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- 저자 : 박세준(Sejun Park) (검색결과 23 건)
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전산유체역학을 이용한 온실 내 순환팬의 적정 설치기준 제시
박세준 ( Sejun Park ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-
현재 우리나라의 온실 산업은 그 규모가 꾸준히 증가해 왔으며, 점차적으로 대형화 온실이 늘어나고 있는 추세이다. 이에 따라 온실 내부 작물의 적정 생육 환경 조성을 위한 환기 시스템을 비롯한 공조시스템의 설계의 중요성이 더욱 증가하였다. 하지만 온실이 대형화 될수록 온실 내 유동 및 온도와 습도의 불균일성의 증가는 불가피하며, 이는 작물의 적정 생육 온도 및 풍환경 조성에 악영향을 미치기 때문에 생산성 감소로 이어지게 된다. 따라서 온실 내 여러 환경 요인들에 대한 균일성 개선을 위한 많은 방안들이 시도되고 있으며, 이 중 가장 효율적인 방법으로 온실내 공기 유동률을 높이는 방법이 보고되고 있다. 온실 내 공기 유동률을 높이는 방법은 주로 수평팬을 이용한 공기 순환방법과 온실 상부 플라스틱 천공튜브를 이용한 공기 순환법이 사용되고 있다. 이 중 수평팬을 이용한 공기 순환방법은 플라스틱 천공튜브를 이용하는 방법과 비교하여 유지비, 초기 투자비가 적게 들고 공기 순환 및 열 균일성을 높이는데 더 효율적인 것으로 알려져있다. 하지만 현재 국내 온실 내 순환팬 설치기준은 농어촌진흥공사에서 1997년에 제시한 기준으로 오랜 기간이 지났을 뿐만 아니라 순환팬 설치 간격과 높이, 직경 등에 대한 대략적인 기준만을 제시하는 등 순환팬의 설치용량, 온실 측벽과 끝벽과의 설치 거리 등에 대한 자세한 기준이 존재하지 않는 실정이다. 따라서 온실내 순환팬의 설치 기준에 대하여 순환팬 용량 및 정확한 설치 위치 및 간격 등에 대한 명확한 제시가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 온실 내 순환팬 설계용량, 순환팬 간 설치 간격, 온실 측벽 및 끝벽과의 설치거리, 설치 높이 등에 대한 명확한 제시를 함으로써 온실 내 순환팬의 적정 설치기준안을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics; CFD)를 이용하여 온실 내 순환팬 설치 상태에 따른 유동 분석 및 온도 균일성 분석을 통하여 다양한 case를 수행하기 위한 현장실험의 경제적, 시간적 비용을 줄이고자 하였다. 단일 순환팬에 대한 모델 설계 및 분석을 통하여 유동 특성을 추출하였으며, 도출된 결과를 이용하여 온실 내부 다수의 순환팬 설치 모델 설계를 실시하였다. 온도 균일성에 대한 평가 지표로는 TUI(Temperature Uniformity Index)를 이용하였으며, 작물군에서의 적정 유속에 대한 평가를 실시하였다.
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박세준 ( Sejun Park ),정범진 ( Beom-jin Jeong ),이정준 ( Jeong-joon Lee ) 한국정보처리학회 2020 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.27 No.2
기존의 CCTV 관리 체계는 사건ㆍ사고에 대한 신속한 조치가 불가능하고 정황 파악이나 증거자료 확보 등 사후조치의 성격이 강하다. 본 논문에서는 Mask R-CNN(Regions with CNN)을 이용하여 CCTV가 읽어 들이는 객체가 응급상황인지 판단하는 방법을 제시한다. 사람으로 인식되는 영역을 다층 퍼셉트론(MLP, Multi-Layer Perceptron)으로 학습시켜 해당 대상이 처한 상황을 인지하고 응급상황으로 인식되는 상황이 지속될 경우 관리 모니터를 통해 사용자에게 알림을 준다. 본 연구를 통해 실시간 상호작용적인 CCTV 관리 체계를 구축하여 도움이 필요한 사람의 골든타임을 놓치지 않게 될 것으로 기대한다.
