지열 난방으로 고유가시대 이긴다_농촌진흥청

[김인택]

농촌진흥청 정책속보(보도자료)

신·재생에너지 지열 난방으로 고유가시대 이긴다

-지열 이용 축사 난방으로 연료비, 사료비도 절감하고 온실가스도 줄일 수 있어-

농촌진흥청 축산과학원(원장 이상진)에서는 (주)티이엔(김태원대표)과 공동으로 고유가 시대에 신·재생에너지인 지열을 이용하여 에너지비용도 절감하고 지구온실가스 발생도 줄이고 돼지 생산성도 향상시킬 수 있는 친환경 에너지 기술을 개발하여 특허출원하였으며 올해부터 축산농가에 보급할 예정이라고 발표했다.

신·재생에너지란 재생에너지인 태양열, 태양광, 바이오에너지, 풍력, 수력, 지열, 해양, 폐기물 등 8가지와 신 에너지인 연료전지, 석탄액화·가스화 및 수소에너지 등을 일컬으며 특히 지열은 미래 청정에너지원으로서 지표면의 토양, 지표수, 지하수, 용암 등에 저장된 열을 이용하며 12-25℃의 지하수 열을 히트펌프에서 변환하여 여름철에는 10-15℃, 겨울철에는 45-50℃로 냉방과 난방에 이용한다.

기존에는 축사 난방을 위하여 연료를 연소시켜 온풍과 연소가스를 축사 안으로 동시에 불어 넣어주는 직접열풍기를 주로 이용하고 있어서 축사안의 산소부족현상이 나타나고 이산화탄소 농도가 높은 문제점이 있었다. 또한 최근에 유가의 급격한 상승으로 인하여 연료비 지출이 많아지자 축사를 최대한 밀폐하고 환기량을 최소화하여 축사내부 환경이 매우 열악하여 만성소모성질환 같은 질병이 만연하고 있다.

이번에 축산과학원에서 개발한 수직밀폐형 지열 냉난방시스템은 지하 200m의 지하수를 품어 올려 히트펌프에서 유효에너지로 변환하여 여름철에는 냉방용으로, 겨울철에는 난방용으로 이용할 수 있어서 축사 환경을 획기적으로 개선할 수 있다.

본 시스템 이용시 겨울철 외부 최저기온이 -9.3℃인 혹한기에도 돈사 내부 온도는 21.5℃를 유지하였고 24시간 신선한 외부의 온풍을 충분히 불어넣어 주어 돈사 내부 암모니아가스 농도는 관행 23.3ppm에 비하여 지열 난방시 10.5ppm으로 크게 낮아졌으며 황화수소의 경우에도 관행돈사는 0.685ppm인데 비하여 지열 난방 돈사는 0.045ppm으로 거의 검출되지 않았다. 이로써 지열난방을 하는 돈사는 사료도 11.4%나 절감할 수 있었다.

여름철에도 외부기온이 34.1℃일 때 지열 냉방을 할 경우 28.3℃ 정도를 유지하여 돼지들이 전혀 고온스트레스를 받지 않았으며, 관행돈사의 모돈의 호흡수가 분당 137.7회로 매우 헐떡거린데 비하여 지열냉방돈사는 97.9회로 28.9%가 감소하였으며 이렇게 쾌적한 상태에서 충분한 포유를 하여 자돈의 이유시 체중도 7.1%가 증가하였다.

시험을 수행한 서산의 농장주(유재흥 사장)는 “지열 냉난방시스템을 이용함으로써 여름철과 겨울철을 무사히 넘기고 에너지 비용도 절약하게 되었다며 하루빨리 현장에 보급되어 어려움을 겪고 있는 농가들에게 도움이 되었으면 한다“고 하였다.

