제3발표장 : 정보처리 및 복합기술 분야 ; 실내실험에 의한 온실 피복재 및 보온재의 관류열전달계수 측정

소레이멘디옵 ( S Diop ),이종원 ( J W Lee ),나욱호 ( O H Na ),신동창 ( D C Shin ),이현우 ( H W Lee ) 한국농업기계학회 2013 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.18 No.1

핫박스를 이용한 플라스틱온실 피복재 및 보온재의 열적 성질 측정

소레이멘디옵 ( S. Diop ),이종원 ( J. W. Lee ),나욱호 ( O. H. Na ),신동창 ( D. C. Shin ),이현우 ( H. W. Lee ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

Recent increases in fuel prices have forced growers to apply energy-saving measures in their heated greenhouses. As a result, growers have been forced to consider innovative cover materials and they have been advised to install thermal screens. Materials used as greenhouse covers are not spatially homogeneous that’s why the selection of a covering is crucial for attainment of an optimal controlled environment. Several attempts have been already made to develop measurement procedures applicable under conditions resembling those of greenhouse production on purpose to investigate the U-values of glazing materials by using a hot box. The objective of the present study was to investigate the overall heat transfer coefficient of greenhouse covering materials with or without thermal screens commonly used in the country under external and real conditions by using the hot box method. For this research we designed and built a guarded hot box partially based on ASTM standards C 236-89. The technique used in the present work was inspired by work using guarded hot box (Feuilloley et al., 1996) to investigate the overall heat transfer coefficient of different greenhouse covering materials with thermal screens widely used in the country. The test conditions of eight treatments combined covering materials and thermal screens with and without shelter from the sky radiation were used to determine the overall heat transfer coefficient. The insulation effect of two layers covering material is about 28% comparing to one layer covering material and the coefficient is 2.4 (W·m^-2·K^-1)less than one layer. The coefficients obtained under the high wind speed were 6∼14% greater than those under the low wind speed. The decrease of the coefficient of one layer and two layers coverings by shelter was about 20% and 30% respectively. When we measure the overall heat transfer coefficients in a laboratory, it is necessary to establish the measuring system to be able to simulate the sky radiation.

실내실험에 의한 온실 피복재 및 보온재의 관류열전달계수 측정

소레이멘디옵 ( S. Diop ),이종원 ( J. W. Lee ),나욱호 ( O. H. Na ),신동창 ( D. C Shin ),이현우 ( H. W. Lee ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

To optimize the heating system, it is necessary to assess the actual energy saving potential of new covering systems as they are introduced into markets. Many studies have been conducted to reduce energy consumption for greenhouse heating and suggest an overall heat transfer coefficient. However, the coefficients suggested vary greatly because the covering material characteristics, climate conditions and greenhouse environments differ. Accordingly, modification of existing testing methods is required because, in most cases, they are insufficient for greenhouse covering materials. As a result, further studies using the hot box method to determine the thermal transmittance of various greenhouse covering materials have been conducted. This study is conducted by producing an indoor experimental apparatus for measuring the overall heat transfer coefficient with which the actual sky temperature can be implemented and measuring greenhouse coverings and thermal screens available in Korea to compare the results with the measured results in the outdoor experiment and to assess their appropriateness. Experiment is carried out for 12 kinds of treatment conditions according to combination of covering materials and thermal screens and whether there is sky thermal radiation or not. The measuring results show that the overall heat transfer coefficient increases almost straightforward proportionally as the difference in temperature for all of test covering treatments increases in case that sky thermal radiation is not implemented. And in case that sky thermal radiation is implemented the overall heat transfer coefficient becomes the highest when the difference in temperature between inside and outside of the hot box is 10℃ and is significantly lowered when the difference in temperature becomes near 20℃ and after that, there is no significant change and the overall heat transfer coefficient maintains almost constant as the difference in temperature becomes higher than 20℃. Even though slight differences between the indoor experiment results and the outdoor experiment results are shown, they are in accord with the range of standard deviation of the indoor experiment results. These results show that it is reasonable to measure the overall heat transfer coefficient of greenhouse covering materials and thermal screens through the indoor experiment.

