part showed the highest temperature of 24.0 and $26.9^{\circ}C$, respectively. From the results of temperature change measurements, the plant temperatures were near or above the set point temperatures with some fluctuations depending on the position or distance from the infrared heating system. When air temperature between night and dawn dropped sharply, plant temperatures were maintained close to the set temperature ($18^{\circ}C$). There was a significant difference between 'On' and 'Off' states of the infrared heating system in average temperatures of root zone and leaf: 21.8 and $17.8^{\circ}C$ with the system 'On' and 20.4 and $15.5^{\circ}C$ with the system 'Off', respectively, in a cut rose Rosa hybrida 'Yellow King'. The heating load was about $24,850{\sim}35,830kcal{\cdot}h^{-1}$, which comes to about 27,000~40,000 won in Korean currency when calculated in terms of the cost of heating by a hot water heating system heated by petroleum. The cost for heating by the infrared heating system was about 35% of that of a hot water heating system. With the infrared heating system, the air temperature during the night was maintained slightly lower than the set point air temperature, probably due to the lack of air tightness of the glasshouse. Therefore, glasshouses with an infrared heating system requires further investigation including the installation space of the heat-emitting units, temperature sensor positions, and convection.

소형 벤로형 유리온실에서 적외선등 난방 시스템의 난방효과 분석

경상대학교 농장 벤로형 유리온실($280m^2$)에 적외선등 난방 시스템을 설치하였다. 분식물 호접난, 홍콩야자나무, 무늬고무나무, 장미에 대한 적외선등 난방 시스템의 가열효과를 알아보고자 열화상 카메라를 이용하여 온도변화를 측정하였다. 그리고 난방의 효과를 적외선등 난방시스템 'On'과 'Off'로 달리하여 실험을 수행하였고 적외선등 난방 시스템의 경제성을 분석하였다. 온실 내부 설정온도가 $18^{\circ}C$일 때 식물체의 엽온도는 $22.8{\sim}27^{\circ}C$, 화분에 담겨 있는 배지의 온도는 $21.3{\sim}24.3^{\circ}C$이었다. 관엽식물과 같이 키가 큰 작물은 상부의 온도가 홍콩야자나무와 무늬고무나무 각각 $24.0^{\circ}C$와 $26.9^{\circ}C$로 가장 높았고, 아래 로 내려오면서 점점 온도가 내려가는 경향을 보였다. 열화상 카메라를 이용한 온도 변화 관찰을 통하여 적외선등 난방 시스템을 이용한 온실내 작물의 가열 효과는 충분함을 알 수 있었다. 장미의 경우 적외선등 난방 시스템을 이용한 난방의 경우 밤과 새벽 사이 외부 기온이 많이 떨어지는 시점에도 설정온도($18^{\circ}C$)에 가깝게 유지되고 있었다. 특히 'On' 상태에서 근권부 평균온도는 $21.8^{\circ}C$이었고, 엽의 평균온도는 $17.8^{\circ}C$이었다. 'Off' 상태의 경우 근권부 평균온도가 $20.4^{\circ}C$이었고, 엽의 평균온도는 $15.5^{\circ}C$로 뚜렷한 차이를 보였다. 난방부하량은 약 $24,850{\sim}35,830kcal{\cdot}h^{-1}$ 정도로서 이 때 난방비를 경유로 환산 하면 약 27,000~40,000원 정도였다. 소비전력량과 전력요금은 각각 330~560 kWh 및 8,600~14,800원 정도였다. 즉 전체적으로 단순비교해 볼 때, 적외선등 난방 시스템을 사용할 경우 경유 온수보일러에 비해 난방비용이 약 35%정도 밖에 소요되지 않는 것을 알 수 있다. 적외선등 난방시스템을 이용한 난방의 경우 야간 시간대에 공기온도가 설정온도 보다는 다소 낮게 유지되고 있음을 알 수 있다. 즉, 유리온실의 경우 밀폐성이 좋지 않아서 공기온도를 설정한 온도수준으로 유지되지 못하는 것으로 판단되어 향후 유리온실에서 적외선등 난방 시스템을 이용하는 경우 설치간격, 센서 부착위치 및 공기대류 등에 대한 연구가 더 필요하다고 생각된다.