CFD를 이용한 간척지 설치 자연환기식 단동형 온실의 환기량 해석 = Analysis of Ventilation Rates of Naturally Ventilated Single-span Greenhouses built on a Reclaimed Land using CFD
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학술지명
한국농공학회 학술대회초록집(Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference)
권호사항
발행연도
2014
작성언어
Korean
주제어
자료형태
학술저널
수록면
115-115(1쪽)
제공처
원예시설의 대규모화와 자동화의 필요성이 대두되고 있으며 간척지에 대한 다각적 활용을 위한 여러 방안과 더불어 미래형 농업단지 조성이 추진되고 있다. 최근 정부에서는 국내간척지 12지구에 첨단수출 원예단지 등 대규모 시설농업 단지 조성 계획을 고시하였다 (농림수산식품부, 2010). 간척지에서의 풍환경은 내륙에 비해 지형상의 장애가 적어 풍향이 일정하고 풍속이 크기에 내륙의 기후와는 대조적이다. 이러한 현상에 의거하여 기존의 내륙 설치 온실의 설계와는 상이한 간척지 설치 온실 설계기준이 요구되고 있다. 풍환경은 온실의 자연환기에 직접적인 영향을 미치는 인자이기에 매우 중요한 요소이다. 특히 하절기 온실의 경우 고온으로 인한 피해가 매우 심각하기에 환기에 의한 효율적인 온도조절이 필수적이며 경제성을 고려할 시 온실 자연환기에 대한 연구가 반드시 수행되어야 한다 (Hong et al., 2008). 따라서 본 연구에서는 간척지 풍환경 특성에 따른 온실의 환기효율 분석 연구의 일환으로 자연환기식 단동형 온실의 전체, 구역별 환기량 분석을 수행하였다. CFD(Computational Fluid Dynamics) 시뮬레이션 연산결과와 현장실험 데이터의 검증을 통해 온실모델 구성의 기준을 확립한 후, 이를 적용하여 다양한 온실 형태, 환경조건에 따른 환기량을 분석하고자 하였다. ESDU를 통해 재현한 간척지 풍속 프로파일을 적용하였으며, CFD를 통해 온실 시뮬레이션 모델 구성 및 연산을 수행하여 이를 풍동-PIV(Particle Image Velocimetry)실험 결과와 검증하였다. 정확도 향상을 위한 다양한 시도들을 통해 오차는 약 7~10% 범위로 도출되어 적정한 수준으로 판단하였다. 검증모델을 바탕으로 동일한 기준을 적용하여 단동 복숭아형, 양지붕형, 3/4형, 광폭형 온실들의 모델링을 수행하였으며 질량교체 환기율(Mass Flow Rate)과 추적가스 감쇠율(Tracer Gas Decay Rate)을 통해 온실의 전체, 구역별 환기량을 도출하였다. 동일한 환경조건 하AERMFR의 경우 복숭아형 온실이 가장 환기량이 높게 나왔으며, AERTGD의 경우 광폭형 온실이 높게 나왔다. 분석 대상 온실의 내부 체적을 나누어 구역별 환기량 분석을 수행하였으며, 풍향의 영향이 가장 큰 것으로 사료되었다. 동적 에너지 시뮬레이션 기법인 BES(Building Energy Simulation)를 통해 온실의 열적환경을 예측하여 CFD 연산에 접목하였으며 이를 통해 열적환경 고려에 따른 부력효과에 의한 환기량 변화양상을 분석하였고, 필요환기량 열수지 방정식을 통해 설계환기 기준치를 도출하여 특정 환경조건(풍향, 풍속), 환기방식(측창환기, 측창-천창환기, 천창환기)에서의 자연환기량에 대해 환기 적정성을 평가하였다.
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