토마토재배용 플라스틱온실의 이중피복방법에 따른 온습도 및 광합성유효광량자속 분포 특성

이현우 ( Lee H. W. ),소레이멘디옵 ( Diop S. ),심상연 ( Sim S. Y. ),김영식 ( Kim Y. S. ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

온실에서 피복의 주된 목적은 주간에 온실 내부로 입사하는 태양복사에 의한 내부공기의 온도상승에 있다. 이러한 목적을 위해 사용되는 피복재가 구비해야 할 가장 기본적인 성질은 투광성과 보온성이다. 그러나 이 두 가지 조건은 서로 상반되는 물리적인 성질이기 때문에 동시에 만족시키는 것은 상당히 어렵다. 따라서, 가능한 한 투광성이 양호한 동시에 보온효과가 우수한 피복재와 피복방법의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다. 공기주입 이중피복방식은 기밀성이 높기 때문에 환기전열량이 적고 관류전열량도 상당히 줄어들어 일중피복에 비해 난방열량을 약 40% 정도까지 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 온실의 용마루에 설치된 창의 개폐방식이 권취식이 아니라 랙피니언방식으로 개폐토록 되어 있어 피복재를 오염시킬 염려가 없다. 본 연구의 목적은 실험용 관행 이중피복 플라스틱온실과 공기주입 이중피복 플라스틱 온실을 설치하고 토마토재배가 이루어지는 온실관리 조건하에서 관행 이중피복방식과 공기주입 이중피복방식에 대한 온습도 및 광합성유효광량자속의 분포특성을 비교분석하여 피복형태에 따른 환경분포특성을 구명하는 것이다. 본 실험에 사용된 온실의 형태는 농촌진흥청 자동화비닐하우스(07-자동화-1형)의 관행형태 이중피복온실과 공기주입식 이중피복온실의 3연동 아치형온실 2개동이다. 온실의 크기는 폭 23.0 m, 측고 3.0 m, 동고 4.9 m, 길이 24 m이다. 피복재는 PE필름을 사용하였다. 관행 이중피복온실의 천창은 처마부위에서 권취식으로 말아올리는 개폐방식이고, 공기주입 이중피복온실의 천창은 용마루 부위에서 랙-피니언 방식으로 개폐하는 창이다. 모든 온실내부의 환경계측은 토마토 재배를 위해 관행적인 이루어지는 환경조절 조건하에서 수행되었다. 각 온실에 0.6m, 1.8m, 3.9m의 높이에 모두 21개의 온습도센서를 설치하였다. 또한, 각 온실의 중방높이에 2개씩의 광합성유효광량자속센서와 일사센서를 각각 설치하였다. 외부에 온습도센서, 광합성유효광량자속센서 및 일사센서 2개씩을 설치하였다. 측정데이터는 10분 간격으로 저장하였다. 난방기간 중 맑은 날의 야간에 온도분포를 비교한 결과 보온커튼 내부의 온도분포는 두 형태 모두 균일한 분포를 보여주었다. 보온커튼과 지붕사이의 온도는 외부온도가 -4.5℃일 때 2.6℃와 2.8℃로 두 형태가 비슷한 값을 나타내어 보온 성능이 비슷함을 알 수 있었다. 습도의 경우도 보온커튼 내부의 습도분포는 두 형태 모두 비슷한 값의 균일한 분포를 보여 주었으며, 보온커튼과 지붕사이의 습도는 100%의 값을 나타내었다. 난방기간 중 우천시 주간에 온습도분포를 비교한 결과 두 형태 모두 균일한 분포를 보여주었다. 이는 일사의 영향을 받지 않았기 때문인 것으로 판단된다. 천창환기시 온도분포를 비교한 결과 공기주입온실이 관행온실에 비해 천정부위의 온도가 약간 더 낮게 나타나 환기효과가 더 우수한 것으로 판단되었다. 습도 역시 약간 더 높게 나타나 환기효과가 더 우수함을 입증할 수 있었다. 온실내부의 위치별로 시간에 따른 광합성유효광량자속의 투과율의 변화는 큰 차이가 있음을 확인하였다. 관행온실의 사용기간에 따른 광투과율 감소량이 공기주입온실에 비하여 훨씬 크다는 사실을 확인할 수 있었다.

