본 연구는 축산시설 내 설치된 무창기공형 집열기의 배기 방향 및 유량 변화를 통해 벽체에 전달되는 일사를 차단, 이를 통한 냉방효과를 검증하려는 목적의 기초 연구로서 무창기공형 집열기 시험장치를 제작, 배기 유량 변화에 따른 위치별 온도 변화 및 이를 통한 열성능 평가를 수행하였다. 실험 결과, 무창기공형 집열기의 유량조건별 집열판 표면온도는 최고 27.7℃, 배기온도는 최고 약 10.9℃ 온도 차이를 확인하였다. 무창기공형 집열기의 유량조건별 열교환 유효도는 0.48∼0.62, 효율은 30%∼90%의 분포로 나타났다. 집열판 에너지는 유량이 증가함에 따라 감소, 집열기 내부 에너지는 유량이 증가함에 따라 증가하였다. 이를 통해 농업시설 외벽에 설치된 무창기공형 집열기의 여름철 미운용으로 인한 집열판 및 내부 온도상승과 이로 인한 벽체로의 열전달 등 무창기공형 집열기로 인한 역효과를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 집열기 외부로의 강제 배기를 통해 벽체로 직접 투입되는 일사 차단을 통한 냉방효과 또한 구현할 수 있을 것으로 판단된다.

This study was conducted to provide a basis for raising farm income by increasing the yield and extending the cultivation period by creating an environment where crops can be cultivated normally during high temperatures in summer. The maximum cooling load of the multi-span greenhouse with a floor area of 504 m2 was found to be 462,609 W, and keeping the greenhouse under 32°C without shading the greenhouse at a high temperature, it was necessary to fog spray 471.6 L of water per hour. The automatic fog cooling control device was developed to effectively control the fog device, the flow fan, and the light blocking device constituting the fog cooling system. The fog cooling system showed that the temperature of the greenhouse could be lowered by 6°C than the outside temperature. The relative humidity of the fog-cooled greenhouse was 40-80% during the day, about 20% higher than that of the control greenhouse, and this increase in relative humidity contributed to the growth of cucumbers. The relative humidity of the fog cooling greenhouse during the day was 40-80%, which was about 20% higher than that of the control greenhouse, and this increase in relative humidity contributed to the growth of cucumbers. The yield of cucumbers in the fog-cooled greenhouse was 1.8 times higher in the single-span greenhouse and two times higher in the multi-span greenhouse compared to the control greenhouse.

The world energy crisis and the universal interest in comfort buildings are not only leading the thriving Passive House and Nearly Zero Energy House strategies but also encouraging the development of higher performance HVAC systems and alternative energy sources for occupants and sensible energy consumption. However, household appliances have been used to control the indoor environment such as humidifiers, dehumidifiers and air cleaners are became popular, occupants have come to rely on these appliances heavily and are overusing energy on indoor environment manage easily and quickly. In addition, the intense air tightness of current residential buildings makes possible to reduce harmful outdoor conditions but has made the indoor environment isolated from the outdoors. As well, climate change due to global warming and the urban heat island effect have broken the natural bond between humans and the environment. As high-rise, air tight buildings have become the most common residential building type in South Korea, occupants in high-rise residential buildings inevitably lose the chances to have the natural environment by the change of season to feel the warm sunlights of spring and the dry leafy smell on an autumn breeze. In this sense, regional weather data was analysed to establish comfort residential building strategies that commune with nature and o

본 연구에서는 농가현장에 보급되어 있는 350kW (175kW × 2대)급 수직형 지열히트펌프시스템으로 1,650m2 면적의 육묘온실에 2011년 6월 7일부터 9월 18일까지 냉방실험을 수행하여 냉방성능을 분석하고, 농가현장에서 지열히트펌프를 가동함에 있어 보다 효과적인 운용방법을 고려해보고자 하였다. 증발기측 물 온도차는 증발기 입구 물온도가 26.4℃에서 17.1℃로 변할 때 최대 1.7℃, 최소 0.9℃ 차이(평균 1.3℃)를 보였으며, 증발기 입구 물온도가 16.6℃에서 13.1℃로 변할 때 최대 1.1℃, 최소 0.8℃(0.9℃) 차이를 보였다. 히트펌프를 1대(175kW × 1대) 가동하는 경우, 증발기 입구에 유입되는 물온도 13.0~15.5℃(응축기 입구에 유입되는 물온도 19.4~21.2℃) 범위에서 냉방성능계수는 1.1~1.8, 발생한 냉방열량은 68.2~106.8kW, 소비전력은 61.0kW, 히트펌프를 2대(175kW × 2대) 가동하는 경우, 증발기 입구 물온도 10.0~13.0℃(응축기 입구에 유입되는 물온도 18.5~22.2℃) 범위에서 냉방성능계수는 2.0~2.7, 냉방열량은 203.9~262.0kW, 소비전력은 95~98kW 이었다. 6월의 누적 냉방열량은 14,718.6kWh(12,657,996kcal), 누적소비전력은 6,352.0kWh이었으며, 7월은 각각 26,765.1, 11,600.0kWh, 8월은 각각 28,437.2, 12,508.0kWh, 9월은 10,065.0, 5,125.0kWh로 8월이 가장 큰 냉방열량을 나타내었다.

