양원석
(Won Suk Yang)
1
김영일
(Young Il Kim)
2†
박승태
(Seung Tae Park)
3
-
서울과학기술대학교 일반대학원 박사과정 대학원생
(
Ph.D. Candidate, Graduate School, Seoul National University of Science & Technology,
Seoul 01811, Korea
)
-
서울과학기술대학교 건축학부 교수
(
Professor, School of Architecture, Seoul National University of Science & Technology,
Seoul 01811, Korea
)
-
㈜에이티이엔지 대표
(
President, ATENG, 14, Emtibeuibuk-ro 193beon-gil, Siheung-si, Gyeonggi-do 15118, Korea
)
Copyright © 2016, Society of Air-Conditioning and Refrigeration Engineers of Korea
Key words
Agricultural product dryer(농산물 건조기), Electric heater(전기히터), Air heat source(공기열원), Geothermal heat source(지열원), Heat pump(열펌프), Hot air dryer(열풍건조기), Initial investment cost(초기투자비)
기호설명
$R$：
결정 계수 [-]
$X$：
건조기 용량 [kg]
$Y$：
초기투자비 [1,000 Won]
하첨자
$a$：
공기열원
$e$：
전기히터
$g$：
지열원
1. 연구배경 및 목적
농산물 건조기는 2000년대 이후 전기건조기의 도입으로 2010년까지 수요가 급격히 증가하였으나 2011년
이후에는 수요가 감소하여 최근 5년간 서서히 감소하는 추세이다. 그러나 건조기의 사용 연수가 약 8년임을
감안한다면 앞으로 1~2년 후에는 대체수요 발생으로 농산물 건조기의 시장이 활성화 될 것으로 기대되고
있다.(1)
농산물 건조기 소비자들은 용도에 따라 용량 및 성능, 사양, 가격 등을 고려하여 구매하게 된다. 특히
가격은 소비자의 구매의사 결정에 큰 영향을 미친다. 아무리 좋은 성능 및 사양, 용량을 가진 제품이라도
가격이 높으면 소비자는 쉽게 구매결정을 내리기 어렵다.(2) 따라서 초기투자비용은 농산물 건조기의
구매를 결정하는 중요한 요소이다.
농산물 건조기는 건조용량이나 사용하는 에너지에 따라 가격이 달라진다. 건조용량은 50~200 kg의 중소
용량과 500~1,000 kg의 대용량이 많이 사용되며, 에너지로는 전기를 사용하는 전기히터식 열풍건조방식이
대부분을 차지한다.
전기히터식 열풍건조는 건조가 잘 이루어지는 장점이 있는 반면 전력 소비가 많아 전기료가 부담되는 단점이
있다. 따라서 에너지 소비를 줄이기 위해 공기열원을 이용한 열펌프 열풍건조방식을 이용하기도 한다.
공기열원 열펌프 열풍건조는 냉매를 순환시켜 공기로부터 흡수한 열을 건조에 사용하므로 전기히터식
열풍건조에 비해 효율이 높아 에너지 소비가 적다. 그러나 동절기에 외기온도가 낮아지면 공기로부터
열을 흡수하기 어렵기 때문에 건조기 효율과 출력이 낮아지는 단점이 있다. 이에 반하여 지열은
신․재생에너지로 대기에 비해 연중 온도가 거의 일정하게 유지되므로 열펌프의 열원으로 사용할 경우
연중 거의 비슷한 운전성능을 얻을 수 있다.(3) 또한 지열은 고유가 및 기후변화협약 발효에 대응하기
위한 정부의 신․재생에너지정책에 부합하므로 각종 세제 혜택을 기대할 수 있다.
본 연구에서는 농산물 건조기로 가장 많이 사용되는 전기히터식 열풍건조기와 에너지 절약이 가능한
공기열원 및 지열원 열펌프 열풍건조기에 대하여 건조용량에 따른 각각의 초기투자비를 비교하고자 한다.
본 연구 결과를 향후 연구될 운전에너지 비용과 조합하면 건조기 구매시 방식 결정과 전기 사용을
감소시키고 신재생에너지 보급을 활성화하기 위한 정부지원제도 수립에 좋은 지침이 될 것이다.
