[논문]다목적 그린하우스의 동절기 실내온열환경 특성에 관한 실측 연구

김순주; 나수연

문제 정의

따라서 본 연구에서는 시공이 완료된 다목적 그린하우스를 대상으로 동절기 외기변동에 따른 실내 온열 환경 변화 패턴을 측정, 분석함으로서 자연형 설계전략을 통한 실내환경조절 성능 및 에너지 절약 가능성을 평가하기 위한 기초자료로 활용하고자 하였다.
본 연구에서는 다목적 그린하우스를 대상으로 동절기 외기변동에 따른 실내기온의 변화를 측정함으로써 자연형 설계전략의 실내 온열 환경조절 성능 및 에너지절약 가능성을 평가하기 위한 기초데이터를 제시하고자 하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 자연형 설계의 실내 환경조절 특성을 파악하고 난방 에너지 절약 가능성을 검토하고자, 다목적 그린하우스의 동절기 외기 변화에 따른 실내온열환경 변동을 실측, 분석하였다.

제안 방법

특히 방위별 창면적과유리재료, 지붕 형태 및 건축재료 등은 정밀에너지 해석프로그램인 D0E2.E를 이용한 냉 , 난방부하분석과 경제성, 공간기능, 수자원절약, 조망성 등을 고려하여 최적 안을 선택하였다 1). 그림 2는 대상 건물의 전체 외관을 보여준다.
대상 부지의 전반적인 동절기 기후 특성을 살펴보기 위하여 2006년 12월 4일에서 2007년 3월 3 일까지 측정한 기후 요소를 주변 지역의 기상청 데이터와 비교, 분석하였다.
동시에 그린하우스 실내 온열환경을 평가하기 위하여 DataScan 7320과 Dalite ver.2.33 프로그램을 이용하여 4개 지점의 실내 기온과 10개 지점의 표면온도를 측정하였다.
모든 센서는 알루미늄 박판으로 표면처리한 원통을 이용하여 공기유통은 충분히 되면서 일사가 직접 닿지 않도록 하였다. 또한 각 내벽면에는 바닥에서 1.8m 높이에 측정점을 설정하여 유리 및 창틀 표면 온도와 벽체의 표면온도를 측정하였다.
8m 지점에서도 기온을 측정, 비교하였다. 모든 센서는 알루미늄 박판으로 표면처리한 원통을 이용하여 공기유통은 충분히 되면서 일사가 직접 닿지 않도록 하였다. 또한 각 내벽면에는 바닥에서 1.
부지내 외기 조건은 대상건물의 옥상에 Capricorn 2000을 설치하여 기후요소(일사량, 기온, 상대습도, 강수량, 풍햐 풍속)를 1분 간격으로 실시간 측정하였다. 동시에 그린하우스 실내 온열환경을 평가하기 위하여 DataScan 7320과 Dalite ver.
위치를 보여준다. 북측벽면에서 1m 떨어진 바닥 면에 바닥표면온도 측정점 (S1)을 두고 같은 위치의 0.5m, 1.8m, 4.1m 높이에서 실내기온을 측정하였으며 남측 벽면에서 lm 떨어진 높이 1.8m 지점에서도 기온을 측정, 비교하였다. 모든 센서는 알루미늄 박판으로 표면처리한 원통을 이용하여 공기유통은 충분히 되면서 일사가 직접 닿지 않도록 하였다.
외기 변동에 따른 그린하우스의 실내 온열 환경변화를 보다 자세히 알아보기 위하여, 동절기 기상 조건을 춥고 흐린 날씨', 춥고 청명한 날씨', 따뜻하고 청명한 날씨' 및 '흐렸다가 맑아지는 날씨등 4 가지로 구분하고 각각 3-6일의 대표 기간을 추출하여 다음과 같이 분석하였다.
연결된 주거 부분이 위치한다. 주로 원예 공간으로 사용되는 일반적인 온실과는 달리 대상 건물은 상황에 따라 전시장, 취미모임을 위한 강당, 카페테리아 등 다양한 용도로 사용될 예정이므로 설계 초기 단계에서부터 다양한 에너지 절약기 법을 적용하였다. 특히 방위별 창면적과유리재료, 지붕 형태 및 건축재료 등은 정밀에너지 해석프로그램인 D0E2.
측정기간은 2006년 12월 4일에서 2007년 3월 3일까지 부지 내 기후요소 및 실내기온을 동시에 측정하여 외기 변동에 따른 실내온열환경 변화를 분석하였다. 단, 정전 및 기자재 결함으로 12월 21일~1월 11일까지의 실내기온 자료는 확보하지 못하였다.

