온실 공조설비의 적정 설계를 위한 에너지부하 산정 및 내부 공기유동 분석 = Estimation of energy loads and analysis of airflow in greenhouse to design proper scale of HVAC system
저자
박세준 ( Sejun Park ) ; 이승노 ( Seungno Lee ) ; 이인복 ( In-bok Lee )
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2016
작성언어
Korean
주제어
자료형태
학술저널
수록면
38-38(1쪽)
제공처
온실은 재배작물의 적정생육온도를 유지하기 위해서 높은 에너지비용이 필요하다. 가온온실의 경우 평균적으로 총 운영비 중 41%를 난방비로 소비하며 주로 유류를 사용한다. 이에 화석연료를 대체할만한 에너지로 신재생에너지를 농업시설에 활용하고자하는 시도가 행해지고 있으며 이를 위해 에너지비용 및 에너지 이용 효율성 분석의 선행되어야 한다. 본 연구에서는 건물에너지시뮬레이션기법(BES)을 이용하여 에너지비용 분석 및 전산유체역학기법(CFD)을 이용하여 작물군에서의 적정생육환경을 평가하고자 하였다. 대상 온실은 보령화력발전소에 위치한 8연동 플라스틱온실로 현장실험을 통하여 온실의 BES및 CFD모델을 설계 및 검증하였다. BES모델에 재배작물의 에너지교환을 설계하기 위해서 기공저항, 엽면적지수 등을 측정하였으며 CFD모델에 작물을 다공성매체로 설계하기 위해서 공기저항을 측정하였다. BES모델은 온실구조, 작물에너지교환, 냉난방설비로 구분지어 설계하였으며 증산량비교를 통한 작물 에너지교환 모듈검증과 온실 내부기온 비교를 통한 온실 에너지교환 모델검증을 수행하였다. 검증된 BES모델과 기상데이터를 이용하여 에너지비용분석 및 냉난방설비의 적정설계용량을 제시하였다. CFD모델은 작물특성, 온실형상, 구조적특징 등을 반영하였으며 격자크기, 난류모델을 조절하며 온실 내부 15개 지점에서의 기온 및 공기유속을 비교하여 검증하였다. BES모델의 검증은 내부기온 (R² = 0.83, d = 0.94) 및 작물증산량 (R² = 0.96, d = 0.99)의 연산된 값과 실측치를 비교하였으며 냉난방부하를 산정하기 적합하다고 판단하였다. 산정한 에너지비용 분석 결과 온배수-히트펌프를 사용할 경우 등유보일러를 사용할 때와 비교하여 평균 68.21%의 에너지비용이 감소하는 것으로 분석되었다. 최대 냉·난방부하는 현재 설치된 히트펌프의 냉·난방용량보다 각각 9.7, 18.3% 높게 산정되어 냉·난방부하 절감 방안을 모색할 필요가 있다고 판단하였다. CFD모델의 검증은 내부공기유속의 정량적비교 (R² = 0.94) 및 내부기온의 정성적비교를 통해 모델의 적합성을 확인하였다. 검증된 CFD모델을 이용하여 냉난방 공조시설에 따른 작물 적정생육환경의 정량적인 분석이 가능할 것으로 판단된다.
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