마당 야외 개집 난방 실험 소용량 PTC 히터 이용

기존 보온 및 난방 방법

 

파쉬 보온 주머니에 끓는 물 2리터를 넣은 후 수건을 감싸서 영하로 떨어질 경우 밤10~11시에 넣어주는 것입니다. 자세한 것은 아래 이전 글 참조할 수 있습니다. - https://imky.tistory.com/37 

야외 견사(개집) 물주머니의 보온 효과

 

대략 2200W를 소비하는 전기주전자로 4분간 물을 끓이면 2200 x (4분 / 60분) = 146.67Wh 전력 소비가 이루어 집니다. 전기요금으로는 20원 내외겠네요. 

 

이 방법의 단점은 물주머니의 보온 효과가 길어야 대여섯시간이고 물 끓이고 넣어주는 과정이 필요하다는 것입니다. 영동지방이라서 온화한 편이지만 드물게 영하 10도 이하로 떨어지는 경우에는 두 개의 물주머니를 넣어주어도 영하로 떨어지므로 좀 곤란합니다. 알리익스프레스에서 구입한 패딩조끼를 추가해 주기는 합니다. 

생각해 봤던 방법들  

일단은 제약 조건이 있습니다. 가급적 마당에 전기선을 설치하지 않는다는 것인데, 220V 전기를 설치할 경우 온돌 패널, 히터, 전기 방석 등 좋은 방법들이 많네요... 

 

난방 방법	장점	단점	비고
캠핑용 무시동히터	등유로 난방	가동을 위해 전기 필요	복잡하고 전기도 필요하므로 채택하지 않음
온수 매트 / 온돌	안정적인 난방	작게 설계된 기성품이 없으므로 DIY로 제작해야 함 경우에 따라 전기 필요	DIY로 가능은 하지만 복잡함
온열 방석	간단한 구성	전기 필요, 내부 온도가 오르지 않아서 강아지의 경험이 어떨 지 알 수 없음	USB방식으로 된 제품의 경우 검토 가능 = 차후 시도 예정
라디에이터	방열 난방	상동	상동
PTC 히터	열풍 난방	전기 필요  온수/온돌보다는 빠르게 냉각	저용량 PTC 히터로 테스트 중...

 

50W PTC 히터 설치 실험 

알리익스프레스에서 찾을 수 있는 12V에서 작동하는 50W짜리 PTC 히터를 설치해 보았습니다. 캠핑용 저용량(150Wh) 배터리에서 12V로 5A까지 출력이 가능한 포트가 있어서 연결해 보았습니다. 

 

문에 달려 있는 비닐은 0.3mm TPU 필름입니다. 짜투리를 이용한 것이라서 2 ~ 3겹으로 접었습니다. 그리고, 좌측에는 배터리 보온용 아이스박스이고 내부에는 릴레이가 달려 있는 ESP8266(ESPHome 펌웨어) 보드가 히터 ON/OFF를 HA(Home Assistant)에서 원격 제어를 하기 위해 들어 있고, 온도계(배터리 발열 모니터링)도 하나 넣어 두었습니다. 

 

소용량 PTC 히터를 설치한 모습

 

한동안 영하로 내려가더니 지금은 따뜻해져서 새벽에 7도일 때 20분간 작동시켜 보았습니다. 그랬더니 1.5도 상승 후 원래 온도로 내려가는데 한시간 가량 걸렸습니다. 영하에서 어떨 지 모르지만 일단 작동 자체는 나쁘지 않아 보입니다.  물론, 천천히 방열이 되는 파쉬물주머니+수건 조합보다는 빠르게 냉각됩니다. 그리고, 아래 그래프에는 없지만 습도도 80%에서 10%가량 떨어졌습니다.  

 

20분간 히터 작동 후 개집 내부는 7도에서 8.5도까지 상승하고, 아이스박스는 (배터리 발열 및 내부 팬 작동으로) 2도가 올라갔습니다.

 

생각해 볼 부분과 향후 해야 할 일 

지금은 임시로 아이스박스에 넣었지만 비가 올 경우 문제가 있습니다. 개집 앞 부분을 비닐하우스처럼 만들어서 배터리와 전기선에 물이 스미지 않도록 해야하겠습니다. 