토마토 재배용 상엽용 온실의 여름철 냉방에 최근 국내에서 개발된 저압분무식 포그냉방시스템을 사용하기 위한 시스템 설치 및 관리기술을 규명하기 위하여 저압 포그시스템을 온실에 설치하여 실험을 통하여 그 적용 가능성을 분석하였으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 포그를 분사한 온실이 분사하지 않은 온실보다 온도가 더 낮은 값을 보여 포그분사에 의한 냉방효과가 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 전체적으로 상대습도가 비교적 낮게 나타나 냉각효과를 충분히 얻지 못한 것으로 판단되며, 포그노즐의 설치간격을 더 줄이거나 포그분사 시간을 더 늘리는 등의 조정을 통해서 충분한 냉방효과를 얻을 수 있을 것으로 판단되었다. 온실 전체의 시간에 따른 온도분포는 짧은 시간 동안에는 온도분포의 큰 변화는 없었으나 하루의 긴 시간 동안에는 온도분포의 변화가 다소 크게 나타났다. 이는 포그분사에 따른 온도편차의 발생은 크지 않으나 일사, 공기유동 등 다른 환경요인들에 의해 발생된 편차가 큰 것으로 판단된다. 특히 본 자료에는 나타내지 않았지만 온실 하부에서의 수평방향의 온도편차는 더 크게 나타나는 경향이 있었기 때문에 온도편차를 줄일 수 있는 포그시스템 관리방안에 대한 연구가 필요할 것으로 판단되었다. 앞으로 추가 실험을 통해 자연환기 토마토재배온실의 냉방을 위한 저압포그시스템 설치 및 관리기술을 제시하고자 한다.

Numerical simulation using computational fluid dynamics (CFD) was performed to calculate the predicted mean vote (PMV) based on velocity and temperature profiles of air in a partitioned office building. The office building (W:14.65 m, D:7.57 m, and H:2.63 m) was divided by partitions of 1.5 m height and shared by 7 office workers. Each person uses a personal computer and printer on a desk. One stand-type air conditioner was installed in the corner of the room and operated at the variable flow rate of 35 ㎥/min. In the case study, we assumed that the initial temperature of the room was 303 K and it was cooled down by operating air-conditioner. The outside temperature was fixed at 303 K and the heat flux through the windows was included in the calculation. Heat sources of personal computers, human bodies, fluorescent lamps, and refrigerator were considered. The temperature and PMV values were also calculated to asses the thermal comfort of each person by operating time of air conditioner. It was found that the thermal comfort could be improved by changing the angle of diffuser grill of air conditioner.

