온실 난방용 소요 FCU 결정

김하늘 ( Haneul Kim ),최만권 ( Mankwon Choi ),윤성욱 ( Sungwook Yun ),윤용철 ( Yongcheol Yoon ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

노지재배가 주를 이루던 우리나라의 농업은 조금씩 시설농업의 비중이 증가하고 있다. 시설농업은 제철이 아닌 작물에게 열을 공급, 제거하여 보다 양호한 재배환경을 조성한다. 2012년 50,451 ha 이었던 농업시설 면적은 2013년 51,058 ha까지 증가하였다. 이는 전년대비 1.2% 정도 증가한 것이다. 이렇게 농업시설면적이 늘어나면서 많은 작물을 쉽게 접할 수 있게 되었다. 한편, 최근 산업의 발달과 함께 화석연료의 이용이 늘어나면서 탄소배출량이 문제로 대두되고 있다. 이는 농업 시설도 예외는 아니다. 따라서 화석연료의 이용을 줄이기 위하여 신재생 에너지의 연구가 진행 중에 있는데, 태양열, 지열 또는 온실에서 환기에 의하여 배출되는 잉여 태양에너지를 이용한 난방 등이 바로 그것이다. 하지만 잉여 태양에너지 회수에 이용되는 농업용 Fan coil unit(이하 FCU)는 그 종류가 다양하고 설계 기준이 정해져 있지 않아 이용에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 잉여태양에너지를 이용한 온실의 난방을 위하여 잉여 태양에너지의 축열 등에 사용되는 FCU의 적정 설계에 대하여 이론적으로 검토하였다. 대상 온실은 경상대학교 기상대내에 위치한 유리 온실이며, 그 규격은 6.0×4.6×10.0 m 이다(측고 3.3 m). 농가보급용FCU는 시중에 판매중인 농업용 FCU(JACOOLER, CSTI-1)를 이용하였다. FCU의 풍속측정은 열선 풍속계(KANOMAX, CLIMOMASTER - 6511)를 이용하여 덕트 중심에서 외부로 총 9개의 지점에서 각 10회에 걸쳐 측정 실험을 실시하였으며, FCU의 풍량은 평균 풍속과 덕트의 단면적의 곱으로 구하였다. FCU의 산정은 위와 같은 방법으로 한 대의 FCU 풍량을 측정하여 이론적으로 계산하였다. 실험결과 FCU 1대의 평균 풍속은 3.27 m/sec, 풍량은 18.88 ㎥/sec로 나타났다. 본 풍량을 가진 FCU에 유출·입수의 온도차가 2℃ 정도일 때 흡수가능 잉여 태양에너지는 581.26 kcal/sec 정도이며, 대상 온실에서 효율적인 잉여 태양에 너지 회수를 위하여 FCU의 단위체적당 약 0.035대 정도의 FCU가 필요한 것으로 나타났다.

태양에너지를 이용한 온실의 난방효과 분석

신익수 ( Yiksoo Shin ),여욱현 ( Ukhyeon Yeo ),윤용철 ( Yongcheol Yoon ),( Hyeontea Kim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