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온실 공조설비의 적정 설계를 위한 에너지부하 산정 및 내부 공기유동 분석
박세준 ( Sejun Park ),이승노 ( Seungno Lee ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
온실은 재배작물의 적정생육온도를 유지하기 위해서 높은 에너지비용이 필요하다. 가온온실의 경우 평균적으로 총 운영비 중 41%를 난방비로 소비하며 주로 유류를 사용한다. 이에 화석연료를 대체할만한 에너지로 신재생에너지를 농업시설에 활용하고자하는 시도가 행해지고 있으며 이를 위해 에너지비용 및 에너지 이용 효율성 분석의 선행되어야 한다. 본 연구에서는 건물에너지시뮬레이션기법(BES)을 이용하여 에너지비용 분석 및 전산유체역학기법(CFD)을 이용하여 작물군에서의 적정생육환경을 평가하고자 하였다. 대상 온실은 보령화력발전소에 위치한 8연동 플라스틱온실로 현장실험을 통하여 온실의 BES및 CFD모델을 설계 및 검증하였다. BES모델에 재배작물의 에너지교환을 설계하기 위해서 기공저항, 엽면적지수 등을 측정하였으며 CFD모델에 작물을 다공성매체로 설계하기 위해서 공기저항을 측정하였다. BES모델은 온실구조, 작물에너지교환, 냉난방설비로 구분지어 설계하였으며 증산량비교를 통한 작물 에너지교환 모듈검증과 온실 내부기온 비교를 통한 온실 에너지교환 모델검증을 수행하였다. 검증된 BES모델과 기상데이터를 이용하여 에너지비용분석 및 냉난방설비의 적정설계용량을 제시하였다. CFD모델은 작물특성, 온실형상, 구조적특징 등을 반영하였으며 격자크기, 난류모델을 조절하며 온실 내부 15개 지점에서의 기온 및 공기유속을 비교하여 검증하였다. BES모델의 검증은 내부기온 (R² = 0.83, d = 0.94) 및 작물증산량 (R² = 0.96, d = 0.99)의 연산된 값과 실측치를 비교하였으며 냉난방부하를 산정하기 적합하다고 판단하였다. 산정한 에너지비용 분석 결과 온배수-히트펌프를 사용할 경우 등유보일러를 사용할 때와 비교하여 평균 68.21%의 에너지비용이 감소하는 것으로 분석되었다. 최대 냉·난방부하는 현재 설치된 히트펌프의 냉·난방용량보다 각각 9.7, 18.3% 높게 산정되어 냉·난방부하 절감 방안을 모색할 필요가 있다고 판단하였다. CFD모델의 검증은 내부공기유속의 정량적비교 (R² = 0.94) 및 내부기온의 정성적비교를 통해 모델의 적합성을 확인하였다. 검증된 CFD모델을 이용하여 냉난방 공조시설에 따른 작물 적정생육환경의 정량적인 분석이 가능할 것으로 판단된다.
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전산유체역학을 이용한 한국형 첨단 디지털 연동 온실의 측고 높이에 따른 환기 효율성 분석
박세준 ( Sejun Park ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-
국내 시설 농업은 연중 고품질의 농산물을 안정적으로 생산할 수 있는 장점으로 인하여 국내 시설재배면적 및 시설농업 생산액이 크게 증가하였다. 농산물 수요에 대한 증가와 ICT 기술 발전에 따라 시설 농업의 생산성 향상을 위하여 시설의 대형화에 대한 필요성이 대두되고 있다. 하지만 대형 시설물은 사계절이 뚜렷한 우리나라의 기후특성으로 인하여 막대한 냉난방 비용을 수반하고 있다. 특히 온실의 경우 얇은 피복으로 인하여 기상조건 변화에 민감하기 때문에 고온의 하절기 조건에서 온실 내부 온도 상승으로 인한 막대한 냉방 비용을 초래할 수 있다. 따라서 에너지 비용을 최소화 할 수 있는 자연환기를 통한 온실 내부 열의 효율적인 배출이 중요해지고 있다. 이에 높은 측고에 따른 부력환기와 넓은 천창 면적을 통한 풍력환기를 극대화할 수 있는 한국형 연동 온실이 제안되었지만 해당 온실의 환기 효율성에 대한 정량적 평가는 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 한국형 연동 온실의 측고 높이에 따른 환기 효율성을 분석하기 위하여 전산유체역학 기법을 활용하였다. 시뮬레이션 모델 설계를 위하여 선행 연구의 검증된 경계조건을 참고하였으며, 완성된 모델의 신뢰도 검증을 위한 현장실험을 수행하였다. 시뮬레이션 모델의 분석 조건은 많은 환기량이 필요한 무더운 하절기를 대상으로 하였으며, 외부 풍속은 0.5, 1.5, 3.0 m/s를 대상으로 분석을 실시하였다. 대상 온실의 경우 측창이 설치되어 있지 않으며 천창만을 통한 환기가 이루어지는 구조를 갖기 때문에 유입구와 배기구가 동일한 특징을 갖고 있다. 따라서 대상 온실의 환기 효율성을 평가하기 위하여 천창을 통해 유입된 외부 공기가 실제로 온실 내부로 유입되는 내부 유입량을 산정하여 평가하였으며, 측고 높이에 따른 온실 전체 평균 온도 및 작물군 온도를 산정하였다. 그 결과 온실 내부로 실제로 유입되는 내부 유입량은 스팬 위치에 따라 큰 차이를 보였으며, 측고 높이가 높아질수록 온실 전체 평균 온도 및 작물군 온도는 지수적으로 감소하였다. 추가적으로 한국형 연동 온실에 대하여 온실 내부 유입량을 증가시키기 위한 개선안을 제안하였다. 그 결과 개선 모델에 따라 외부 공기의 온실 내부 유입량이 크게 증가 또는 감소할 수 있음을 확인하였다.
