소형 레저건물의 바닥과 벽면 복사 냉·난방시스템의 열전달 성능에 관한 연구

채용규 대진대학교 일반대학원 2024 국내박사

소형 레저건물의 바닥과 벽면 복사열 냉·난방시스템의 열전달 성능에 관한 연구 대진대학교 대학원 기계설계・산업시스템학과 채용규 본 연구는 국내・외에서 최초로 복사열 냉・난방시스템 실험장치 벽면에 냉・온수 패널을 매설하고, 냉・온수 패널 내부 냉・온수 튜브를 설치하여, 냉・온수의 열에너 지 공급과 방열을 통한 복사열 냉・난방을 할 수 있는 연구를 수행하였다. 복사열 냉・난방시스템 실험장치의 규격은 가로 2000mm, 세로 1100mm, 높이 1800m 이다. 이와 같은 침대 크기의 규격으로 연구함으로써 평상시에는 침대로 활용하고, 찜질을 좋아하는 사람들은 본인이 거주하는 본인의 집에서 찜 질할 수 있도록 연구를 수행하였다. 그리고 복사열 냉・난방시스템 실험장치 의 냉・난방면적은 2m2이며, 침대와 벽면에 냉・온수 패널을 매설하고, 냉・온 수 패널 내부에서 냉・온수를 순환하게 구성하여, 냉・온수에 의해 복사열을 공급과 방열함으로써 건강에 유익한 웰빙난방을 구현하는 실험적 연구와 3D 시뮬레이션을 수행하였다. 그리고 황토 침대와 황토 벽면을 구성하여 침대로서의 주거생활과 황토 찜질방이 동시에 구현되도록 실험적 연구와 3D 시뮬레이션을 수행하였다. 침대는 황토 냉・온수 패널로 구성하고, 벽면 에도 황토 냉・온수 패널을 구성하여 황토 복사열 냉・난방을 구현함으로써 건강에 유익한 웰빙 난방기술을 연구하였다. 그리고 겨울철에는 침대 바 닥 온돌패널과 벽면 온돌패널에 순환하는 온수의 온도상승과 온도조절을 통한 황토 찜질방 기술을 연구하여 주거자의 취향에 따라 침대 공간에서 황토 복사열 찜질을 할 수 있도록 기술을 연구하였다. 그리고 봄과 가을 철에는 복사열 냉・난방시스템의 천정은 방의 천정과 높이까지 위치하고, 벽 면은 방의 벽면에 밀착하고, 앞문을 활짝 열거나 탈⸱부착이 쉽게 연구하 여 주거자의 취향에 따라 활짝 열어서 일반 침대와 동일한 느낌과 감각 을 가질 수 있도록 연구함으로써 봄과 가을철에는 침대로 활용할 수 있 도록 연구하였다. 그리고 주거자의 취향에 따라 봄과 가을철에도 황토 복 사열 찜질을 하고 싶을 경우는 문을 닫고, 황토 복사열 찜질방을 가동하 면 언제든지 황토 복사열 찜질을 할 수 있도록 연구를 수행하였다. 또한, 1인 가구의 기존 냉⸱난방은 방 1개 전체(10~13m2)를 난방을 하였으나, 본 연구에서는 침대 공간(2m2)만 냉・난방을 할 수 있는 기술을 연구하여 냉⸱ 난방 에너지 소비율을 크게 감소시키는 연구를 수행하였다. 본 연구의 결 과로 이와 같은 찜질방 문화를 뛰어넘어서 본인이 거주하는 집에서 찜질 할 수 있도록 구현하는 황토 찜질방의 실험장치를 제작하고, 찜질방의 온 도분포 특성을 연구하였다. 이와 같은 연구결과로서 에어컨에 의한 공기가 강 제로 순환하는 강제대류 냉⸱난방에 비교해 복사열 냉⸱난방은 공기의 이동이나 순 환이 없이 냉⸱난방을 구현함으로써 쾌적한 냉⸱난방과 건강에 유익한 웰빙 냉⸱난 방이 구현되었다. 