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- 저자 : 이승노 ( Seungno Lee ) (검색결과 3 건)
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온배수 활용 온실의 에너지이용 효율화를 위한 냉·난방부하 산정 및 내부 공기유동 분석
이승노 ( Seungno Lee ),여욱현 ( Ukhyeon Yeo ),이인복 ( Inbok Lee ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-
온실은 고품질의 작물을 집약적으로 생산할 수 있다는 장점이 있으나 적정생육온도 유지를 위한 냉난방비용이 많이 든다. 가온온실의 난방비는 작물에 따라 평균적으로 농가 총 운영비 중 41%를 차지하며 대부분 유류를 통해 에너지를 수급하고 있다. 이로 인해 국내 시설재배농가의 경영안정성을 국제유가변동에 민감하게 반응한다. 이에 지열, 바이오매스, 온배수 등과 같은 신재생에너지를 농업시설에 활용하고자하는 시도가 국가적으로 행해지고 있다. 새로운 에너지원을 활용하기에 앞서 에너지비용 및 에너지 이용 효율성 분석의 선행은 필수적이라고 볼 수 있다. 이에 본 연구에서는 건물 에너지 시뮬레이션을 이용하여 냉난방 설비에 따른 에너지비용 분석 및 전산유체역학 시뮬레이션을 통한 온실 내 작물군에서의 생육환경을 정량적으로 평가하고자 하였다. 우선 대상온실의 냉난방부하를 산정하기 위해 보령화력발전소 내부에 위치한 8연동 플라스틱 온실을 대상으로 에너지교환 모델을 설계하였으며 현장실험을 통하여 모델을 검증하였다. 온실 내 재배 작물인 애플망고를 모델에 반영하기 위해 증산량 및 기공저항을 측정하였으며 작물 에너지교환 모델은 증산량을 통해 검증을 수행하였다. 검증된 모델과 2006 ∼ 2015년의 기상데이터를 이용하여 기간별 냉난방부하를 통한 에너지비용 분석, 최대 냉난방부하 산정을 통한 냉난방설비의 적정 설계용량을 제시하였다. 또한 작물 특성, 온실 형상 및 구조적 특징 등의 현장 실측치를 이용하여 온실 내 공기유동 분석을 위한 전산유체역학 시뮬레이션 모델을 설계하였다. 전산유체역학 시뮬레이션 모델의 검증은 하절기 주간에 환기창을 모두 닫아 열을 모은 후 환기를 시작하는 시점부터의 온도변화와 내부 공기유속을 비교하여 수행하였다. 온실의 에너지교환 모델의 검증은 총 5일 간의 현장 실측치와 모델의 연산결과와 비교하여 비교하였으며 내부 기온 비교 (결정계수: 0.83, 일치도: 0.94) 및 작물 증산량 비교 (결정계수: 0.96, 일치도: 0.99) 결과 냉난방부하를 산정하기 적합한 모델로 판단하였다. 이를 통해 산정한 에너지원별 에너지비용 비교 분석 결과 등유보일러 사용 대비 온배수-히트펌프 사용 시 에너지비용 절감율은 평균 68.21%로 산정되었다. 또한 최대 냉방부하 및 난방부하는 각각 512,707, 469.872 kJ·hr<sup>-1</sup>로 현재 설치된 히트펌프의 냉난방용량인 467,381, 397,267 kJ·hr<sup>-1</sup>보다 다소 높게 산정되었다. 이를 통해 추가적인 냉난방부하 절감 방안을 모색할 필요가 있다고 판단하였다. 전산유체역학 시뮬레이션 모델의 검증은 총 3번의 실험 측정치를 이용하여 모델의 연산결과와 비교하였으며 내부 공기유속의 정량적 비교 (결정계수: 0.95, 0.92, 0.96) 및 온실 내부 지점별 기온의 정성적 비교를 통해 모델의 적합성을 확인하였다. 검증된 모델을 이용하여 내부 냉난방 공조시설에 따른 작물 생육환경 조성의 효율성을 적절하게 분석할 수 있을 것으로 판단되며 본 연구에서는 하절기 자연환기 시 풍향, 풍속, 환기조건에 따른 환기율을 분석하였다.