2. 연구방법
농산물 건조기의 초기투자비는 장비비, 제작비, 설치비 등이 고려된다. 장비비는 건조기를 구성하는
기기의 구입비용을 포함하는데, 장비비 특성상 수요와 공급, 원자재비 등에 따라 큰 폭으로 변동될
수 있다. 또한 판매자와 구매자의 협의에 의해 가격이 정해질 수 있으므로 매우 유동적이다. 따라서
최대한 객관성 및 공정성에 근거하여 비교하기 위하여 가격 조사에 널리 사용되는 한국물가정보를
이용하였다.(4) 일반적으로 물가정보에서 제시된 가격은 어느 정도의 할인을 제공하므로 판매자와
구매자의 다양한 의견을 수렴하여 제시된 가격의 80%로 가격을 정하였다.(5) 장비비는 한국물가정보를
사용하여 비용 산출이 가능하나 제작비, 설치비는 판매자에 따라 유동적이고, 정해져 있지 않다.
따라서 농산물 열풍건조기를 전문적으로 제조 및 판매하는 경기도 안산시에 소재한 A회사의 건조기
비용을 참고하였는데 그 결과는 Fig. 1과 같다. 분석결과에 따라 제작비는 장비비의 25%, 설치비는
장비비의 5%로 적용하였다.
Fig. 1 Equipment, production and installation costs by A corporation.
Fig. 2 Photo and schematic diagram of heat pump type hot air dryer.
농산물 건조기는 건조실, 열풍발생부, 컨트롤러와 온습도센서, 채반, 댐퍼, 송풍기, 기타 부속들로 구성되어
있으며 용량에 따라 구성요소들의 가격은 다르다. Fig. 2는 히트펌프식 열풍건조기의 사진 및 구성도를 나타낸다.
본 연구에서는 건조용량 50, 200, 500, 1000 kg에 대하여 구성요소의 가격을 비교하였다. 공정한 비교를 위하여
열풍발생부를 제외한 구성요소들은 동등한 사양으로 하였다. 모든 자료는 2019년 2월 1일 기준이다.
3. 초기투자비 분석
3.1 전기히터식 열풍건조기
전기히터식 열풍건조기는 열풍발생부인 전기히터와 건조실, 제어부와 온습도센서, 채반, 댐퍼, 송풍기, 기타
부속들로 구성된다. 이때 전기히터는 건조열량에 따른 용량을 산정해야 한다. 용량 산정은 농업실용화재단의
공시재료인 홍고추(건조 전 함수율 70% 이상)를 설정온도 60℃에서 약 12시간 건조하여 건조 후 함수율이
14%가 되기 위해 필요한 열량을 구하여 적용하였다.(6) 건조기에서는 건조 중에 약 10%의 열손실이
발생하는데,(7) 이를 가산하여 전기히터의 용량을 정하였다. Table 1은 위 설정에 따라 홍고추를 건조하였을
때 건조 열량에 따른 전기히터의 필요 용량을 나타낸다. 전기히터의 용량은 50 kg 일 때 2.4 kW, 200 kg는
9.6 kW, 500 kg은 24 kW, 1,000 kg은 48 kW가 필요한 것으로 나타났다. Table 2~Table 5는 전기히터식
열풍건조기 용량 50 kg, 200 kg, 500 kg, 1,000 kg 각각의 구성요소 및 가격을 나타낸다. 구성요소에 따라
전기열원 열풍건조기의 초기투자비를 계산한 결과 용량 50 kg는 1,103,000원, 200 kg는 3,127,800원,
500 kg은 5,941,000원, 1,000 kg은 9,540,000원으로 산출되었다.