겨울철에는 온수 패널에 온수를 공급하는 온수 보일러와 온수 펌프를 구성하여 황토 찜질방의 벽면에 메설한 온수 튜브에 온수를 공급 하여 난방하도록 실험장치를 구성하였다. 그리고 여름철에는 냉수 패널에 냉수를 공급하는 냉수 칠러와 냉수 펌프를 구성하여 황토 찜질방의 벽면에 매 설한 냉수 튜브에 냉수를 공급하여 냉방 하도록 실험장치를 구성하였다. 복사열 난방시스템의 내부 공기 온도분포에 대한 시뮬레이선 결과로부터 복사열 난방시스템 내부의 복사 열전달에 의한 공기 온도분포는 균일하게 나타났으며, 건강에 유익한 웰빙 온도분포를 나타내었다. 그리고 본 연구에서 실험적 연구에서 측정한 공기 온도분포와 시뮬레이션 결과에서 나타난 온도분포 값이 잘 일치하였다. 기존의 난방방식인 강제대류 열전달에 의한 난방의 공기 유속보다 훨씬 공기 유속이 적게 나타났다. 그러므로 본 연구의 시뮬레이션 결과로부터 건강에 유익한 복사 열전달에 의해 난방이 된다는 것이 검증되었다. 복사열 난방시스템의 온수가 공급한 열에너지와 복사열 난방시스템 내부의 공기가 흡수한 열에너지는 에서 잘 일치하였다. 복사열 난방시스템의 난방에서 실험 자연대류 열전달 계수 값과 난방용 공기의 이론 자연대류 열전달 계수 값은 실험 전 범위에서 비교적 잘 일치하였다. 온수의 질량 유동율이 증가함에 따라 복사열 난방시스템 내부의 공기 온도가 상승하였다. 그러므로 온수 유량이 증가함에 따라 복사열 난방시스템의 난방 열전달 성능이 향상되었다. 복사열 냉방시스템의 황토 벽면 내부에 순환하는 냉수의 흡열에 의한 냉방부하에 대하여 3D 시뮬레이션과 실험적 연구를 수행하여 아래와 같은 결과를 도출하였다. 복사열 냉방시스템 내부 저온 공기의 온도분포를 시뮬레이션한 결과로부터 복사열 냉방시스템 내부의 자연대류 복사 열전달에 의한 저온 공기의 온도분포는 균일하게 나타났으며, 건강에 유익한 웰빙 온도분포가 구현되었다. 그리고 본 연구에서 실험적 연구에서 측정한 저온 공기의 온도분포와 시뮬레이션 결과에서 나타난 저온 공기의 온도분포 값이 잘 일치하였다. 복사열 냉방시스템의 벽면에 매설한 냉수 패널의 튜브 내부에 순환하는 냉수가 흡수한 열에너지와 복사열 냉방시스템 내부 공간에 존재하는 저온 공기가 잃은 열에너지 평형은 에서 잘 일치하였다. 그러므로 본 연구의 복사열 냉방시스템의 냉수와 저온 공기에 대한 열에너지 평형에 대한 실험결과는 신뢰성이 확보되었다. 복사열 냉방시스템의 냉방에서 실험 자연대류 열전달 계수 값과 냉방용 저온 공기의 이론 자연대류 열전달 계수 값은 실험 전 범위에서 비교적 잘 일치하였다. 그러므로 본 연구의 복사열 냉방시스템의 냉방부하에 대한 실험결과 값의 신뢰성은 검증되었다. 냉수의 질량 유동율이 증가함에 따라 복사열 냉방시스템 내부 공간에 존재하는 공기 온도가 비례적으로 감소하였다. 그러므로 냉수 유량이 증가함에 따라 복사열 냉방시스템의 냉방부하가 증가하였다.

