[논문]표준육계사의 지붕을 활용한 태양에너지 설비 타당성 분석에 관한 기초 연구

김진현; 정성진; 김태욱; 최준학; 하유신

doi:10.7836/kses.2014.34.4.057

Abstract ▼ AI-Helper

In order to reduce greenhouse gas emissions in recent agricultural energy and increase the energy self-sufficiency rate of each farmer, it is extremely important to expand the supply of solar energy using unused space of agricultural facilities, roof. This study surveyed and analyzed the environment...

In order to reduce greenhouse gas emissions in recent agricultural energy and increase the energy self-sufficiency rate of each farmer, it is extremely important to expand the supply of solar energy using unused space of agricultural facilities, roof. This study surveyed and analyzed the environmental and administrative factors such as problems according to the structure, azimuth and latitude of broiler houses and stability of standard broiler houses required to use broiler house roof based on the poultry houses in Sangju-si. The results can be summarized as follows: 55.6% of the solar energy facilities of according to the classification of arable lands of broiler houses were available, and 31.7% of them were available by classifying according to the azimuth. However, 20.6% of them were available in the survey considering all the arable land and azimuth. In the roof inclination of the broiler houses, from 20 to $25^{\circ}$ was the most common, 30 broiler houses. The broiler houses with the roof inclination more than $20^{\circ}$ accounted for 63% of the total. It was considered that the inclination was generally proper. In the structural safety, only 3 broiler houses that were constructed as a standard broiler house were available. In practice, all but one broiler house was inappropriate to expand the solar energy project using roof. The solar thermal facility weighed $63.6kg/m^2$ in total: the frame and solar thermal collector weighed $27.8kg/m^2$ and $35.8kg/m^2$, respectively. The standard broiler house required to be internally reinforced. This study suggested a plan for internal reinforcement and a feasible plan because there were problems with structural safety when installing solar thermal and photovoltaic systems.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 상주지역의 육계사를 중심으로 농업시설의 비활용 공간인 지붕을 활용하여 태양에너지의 보급 확대를 위한 환경적, 행정적인 요인들을 조사 분석하였다. 조사분석의 주요 항목으로는 설비에 따른 관계 법령의 분석과 현황, 농지의 분류에 따른 설비 문제점, 농업시설의 방향과 지붕각 및 구조의 안정성을 분석하여 향후 태양에너지의 보급에 따른 개선점을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 (a)형의 경량철골 구조로 건축된 육계사를 중심으로 설비 안정성에 대한 구조보강 해석을 하였다.
상주지역의 육계사를 중심으로 농업시설의 비활용 공간인 지붕을 활용하여 태양에너지의 보급 확대하는 것은 최근 농업에너지의 온실가스 감축방안과 개별 농가의 에너지 자급률을 높이는 차원에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 육계사의 지붕을 활용하는데 필요한 환경적, 행정적인 요인들을 조사 분석하였다. 또한 육계사의 지붕의 구조와 경사각 그리고 방위각에 따른 문제점 분석과 태양광 설비시 표준육계사의 구조보강에 대한 방안을 다음과 같이 제시하였다.
따라서 본 연구에서는 상주지역의 육계사를 중심으로 농업시설의 비활용 공간인 지붕을 활용하여 태양에너지의 보급 확대를 위한 환경적, 행정적인 요인들을 조사 분석하였다. 조사분석의 주요 항목으로는 설비에 따른 관계 법령의 분석과 현황, 농지의 분류에 따른 설비 문제점, 농업시설의 방향과 지붕각 및 구조의 안정성을 분석하여 향후 태양에너지의 보급에 따른 개선점을 제시하고자 한다.

제안 방법

그러나 태양에너지의 효율성을 높이기 위해 표준육계사의 경우 지붕각이 18°이므로 설비 프레임을 17°로 설계하여 건축하였다.
표준육계사의 구조 안정성에 대한 3Dmodeling은 midas Gen(MIDASIT, korea)프로그램을 이용하였다. 부가 하중은 고정하중(Deadload), 설하중(Snow load),풍하중(Windload), 지진하중(Seismic load)과 모멘트 및 전단력 해석을 하였으며, 구조 보강방안에 대한 3D modeling 해석도 동시에 실시하였다.
따라서 에너지 소비가 많아 지붕을 활용한 태양에너지의 보급이 가장 필요한 곳으로 판단된다. 조사 방법은 현장 설문조사와 육계사의 도면을 통한 분석을 하였다. 그림 2는 상주지역의 (a)형의 표준육계사를 나타내었고, 그림 3은 우리나라 육계와 농가수를 보여주고 있다.

대상 데이터

상주지역의 가금류 농장은 총 74호이며, 총 사육두수는 3,492,000마리이다. 이중 산란계 농장 11곳을 제외하면 육계사는 63호이며, 육계사 중에도 최소 3,000수 이상을 사육하는 농장을 대상으로 하였다. 육계사의 내부온도는 병아리를 입수하여 약 28일후 배출되므로 초기에는 33°까지 온도를 높여야 한다.

이론/모형

표준육계사의 구조 안정성에 대한 3Dmodeling은 midas Gen(MIDASIT, korea)프로그램을 이용하였다. 부가 하중은 고정하중(Deadload), 설하중(Snow load),풍하중(Windload), 지진하중(Seismic load)과 모멘트 및 전단력 해석을 하였으며, 구조 보강방안에 대한 3D modeling 해석도 동시에 실시하였다.