국내 시설원예 면적은 2010년 말 현대 약 52,000ha 정도 이고, 이중 가온면적은 약 30% 정도로서 최근 가온면적이 약간 증가하는 추세에 있다. 그리고 난방비가 차지하는 비중은 30~50%정도로서 시설원예 농가의 경영이 더욱 위축되고 있는 설정이다. 따라서, 본 실험에서는 난방에너지로 사용할 목적으로 태양열 집열기와 FCU(Fan Coil Unit)를 이용하여 태양에너지를 축열하였다. 평판형 태양열 집열기(KSC002)의 경우, 축열조 용량 및 집열판의 유효면적은 각각 1,500L, 25.01㎡이고, 진공관형 태양혈 집열기(TZ58/2000-25G)의 경우는 축열조 용량 및 집열판의 유효면적이 각각 500L, 7.8㎡이다. 진공관의 경우, 실험 초기에는 자연 순환식으로 이용하였으나 축열 효율을 높이기 위하여 순환펌프(GRUNDFOS, UPS 15-62 130)를 설치하였다. 축열조에 축열된 열은 일몰 직후부터 열 회수용 물을 일정하게 순환시켜 회수하였으며, 순환시킨유·출입수 수온이 같아지는 시점을 저장된 열이 모두 회수된 것으로 하였다. 수온은 온도센서(Thermocouple, T-type)와 Date logger(GL-800)를 이용하여 30초 간격으로 측정하였으며, 순환유량은 유량계(SD-15)를 이용하여 측정하였다. 그리고 FCU은 온실에서 주간동안 환기에 의해 배출되는 에너지, 즉 잉여태양에너지를 회수하여 축열할 목적으로 수행되었다. 실험대상 온실은 유리온실(Wide span)로서 규모는 폭 6.0m, 길이 10.0m, 측고 3.3m, 동고 4.6m이다. FCU으로 회수한 열은 길이 8.0m, 직경 0.6m인 플라스틱 필름을 이용한 약 1,400L 정도의 Water Bag과 용량이 1,000L 정도인 FRP(Fiber Reinforced Plastic) 탱크를 온실 바닥에 설치하여 축열되도록 하였다. 이상과 같이 축열된 태양에너지는 야간에 FCU를 이용하여 난방에 이용할 수 있도록 하였다. FCU에 의한 축열 및 방열은 순환펌프(PH-125W, 20L/min)를 이용 하였으며, 순환유량은 유량계(SD-15)를 이용하여 측정하였다. 그리고 온실 내·외부의 건·습구온도, 유·출입수의 수온은 온도센서(Thermocouple, T-type)와 Date logger(GL-800)를 이용하여 2분 간격으로 측정하였으며, 축열 및 방열시간은 타이머를 사용하였다. 태양열 집열기를 이용한 실험은 2012년 3월 15일~7월 28일 까지 실시하였고, 평판 및 진공관에 의해 회수된 일일 평균 열량은 각각 46,198.7kcal 및 24,252.9kcal 정도이었다. 그리고 FCU의 실험은 3월24일~7월 28일까지 실시하였으며, Water bag인 경우, 실험기간동안 전체 축열 및 방열량은 각각 500,076.3kcal 및 563,070.1kcal 정도였으며, FRP에 의한 축열 및 방열량은 각각 628,901.9kcal 및 603,245.5kcal 정도로 나타났다.

버섯재배사의 공조시스템 설계에 대한 연구

류경진(Kyung-Jin Ryu),손재환(Jae-Hwan Son),한창우(Chang-Woo Han),나규동(Kyu-Dong Nah) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.2

온실에서 버섯을 재배할 때 균일한 온도 분포가 되도록 하는 것이 중요하다. 지하 공기를 이용하여 비닐 하우스, 버섯재배사에 일정 온도의 공기를 공급하며 균일하게 유지하게 한다. 버섯재배사 구조는 7단 4열의 다배열 균상들 사이의 공기 흐름을 원활히 하고 위, 아래 균상 간의 환경 차이를 방지한다. 0.5m/s의 속도로 유입되는 공기는 초기 내부온도 간의 차이에 따라 밀도 차에 따른 부력에 의한 효과 역시 무시할 수 없으며, 온실내의 유동 해석을 통해 적정 온도가 균등하게 분포하도록 FCU(Fan Coil Unit)와 Fan의 위치를 정해야 한다. 본 연구에서는 유동해석을 통해 FCU와 Fan으로 구성된 샌드위치 단열 패널형의 버섯재배사의 공조시스템을 설계할 수 있었다. 그리고 재배사 내부의 온도 및 유동 해석을 통해 FCU(유입구)와 Fan(출구)의 위치가 서로 다른 Case에서 유입되는 공기의 순환 경로가 길어지면서 비교적 균일한 온도분포를 갖는데 유리함을 알 수 있었다. 따라서 이러한 환경 개선을 통해 버섯의 생육 및 품질 균일성을 도모할 수 있었다. It is important to ensure a uniform temperature distribution in greenhouses for the mushroom cultivation. The air temperature of the mushroom cultivation greenhouse is made uniform by supplying a constant air temperature with the underground air. The mushroom cultivation array in a greenhouse in seven columns and four rows can make smooth air flows between the rows and prevent air differences between the top and bottom. The buoyancy effect in the entering air of 0.5m/s based on following density difference depending on initial internal temperature needs to be considered. The locations of the Fan Coil Unit (FCU) and fan were defined through flow analysis in a greenhouse to distribute the optimal uniform temperature. In this study, the air conditioning system of a greenhouse with a sandwich heat insulting panel shape which is composed of a FCU and fan was designed by flow analysis. A relatively uniform temperature distribution can be formed because the circulation path of air becomes longer in the different locations of the FCU (inlet) and fan (outlet) through the internal temperature and flow analysis. The cultivation and quality uniformity of the mushrooms could be promoted through these environmental improvements.