Table 1 Capacity of electric dryer
|
Dryer capacity(kg)
|
Dry red pepper calorie(kJ)
|
Drying time(h)
|
Electric heater capacity(kW)
|
|
50
|
102,355
|
12
|
2.4
|
|
200
|
409,185
|
12
|
9.5
|
|
500
|
1,023,550
|
12
|
24
|
|
1,000
|
2,047,100
|
12
|
48
|
Table 2 Cost of electric hot air dryer(Capacity 50 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost(￦)
|
Total cost(￦)
|
|
Main frame
|
650W×820D×1,950H
|
1
|
400,000
|
400,000
|
|
Electric heater
|
150W×120D×60H(2.4 kW)
|
1
|
90,000
|
90,000
|
|
Tray
|
400W×650D×35H
|
11
|
10,000
|
110,000
|
|
Damper
|
180W×120×186H
|
1
|
30,000
|
30,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$183×105H(30 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
1
|
60,000
|
60,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
120,000
|
120,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
50,000
|
50,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
202,500
|
202,500
|
|
Installation cost
|
|
1
|
40,500
|
40,500
|
|
Sum
|
1,103,000
|
Table 3 Cost of electric hot air dryer(Capacity 200 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost(￦)
|
Total cost(￦)
|
|
Main frame
|
1,920W×820D×2,050H
|
1
|
1,000,000
|
1,000,000
|
|
Electric heater
|
160W×135D×65H(3.2 kW)
|
3
|
110,000
|
330,000
|
|
Tray
|
400W×650D×35H
|
45
|
9,600
|
432,000
|
|
Damper
|
180W×120D×186H
|
3
|
28,000
|
84,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$200×115H(47 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
3
|
55,000
|
220,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
140,000
|
140,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
601,500
|
601,500
|
|
Installation cost s
|
|
1
|
120,300
|
120,300
|
|
Sum
|
3,127,800
|
Table 4 Cost of electric hot air dryer(Capacity 500 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost(￦)
|
Total cost(￦)
|
|
Main frame
|
3,490W×2,200D×2,500H
|
1
|
2,100,000
|
2,100,000
|
|
Electric heater
|
580W×500D×75H(24 kW)
|
1
|
600,000
|
600,000
|
|
Tray
|
500W×700D×35H
|
100
|
9,000
|
900,000
|
|
Damper
|
350W×600D×240H
|
2
|
60,000
|
120,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$255×135H(48 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
4
|
100,000
|
400,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
250,000
|
250,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
1,142,500
|
1,142,500
|
|
Installation cost
|
|
1
|
228,500
|
228,500
|
|
Sum
|
5,941,000
|
Table 5 Cost of electric hot air dryer(Capacity 1,000 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost(￦)
|
Total cost(￦)
|
|
Main frame
|
5,820W×2,800D×2,500H
|
1
|
3,500,000
|
3,500,000
|
|
Electric heater
|
650W×600D×75H(48 kW)
|
1
|
1,000,000
|
1,000,000
|
|
Tray
|
500W×700D×35H
|
200
|
8,000
|
1,600,000
|
|
Damper
|
400W×650D×250H
|
2
|
100,000
|
100,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$255×150H(55 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
4
|
150,000
|
600,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
250,000
|
250,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
300,000
|
300,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
1,825,000
|
1,825,000
|
|
Installation cost
|
|
1
|
365,000
|
365,000
|
|
Sum
|
9,540,000
|
3.2 공기열원 열펌프식 열풍건조기
공기열원 열펌프식 열풍건조기는 열풍발생부인 열펌프와 건조실, 제어부와 온습도센서,
채반, 댐퍼, 송풍기, 기타 부속들로 구성된다. 열펌프는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기로 구성되어 있어
이에 대한 재원과 가격을 추가하였다. 이 때 전기히터의 용량 산정과 마찬가지로 열펌프의 압축기 용량 산정이
중요하다. 전기히터식 열풍건조기와 공정한 비교를 위하여 전기히터와 동일한 용량의 열을 발생시키는 압축기를
선정하였다. Table 6은 건조기 용량에 따라 홍고추를 건조하였을 때 필요한 압축기의 용량을 나타낸다.
건조기 용량에 따른 압축기 용량은 50 kg의 경우 1 HP 1대, 200 kg는 4 HP 1대, 500 kg은 10 HP 1대,
1,000 kg은 20 HP 1대가 필요한 것으로 나타났다. Table 7~Table 10은 공기열원 열펌프식 열풍건조기
용량 50 kg, 200 kg, 500 kg, 1,000 kg 각각의 구성요소 및 재원에 대한 가격을 나타낸다. 공기열원
열펌프식 열풍건조기의 초기투자비를 계산한 결과 용량 50 kg의 경우 1,768,000원, 200 kg는 3,865,600원,
500 kg은 6,946,000원, 1,000 kg은 10,850,000원으로 나타났다.