 

20분간 작동 시 아이스박스 내부가 2도 상승한 것으로 보아 50W의 출력으로 40A@3.7V 배터리팩의 발열이 꽤 있어 보입니다. 30분 이상 작동하지 않도록 자동화 스케줄을 걸어야할 것 같네요.

 

150Wh의 출력의 배터리팩이므로 최대 3시간까지 작동이 가능하므로 며칠에 한번씩 충전을 해 주어야 합니다. 태양광 패널로 충전을 하면 가장 좋은데 개집에는 하루 1~2시간만 햇빛이 닿고 있어서 어려움이 있습니다. 일단 50W 패널과 충전컨트롤러를 주문하기는 했지만 이 부분은 좀 더 고민해 보아야하겠습니다. 

 

아이스박스 내부에 넣은  배터리팩은 외부에 반사단열재를 두르긴 했지만 영하로 떨어질 경우에 아이스박스 내부도 0도이하로 떨어질텐데 배터리 성능이 급감할 것이 우려가 됩니다.

 

끝으로 PTC히터를 내부에 넣는 것을 생각해 보았는데 내부에는 반사단열재를 감싸고 있어서 고정이 힘들고, 어차피 개집 내부와 외부 온도차이도 몇 도에 불과하므로 외부 찬 공기를 데워서 보내는 것이 비효율적이기는 하지만 아주 많은 차이는 아닐 것 같아서 그냥 두었습니다. 

 

결론

시간당 50W를 소비하는 PTC 히터는 약간 파워가 부족해 보입니다. 1시간 공기를 데우면 1시간 동안 빠르게 식기 때문입니다.

 

몇 시간 동안 작동시키고 용량이 70W나 100W라면 더 좋겠다는 생각을 하지만, 이 정도면 12V에서 거의 6A이상이기 때문에 용량이 큰 배터리팩이나 220V 전원선 설치가 필요할 것입니다. 

 

파쉬물주머니는 번거롭기는 하지만 전원 설치를 하지 않는다면 가장 현실적인 방안일 것으로 보입니다. 보통 대여섯시간은 효과가 나타납니다. 다만, 영하 5도 이하의 강추위에서는 여러 번 교체하거나 여러 개를 넣어야 되겠습니다. 

 

습도가 높은 상태가 체온을 잃거나 곰팡이가 잘 자라게 한다고 하는데, PTC 히터 50W용량으로는 습도를 낮추는 것이 한계가 있었습니다. 외부 습도가 80%가 넘으면 내부는 거의 100%에 육박하고 습도 낮추는 효과가 거의 없어집니다. 더 건조한 상태에서는 90%대에서도 10~20%가량 보리 집 내부의 상대 습도를 낮추어 줄 수 있었습니다. 

 

앞에 전실(현간)을 설치 - 아래 업데이트에 있는 사진 참조 - 한 것은 PTC 히터와 배터리를 비로 부터 보호하는 용도로 좋고, 다만 환기가 잘 안될 수 있으므로 낮에는 개방해 주어야 합니다. 내부의 방석도 가끔 꺼내서 햇빛에 말려 주고 있습니다.  

2023.12.17 업데이트 : PTC 히터 테스트 

9시경부터 30분간 50와트 PTC히터를 가동하고, 파쉬 물주머니 2리터도 같이 넣어주었습니다. 그 결과 보리 집 내부 온도가 영하 4.1도에서 2도까지 약6도 상승하니까, 나와서 기지개를 켜고 들어가네요???

 

보리 집 문에 TPU 우레탄으로 만든 비닐 발이 제 역할을 못해서(내부에 있는 방석에 걸려서 제대로 안 닫힘) 조금 열려 있더니 금방 2도가 떨어졌습니다. PTC 히터를 끄고 한 시간이 지난 현재 온도는 0.2도로 나타나고 있습니다. 

 

내일은 보리 집 문 앞에 50cm x 50cm x 40cm 크기의 전실(前室)을 설치할 예정입니다. 그러면 드나드는 문이 제대로 안닫히는 문제도 어느 정도 보완이 될 것 같네요. 그 전실 안에 배터리와 PTC히터가 위치하고, 추운 날 사료도 넣어줄 수 있을 것으로 기대합니다. 