하절기 온실재배가 늘어나고 적극적인 온실냉방이 필요해짐에 따라 저비용의 냉방법 개발이 매우 중요해졌다. 경제적인 냉방법을 개발하기 위하여 차광율 수준과 물흘림의 상태가 냉각효과에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 실험분석을 위해 온실모형 모듈을 제작하여 차광율수준과 물흘림수준을 조합 변화시켜가며 경시별 측정을 수행하고 변수의 수준별로 비교분석하였다. 1. 외기건구온도가 상승하면 모듈실내온도도 상승하는 경향이며, 차광막이 있고 물흘림이 있으면 대체적으로 외기온보다는 낮고 물온도보다는 높은 수준을 나타내고 있다. 한편, 물흘림이 없는 경우에는 차광율의 수준간 건구온도변화가 크지 않은 것으로 나타나고 있다. 물흘림이 없이 차광막만 있는 경우 차광율의 수준이 35%에서 75V로 높아질수록 평균내부온도는 낮아졌지만 외부보다는 1.7~4℃ 정도의 높은 온도를 나타내었다. 그러나 물흘림과 차광이 동시에 이루어지는 경우 전체적으로 외부온도보다 낮은 가운데 그 차이가 -0.2~-1.2℃ 정도로 외기평균보다 낮게 나타났다. 그러나 물흘림 수준에 따라서는 차이가 나타나지 않았으며, 물흘림은 골고루 분포되도록 분무해 줄 필요가 있는 것으로 판단되었다. 공급되는 물의 온도는 실내온도에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 2. 차광율수준이 높을 수록 모듈내 흑구온도는 낮게 나타났다. 그러나 차광막만 설치하여서는 외부의 복사광 차단에 의한 냉각효과를 기대하기 어려우며 차광막과 함께 물흘림을 병행해야 복사광 차단과 함께 복사 냉각효과를 함께 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다. 3. 물흘림이 있는 경우 표면온도는 수온이하이거나 수온보다 높더라도 1.2℃ 이상을 넘지 않았으며, 차광수준이 높을수록 표면온도는 더 낮게 나타났다 그 이유는 물의 증발냉각에 의해 표면이 냉각되기 때문으로 분석되었다. 필름표면온도의 평균은 차광막의 수준에 관계없이 비교적 일정한 값을 나타내었으나 물흘림이 없는 경우 차광율의 수준이 놓을 수록 평균온도는 높게 나타났던 바 이는 차광에 의해 외부 복사광이 차광막에 흡수되었기 때문으로 판단되었다. 4. 상대습도는 건구온도가 증가함에 따라 비교적 직선적으로 하강하였으며, 이는 수분의 공급이 따로 이루어지지 않는 한 절대습도가 일정하기 때문에 건구온도가 상승하면 자연스럽게 하강하게 되는 것으로 판단되었다. 차광막이 있거나 물흘림이 있는 경우에는 외기건구온도의 영향에는 영향을 받지 않고 모듈내 건구온도에 따라 변하는 것으로 나타났다.

지열을 이용한 열펌프 시스템이 온실의 냉방과 과채류의 묘소질에 미치는 영향을 구명하였다. 온실 내 기온은 주간에는 차광구에 비해서 포그+차광구가 3~4℃ 낮았고, 야간에는 지열-펌프+차광구가 차광 및 포그+차광구에 비해 5~7℃ 낮았다. 오이, 고추 및 토마토 묘의 초장은 차광이나 차광+포그구에 비해 지열-열펌프+차광구가 가장 짧았고, 엽면적과 건물중은 지열-열펌프+차광구가 다른 처리에 비해 약간 작았다. 결과적으로 건묘지수는 지열을 이용하여 냉방을 한 지열+차광구는 포그+차광구 및 차광구에 비해 모두 높게 나타났다.

본 연구에서는 포그냉방시스템을 수치적으로 시뮬레이션하기 위한 CFD 모델을 개발하였으며, 포그냉방온실에서 측정된 데이터에 의해 개발된 모델의 유효성을 검증하였다. 또한 분무수온, 분무수량, 분무정지시간과 분무입자의 증발률이 포그냉방시스템의 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 개발된 모델을 적용하였다. 시뮬레이션 결과에 의하면, 각 측점에서 실측치와 예측치의 온도차가 무차광조건에서는 0.1~1.4℃, 차광조건에서는 0.2~2.3℃였으며, 상대습도차는 무차광조건에서는 0.3~6.0%, 차광조건에서는 0.7~10.6%였다. 예측치가 실측치와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타나 개발된 모델이 포그냉방시스템의 냉방효과를 예측할수 있는 것으로 판단된다. 포그냉방시스템 성능은 분무수량, 분무정지시간과 분무입자의 증발률의 영향을 많이 받지만 분무수온의 영향은 받지 않는 것으로 나타났다.

근권냉방 방식에 따른 냉방 효율과 토마토 생육 특성을 검토하고자 XL냉수순환, 라디에이타 냉풍, 패드냉풍 및 대조구를 처리한 결과는 다음과 같다. 근권부 냉방온도는 공급수온이 17.8℃일 때 XL 냉수순환구는 18.0℃ 라디에이타 냉풍구는 27.2℃, 패드 냉풍구는 20.3℃였다. 배지 깊이와 시간대별 평균온도는 XL냉수순환구 22.8~24.7℃. 라디에이타 냉풍구 22.7~24.2℃, 패드 냉풍구 20.5~23.2℃, 대조구 25.9~29.6℃를 나타내어 냉방처리구가 대조구에 비해 5~6℃더 낮았다. 토마토의 생육에 있어 엽장. 엽폭은 대조구에 비해 컸으며, 생체중 및 건물중의 경우에서도 비슷한 경향이었다 근활력에 있어 대조구는 45.0ug/g에 비해 근권냉방 처리구는 58.5-62.8 ug/g으로 높았으나. 근권냉방 처리구간에는 큰 차이가 없었다.