[문의] 농촌진흥청 축산과학원 최희철 031) 290-1719

게시일 2008-01-28 16:16:00

[참 고]

	< 신재생 에너지란? >
◇ 재생에너지인 태양열, 태양광, 바이오에너지, 풍력, 수력, 지열, 해양, 폐기물 등 8가지와 신에너지인 연료전지, 석탄액화․가스화 및 수소에너지를 일컬음 ◇ 지열은 미래 청정에너지원으로 지표면의 토양, 지표수, 지하수, 용암 등에 저장된 열로 500m까지가 범용구간이며 12-25℃의 열을 히트펌프를 이용하여 냉방시 10-15℃, 난방시 45-50℃로 전환이용

신재생 에너지 지열 이용 축사 냉난방 시스템 개발

□ 지열냉난방시스템의 여름철 분만 돈사의 냉방

  ○ 최고기온 32-34.0℃시 지열 냉방 돈사내 평균온도는 28.3℃임

 

           (돈사내 온도)                   (발정재귀일)

     - 모돈 호흡수 : 관행돈사 137.7 → 97.9회/분(28.9% 감소)

     - 이유시 체중 : 관행 5.6 → 지열냉방 6.0 kg/두(7.1% 증가)

□ 지열냉난방시스템의 겨울철 돈사 환경개선

  ○ 지열 난방시 연료비가 적어 외부 공기 연속송풍에 의한 환경개선

     - NH₃ : 관행 23.3 → 지열 난방 10.5 ppm

     - 사료섭취량 : 관행 99.6 → 지열난방 88.2 kg/두(11.4% 절감)

환기와 연계된 지열 이용 축사 냉난방 시스템 개발

○ 지하수를 품어올려 히트펌프에서 유효에너지로 열 교환 후 돈사 내부로 송풍하여주는 장치로서 사용한 지하수는 다시 지하 깊이 넣어주어 지하수의 고갈 없이 계속적으로 열을 이용 가능함

 

(지열 냉난방시스템 체계도)

○ 지하에서 끌어올린 지하수는 열교환기(좌)를 거쳐 온풍 또는 냉풍으로 바꾸어 환기덕트(우)를 통하여 돈사 내부로 불어 넣어 줌

 

                 (지열히트펌프)                 (돈사내 환기덕트)

○ 환기덕트를 통하여 돈사내부에 균일하게 환기를 하여 돈사내부의 암모니아가스, 이산화탄소 등이 매우 낮아짐

(지열냉난방시 돈사내 공기 유동 시뮬레이션 분석)

○ 지열 난방돈사의 경우 관행돈사에 비하여 사육환경이 월등히 개선되어 자돈의 이유시 체중이 증가함

정책속보(보도자료)

농촌진흥청, 고유가시대! 시설원예 에너지 절감 종합기술 발표

농촌진흥청은 최근 국제 유가(油價) 급등으로 어려움을 겪고 있는 시설원예 농가를 위해 지금까지 개발한 기술을 종합하여 시설원예 에너지 절감을 위한 종합기술을 내놨다.

이번에 발표한 종합기술은 시설원예 에너지를 절감하기 위해 기본적으로 보온성 향상, 값싼 난방연료 사용, 난방열의 고른 분배 등의 단위기술을 패키지화하여 농가 현장에 투입할 것을 추천하고 있으며, 이러한 종합기술을 투입할 경우 기존 난방방법에 비해 난방비를 최대 67%까지 절감할 수 있다.

 

우리나라는 현재 시설재배 면적이 약 52천㏊인데 그 가운데 난방을 하는 면적이 12 천㏊로 약 25%가 난방을 하고 있으며, 대부분 유류를 이용하고 있어 국제유가의 변동에 따라 생산비에 크게 영향을 주고 있다. 특히 겨울철에는 생산비 중 난방비가 차지하는 비중이 30% 내외로 매우 높아 난방비를 절감하는 것이 곧 농가의 소득과 연결된다고 할 수 있을 만큼 중요하다.

이번에 소개한 보온력을 높인 수평예인권취식 다겹보온커튼은 찬 바람이 하우스 내부로 들어오지 않도록 하고 내부의 열기가 밖으로 빠져나가지 않도록 보온성을 향상시키는 장치이다.