Table 6 Compressor capacity for heat pump type dryer
|
Dryer capacity(kg)
|
Dry red pepper calorie(kJ)
|
Drying time(h)
|
Compressor capacity(HP)
|
|
50
|
102,355
|
12
|
1
|
|
200
|
409,185
|
12
|
4
|
|
500
|
1,023,550
|
12
|
10
|
|
1000
|
2,047,100
|
12
|
20
|
Table 7 Cost of air heat source heat pump type hot air dryer(Capacity 50 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost(￦)
|
Total cost(￦)
|
|
Main frame
|
650W×820D×1,950H
|
1
|
400,000
|
400,000
|
|
Compressor
|
167W×235D×268H(1 HP)
|
1
|
280,000
|
280,000
|
|
Condenser
|
350W×335D×120H
|
1
|
100,000
|
100,000
|
|
Evaporator
|
350W×335D×120H
|
1
|
100,000
|
100,000
|
|
Tray
|
400W×650D×35H
|
11
|
10,000
|
110,000
|
|
Damper
|
180W×120D×186H
|
1
|
40,000
|
40,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$183×105H(30 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
1
|
60,000
|
60,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
150,000
|
150,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
150,000
|
150,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
315,000
|
315,000
|
|
Installation cost
|
|
1
|
63,000
|
63,000
|
|
Sum
|
1,768,000
|
Table 8 Cost of air heat source heat pump hot air dryer(Capacity 200 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost(￦)
|
Total cost(￦)
|
|
Main frame
|
1,920W×820D×2,050H
|
1
|
1,000,000
|
1,000,000
|
|
Compressor
|
210W×265D×362H(4 HP)
|
1
|
480,000
|
480,000
|
|
Condenser
|
450W×520D×150H
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Evaporator
|
450W×520D×150H
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Tray
|
400W×650D×35H
|
45
|
9,600
|
432,000
|
|
Damper
|
180W×120D×186H
|
3
|
30,000
|
90,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$200×115H(47 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
3
|
55,000
|
220,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
703,000
|
703,000
|
|
Installation cost
|
|
1
|
140,600
|
140,600
|
|
Sum
|
3,865,600
|
Table 9 Cost of air heat source heat pump hot air dryer(Capacity 500 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost(￦)
|
Total cost(￦)
|
|
Main frame
|
3,490W×2,200D×2,500H
|
1
|
2,100,000
|
2,100,000
|
|
Compressor
|
350W×352D×520H(10 HP)
|
1
|
900,000
|
900,000
|
|
Condenser
|
950W×1,020D×220H
|
1
|
300,000
|
300,000
|
|
Evaporator
|
950W×1,020D×220H
|
1
|
250,000
|
250,000
|
|
Tray
|
500W×700D×35H
|
100
|
9,000
|
900,000
|
|
Damper
|
350W×600D×240H
|
2
|
60,000
|
120,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$255×135H(48 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
4
|
100,000
|
400,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
300,000
|
300,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
1,230,000
|
1,230,000
|
|
Installation cost
|
|
1
|
246,000
|
246,000
|
|
Sum
|
6,946,000
|
3.3 지열원 열펌프식 열풍건조기
지열원 열펌프식 열풍건조기는 열풍발생부인 열펌프와 건조실, 지중열교환기, 순환펌프,
제어부와 온습도센서, 채반, 댐퍼, 송풍기, 기타 부속들로 구성된다. 공기열원 열펌프식
열풍건조기와 마찬가지로 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기의 재원과 가격을 확인하고
공정한 비교를 위하여 압축기는 동일한 용량을 선정하였다. 지열원 열펌프식 열풍건조기는
지열을 이용하기 위해 지중열교환기를 설치가 필요한데 이때 추가적인 공사비용이 발생된다.
