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문제 정의
- 국내 온실냉방법으로는 환기와 차광법을 많이 채택하고 있으며, 유리온실의 경우 약 33% 정도 지붕스프링클링을 채택하고 있는 것으로 보고 되고 있다나, 2000). 본 연구에서는 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.
- 냉방효과분석을 위하여 측정한 항목은 건구온도, 흑구온도, 이슬점온도, 공급수온, 필름커 버표면온도 , 모듈내 바닥표면온도 , 상대 습도이 었다. 냉방방법도입에 따른 광품질을 평가하기 위해 조도, 광량, 파장대별 광강도를 측정하여 추가분석에 사용하고자 하였다. 건구온도는 K 타입의 열전대를 사용하였으며, 각 항목의 측정을 위해 Testa 177-H1 온습도로거, Testo 177-T4 온도로거, Sato SK-L200TH-a 온습도로거, Testo 545 Luxmeter, 흑구온도계와 같은 계측기를 사용하였다.
- 국내 온실냉방법으로는 환기와 차광법을 많이 채택하고 있으며, 유리온실의 경우 약 33% 정도 지붕스프링클링을 채택하고 있는 것으로 보고 되고 있다나, 2000). 본 연구에서는 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.
- 본 연구에서는 온실외부피복재의 차광막의 수준과 물흘림수준에 따른 냉방효과를 비교분석하는 것이다. 온실모형 모듈을 합판으로 제작한 후 상단에 필름커버와 차광막을 설치하고 탱크내에 수돗물을 저장하여 물흘림이 되도록 하여 그 수준에 따른 냉방효과를 비교분석하는 것이다.
제안 방법
- 5. Dry bulb temperature difference between module inside and outside air depending on the dry bulb temperature of the outside air for the water flow rate test.
- 사각형모형은 전면의 하반부를 개방하여 외부공기가 들어오도록 하고 후면의 상단부를 개방하여 내부공기가외부로 나가도록 하였다. 그리고 태양광이 수직으로 입사하도록 입사각을 고려하여 모듈사각형의 바닥이 수평으로부터 15°경사지도록 제작하였다. 모듈은 수준별로 하여 전부 8개를 제작하였다.
- 오후의 물흘림량의 수준은 각 모듈에서 각각 l, 000cc/min으로 하였다. 냉방효과분석을 위하여 측정한 항목은 건구온도, 흑구온도, 이슬점온도, 공급수온, 필름커 버표면온도 , 모듈내 바닥표면온도 , 상대 습도이 었다. 냉방방법도입에 따른 광품질을 평가하기 위해 조도, 광량, 파장대별 광강도를 측정하여 추가분석에 사용하고자 하였다.
- 물의 유량의 영향을 알아보기 위하여 물흘림이 있는 3개 모듈, 즉, C00WF1-C00WF3 모듈의 차광막을 차광율수준이 55%인 것으로 설치하고 물흘림수준을 각각 조절하여 3수준으로 하였다. 물의 유량은 밸브로 조절하였으며, 유량의 계측은 정량비커로 흐르는 물을 받아 차는 시간을 재어 계산하였다. 공급유량은 차광막의 섬유가 젖는 것을 전제로 하여 F1은 l.
- 물흘림은 크기가 가로×세로×높이가 830× 510 ×650mm인 물탱크를 바닥에서 2m 높이에 설치하여 중력에 의하여 물이 배관을 따라 공급되도록 하였으며, 밸브 개폐량게 따라 유량조절이 되도록 하였다. 물의 유량의 영향을 알아보기 위하여 물흘림이 있는 3개 모듈, 즉, C00WF1-C00WF3 모듈의 차광막을 차광율수준이 55%인 것으로 설치하고 물흘림수준을 각각 조절하여 3수준으로 하였다. 물의 유량은 밸브로 조절하였으며, 유량의 계측은 정량비커로 흐르는 물을 받아 차는 시간을 재어 계산하였다.
- 차광율의 수준은 차광막을 전혀 설치하지 않은 것과 차광율수준이 각각 35, 55, 75% 되는 것을 사용하였으며, 차광막은 경안섬유회사에서 제작한 폴리프로필렌으로 제조된 검은색 차광막을 모듈크기에 맞추어 잘라 부착하였다. 물흘림은 크기가 가로×세로×높이가 830× 510 ×650mm인 물탱크를 바닥에서 2m 높이에 설치하여 중력에 의하여 물이 배관을 따라 공급되도록 하였으며, 밸브 개폐량게 따라 유량조절이 되도록 하였다. 물의 유량의 영향을 알아보기 위하여 물흘림이 있는 3개 모듈, 즉, C00WF1-C00WF3 모듈의 차광막을 차광율수준이 55%인 것으로 설치하고 물흘림수준을 각각 조절하여 3수준으로 하였다.