본 기술은 부직포, 화학솜, 폴리폼 등을 겹쳐서 이불처럼 누빈 보온자재를 사용하는 것으로 지금까지 보온성은 좋았지만 자동개폐가 어렵고 온실내에 그늘이 생기는 단점을 보완하여 자동드럼, 클러치 등을 활용하는 기술을 적용하여 5겹임에도 자동개폐 시 작동이 원활하고 보온자재를 최대한 작게 말아 물받이 아래쪽에 거치하여 온실 내에 그늘이 생기는 것을 최대한 방지할 수 있도록 개발했다.

무한궤도 연소식 석탄난방기는 난방연료로 90% 이상을 차지하고 있는 유류를 대체하기 위해 가격인 싼 석탄을 연료로 이용하는 난방기로 지금까지 자동화하기가 어려웠던 단점을 보완하여 온도를 정밀하게 조절할 수 있도록 온도가 높은 낮 동안에는 불씨만 유지하고 있다가 온도가 떨어지면 자동으로 난방모드 전환이 가능한 불씨 유지기능이 있도록 개발된 것이다.

2중덕트는 온풍기에서 나오는 더운 바람을 2중으로 된 비닐덕트로 송풍하는 방식으로 기존의 1중덕트는 온풍난방기 앞과 끝부분의 온도편차가 10℃ 이상으로 커 작물생육이 불균일하고 불필요한 에너지를 소비하는 문제점을 개선하여 내부와 외부 덕트를 2중으로 하여 난방기에서 먼 쪽에 더운 공기를 먼저 보내고 점차 가까운 쪽으로 나오게 하는 기술로 전체적으로 열 분배를 고르게 하여 에너지 이용 효율을 극대화하는 기술이다.

연동식하우스나 온실에 다겹보온커튼, 석탄온풍기, 2중덕트 등 시설원예 에너지 절감을 위한 단위기술을 종합하여 투입할 경우 기존의 부직포커튼, 경유온풍기, 1중덕트와 비교하면 67%정도의 난방비 절감 효과가 있다.

평택시 진위면 정병호 농가는 “가지와 토마토 재배 온실에 패키지 기술을 투입하였는데 난방비 절감 효과가 매우 커서 기름값이 올라도 큰 걱정이 없다. 아직 설치하지 않은 나머지 온실에도 여건이 되면 설치를 할 생각이다”고 말할 정도로 실제 사용한 농가로부터 호평을 받았다.

원예연구소 엄영철 시설원예시험장장은 “이러한 시설원예 에너지 절감 패키지기술을 난방재배를 하고 있는 12,731㏊의 시설에 모두 보급될 경우 전국적으로 연간 2,300억원 정도의 난방비 절감 효과를 얻을 수 있을 것”이라고 밝히고, “적극적인 보급이 이루어질 수 있도록 정부 및 지방자치단체 등의 지원이 절실하다”고 밝혔다.

또한, 농업공학연구소에서 개발하여 농가에서 널리 활용되고 있는 대표적인 에너지 절감 기술로 온풍난방기 그을음 제거에 의한 에너지 절감, 온풍난방기 배기열 회수 장치, 중앙 권취식 보온터널 자동개폐장치, 시설원예용 자동제습장치, 축열식 수평형 지열 히트펌프 시스템을 이용한 시설원예 냉난방 기술 등이 있다.

먼저 다년간 사용한 온풍난방기에 쌓인 그을음 청소 전후를 정밀하게 분석한 결과, 그을음 청소만으로도 온풍난방기 열이용 효율이 약 62.9%에서 80.8%로 크게 높아지는 것으로 나타났다. 따라서 난방기를 가동하기 전 일년에 한번만 버너와 열교환기에 쌓인 그을음을 청소해 주면 난방연료비를 많게는 18%까지 줄일 수 있다.

겨울철 온실 난방의 90%이상을 차지하는 온풍난방기에서 연소 후 연통을 통해 버려지는 배기폐열을 회수하여 온풍으로 사용할 수 있는 온풍난방기 배기열 회수장치를 온풍난방기에 설치하면 난방비를 약 16% 절약할 수 있다. 이 장치는 히트파이프 방식으로 폐열 회수속도가 빠르고 크기가 작으면서 경제성이 높아 시설원예 농업인이 선호하는 대표적인 에너지 절감 장치로 자리 잡았다.