백두대간 소나무림내 생육수종의 엽생장량과 기후인자와의 관계 연구

채용규 경상대학교 대학원 2013 국내석사

본 연구는 백두대간 지역 소나무림내 생육수종 중 공통수종인 소나무, 산벚나무, 생강나무, 진달래 4개 수종에 대한 엽생장을 지역별로 측정하고, 이를 기후와 관련하여 각 수종의 특성을 비교분석하여, 향후 기후변화가 수목생장에 미치는 영향에 대한 기초자료를 제공하고자 수행하였다. 연구 대상지로는 백두대간내 4개지역(삼수령, 도래기재, 작접고개, 복성이재)과 거제의 난대림지역을 대조구로 선정하였다. 1. 조사지의 엽생장량을 조사한 결과, 소나무 잎의 생장량은 8.3㎝~10.8㎝, 산벚나무 잎은 9.7㎝~12.2㎝, 생강나무 잎은 10.2㎝~13.2㎝, 진달래 잎은 5.3㎝~7.6㎝의 생장량을 나타냈으며, 모든 수종이 평균기온이 높은 난대림지역이 가장 높게 나타났고, 삼수령지역이 가장 낮은 생장량을 보였다. 2. 엽생장량에 영향을 주는 요인인 생육일수는 소나무가 126~140일 정도의 생육일수를 나타냈으며, 산벚나무는 49~70일, 생강나무는 50~60일, 진달래는 60일~70일 정도로 수종과 지역에 따라 생육일의 차이를 보였다. 3. 조사대상 수종에 대한 건중량(g)은 소나무가 0.57g~1.27g, 산벚나무 5.3g~6.8g, 생강나무 8.5g~12.2g, 진달래 2.4g~3.6g로 각 수종마다 지역차를 나타냈고, 건중량의 지역적 차이는 엽생장량에 따라 차이를 보이는 것으로 나타났다. 4. 조사대상 수종에 대한 엽면적(Leaf area)은 소나무가 1.2㎠~1.6㎠로 나타났고, 산벚나무는 47.2㎠~78.7㎠, 생강나무는 83.8㎠~139.3㎠, 진달래는 20.0㎠~40.5㎠의 지역차를 보였다. 엽면적(LAI)은 지역간 엽생장량에 따라 값이 증가하는 경향을 나타내었으며, 각 수 종마다 엽면적은 난대림지역이 가장 컸으며, 평균기온이 가장 낮은 삼수령지역이 가장 적었다. 5. 조사대상 수종에 대한 비엽면적(SLA)은 소나무가 1.3㎠/g~2.2㎠/g으로서 삼수령지역이 가장 컸으며, 난대림지역이 가장 적었다. 산벚나무는 9.0㎠/g~11.5㎠/g, 생강나무는 9.9㎠~11.4㎠/g, 진달래는 8.3㎠/g~11.4㎠/g로서 난대림지역이 가장 컸으며 삼수령지역이 가장 적었다. 6. 엽생장초기 이후 나타나는 비엽면적(SLA)의 변화는 조사대상 수종인 엽형태에 따라 달라졌는데, 침엽수인 소나무는 생장시기 대부분 북부 지방이 남부지방보다 대체로 높았고, 활엽수인 산벚나무, 생강나무, 진달래는 생장초기를 제외하고 남부지방의 비엽면적이 높게 나타났다. 7. 조사대상 수종의 엽생장량과 미기후 기상인자와의 상관분석 결과, 최저기온, 최저토양온도, 평균일사량, 최저습도 등이 상관관계가 있었으며, 최저토양온도가 가장 높은 상관관계를 나타냈다. 단, 생강나무의 경우 최저기온이 최저토양온도보다 상관계수가 다소 높게 나타났다. 8. 가장 높은 상관계수를 가진 기상인자의 변화에 따른 엽생장의 예측 회귀식을 산출하였는데, 최저토양온도가 1℃ 상승시 소나무는 지역에 따라 약 0.61㎝~0.84㎝의 증가를 보였고 평균 0.57㎝ 증가하는 경향으로 66.8%의 설명력을 보였다. 산벚나무는 지역별로 1.00~1.25㎝로 평균 0.95㎝로 80.9%의 높은 설명력을 나타냈으며, 진달래는 지역별로 0.56㎝~0.67㎝, 평균 0.55㎝ 증가하는 경향으로 85.2%의 설명력을 보였다. 한편, 생강나무는 최저기온이 1℃ 상승시 지역별로 0.66㎝~1.05㎝, 평균 0.76㎝의 증가하는 경향으로 78.3%의 설명력을 나타냈다. This study was carried out to provide basic data to effect on tree growth by future climate change, and measured leaf growth and microclimatic data for Pinus desiflora, Prunus sargentii, Lindera obtusiloba and Rhododendron mucronulatum of trees growing in Baekdudaegan area. For this study, 4 sites(Samsuryeong, Doraegijae, Jakjeomgogae and Bokseongijae) of Baekdudaegan area and the Warm-temperate forest of Geoje as control site were selected. 1. As measuring leaf growth by each site, P. densiflora leaves showed the size of 8.3cm – 10.8cm, 9.7cm-12.2cm at P. sargentii leaves, 10.2cm-13.2cm at L. obtusiloba leaves and 5.3cm-7.6cm at R. mucronulatum leaves, respectively. The leaf growth was the best at Warm-temperate forest and the lowest at Samsuryeong site. 2. The growing days that effect on leaf growth showed to 140 days from 126 days at P. densiflora, 49 days–70 days at P. sargentii, 50 days-60 days at L. obtusiloba and 60 days–70 days at R. mucronulatum, respectively. 3. The dry weight(g) for leaves of the survey species showed 0.75g-1.27g at P. densiflora, 5.3g–6.8g at P. sargentii, 8.5g-12.2g at L. obtusiloba and 2.4g-3.6g at R. mucronulatum, respectively. 4. The leaf area showed 1.2㎠-1.6㎠ at P. densiflora, 47.2㎠-78.7㎠ at P. sargentii, 83.8㎠-139.3㎠ at L. obtusiloba and 20.0㎠-40.5㎠ at R. mucronulatum, respectively. 5. The specific leaf area showed 1.3㎠/g-2.2㎠/g at P. densiflora, 9.0㎠/g-11.5㎠ at P. sargentii, 9.9㎠/g-11.4㎠/g at L. obtusiloba and 8.3㎠/g-11.4㎠/g at R. mucronulatum, respectively. 6. SLA changes showing after the initial stage of leaf growth were varied by leaf shape. SLA of P. densiflora of coniferous tree was generally higher in the northern region than southern region but SLA of P. sargentii, L. obtusiloba and R. mucronulatum of broad-leaved trees were higher in southern region than northern region excepting the initial growth stage. 7. In the correlation analysis between leaf growth and micro meteorological factors, minimum temperature, minimum soil temperature, mean solar insolation and minimum humidity had relations with leaf growth, and minimum soil temperature of them showed the highest level of correlation. 8. It was also calculated the forecasted regression equation of leaf growth by changes of meteorological factor of the highest correlation coefficient. It showed leaf growth of 0.50cm-0.83cm with increasing of the minimum soil temperature 1℃ at P. densiflora(r2=0.668), 1.00cm-1.25cm at P. sargentii(r2=0.809) and 0.56cm-0.67cm at R. mucronulatum(r2=0.852), respectively. On the other hand, it showed leaf growth of 0.66cm-1.05cm with increasing of the minimum temperature 1℃ at L. obtusiloba (r2=0.783).