 

30분간 50와트 PTC히터 + 2리터 물주머니 = 영하 4.1도에서 2도까지 약6도 상승

 

2023.12.18 업데이트 : 파쉬 물주머니와 50와트 PTC 히터의 성능 비교 

 

오늘 아침까지 다시 정리해 보았습니다. 아침에는 영하 8도까지 떨어졌는데(아래 우측 오전 6:00 참조), 파쉬 물주머니 1.5리터를 다시 투입하고 PTC 50Wh짜리 히터를 30분 가동하였습니다. 

 

오전 5시에 PTC 50Wh짜리를 단독으로 썼을 때 보면 온도 상승이 2도로 미미하고 그나마 한 시간 내로 냉각되는 것을 볼 수 있습니다. 현재 집 구조상으로는 PTC 히터만으로 충분한 난방 효과를 얻기 어렵다는 결론입니다.   

 

PTC 히터 만으로는 효과가 적다는 것을 알 수 있습니다.

 

2023-12-19 업데이트 : 전실 설치 

좀 과하긴 한데요,,,  55cm x 55cm x 40cm 가량의 크기로 앞에 방을 하나 만들어 주었습니다. 

 

좌/우/상: 열반사단열재, 뒤: 두꺼운 이중 뽁뽁이, 앞: 0.3mm TPU 필름

 

목재는 다룰 줄 모르고 전에 해봤던 프로파일을 이용하여 제작했습니다. 

 

아직 PTC 히터는 가동을 안하고, 파쉬 물주머니만 넣었습니다. Bard에게 온도에 따른 습도의 부작용에 대해 물어봤더니 70% 이하로 유지하라고 하네요(?). 다만, 이제는 문이 2개라서 환기가 어려워졌으므로 환기용 팬도 추가를 해야할 것 같습니다. 낮에는 앞의 비닐을 개방해야겠습니다. 왠지 괜히 어려운 길을 가는 것 같은 생각이 드는데요, 가장 현실적인 대안으로 과열의 우려가 없고 껐다 켰다가 원격(릴레이)으로 가능한 방석 온열 제품을 찾아보는 중입니다. USB 연결하면 바로 켜지는 제품이 생각보다 없습니다. ON/OFF 혹은 온도 조절용 터치 버튼이 있다든지 하면 원격으로 제어가 안되지요... 혹은 2시간만 작동합니다.

 

파쉬 물주머니 1.5리터의 온도 유지 효과 그래프입니다. 전실 설치했다고 크게 달라지는 것은 없을테고, 느낌상 1도 가량은 도움이 되지 않나 싶습니다. 예상되는 효과는 직접적인 바람이 덜 들어가므로 물주머니나 보리의 체온으로 덥혀진 공기가 조금 더 유지될 거로 보입니다. 

 

전실을 설치한 효과인지는 모르지만, 느낌상 1도 가량 도움이 되는 듯합니다.

 

 

 

2023-12-21 업데이트 : 바람 부는 강추위로 빠르게 냉각, 물주머니 3회 투입

   

전실 설치 후 효과를 비교해 보려고 했으나, 평소에 비해 바람이 많이 불어서 기대한 비교는 안되었습니다. 강추위라고 하여 도그페이스(?) 조끼도 입혔습니다. 

 

강풍이 부는 관계로 빠르게 냉각되는 모습

 

바람이 꽤 세게 불어서 보리 집 온도도 계속 영하로 나타나므로 물주머니를 3회(오후 7시, 새벽 4시경, 오전 9시경)나 교체를 했습니다. 밤을 샌 건 아니고 새벽 2시에 PTC 히터가 작동한 것은 홈어시스턴트의 자동화(영하 3도 미만일 때 작동)에 의한 것입니다.  

 

갖고 있는 배터리 2개가 용량이 PTC 히터 30와트를 2시간 정도만 유지 가능하여 새벽 4시에 배터리도 교체했습니다. 

 

TPU 필름으로 문을 만들어서 바람에 취약합니다.

 

2023-12-22 업데이트 : 바람은 어제보다 조금 약한 강추위, 물주머니 3회 투입

새벽에는 영하 2도 미만일 때 PTC 히터를 30분씩 자동으로 가동시켰습니다. 아침에는 PTC히터를 시험삼아 1시간씩 돌려 보았는데, 바람이 잦아들인지 30Wh PTC 히터 만으로도 꽤 온도를 높여 주었습니다. 30분 작동보다는 1시간 이상씩 가동하는 것이 더 효율적일 것 같습니다. 