지중열교환기는 크게 수직형과 수평형이 있다. 수직형 지중열교환기는 충분한 대지가 없어도
사용이 가능하며 부하에 따라 다양한 깊이로 매설할 수 있어 많이 사용하는 방식이다. 따라서
본 연구에서는 수직형 지중열교환기를 설치하는 것으로 정하였다. 지중열교환기 공사는 크게
3가지 공정으로 지열토목공사, 굴착 및 그라우팅 공사 그리고 지중열 배관공사가 있다.(8)
Table 10 Cost of air heat source heat pump hot air dryer(Capacity 1,000 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost(￦)
|
Total cost(￦)
|
|
Main frame
|
5,820W×2,800D×2,500H
|
1
|
3,500,000
|
3,500,000
|
|
Compressor
|
230W×248D×352H(20 HP)
|
1
|
1,450,000
|
1,450,000
|
|
Condenser
|
1,150W×1,250D×250H
|
1
|
350,000
|
350,000
|
|
Evaporator
|
1,150W×1,250D×250H
|
1
|
300,000
|
300,000
|
|
Tray
|
500W×700D×35H
|
200
|
8,000
|
1,600,000
|
|
Damper
|
400W×650D×250H
|
2
|
100,000
|
100,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$255×150H(55 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
4
|
150,000
|
600,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
500,000
|
500,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
1,875,000
|
1,875,000
|
|
Installation cost
|
|
1
|
375,000
|
375,000
|
|
Sum
|
10,850,000
|
Table 11 Bore length and number
|
Dryer capacity
(kg)
|
Drying load
(kWh/year)
|
Boring length
(GLD result, m)
|
Bore hole
|
|
Length(m)
|
Number
|
|
50
|
10,368
|
49
|
50
|
1
|
|
200
|
41,040
|
189
|
100
|
2
|
|
500
|
103,680
|
447
|
150
|
3
|
|
1000
|
207,360
|
872
|
150
|
6
|
지열토목공사는 지중열교환기의 천공 깊이와 개수에 따라 공사금액이 달라진다. 천공 깊이와 개수는 임의로
정하는 것이 아니라 건조기 용량에 따른 건조부하에 따라 결정된다. 건조부하는 1년 동안 매일
홍고추(건조 전 함수율 70% 이상)를 설정온도 60℃에서 12시간 건조하여 건조 후 함수율을 14%로 만들기
위해 필요한 열량으로 하였다. 건조부하에 따라 적합한 천공 깊이와 개수 확인을 위하여 지열설계프로그램인
GLD(Ground Loop Design)를 사용하여 시뮬레이션 하였다. 수직형 지중열교환기는 일반적으로
직경 100~150 mm, 천공 깊이는 100~300 m으로 시공한다.(9) 그러나 150 m의 천공 깊이의 시공을 가장
많이 하므로 이를 기준으로 천공 개수를 정하였다.(10) Table 11은 건조기 용량에 따른 지중열교환기의
천공 깊이와 개수를 나타낸다. 건조기 용량 50 kg는 천공 깊이 50 m 1공, 200 kg은 천공 깊이 100 m 2공,
500 kg은 천공 깊이 150 m 3공, 1000 kg은 천공 깊이 150 m 6공이 필요한 것으로 나타났다. 천공 깊이와
개수에 따른 공사금액은 Table 12와 같다.
지중열교환기 공사금액을 포함한 지열원 열펌프식 열풍건조기 용량 50 kg, 200 kg, 500 kg, 1000 kg
각각의 구성요소 및 재원에 대한 가격을 Table 13~Table 16에 나타내었다. 지열원 열펌프식 열풍건조기의
초기투자비를 계산한 결과 용량 50 kg의 경우 8,974,000원, 200 kg는 14,344,100원, 500 kg는
23,553,000원, 1000 kg은 37,096,000원으로 나타났다.
Table 12 Geothermal heat exchanger construction cost(￦)
|
Item
|
Cost of boring
|
|
50 m
(1 hole)
|
100 m
(2 holes)
|
150 m
(3 holes)
|
150 m
(6 holes)
|
|
Construction
|
4,000,000
|
6,000,000
|
10,350,000
|
16,000,000
|
|
Grouting
|
1,000,000
|
1,200,000
|
1,350,000
|
2,300,000
|
|
PE pipe
|
250,000
|
500,000
|
1,150,000
|
2,000,000
|
|
Bentonite
|
120,000
|
400,000
|
650,000
|
1,200,000
|
|
Plasticizer
|
75,000
|
150,000
|
250,000
|
450,000
|
|
Trench
|
1,000,000
|
1,400,000
|
1,800,000
|
2,700,000
|
|
Waste disposal
|
200,000
|
300,000
|
500,000
|
1000,000
|
|
Excavation
|
600,000
|
600,000
|
600,000
|
600,000
|
|
Sum
|
7,245,000
|
10,550,000
|
16,650,000
|
26,250,000
|