플라스틱온실의 피복재를 통한 관류열전달 특성

이현우 ( Lee H. W. ),소레이멘디옵 ( Diop S. ),김영식 ( Kim Y. S. ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

Energy is considered to be a key player in the generation of wealth and also a significant component in economic development. This makes energy resources extremely significant for every country in the world (Ozturk, 2005 and Dincer, 2002, 2003). Considerable research has been performed to reduce energy consumption for greenhouse heating and suggest an overall heat transfer coefficient. But this coefficient suggested is very different because the covering material characteristics, the climate conditions and the environmental greenhouse are not same. The heat flow through the greenhouse cover material determines the effectiveness of that material as a barrier to energy loss between the greenhouse system and its environment (Kittas, 1994). The determination of the quantity of heat transmitted through the cover is an important thermal problem of greenhouses and his rational approach represents a valuable tool for many practical applications. Modification of existing testing methods is required because, in most cases, they are insufficient for greenhouse covering materials. Also new testing methods should be elaborated, and specially designed for greenhouse covering materials (Papadakis et al., 2000). The objective of the present study is to provide the basic data necessary for estimating the overall heat transfer coefficient of commercial plastic greenhouse. The heat flow through covering of greenhouses was measured and the variation of overall heat transfer coefficient was analyzed. Because the inside-outside temperature difference of greenhouse to indicate the stabilized overall heat transfer coefficient was different depending on the number of covering layers, the actual overall heat transfer coefficient should be decided in range of inside-outside temperature difference to make the coefficient constant for each covering method. The variation trend of the overall heat transfer coefficient according to the inside-outside temperature difference corresponded with the existing research results, but the specific values of temperature difference to present the stabilized overall heat transfer coefficient were different each other. The increase rates of overall heat transfer coefficient with wind speed were quite dissimilar among several research results and the quantity of heat loss through covering according to the wind speed in the double layers covered or curtained greenhouse was less than that in the single layer covered greenhouse. Because there were large variations among the values of overall heat transfer coefficient or the polyethylene film greenhouses, it was required to establish the standardized environmental condition for experiment measuring heat flow through covering in commercial greenhouse.

플라스틱 온실의 포차변화 및 피복재 표면의 결로발생 분석

이현우 ( H. W. Lee ),김영식 ( Y. S. Kim ),소레이멘디옵 ( S. Diop ),심상연 ( S. Y. Sim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