성능/효과

(1) 농지의 분류에 따른 태양에너지 설비는 상주시 육계사의 경우 55.6%가 가능하였고 방위각에 따른 분류에서는 31.7%가 가능하였다. 그러나 농지와 방위각을 모두 고려한 조사에서는 20.
(2) 육계사의 지붕 경사각은 20°∼25°가 가장 많은 30호 농가였으며, 20°이상의 경사각으로 건축된 것은 전체의 63%로 나타나 지붕 경사각은 대체로 적정한 것으로 판단되었다.
(3) 상주지역의 육계사에서 태양에너지 설비가 가능한 곳은 표준육계사로 건축된 3곳 정도이며, 실제로 지붕 활용이 가능한 곳은 1곳으로 파악되었다.
(4) 태양광 설비의 무게보다 태양열 설비의 경우 프레임의 무게는 27.8kg/㎡,집열판의 무게는 35.8kg/㎡로써 전체 63.6kg/㎡가 되어 표준육계사도 내부 보강이 필요하였다.
(5) 표준육계사의 지붕에 태양광 및 태양열 시스템을 설비할 경우 구조 안전성에 문제가 발생하므로 내부 구조보강이 요구되었고 적절한 보강 방안을 제시하였다.
다만 기둥의 빔에 보강빔(H-100×100×6×8)을 설치하여 벽면과 일체가 되도록 설계함으로서 최소한의 비용으로 가장 효과적인 보강이 가능하였다.
방위각은 동남방향과 동북 방향으로 0∼15°범위를 기준으로 할 때, 총 조사농가의 20호에 해당하는 31.7%만 태양에너지 설비가 가능한 것으로 조사되었다.
적정 지붕경사각은 하지에는 12.5°, 동지에는 59.5°가 유리하나 표준육계사의 지붕각도 18°로 설계되어 있어 육계사의 지붕경사각이 태양에너지 생산적 측면의 고려가 되어 있지 않음을 알 수 있었다.
지붕각의 조사 결과 표준육계사는 63호 중 3호이며 지붕각은 18∼20°로 건축되었으나 대부분 함석지붕에 스치로폼, 우레탄, 갈바륨을 씌워 보온을 하고 있었다.

후속연구

그리고 최근에 개선된 “폭설, 폭풍, 지진 등 자연재해 대비 안전 건축 추진(국토해양부 보도자료 2014.03.02.)”에 따라 기존 적설하중에 추가된 습설하중 0.026kg/㎡(0.25kN/㎡)에 대하여 추가적으로 구조검토가 되어야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	농지의 종류에 따른 용도를 구분하는 것은 무엇에 의해 구분되는가?	농지의 종류에 따른 용도를 구분하는 것은 ‘국토의 계획 및 이용에 관한 법률 시행령 제6조’에 의해 구분이 된다.토지를 크게 분류하면 주거지역,상업지역,공업지역,녹지지역, 보전관리지역,생산관리지역,계획관리지역, 농림지역 및 자연환경보전지역으로 구분된다6).
	토지를 크게 구분 지으면 어떻게 나누어지는가?	농지의 종류에 따른 용도를 구분하는 것은 ‘국토의 계획 및 이용에 관한 법률 시행령 제6조’에 의해 구분이 된다.토지를 크게 분류하면 주거지역,상업지역,공업지역,녹지지역, 보전관리지역,생산관리지역,계획관리지역, 농림지역 및 자연환경보전지역으로 구분된다6). 농업지역에서 육계사는 대부분 농림지역, 계획관리지역, 보전관리지역, 생산관리지역에 분포되어 있으며 극히 일부는 자연녹지지역이나 도시지역에 건축된 경우도 있다.
	태양열과 태양광을 활용하기에 육계사의 지붕 활용이 어렵도록 건설된 이유는?	3%에 달하므로 육계사의 지붕 활용이 매우 불리한 환경 적인 여건을 가지고 있다. 이러한 이유는 농업 시설의 건축에서 가장 우선시 되는 것이 농지의 형태에 따른 건축이 우선된 결과로 판단된다. 따라서 향후 농업시설은 지붕의 활용도를 고려하는 인식이 필요하다.

참고문헌 (6)

MOTIE, The Second Energy Master Plan, Ministry of Trade Industry & Energy, p. 43, 2014
MKE, New and Renewable Energy Development-Use and Spread Promotion Statute Book, Ministry of Knowledge Economy, p. 78, 2012
MOLEG, Agricultural Land Law-Article 29 Acting in Agricultural Promotion Areas Can. Enforcement Decree of the Agricultural Land Law, Ministry of Government Legislation, 2014
MOLEG, Green Building Construction Support Act-Enforcement Decree of Green Building Construction Support Act, Ministry of Government Legislation, 2013
KAMICO, Agricultural Machinery Yearbook Republic of Korea, Korea Agricultural Machinery Industry Cooperative & The Korean Society for Agricultural Machinery, p. 115, 2013
MOLEG, Law on Planning and Utilization of the National Territory -Article 71 Enforcement Decree of Act on Planning and Utilization of the National Territory, Ministry of Government Legislation, pp. 34-35, 2014

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