겨울철 온실 난방비를 가장 적게 들이면서 작물을 재배하는 방법으로 보온터널을 이용한 재배가 있는데 이는 보온터널을 낮에는 열고 밤에만 덮어줘야 하는 번거로움 때문에 노동력이 많이 들어 보급이 활발하지 못했다. 하지만 중앙권취식 보온터널 자동개폐장치는 독창적인 아이디어로 보온터널 개폐가 쉽고 싼 가격으로 농가에 보급할 수 있다. 또한 작물 크기에 관계없이 모든 작물의 보온터널재배가 가능하고 소형보일러와 XL배관으로 온수난방을 하게 되면 기존 재배방식에 비해 토마토, 오이 등의 초장(草長)이 긴 작물은 62%, 엽채류나 딸기 등 초장이 짧은 작물은 70%까지 난방비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 보온터널 개폐에 드는 노력(60분/10a/1명)을 스위치 작동 한번으로 끝낼 수 있다.

이밖에도 시설원예용 제습기는 상대습도가 90% 이상인 온실 공기를 냉각부에서 습기를 제거하여 절대습도를 감소시키고, 가열부에서 상대습도를 감소시켜 혼합한 후 습기가 제거된 공기를 온풍으로 만들어 온실내로 배출하여 난방에너지를 10% 절감할 수 있으며,온실 상대습도를 작물생육에 알맞도록 자동 제어하여 잿빛곰팡이병 억제효과도 함께 얻을 수 있다.

농업공학연구소에서는 2000년부터 에너지 절감 기술 개발 뿐만 아니라 석유를 대체하여 시설원예 에너지 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 신재생 에너지 기술 개발에도 많은 노력을 기울이고 있다. 한 예로 지열을 이용한 온실 냉난방시스템은 이산화탄소 배출이 전혀 없는 친환경 신재생 에너지 기술로 난방비를 60% 절감할 수 있고 여름철에는 냉방시스템으로 활용할 수 있다. 이 시스템은 경유 온풍기에 비해 초기 투자비가 비싸지만 설치 5년 정도면 초기 투자비를 모두 건질 수 있어 활발한 보급이 기대된다.

시설원예 난방비를 줄이기 위해서는 난방에너지를 적게 들이고도 작물을 재배할 수 있는 에너지 절감기술의 적극적인 활용이 필요하다. 이와 함께 에너지 절약형 시설구조와 자재를 사용하고 난방용 기계장치를 효율적으로 이용하면서 석유를 대체 할 수 있는 신 재생에너지 이용에 많은 관심과 적극적인 도입 등이 종합적으로 이루어질 때 고유가를 극복해 날 수 있을 것이다.

[문의] 농촌진흥청 원예연구소 시설원예시험장 이시영 051-602-2152

              농업공학연구소 시설자원공학과 유영선 031-290-1887

게시일 2007-11-21 11:13:00

<참고자료>

	< 개    요 >
□ 연동형 비닐하우스의 보온성을 향상시킨다.   ○ 수평예인권취식 다겹보온커튼     - 부직포, 화학솜, 폴리폼 등을 5겹으로 누빈 다겹보온자재를 이용해 하우스 보온성을 두배로 높여 난방비를 절감     - 수평예인권취 방식 자동개폐로 고장 적고 작동 원활 □ 값싼 난방연료 사용으로 연료비 부담을 줄인다.   ○ 무한궤도 연소식 석탄난방기     - 경유 가격의 1/2 이하인 석탄을 연료로 이용하면서 경유난방기 수준으로 정밀하게 온도를 조절하고 사용이 간편한 난방기 □ 넓은 비닐하우스 내에 난방열을 고르게 보낸다.   ○ 온풍난방기용 2중덕트     - 난방기에서 나오는 열풍을 넓은 면적에 균일하게 분포시키기 위해 송풍 덕트를 2중으로 제작하여 난방기 처음과 끝의 온도 차이를 최소화 □ 에너지 절감 패키지기술 투입으로 난방비를 최대한 절감   ○ 다겹보온커튼, 석탄난방기, 2중덕트를 패키지화하여 농가현장에 투입하여 67% 난방비 절감효과