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BES를 이용한 발전소 온배수 활용 온실의 냉난방부하 산정
이승노 ( Seungno Lee ),박세준 ( Sejun Park ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-
전 세계적으로 유가 증가세의 지속으로 인해 시설농업을 위한 난방비는 점차 증가하여 재배 작물에 따라 시설농업경영비 대비 약 30 ~ 60%를 차지하고 있다. 이에 농림축산식품부는 「농업에너지이용효율화사업」을 통하여 2017년까지 농업 분야에 에너지절감시설 10,050 ha, 신재생에너지 2,375 ha 규모의 설치지원을 추진하여 농가의 경영비 부담을 경감시키고 에너지 이용 효율화를 제고하고자 하였다. 현재 여러 농가에서 정부의 지원을 받아 지열냉난방시설, 공기열냉난방시설, 목재펠릿난방 등 여러 형태로 에너지절감시설을 설치하고 운영하여 농가 경영비를 성공적으로 절약하고 있다. 그러나 농가의 위치, 형태, 규모 등에 따라 적합한 절감시설이 다르며 과소 및 과대설계가 되지 않도록 냉난방시설의 용량을 설계하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 제주남부화력발전소에서 방류하는 온배수를 냉난방시설에 활용중인 온실의 냉난방부하 산정을 통해 히트펌프, 팬 코일 유닛 등의 적정설계용량을 제시하고자 한다. 온실을 비롯한 건축물의 냉난방부하를 산정하는 방법으로는 시간에 따른 실내외 환경조건의 평균값을 이용하는 정적 부하 산정법과 시간별 환경조건을 실시간으로 반영하는 동적 부하 산정법이 있다. 정적 부하 산정법은 냉난방 설정 온도를 기준으로 건물 내부 기온과의 차이를 적산하고 전도 및 대류 열손실 등을 온도 및 환기 등 일부 인자로만 정의하여 비교적 단순계산으로 부하를 산정할 수 있으나 실시간으로 변하는 환경조건을 고려하지 못해 정확도가 다소 떨어진다는 단점이 있다. 동적 부하 산정법은 이러한 단점을 보완하여 실시간 일사량, 기온, 풍속, 풍향, 습도 등을 고려하여 시간별 부하량을 산정하고 최대부하량 및 발생시기를 산정할 수 있다. 본 연구의 대상온실은 외피가 투명한 비닐로 이루어져 있기 때문에 일반 건축물에 비해 일사, 풍속, 풍향 등에 더욱 예민하기 때문에 동적 시뮬레이션 상용 프로그램인 TRNSYS(Ver. 17, Wisconsin, USA)를 이용하여 온실의 냉난방부하를 산정하였다. TRNSYS는 발전소 온배수와 같은 신재생 에너지 구현에 특화되어 있지만 주로 일반 건축물을 대상으로 활용되고 있어 피복, 토양, 작물 등 온실의 특이점을 구현하기 위해서는 별도의 모델링을 통하여 냉난방부하 산정 모델에 반영해야 한다. 따라서 본 연구에서는 온실 피복 형상 모델링, 작물 및 토양의 현열, 잠열 교환 모델링을 수행하였다. 각 모델의 정확도 향상을 위해 현장실험을 통해 타당성을 입증하였으며 검증된 모델을 이용하여 10년간 냉난방부하를 산정하였다. 분석 결과 최대냉방부하 1,353,288 kJ/hr, 최대난방부하 736,426 kJ/hr가 산정되었다. 본 연구의 결과를 활용하여 피복 종류, 형상, 작물 종류에 따른 온실의 냉난방부하를 산정하여 냉난방장치의 적정설계용량을 계산할 수 있을 것으로 기대되며 더 나아가 농업에너지이용효율을 제고할 수 있을 것이라고 판단된다.
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온실 공조설비의 적정 설계를 위한 에너지부하 산정 및 내부 공기유동 분석
박세준 ( Sejun Park ),이승노 ( Seungno Lee ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
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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