포그냉방시스템의 냉방효과는 온실 내부의 상대습도, 공기유동과 밀접한 관계가 있다. 냉방설계용 VETH선도에서 냉발효율은 환기회수의 증가와 그에 상응하는 분무수량의 증가로 인하여 개선될 수 있다. 시간제어방식을 이용한 무차광 실험온실에서 분당 환기회수가 평균 0.77회, 분무수량이 2,009g 일 때 온실 내부의 기온이 31℃로 외부기온과 거의 같게 나타났으며, 이 때의 증발효율은 82%이다. 분당 환기회수가 평균 0.26회, 분무수량이 1.256g인 경우 무냉방 온실의 기온과 비슷한 37.1℃였다. 차광율 70%인 실험온실의 분당 환기환수가 평균 2.59회, 분무수량이 2,009g 일 때, 내부의 상대습도는 증가하나 기온은 하강하지 못했다. 그러나 분당 환기회수가 평균 2.33회, 분무수량이 2,009g인 경우 내부의 기온이 31.4℃로 이 때 온실의 유입구 풍속은 최고 1.9m.s-1였다. 시간제어의 경우 일정간격으로 일정한 수량을 분무하기 때문에 분무입자가 모두 증발하지 못하고 온실 내부에 누적되어 온실 내부의 상대습도를 증가시켜 냉방효율을 감소 시키는 원인이 되고 차광망이 온실내부의 공기흐름을 차단하여 증발효율을 감소시키는 것으로 나타났다. 포그냉방시스템의 냉방효율을 높이기 위해서는 온실 내부의 상대습도에 의한 제어방식과 내부 공기의 순환에 대한 연구가 필요하다.

본 실험에 앞서, 하우스 4개동에 대한 대칭성 실험을 실시하였으나, 각 하우스간에는 최대1℃이내의 작은 온도차만이 계측되었다. 하우스 개폐장치 조작 불능시를 가정하여 천.측창을 인위적으로 폐쇄한 경우, 하우스 내 온도는 외 기온보다 약 16℃ 높은, 즉 사실상 작물이 생육 할 수 없는 고온상태를 나타내었다. 천.측창을 개방한 상태에서는 환기팬을 추가로 가동시키더라도 이에 따른 추가적인 실온저하는 관찰되지 않았다. 비교적 분무 입경이 큰 스프링클러에 의한 환수시의 냉각효과를 검토한 결과, 하우스 내 온도는 스프링클러 작동과 동시에 급속히 하강함으로서, 관수는 하우스 실온저하에 크게 기여하고 있음이 확인되었다. 스프링클러 관수시와 비관수시로 구분하여 하우스 내 열환경을 비교한 결과, 관수시와 비관수시 모두 하우스의 천.측창을 개방하여 외기를 도입한 경우가 하우스 실온 저하에 효과적으로 작용한 것으로 조사되었다. 하우스 내 작물 체감온도에 근사한 온도지표인 실내 흑구온도는 비관수시의 경우 실내 공기온도보다 현저히 놀게 나타났으나, 관수시의 온도는 실내 공기온도에 근접한 온도를 나타내었다. 비관수시 천.측창을 개방한 경우 하우스 내 온도분포는 연직방향, 수평방향 모두 1℃ 정도의 극히 작은 온도차만이 계측됨으로서, 하우스 내는 극히 균일한 온도를 유지하고 있음이 확인되었다

현장조사 결과 패드-팬 시스템의 경우 6개 농가 모두 사용하고 있었으며, 온실 내기온은 외부기온보다 2~5℃ 낮았다. 이시스템의 냉방효율은 평균 77.4% 이었으며, 외부의 상대습도가 60%이하 일 경우 냉방 효율이 높았다. 포그 시스템의 경우 현장조사에서 9농가 중 6농가가 사용을 못할 정도로 많은 문제점이 발견되었다. 포그입경, 분무수량, 운영 방법등 개선해야 할 사항이 많았다. 실험온실의 경우도 노즐의 설치 위치와 제어방법에서 문제점이 발견되었다. 포그입자가 커 증발하지 못하고 대부분이 바닥과 차광망으로 낙하하였고, 지역 기상조건을 고려하지 못한 제어방법으로 냉방효과를 떨어뜨리고 있었다. 냉방효과를 높이가 위하여 노즐의 위치 선정, 제어방법에 대한 연구가 수행되어야 하며, 지역적 기상특성을 고려한 연구와 내부 습도를 낮게 유지하는 연구도 수행되어야 할 것이다.