- 실험분석을 위해 온실모형 모듈을 제작하여 차광율수준과 물흘림수준을 조합 변화시켜가며 경시별 측정을 수행하고 변수의 수준별로 비교분석하였다. 분석항목은 외기건구온도와 수온의 변화에 따른 온실모형내의 건구온도와 흑구온도, 상대습도의 변화, 물흘림의 유랑과 차광율의 수준에 따른 각 변수의 변화, 필름커버 표면온도의 변화와 다른 변수와의 관계, 무차원온도변화 등이며, 이러한 분석을 통하여 수온의 영향, 차광율수준의 영향, 물흘림 유량의 영향, 그 조합의 영향을 비교분석함으로서 합리적인 최적 냉방조건을 규명하고자 하였다.
- 온실모형 모듈을 합판으로 제작한 후 상단에 필름커버와 차광막을 설치하고 탱크내에 수돗물을 저장하여 물흘림이 되도록 하여 그 수준에 따른 냉방효과를 비교분석하는 것이다. 실험모듈의 제작은 상단을 플라스틱필름커버로 덮은 다음 차광율수준별로 차광막을 덧씌워 처리하였다. 모듈의 크기는 가로X 세로 X높이 503 X 503x517mm로 하고 합판의 두께는 13mm로 하였다.
- 본 연구에서는 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. 분석항목은 외기건구온도와 수온의 변화에 따른 온실모형내의 건구온도와 흑구온도, 상대습도의 변화, 물흘림의 유랑과 차광율의 수준에 따른 각 변수의 변화, 필름커버 표면온도의 변화와 다른 변수와의 관계, 무차원온도변화 등이며, 이러한 분석을 통하여 수온의 영향, 차광율수준의 영향, 물흘림 유량의 영향, 그 조합의 영향을 비교분석함으로서 합리적인 최적 냉방조건을 규명하고자 하였다.
- 건구온도는 K 타입의 열전대를 사용하였으며, 각 항목의 측정을 위해 Testa 177-H1 온습도로거, Testo 177-T4 온도로거, Sato SK-L200TH-a 온습도로거, Testo 545 Luxmeter, 흑구온도계와 같은 계측기를 사용하였다. 실험은 경상대학교 농장에 8개의 모듈을 설치하여 수행하였고, 측정방법은 오전 8시 50분부터 물을 공급하면서 9시부터 10분간격으로 데이터를 측정 저장하였다. 오후 12시 40에는 얼음을 넣어 공급수 온도를 저온으로 공급하기 시작하였으며, 일사량변화가 거의 종료된 오후 5시 30분에 실험을 종료하였다.
- 무차원온도가 수온이나 다른 변수에 따라 어떻게 변하는지 분석할 때 매우 유리하다. 여기서는 외기온이 상승함에 따라 실내온도도 상승한다고 보고 실내온도를 외기온도로 나누어 무차원온도로 변환하여 분석하여 보았다. 무차원온도로 변환할 때의 기준온도는 측정시점의 외기건구온도에 2* 73.
- 7L/min이었다. 오전의 유량영향 실험에서 모듈은 Table 1에 나타낸 바와 같이 C00WF2 모듈은 차광막이 없이 유량을 F2 수준으로 하여 차광막이 있으면서 유량 F2인 경우와 비교하도록 하였으며, 차광막이 있는 경우 차광율수준을 모두 55%로 하고 유량수준을 각각 Fl, F2, F3의 3수준으로 하여 비교하였다. 이때의 모듈명은 각각 C55WF1, C55WF2, C55WF3으로 하였다.
- 동시에 물흘림이 없는 경우의 무차광과 차광율수준에 따른 분석을 위해 각각 COO, C35, C55, C75 모듈을 설치하였다. 오후의 저온영향실험을 위해 물흘림이 있는 모듈은 차광막의 수준을 각각 0, 35, 55, 75%로 하고 제조된 저온수를 공급하여 실험하였으며, 이때 물홀림이 없는 모듈은 오전과 동일하게 배치하여 실험하였다. 물의 온도는 물공급탱크내에 시판되는 7kg 무게단위의 얼음덩어리를 약 140kg을 주기적으로 넣어서 조절하였다.
- 것이다. 온실모형 모듈을 합판으로 제작한 후 상단에 필름커버와 차광막을 설치하고 탱크내에 수돗물을 저장하여 물흘림이 되도록 하여 그 수준에 따른 냉방효과를 비교분석하는 것이다. 실험모듈의 제작은 상단을 플라스틱필름커버로 덮은 다음 차광율수준별로 차광막을 덧씌워 처리하였다.