분광측색계에 의한 착색 수돗물 시험방법 연구

김동헌,이종금,오지윤,김기태,전항배 대한상하수도학회 2023 상하수도학회지 Vol.37 No.4

This study focuses on the application of a new measurement method that quantifies the residual color of filtered water using a spectrocolorimeter after filtering the discolored substances. It was confirmed through the color and turbidity cross-test that the discolored substances cannot be measured effectively with the current legal color and turbidity test method. Therefore, the National Institute of Environmental Research's filter testing method, which involves filtering the sample through 0.45 μm filter and visually inspecting the color, was improved. A membrane filter colorimetry (MFC) method was established by measuring the color difference (ΔE*ab(65)) of the filtered filter using a spectrophotometer and expressing it as filter color unit (FCU). Using the MFC method, the FCU for reference materials such as iron and manganese, as well as field samples, was measured. The results showed a high correlation with turbidity, and the color difference patterns varied depending on the type of reference materials and field samples. This indicates that the MFC method is an effective new measurement method of discolored tap water.

Time Delay Compensation for Hardware-in-the-loop Simulation of a Turbojet Engine Fuel Control Unit Using Neural NARX Smith Predictor

Mostafa Nasiri,Morteza Montazeri-Gh,Amin Salehi,Elham Bayati 제어·로봇·시스템학회 2021 International Journal of Control, Automation, and Vol.19 No.10

Hardware-in-the-loop (HIL) simulation is an effective technique that is used for development and testing of control systems while some of the control loop components are simulated in a proper environment and the other components are real hardware. In a conventional HIL simulation, the hardware is an electronic control unit which electronic control signals are communicated between the hardware and the software. But, HIL simulation of a mechanical component requires additional transfer systems to connect the software and hardware. The HIL simulation can achieve unstable behavior or inaccurate results due to unwanted time-delay dynamic of the transfer system. This paper presents the use of Smith predictor for time-delay compensation of transfer system in the HIL simulation of an electro-hydraulic fuel control unit (FCU) for a turbojet engine. A nonlinear auto regressive with exogenous input (NARX) neural network model is used for modeling and predicting the FCU behavior. The neural model is trained by Levenberg-Marquardt algorithm and the training and validation sets are generated using the amplitude modulated pseudo random binary sequence (APRBS). The consistency of the experimental real-time simulation and off-line simulation shows the applicability of the presented method for mitigating the effect of unwanted dynamic of the transfer system in the HIL simulation

공기열원 히트펌프와 잉여 태양에너지를 이용한 온실의 난방 분석

김하늘 ( Haneul Kim ),최만권 ( Mankwon Choi ),윤성욱 ( Sungwook Yun ),윤용철 ( Yongcheol Yoon ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-