대상 데이터

대상건물은 그림 1과 같이 제주도 남제주군 중산간 지역에 위치한 다목적 그린하우스로 서 측에는 테라스로 연결된 주거 부분이 위치한다. 주로 원예 공간으로 사용되는 일반적인 온실과는 달리 대상 건물은 상황에 따라 전시장, 취미모임을 위한 강당, 카페테리아 등 다양한 용도로 사용될 예정이므로 설계 초기 단계에서부터 다양한 에너지 절약기 법을 적용하였다.

성능/효과

(1) 동절기 (2006년 12월 4일~2007년 3월 3일) 동안 부지내 미기후를 실측하여 시간별로 생체기후도에 도시하여 분석한 결과, 전체 난방요구 기간 중에서 49%(1, 014시간)는 자연형 태양열 난방이 가능한 것으로 분석되었다.
(2) 대상 부지의 외기온은 -1~19℃, 일 일 총일사량은 604~ 16, 527kJ/m2이었으며 난방장치 없이 그린하우스의 실내기온은 5~21℃(평균 14℃), 바닥표면온도는 8~22℃(평균 15℃) 로 유지되었다. 또한 외기온이 갑자기 10C 이상 하강하더라도 그린하우스 실내기온은 5℃ 정도 변동하였으며 난방장치 없이도 외기온보다 실내기온이 평균 7℃이상, 최고 14℃까지 높게 유지되었다.
(3) 흐린 날씨에서는 외기온 변동이 적고 그린하우스 내부의 온도변화도 근소하였다. 일평균 외기온이 6~8℃이고 일사량이 1, 164~2, 744 kJ/n?로 흐린 날씨가 계속된 3일 동안, 외기온이 5℃~10℃까지 변동하더라도 그린하우스의 실내기온은 15℃정도로 거의 일정하게 유지되었다.
(4) 청명한 날씨일 때 외기온은 일교차가 크고 변동이 심했지만 그린하우스 내부의 기온은 비교적 완만한 변화를 보이고 있었다. 일평균 외기온이 4~6℃이고 일사량이 7, 437~11, 476 kJ/n?로 춥고 청명한 날씨가 4일간 지속된 경우, 외기 일교차는 평균 6℃이고 실내 일교차는 3℃내외였으며 실내기온이 외기보다 평균 7℃정도 더 높게 나타났다.
(5) 측정기간동안 그린하우스의 실내기온이 18℃ 이상으로 유지된 경우는 6%(105시간)이며 10℃이하로 떨어진 경우는 3%(45시간)에 지나지 않았다.
보여준다. 대상부지의 일평균 일사량은 7, 823kJ/m2이었으며 제주시의 동절기 평균 일사량이 5, 030~7, 7401kJ/m2인 것을 감안하면 비교적 청명한 기상조건으로 나타났다. 부지 외기온이 -1 ~ 19℃로 변동하는 동안 그린하우스의 실내기온 (H2)은 5~21℃(평균 14℃), 바닥표면온도는 8~22℃(평균 15℃)로 변화하였다.
유지되었다. 또한 외기온이 갑자기 10C 이상 하강하더라도 그린하우스 실내기온은 5℃ 정도 변동하였으며 난방장치 없이도 외기온보다 실내기온이 평균 7℃이상, 최고 14℃까지 높게 유지되었다.
도시한 결과이다. 여기서 볼 수 있듯이 측정 기간 동안 외기온은 대부분 쾌적 범위를 벗어나 있지만 전체 난방요구기간 중에서 1, 014시간, 즉, 49%는 자연형 태양열 난방이 가능한 것으로 분석되었다.
이와 같이 실내기온 뿐 아니라 일사로 인한 복사 열 획득 및 바닥표면온도를 고려해볼 때 쾌적한 기간은 더 확장될 수 있으며, 특히 그린하우스가 온실이나 강당, 전시장, 카페테리아 등으로 운영될 것을 감안해볼 때 동절기 동안 난방은 거의 필요하지 않는 것으로 평가되었다.
일평균 외기온이 8~15℃이고 일사량은 6, 646 ~ 15, 601kJ/m2로 따뜻하고 청명한 기간 동안 외기온은 6~2CTC로 큰 변동을 보였지만 실내기온은 비교적 완만하게 변화하였으며 야간에도 18℃이상을 유지하는 것으로 나타났다.
바닥표면온도 변화는 1℃정도였지만 상부로 갈수록 실내기온의 일변 화폭이 큰 것으로 나타났다. 전체적인 기온 변화는 새벽 4시에서 8시 사이에 큰 폭으로 떨어졌다가 점차 상승하여 오후 4시경에 가장 높게 나타났다. 새벽 6시에서 오후 2시까지는 바닥표면온도가 실내 기온보다 최고 3℃까지 높지만 오후 4시 이후에는 실내기온이 조금 더 높아진다.

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