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축산분뇨를 이용한 열병합발전 시스템의 동적설계 기법 제시
박세준 ( Sejun Park ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-
기존의 주된 에너지 자원인 화석 연료의 한정된 양이 점점 고갈되고 있으며 온실가스로 인한 환경문제가 수면위로 부각 되면서 대체에너지 개발의 중요성이 높아지고 있다. 이에 따라 화석 연료의 대체에너지가 개발되고 있으며, 에너지 소비의 많은 부분을 차지하고 있는 난방 및 운송 분야에서 다양하게 적용되고 있다. 특히 다양한 대체 에너지원 중 열병합발전 시스템의 경우, 기존 발전시스템과 비교하여 전력생산 뿐만 아니라 생산 과정 중 버려지는 폐열 에너지를 이용 가능한 열에너지로 회수하기 때문에 최대 두 배 가량의 높은 에너지 생산 효율을 나타낸다. 또한 단위 생산에너지 당 온실가스 배출량이 적기 때문에 친환경적 대체 에너지로 평가받고 있으며 최근 열병합발전 시스템에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다. 한편 축산업 분야의 경우 사육 가축의 수가 증가함에 따라 축산분뇨 발생량 또한 증가하는 추세이며 우리나라의 경우 2012년부터 축산분뇨의 해양투기가 금지되어 이의 처리 비용 및 환경오염이 증가되고 있다. 따라서 최근 축산업 분야에서도 폐자원인 축산분뇨를 연료화 하여 열병합발전시스템에 이용, 전력생산과 난방에너지를 생산하는 시도들을 통하여 에너지 수급 및 축산분뇨 처리에 대한 노력들이 이루어지고 있다. 그러나 기존의 축산분뇨를 연료로 하는 열병합발전시스템의 설계 기법의 경우, 시스템을 구성하는 많은 시설들의 설계가 독립적으로 이루어지기 때문에, 시설들 간의 유기적 관계를 반영하지 못하며, 기상데이터와 같은 실시간으로 변하는 자료들을 반영하지 못한다는 단점을 나타낸다. 이러한 이유로 현재까지 열병합발전시스템의 설계 단계에서의 설계 에너지 생산량과 실제 시스템 운영시의 에너지 생산량의 큰 차이가 발생하는 등 한계점이 존재하며 널리 보급되지 못하고 있다. 따라서 이를 보완할 수 있는 열병합발전 시스템의 설계 기법에 대한 개발이 필히 수반되어야 한다. 따라서 본 연구는 열병합발전 시스템의 과도 혹은 과소 설계를 방지하기 위한 대안으로 Building Energy Simulation (BES) 기법을 통해 열병합발전 시스템의 에너지 분석을 수행하여 전기 에너지 및 난방 에너지 생산량을 예측하였다. BES 기법은 기상자료를 비롯한 입력 자료들을 실시간 형태로 이용하며 시스템을 구성하는 각 시설의 입력 값과 출력 값을 실시간으로 교환하는 동적 해석을 수행하기 때문에 실제에 가까운 시스템 설계가 가능한 기법이다. 본 연구에서의 열병합발전 시스템은 각각 발전, 폐열 회수, 폐열 이용 시스템으로 나누어 설계되었으며, 특히 회수된 폐열 이용의 경우 혐기 소화조의 최적 온도유지에 우선적으로 이용되고, 남은 열량은 대상 농가의 기숙사 난방에 이용되었다. 시스템 설계에 필요한 물성치 및 초기 입력조건은 실제 시스템을 가동하고 있는 농가에서의 실측값을 반영하였다. 또한 시뮬레이션 모델의 정확도 향상을 위하여 BES를 이용한 연구들에서 널리 이용되고 있는 모듈 단위의 검증을 수행하였으며 본 시뮬레이션 모델에서 열병합발전 시스템 중 축열조 내부 온도에 대하여 시뮬레이션 결과 값과 실측값을 비교·검증하였다. 본 연구에서 수행한 BES 시뮬레이션을 이용한 열병합발전 시스템 설계 기법은 시스템의 적정 설치 용량을 결정하는데 기여할 수 있을 것으로 판단되며, 열병합발전 시스템의 시공을 위한 기초설계자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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Gradient Boosting Machine과 Laplace Distribution 기반의 확률적 전력수요 예측 알고리즘 연구
박세준(Sejun Park),김현진(Hyunjin Kim),이두희(Duehee Lee) 대한전기학회 2021 전기학회논문지 Vol.70 No.11
In this paper, we develop three probabilistic electric load forecasting approaches: two parametric approaches and one non-parametric approach. In the parametric approach, we design the probability of load forecasts as the Laplace distribution since the empirical distribution of load forecasts has a shape of Laplace distribution. We also design the probability of load forecasts as the Gaussian distribution, since it has been widely used in other studies. We compare the forecasting accuracy of two distributions. The means of distributions are estimated by using the gradient boosting machine (GBM), and the standard deviations of distributions are estimated by analyzing forecasting errors through the cross validation. In the non-parametric approach, we find the probability of load forecasts by using the quantile regression (QR). Finally, we compare the forecasting accuracy of parametric and non-parametric approaches by measuring the accuracy on the pinball loss function. A parametric approach based on the Laplace distribution and GBM is the most accurate approach.
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