국내의 시설채소 및 화훼류 온실 면적은 꾸준히 증가하다가 2012년도를 기점으로 서서히 정체되는 추세를 보이고 있는데, 이는 농촌 노동인구의 노령화 및 에너지 비용의 상승 등을 원인으로 볼 수 있다. 가온면적 또한 2000년 25%를 기점으로 꾸준히 증가하는 추세에 있어, 에너지 비용의 상승은 농가에 있어서 큰 부담으로 작용하고 있다. 에너지의 사용이 증가함에 따라 발생하는 온실가스의 배출량 역시 국제적인 문제가 되고 있는데, 본 연구에서는 에너지 비용의 절감, 온실가스 배출량의 감소가 가능한 보다 효율적인 난방 방법을 모색하던 중 공기열원 히트펌프와 온실에서 환기에 의해 배출되는 에너지 즉 잉여태양에너지 및 태양열 집열기를 이용하여 축열량 및 이들 에너지를 이용한 온실의 난방효과를 실험적으로 검토하였다. 본 연구에서 실험대상 온실은 경상대학교 기상대내에 위치한 유리온실로 규격은 6.0×4.6×10.0 m이고 측고는 3.3 m 이다. 축열 탱크의 용량은 2,700 L 이며, FCU 의 규격은 1,440×2,060 mm로 중방 3곳에 각각 2개씩 총 6개를 설치하였다. 히트펌프는 공기를 열원으로 사용하는 히트펌프이다. 실험은 주간에 온실내부에 축적되는 잉여 태양에너지를 이용하여 순화수를 가열 한 후, 축열조에 축열한다. 이렇게 가열이 된 축열조의 순환수를 야간에 히트펌프로 순환시켜 설정온도까지 가열한 후 온실로 재순환 한다. 태양열 집열기의 경우, 축열조와 집열기 간의 물 순한 경로와 열 교환소요 시간이 너무 길어 직접 순환 실험은 실시하지 않았으며, 추후 실험과 집열기의 성능 측정을 위하여 별도로 실험을 실시하였다. 또한 온실내부에 작물은 재배하지 않았으며, 환기팬 또한 작동시키지 않았다. 그리고 야간에는 측창, 천창 및 수평커튼을 닫은 상태로 실험을 실시하였다. 실험결과 총 태양광 집열량은 856,742.6 kcal 정도로 나타났는데 이는 경유 101.8 L 정도의 열량이며, 절감탄소량은 259.7 kgCO₂정도였다. 잉여 태양에너지는 357,946.7 kcal로 44.7 L 의 경유사용과 116.9 kgCO₂를 절감할 수 있는 것으로 나타났다. 히트펌프의 경우, 80일간 총 축열량은 17,519,085.3 kcal 였고, 이 때 소비된 소비전력량은 7,169.6 kWh 정도였으며 성능계수는 2.84 정도 이었다. 온실로 공급된 난방에너지는 최저 외기온과 유사한 경향을 나타내는 것으로 나타났으며, 실제 히트펌프에서 축열된 열량의 약 54.5% 정도만 이용하는 것으로 나타났는데, 이는 난방시스템의 개선이 필요할 것으로 판단되었다. 실험기간동안의 태양열 집열기, 잉여태양에너지 및 히트펌프에 의한 축열량을 전부 이용할 경우 탄소 배출량은 5403.5 kgCO₂정도 절감시킬 수 있을 것으로 나타났다.