- 모듈은 수준별로 하여 전부 8개를 제작하였다. 차광율의 수준은 차광막을 전혀 설치하지 않은 것과 차광율수준이 각각 35, 55, 75% 되는 것을 사용하였으며, 차광막은 경안섬유회사에서 제작한 폴리프로필렌으로 제조된 검은색 차광막을 모듈크기에 맞추어 잘라 부착하였다. 물흘림은 크기가 가로×세로×높이가 830× 510 ×650mm인 물탱크를 바닥에서 2m 높이에 설치하여 중력에 의하여 물이 배관을 따라 공급되도록 하였으며, 밸브 개폐량게 따라 유량조절이 되도록 하였다.
대상 데이터
- 냉방방법도입에 따른 광품질을 평가하기 위해 조도, 광량, 파장대별 광강도를 측정하여 추가분석에 사용하고자 하였다. 건구온도는 K 타입의 열전대를 사용하였으며, 각 항목의 측정을 위해 Testa 177-H1 온습도로거, Testo 177-T4 온도로거, Sato SK-L200TH-a 온습도로거, Testo 545 Luxmeter, 흑구온도계와 같은 계측기를 사용하였다. 실험은 경상대학교 농장에 8개의 모듈을 설치하여 수행하였고, 측정방법은 오전 8시 50분부터 물을 공급하면서 9시부터 10분간격으로 데이터를 측정 저장하였다.
- 이때의 모듈명은 각각 C55WF1, C55WF2, C55WF3으로 하였다. 동시에 물흘림이 없는 경우의 무차광과 차광율수준에 따른 분석을 위해 각각 COO, C35, C55, C75 모듈을 설치하였다. 오후의 저온영향실험을 위해 물흘림이 있는 모듈은 차광막의 수준을 각각 0, 35, 55, 75%로 하고 제조된 저온수를 공급하여 실험하였으며, 이때 물홀림이 없는 모듈은 오전과 동일하게 배치하여 실험하였다.
- 그리고 태양광이 수직으로 입사하도록 입사각을 고려하여 모듈사각형의 바닥이 수평으로부터 15°경사지도록 제작하였다. 모듈은 수준별로 하여 전부 8개를 제작하였다. 차광율의 수준은 차광막을 전혀 설치하지 않은 것과 차광율수준이 각각 35, 55, 75% 되는 것을 사용하였으며, 차광막은 경안섬유회사에서 제작한 폴리프로필렌으로 제조된 검은색 차광막을 모듈크기에 맞추어 잘라 부착하였다.
- 실험모듈의 제작은 상단을 플라스틱필름커버로 덮은 다음 차광율수준별로 차광막을 덧씌워 처리하였다. 모듈의 크기는 가로X 세로 X높이 503 X 503x517mm로 하고 합판의 두께는 13mm로 하였다. 사각형모듈은 바닥으로부터 480mm 높이에 배치하였으며, 장치의 도면은 Fig.
- 오전의 유량영향 실험에서 모듈은 Table 1에 나타낸 바와 같이 C00WF2 모듈은 차광막이 없이 유량을 F2 수준으로 하여 차광막이 있으면서 유량 F2인 경우와 비교하도록 하였으며, 차광막이 있는 경우 차광율수준을 모두 55%로 하고 유량수준을 각각 Fl, F2, F3의 3수준으로 하여 비교하였다. 이때의 모듈명은 각각 C55WF1, C55WF2, C55WF3으로 하였다. 동시에 물흘림이 없는 경우의 무차광과 차광율수준에 따른 분석을 위해 각각 COO, C35, C55, C75 모듈을 설치하였다.
- 8℃범위로 제어되었다. 이때의 물흘림이 있는 모듈명은 COOWL, C35WL, C55WL, C75WL으로 하였다. 오후의 물흘림량의 수준은 각 모듈에서 각각 l, 000cc/min으로 하였다.
성능/효과
- 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.
- 2. 차광율수준이 높을 수록 모듈내 흑구온도는 낮게나타났다. 그러나 차광막만 설치하여서는 외부의 복사광 차단에 의한 냉각효과를 기대하기 어려우며 차광막과 함께 물흘림을 병행해야 복사광 차단과 함께 복사냉각효과를 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.
- 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.
- 그러나 물홀림 수준에 따라서는 차이가 나타나지 않았으며, 물흘림은 골고루 분포되도록 분무해 줄 필요가 있는 것으로 판단되었다. 공급되는 물의 온도는 실내온도에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
- 2℃정도로 외기평균보다 낮게 나타났다. 그러나 물홀림 수준에 따라서는 차이가 나타나지 않았으며, 물흘림은 골고루 분포되도록 분무해 줄 필요가 있는 것으로 판단되었다. 공급되는 물의 온도는 실내온도에 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
- 68 범위로 나타난 것으로 보아도 알 수 있다. 그러나 오전 유량실험자료를 물의 온도와 건구온도를 모두 무차원화하여 분석한 결과 물흘림이 있는 모듈에서의 상관계수가 0.71~0.86 정도로 높아지는 것을 알수 있으며 이러한 경향은 차광율의 수준이 높아질 수록 커지는 것으로 나타났다. 이러한 경향의 원인은 외기온에 따라 물탱크속의 물온도가 서서히 상승하고, 동시에 모듈실내온도도 외기건구온도에 상당한 영향을 받기 때문으로 판단된다.