오전에 PTC 히터를 기존 30분에서 1시간 가량 가동 테스트

 

역시 물주머니를 세번이나 갈아주는 것은 현실적인 방안이 아닌 것 같고 향후에는 PTC 히터를 12시간 가량 가동할 수 있는 배터리를 준비하는 것이 좋을 것 같습니다. 30Wh x 12시간 = 360Wh(30Ah@12V) 이상의 용량을 가진 배터리가 필요하네요.  

 

2023-12-23 업데이트 : 바람이 거의 없고 약해진 추위, 물주머니는 1회 투입

영하 6도~8도까지 떨어지긴 했지만, 어제에 비해 확실히 덜 추운 날씨입니다. 아마 보통 겨울 추위 정도로 생각이 드네요. 

 

물주머니는 밤11시30분경 2리터를 채워서 한번만 넣고 PTC 히터는 30분간 가동하였습니다. 영하 6도 정도이다보니 영상 2도까지 밖에 올라가지는 못하네요. 그래도 물주머니의 효과는 바람이 없어서 대여섯시간 가량 유지가 됩니다. 오전7시부터는 PTC히터를 1시간, 이후에는 연속으로 가동하였습니다.

 

일반적인 영하의 날씨에서 보리의 체온만으로는 외부 기온과의 차이는 3~4도 정도인데, 파쉬물주머니로 3~4도 가량 더 올릴 수 있는 정도라고 예상해 볼 수 있습니다. 어제도 언급했지만 영하 5도 이하로 내려가면 PTC히터를 계속 틀어야 되겠습니다.

 

일단 12V 100Ah의 리튬인산철배터리를 (캠핑 겸용으로 쓰려고) 주문했습니다. Aliexpress에서 LCD 및 내장BMS가 있고 대단자만 있는 모델로 Ah당 1,700원 가량하는데 53% 할인가이지만 혹시 사기는 아닐지 우려는 조금 있습니다. 

바람이 없는 영하6~8도 추위와 파쉬 물주머니 2리터의 효과

 

2023-12-24 업데이트 : 영하 3~4도 

영하로 춥기는 하지만 체감은 크지 않은 추위였습니다. PTC 히터는 1시간 타이머로 틀었고, 물주머니를 넣을 때 PTC 히터는 가동하지 않았습니다. 확실히 공기만 가열하면 같은 시간 후에 식지만, 물주머니로 인한 효과는 꽤 오래 지속됨을 알 수 있는 그래프입니다. 참고로 첫번째 PTC히터는 1시간이 아니고 짧습니다(배터리 방전). 

 

PTC히터 vs 물주머니 보온 효과의 차이

 

2023-12-25 업데이트 : 최저 영하 1.4도  

영하 1.4도에서 2도 사이의 추위로 전날보다 온화했습니다. 

 

물주머니만 사용

 

2024-01-03 업데이트 : 영상의 날씨, 파쉬 물주머니 및 PTC 히터 없음

 

겉옷은 진작에 벗겨 두었습니다. 외부 기온 최저 1도 근방인데 별다른 조치 없이 보리 집 내부는 5도 내외로 잘 유지가 되고 있습니다. 가끔 1도나 2도가 오르는 것은 보리가 드나 든 후 자세를 바꾸거나 해서 나타난 변화로 보입니다. 

영상의 온도로 별도의 조치가 없는 상태

 

2024-01-08 업데이트 : 간만의 영하 7.5도, 파쉬물주머니 2리터(밤), PTC 히터(아침) 

겉옷은 입혔고, 오래간만에 추운 날입니다. 난방 없이 상승한 구간도 있는데 보리가 들락날락하거나 엎드려 자는 위치가 다르거나 상대습도가 변하는 등의 원인으로 추정됩니다. 아침에 영하7도가 계속 유지되었는데 이 정도 온도에서 PTC 50와트는 영상으로 현상 유지하는 정도의 열량으로 보면 되겠습니다. 

 

물주머니로 아침까지 영상 유지, 아침부터는 PTC 50W 히터를 3시간 가량 작동

 

2024-02-10 업데이트 : 최저 기온 영상 2도 내외, PTC 히터 새벽에 예약 작동 

영하 2~3도까지 떨어질 때에는 아무런 조치를 안하기도 하지만, 아래와 같이 4/5/6/7시에 40분씩 PTC 히터를 작동하는 것도 좋은 것 같습니다.  

 

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