Table 13 Cost of geothermal heat source heat pump hot air dryer(Capacity 50 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost(￦)
|
Total cost(￦)
|
|
Main frame
|
650W×820D×1,950H
|
1
|
400,000
|
400,000
|
|
Compressor
|
167W×235D×268H(1 HP)
|
1
|
280,000
|
280,000
|
|
Condenser
|
350W×335D×120H
|
1
|
100,000
|
100,000
|
|
Platen heat exchanger
|
300W×120D×30H
|
1
|
40,000
|
40,000
|
|
Circulating pump
|
160W×150D×101H(4,500 $l / h$)
|
1
|
30,000
|
30,000
|
|
Tray
|
400W×650D×35H
|
11
|
10,000
|
110,000
|
|
Damper
|
180W×120D×186H
|
1
|
40,000
|
40,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$183×105H(30 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
1
|
60,000
|
60,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
150,000
|
150,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
150,000
|
150,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
307,500
|
307,500
|
|
Installation cost
|
|
1
|
61,500
|
61,500
|
|
Boring
|
50 m(1 hole)
|
1
|
7,245,000
|
7,245,000
|
|
Sum
|
8,974,000
|
Table 14 Cost of geothermal heat source heat pump hot air dryer(Capacity 200 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost (￦)
|
Total cost (￦)
|
|
Main frame
|
1,920W×820D×2,050H
|
1
|
1,000,000
|
1,000,000
|
|
Compressor
|
210W×265D×362H (4 HP)
|
1
|
480,000
|
480,000
|
|
Condenser
|
450W×520D×150H
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Platen heat exchanger
|
300W×120D×102H
|
1
|
90,000
|
90,000
|
|
Circulating pump
|
180W×180D×120H (6,900 $l / h$)
|
1
|
55,000
|
55,000
|
|
Tray
|
400W×650D×35H
|
45
|
9,600
|
432,000
|
|
Damper
|
180W×120D×186H
|
3
|
30,000
|
90,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$200 × 115H (47 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
3
|
55,000
|
220,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
689,250
|
689,250
|
|
Installation cost
|
|
1
|
137,850
|
137,850
|
|
Boring
|
100 m (2 hole)
|
1
|
10,550,000
|
10,550,000
|
|
Sum
|
14,344,100
|
Table 15 Cost of geothermal heat source heat pump hot air dryer(Capacity 500 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost (￦)
|
Total cost (￦)
|
|
Main frame
|
3,490W×2,200D×2,500H
|
1
|
2,100,000
|
2,100,000
|
|
Compressor
|
350W×352D×520H (10 HP)
|
1
|
900,000
|
900,000
|
|
Condenser
|
950W×1,020D×220H
|
1
|
300,000
|
300,000
|
|
Platen heat exchanger
|
520W×120D×120H
|
1
|
150,000
|
150,000
|
|
Circulating pump
|
220W×210D×150H (18,500 $l / h$)
|
1
|
90,000
|
90,000
|
|
Tray
|
500W×700D×35H
|
100
|
9,000
|
900,000
|
|
Damper
|
350W×600D×240H
|
2
|
60,000
|
120,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$255 × 135H (48 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
4
|
100,000
|
400,000
|
|
Controller & sensor
|
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Other accessories
|
|
1
|
300,000
|
300,000
|
|
Production cost
|
|
1
|
1,202,500
|
1,202,500