히트펌프와 잉여 태양에너지를 이용한 축열 및 온실의 난방효과

김하늘,최만권,윤성욱,김현태,민영봉,윤용철 경상대학교 농업생명과학연구원 2014 농업생명과학연구 Vol.48 No.6

본 연구는 공기열원 히트펌프 온실에서 환기에 의해 배출되는 에너지 즉 잉여 태양에너지 및 태양열 집열기를 이용하여 축열량 및 이들 에너지를 이용한 온실의 난방효과를 실험적으로 검토하였다. 태양열 집열기의 경우, 실험기간동안 누계 수평면 일사량의 최대, 평균 및 최솟값은 각각 52.2, 22.9 및 3.2 MJ․m-2이었고, 총 일사량은 869.8 MJ․m-2 정도였다. 그리고 집열량의 최대, 평균 및 최솟값은 각각 38,118.2, 22,545.9 및 2,622.1 kcal 정도였고, 총 집열량은 856,742.6 kcal 정도인 것으로 나타났다. 잉여 태양에너지의 경우, 여러 가지 요인에 의해서 온실로부터 회수되는 열량은 다르지만, 온실로부터 회수된 총 잉여 태양에너지는 375,946.7 kcal 정도인 것으로 나타났다. 히트펌프의 경우, 설정온도를 고려하지 않고 축열된 총 축열량은 17,519,085.3 kcal이고, 이 때 소비된 소비전력량은 7,169.6 kWh정도이었고, 시스템의 성능계수는 2.84정도이었다. 그리고 온실로 공급된 난방에너지는 최저 외기온과 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났으며, 실험기간동안 총 난방에너지는 9,554,541.9 kcal로서 시간당으로 환산하면 평균 6,653.1 kcal․h-1정도인 것으로 나타났다. 특히 실제 히트펌프에 의해 축열된 량의 54.5%정도만 이용하는 것으로 나타나 난방시스템의 개선이 필요할 것으로 판단되었다. 실험기간동안 태양열 집열기, 잉여 태양에너지 및 히트펌프에 의한 축열량을 난방에너지로 100.0% 이용할 경우, 탄소배출량은 각각 259.7, 116.9 및 5,403.5 kgCO2정도 절감시킬 수 있을 것으로 나타났다. This study examined through an experiment the heating effects of a greenhouse by using energy discharged from air source heat pumps and greenhouses through ventilation or surplus solar energy, solar collectors with their storage of heat, and their energy. The maximum, mean, and minimum volume of a solar collector's aggregate horizontal solar radiation during the experiment period were 52.2, 22.9 and 3.2 MJ․m-2, respectively, with total solar radiation of 869.8 MJ․m-2. The maximum, mean, and minimum volume of a solar collector's collection of heat were 38,118.2, 22,545.9 and 2,622.1 kcal, respectively, with total collection of heat of 856,742.6 kcal. There were differences in the amount of surplus solar energy collected from a greenhouse due to several factors, but total surplus solar energy collected from a greenhouse was 375,946.7 kcal. The total storage of heat of a heat pump with no consideration of set temperature was 17,519,085.3 kcal with consumed electricity of 7,169.6 kWh and the system performance coefficient of 2.84. In addition, heating energy supplied into a greenhouse showed a similar trend to the lowest outside air temperature. During the experiment period, total heating energy was 9,554,541.9 kcal, which was translated to mean 6,653.1 kcal․h-1 per hour. Only 54.5% of heat energy stored in a heat pump was put to actual use, which raises a need to improve heating systems. If the heat energy stored in solar collectors, surplus solar energy, and heat pumps had been used heating energy 100.0% during the experiment period, carbon emissions would have been reduced by 259.7, 116.9 and 5,403.5 kgCO2, respectively.

주파수 감응식 쇽업소버와 수동형 쇽업소버의 성능비교 분석

노대경(Daekyung Noh),서원진(Wonjin Seo),윤주섭(Jooseop Yun),장주섭(Joosup Jang) 한국자동차공학회 2015 한국 자동차공학회논문집 Vol.23 No.4

Various forms of passive shock absorber have developed to supplement performance which is poorer than that of active shock absorber. It is called ‘Hybrid Conventional Damper (HCD)’. Frequency sensing shock absorber that this study will cover belongs to the HCD. This study aims to demonstrate that performance of frequency sensing shock absorber is superior than that of passive shock absorber. Study process is as follows. Firstly, analysis models for both passive shock absorber and frequency sensing shock absorber are developed to secure reliability. Then, elements which cause difference of ride quality are found out through comparison of hysteresis characteristics. By comparison of frequency characteristic, furthermore, damping principle of frequency sensing shock absorber is understood. Also, it determines if the absorber performs well even though maximum excitation speed is changed. Finally, the study proves that performance of frequency sensing shock absorber is superior than that of passive shock absorber after comparing change of damping power in excitation condition that various frequencies are mixed.

팬코일유닛을 이용한 온실 내 이산화탄소 공급기술에 관한 연구

백이,강석원,김영화,장재경 한국기계기술학회 2017 한국기계기술학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.12

최신 연구시설의 설비 계획

홍민호(Min-Ho, Hong),이수연(Soo-Youn, Lee),연창근(Chang-Kun, Yeon),박성조(Sung-Jo, Park) 대한설비공학회 2015 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2015 No.11

This case study aims to provide mechanical systems by introducing the recently designed R&D center projects.