- 차광율수준이 높을 수록 모듈내 흑구온도는 낮게나타났다. 그러나 차광막만 설치하여서는 외부의 복사광 차단에 의한 냉각효과를 기대하기 어려우며 차광막과 함께 물흘림을 병행해야 복사광 차단과 함께 복사냉각효과를 함께 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
- 7에 나와 있는 바와 같이 모든 흑구온도는 외기건구온도보다 높았으며 외기 흑구온도에 비해 차광막이 있는 모듈 내부흑구온도는 낮게나타났다. 그러나 차광막이 없는 경우 물흘림유무에 관계없이 외기흑구온도보다 높게 나타나 차광막의 효과가 확실하게 나타났고, 차광율수준이 높을 수록 모듈내 흑구온도는 낮게 나타났다. 이러한 경향은 그림에 나타난 오후의 저온실험에서도 같은 경향으로 나타났다.
- 6과 같다. 그림에서 평균치는 측정시점에서의 값들을 물흘림이 있는 경우와 물흘림이 없는 경우로 나누어 차광막만 있는 경우의 모듈평균값은 TBA-C로 나타내었고, 차광막과 물흘림이 동시에 작용하는 경우의 평균치는 TBA-CW로 나타내었다. 그리고 평균치가 아닌 모듈내 값을 비교하기 위해 각각 C00와 C00WF2의 값을 나타내었다.
- 그리고 평균치가 아닌 모듈내 값을 비교하기 위해 각각 C00와 C00WF2의 값을 나타내었다. 그림을 살펴보면 외기 흑구온도가 상승함에 따라 차광막이 없고 물홀림도 없는 C0Q모듈의 경우 그 온도가 높을수록 더욱 높은 흑구온도를 나타내었으며, 차광막은 있으나 물흘림이 없는 TBA-C의 경우 외기 흑구온도에 따라 기여율 0.69로서 비교적 선형적으로 증가하였다. 그러나 물홀림이 있는 경우는 평균값이든 모듈 C00WF2이든 기여율(R2)o.
- 그림은 오전 유량실험에서의 온도차를 나타낸 것으로서 C35모듈의 경우 외기보다 최대 11℃정도 높은 온도를 나타내기도 하고, 물흘림과 차광이 있으면 외기온도보다 최대 -71 정도까지 낮은 온도를 나타내기도 하였다. 온도차의 경향은 기분석한 바대로 차광율수준이 높고 물흘림이 있으면 외기온도보다 낮은 경향을 보였다.
- 물홀림이 있는 경우 필름표면온도가 수온이하로 나타난 것은 물이 기화하는 과정에서 포화되어 그림에 나타낸 바대로 공기의 습구온도(Twd-C75W) 가까이 냉각되기 때문으로 판단되었다. 유량실험의 경우 물흘림이 있는 네 모듈 전부 0.8 이상, 저온실험의 경우 물흘림이 있는 네 모듈 전부 약 0.7 이상의 정의 상관관계로서 수온이 필름표면온도영향을 주는 것으로 나타났다. 필름표면온도의 평균을 살펴보면 Fig.
- 2와 같다. 전체적으로 외기건구온도가 상승하면 모듈실내온도도 상승하는 경향^지만 변동이 상당히 있으며 , 차광막이 있고 물흘림이 있으면 대체적으로 외기온보다는 낮고 물온도보다는 높은 수준을 나타내고 있다. 한편, 물흘림이 없는 경우에는 차광율의 수준간 건구 온도 변화가 크지 않은 것으로 나타나고 있다.
- 4L/min 정도로 하였으나 F1은 차광막섬유의 모세관현상에 의해 모듈 옆으로 흐르는 량이 많이 서모듈의 아래로는 떨어지는 물은 많지 않았다. 차광막섬유의 모세관현상에 의해 물이 균일하게 공급되지 못하는 점과 차광막섬유 사이의 공간을 고려하면 최소한의 물로서 충분한 물공급효과를 보기 위해서는 물을 홀려주기 보다는 분무하여 골고루 분산시켜주는 것이 좋을 것으로 판단되었다. 오전 물유량수준에 따른 분석을 위한 실험에서의 물탱크 물공급량은 4.
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