|
|
Installation cost
|
|
1
|
240,500
|
240,500
|
|
Boring
|
150 m (3 hole)
|
1
|
16,650,000
|
16,650,000
|
|
Sum
|
23,553,000
|
Table 16 Cost of geothermal heat source heat pump hot air dryer(Capacity 1000 kg)
|
Item
|
Specification
|
EA
|
Unit cost (￦)
|
Total cost (￦)
|
|
Main frame
|
5,820W×2,800D×2,500H
|
1
|
3,500,000
|
3,500,000
|
|
Compressor
|
230W×248D×352H (20 HP)
|
1
|
1,450,000
|
1,450,000
|
|
Condenser
|
1,150W×1,250D×250H
|
1
|
350,000
|
350,000
|
|
Platen heat exchanger
|
525W×240D×110H
|
1
|
210,000
|
210,000
|
|
Circulating pump
|
230W×250D×150H (25,000 $l / h$)
|
1
|
110,000
|
110,000
|
|
Tray
|
500W×700D×35H
|
200
|
8,000
|
1,600,000
|
|
Damper
|
400W×650D×250H
|
2
|
100,000
|
100,000
|
|
Fan
|
$\emptyset$255 × 150H (55 $\mathrm{m}^{3} / \mathrm{min}$)
|
4
|
150,000
|
600,000
|
|
Controller & sensor
|
-
|
1
|
200,000
|
200,000
|
|
Other accessories
|
-
|
1
|
500,000
|
500,000
|
|
Production cost
|
-
|
1
|
1,855,000
|
1,855,000
|
|
Installation cost
|
-
|
1
|
371,000
|
371,000
|
|
Boring
|
150 m (6 hole)
|
1
|
26,250,000
|
26,250,000
|
|
Sum
|
37,096,000
|
Table 17 Initial cost comparison of 3 types of hot air dryers(￦)
|
Drying capacity
|
Electric heater
|
Air heat source heat pump
|
Geothermal heat source heat pump
|
|
50 kg
|
1,103,000
|
1,768,000
|
8,974,000
|
|
Difference
|
-
|
+665,000 (60.29%↑)
|
+7,871,000 (713.60%↑)
|
|
-
|
-
|
+7,206,000 (407.58%↑)
|
|
200 kg
|
3,127,800
|
3,865,600
|
14,344,100
|
|
Difference
|
-
|
+737,800 (23.59%↑)
|
+11,216,300 (358.60%↑)
|
|
-
|
-
|
+10,478,500 (271.07%↑)
|
|
500 kg
|
5,941,000
|
6,946,000
|
23,553,000
|
|
Difference
|
-
|
+1,005,000 (16.92%↑)
|
+17,612,000 (296.45%↑)
|
|
-
|
-
|
+16,607,000 (239.09%↑)
|
|
1000 kg
|
9,540,000
|
10,850,000
|
37,096,000
|
|
Difference
|
-
|
+1,310,000 (13.73%↑)
|
+27,556,000 (288.85%↑)
|
|
-
|
-
|
+26,246,000 (241.90%↑)
|
4. 초기투자비 비교
전기히터식, 공기열원 및 지열원 열펌프식 열풍건조기의 초기투자비에 대한 비교를 Table 17에 요약하였다.
건조용량에 관계없이 전기히터식 열풍건조기의 초기투자비가 가장 낮았으며, 그 다음이 공기열원 열펌프식
열풍건조기이며, 지열원 열펌프식 열풍건조기의 초기투자비가 가장 높게 나타났다. 세부적으로 비교하면 전기히터식
열풍건조기보다 공기열원 열펌프식 열풍건조기의 초기투자비는 용량 50 kg일 때 665,000원, 200 kg일 때
737,800원, 500 kg일 때 1,005,000원, 1,000 kg일 때 1,310,000원 증가한 것으로 나타났다. 그러나
초기투자비 증가폭은 줄어들어 최대 45.6% 감소한 것으로 나타났다. 한편 지열원 열펌프식 열풍건조기는
전기히터식 열풍건조기에 비해 용량 50 kg일 때 7,871,000원, 200 kg일 때 11,216,300원, 500 kg일 때
17,612,000원, 1,000 kg일 때 27,556,000원으로 대폭 증가한 것으로 나타났다. 또한 공기열원 열펌프식
열풍건조기와 비교하였을 때 용량 50 kg일 때 7,206,000원, 200 kg일 때 10,478,500원, 500 kg일 때
16,607,000원, 1,000 kg일 때 26,246,000원으로 초기투자비가 대폭 증가하였다. 공기열원 열풍건조기와
지열원 열펌프식 열풍건조기의 초기투자비 비교에서 용량 500 kg의 비용 증가폭 약 239%에 비해
1,000 kg의 비용 증가폭은 약 242%로 오히려 증가하였다. 이는 건조용량이 증가함에 따라 지중열교환기
천공개수가 증가하여 공사비용 상승에 영향을 주었기 때문인 것으로 나타났다. 그러나 건조용량이 증가할수록
건조기 재원에 따른 비용은 판매자와의 가격협의 또는 할인 등으로 건조용량에 따른 비용 증가폭은
감소하게 된다. 따라서 지열원 열펌프식 열풍건조기의 초기투자비는 전기히터식 열풍건조기에 비해 최대
425% 감소, 공기열원 열펌프식 열풍건조기에 비해 최대 166% 감소하였다.
5. 초기투자비 회귀분석
본 연구결과를 바탕으로 한 초기투자비 회귀분석으로 추세선 식을 구하면 기타 건조용량의 농산물 열풍건조기
초기투자비를 예측할 수 있다. 추세선 식은 선형회귀(Linear regression) 및
다항회귀(Polynomial regression)법을 사용하여 구할 수 있다. Fig. 3은 전기히터식, 공기열원 및 지열원
열펌프식 열풍건조기의 초기투자비를 건조용량에 따라 나타낸 것이다.
Fig. 3과 같이 그래프 형태가 비선형이므로 다항 회기(Polynomial regression)법을 사용하여 추세선
식을 구하였다. 식(1)~식(3)은 전기히터식 열풍건조기, 공기열원 및 지열원 열풍건조기의 건조용량에
따른 추세선 식을 표현한 것이다. 다음의 식에서 (건조기의 용량)는 50~3,000 kg의 범위에서 유효하다.
Fig. 3 Initial investment cost.
6. 결 론
본 연구에서는 전기히터식, 공기열원 및 지열원 열펌프식 농산물 열풍건조기의 건조 용량
50, 200, 500, 1,000 kg에 대한 초기투자비를 비교하였으며 그 결과는 다음과 같다.
(1) 농산물 열풍건조기의 초기투자비의 항목으로 장비비, 제작비, 설치비를 조사하여 비교하였다.
(2) 농산물 건조기는 건조실, 열풍발생부, 제어부와 온습도센서, 채반, 댐퍼, 송풍기, 기타 부속들로
구성되어 있으며 용량에 따라 구성요소들의 재원과 가격이 다르다. 본 연구에서는 공정한 비교를 위하여
열풍발생부를 제외한 구성요소들은 동등한 사양으로 하였다.
(3) 지중열교환기 천공 깊이와 개수를 GLD 시뮬레이션 한 결과 건조용량 50 kg는 50 m 홀 1개,
200 kg는 100 m 홀 2개, 500 kg는 150 m 홀 3개, 1000 kg은 150 m 홀 6개가 필요한 것으로 나타났다.
(4) 전기히터식 열풍건조기에 비해 공기열원 열펌프식 열풍건조기의 초기투자비를 비교한 결과 건조용량
50 kg는 665,000원(약 60% 증가), 200 kg는 737,800원(약 24% 증가), 500 kg는 1,005,000원(약 17% 증가),
1000 kg는 1,310,000원(약 14% 증가) 만큼 비용이 증가하였다. 그러나 비용 증가폭은 건조용량이 커질수록
최대 45.6% 감소한 것으로 나타났다.
(5) 전기히터식 열풍건조기에 비해 지열원 열펌프식 열풍건조기의 초기투자비를 비교한 결과 용량 50 kg는
7,871,000원 (약 714% 증가), 200 kg는 11,216,300원(약 359% 증가), 500 kg는 17,612,000원(약 296%
증가),
1000 kg는 27,556,000원(약 289% 증가)으로 지중 열교환기 시공비용으로 인하여 비용이 대폭 증가하였다.
그러나 비용 증가폭은 건조용량이 커질수록 최대 425% 감소한 것으로 나타났다.
(6) 공기열원 열풍건조기에 비해 지열원 열펌프식 열풍건조기의 초기투자비를 비교한 결과 용량 50 kg은
7,206,000원(약 408% 증가), 200 kg은 10,478,500원(약 271% 증가), 500 kg은 16,607,000원(약 239%
증가),
1000 kg은 26,246,000원(약 242% 증가)으로 지중 열교환기 시공비용으로 인하여 비용이 대폭 증가하였다.
그러나 비용 증가폭은 건조용량이 커질수록 최대 166% 감소한 것으로 나타났다.
(7) 초기투자비가 가장 낮은 농산물 건조기는 전기히터식이며, 그 다음은 공기열원 열펌프식, 가장 불리한 방식은
지열원 열펌프식으로 나타났다. 본 연구는 초기투자비 비교를 통하여 건조기 구매자의 선택 및 전기 사용을
억제하고 신재생에너지 사용을 장려하는 정부의 정책에 부합된다. 특히 신재생에너지 사용에 따른 정부 지원,
정책 입안, 자료 활용에 도움이 될 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 운전비 및 유지 관리비 등이 포함된
종합적인 경제성 비교를 해보고자 한다.
후 기
본 연구는 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다 (No. 20163030111210).