본 연구는 이중피복 온실에 대하여 겨울철 난방기간 중 온실내부의 온습도 환경을 분석하여 피복재 및 엽면의 결로발생을 억제할 수 있는 방안을 구명하기 위하여 수행되었다. 실험온실의 크기는 폭 23.0 m, 측고 3.0 m, 동고 4.9 m, 길이 24 m이다. 3연동의 토마토 재배온실에 대하여 겨울철 난방기간 중 온실 내외부의 온습도 및 피복재 표면온도를 측정하였다. 온실 내외부의 온습도 변화에 따른 피복재의 표면온도 변화를 분석하였고, 야간에 피복재와 보온재 사이의 온습도 변화 및 피복재 결로발생 현상을 분석하였다. 또한 온실내부의 포차변화를 분석하였다. 온실내부의 상대습도의 변화는 오후에 온도가 낮아짐에 따라 증가하기 시작하여 19시경에 약 100%에 도달한 후 일정한 값을 유지하다가 오전에 일출과 함께 온도가 증가함에 따라 감소하였다. 거의 커튼을 닫는 시점에서 피복재의 온도가 노점온도 이하로 낮아지기 시작하기 때문에 커튼을 닫음과 동시에 제습기를 사용하여 지붕과 커튼 사이 공간의 공기에 함유되어 있는 수증기를 제거한다면 지붕의 내부피복재의 안쪽에서 발생하는 결로를 억제할 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험온실에서 온실길이를 50m로 가정하였을 때 커튼과 지붕사이의 공간체적은 약 1,330m3이 된다. 커튼을 닫은 시점인 17시 경에 커튼과 지붕피복재 사이의 내부온도가 25℃이고 상대습도가 52%이므로 노점온도가 14.5℃가 되어 피복재온도와 거의 같아지게 되어 결로가 시작되는 것으로 나타났으며, 이때 커튼과 지붕피복재 사이의 절대습도는 약 0.010283kg·kg-1이며 총 수증기량은 약 16L로 계산되었다. 내부온도가 3℃로 최저가 되는 5시경에 피복재온도인 -0.5℃보다 노점온도를 낮게 유지하여 결로가 발생하지 않도록 하기 위해서는 절대습도가 0.003621kg·kg-1보다 낮게 유지 되어야 하며 이때 총수증기량은 약 6L로 계산되었다. 따라서 이 경우에 결로를 방지하기 위해 제거해야 할 수증기의 량은 총 10L인 것으로 나타났다. 환경조건에 따라 결로 방지를 위해 제거해야할 수증기량은 다소 차이는 있겠지만 계산결과 온실규모에 비해 제거해야할 총 수증기량이 많지는 않기 때문에 저온에서 습기를 제거할 수 있는 경제적인 제습기술이 개발된다면 결로문제는 해결이 가능할 것으로 판단된다. 야간의 포차는 2년 모두 0.2 kPa 보다는 크나 0.43 kPa 보다는 작게 나타났다. 실험온실의 경우 포차가 병 발생을 유발하기 쉬운 한계포차인 0.2 kPa 보다 더 크게 유지되어 온습도환경이 양호한 것으로 판단되었다. 주간의 포차는 2012년의 경우 1.7 kPa 이하로 낮게 유지되어 2011년에 비해 온습도 관리가 잘된 것으로 분석되었다.

플라스틱온실의 피복방식에 따른 보온성능 및 광환경 평가

이현우 ( H. W. Lee ),김영식 ( Y. S. Kim ),심상연 ( S. Y. Sim ),이종원 ( J. W. Lee ),소레이멘디옵 ( S. Diop ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

본 연구는 우리나라 상업용 온실의 보온성능 및 광투과 성능을 개선할 수 있는 피복방식을 결정하는데 필요한 자료를 제공하기 위하여 토마토 재배용 실험온실의 세 가지 피복방식에 대한 보온효과 및 광투과 특성을 평가하였으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 공기주입 이중피복온실과 관행 이중피복온실의 관류열손실량이 거의 비슷한 것으로 나타났으나 외부기온이 비슷할 때 피복재와 보온커튼 사이의 온도가 공기주입 이중피복온실이 더 낮게 나타난 것은 공기주입 이중피복온실의 경우 나비식 천창의 틈새로 인한 환기전열손실이 크기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 공기주입 이중피복온실에서 나비식 천창을 사용할 경우 틈새 환기전열손실을 줄일 수 있는 대책이 수립되어야 할 것으로 판단된다. 일중피복온실과 관행이중피복온실의 관류열전달계수에 대한 온실실험결과와 모형실험결과를 비교한 결과 모두 비슷한 값을 나타내었다. 이러한 결과는 측정된 관류열전달계수가 타당성 있는 값임을 보여주는 것이며 향후 온실의 난방설계시 직접 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 공기주입 이중피복온실이 비록 일중피복온실보다는 광투과율이 낮으나 동일한 이중피복온실인 관행이중피복온실보다 광투과율이 높기 때문에 보온을 위해서 이중피복을 설치할 경우에 광투과율을 확보하기 위해서는 공기주입 이중피복방식을 채택하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 공기주입 이중피복온실에 비해 일중피복온실의 피복재 내부표면에서 발생하는 결로량이 큰 이유는 일중피복온실의 피복재 내부표면온도가 훨씬 낮기 때문에 피복재에서의 포화습도가 작아져 내부공기의 절대습도와의 차이가 증가하기 때문인 것으로 판단된다.

제3발표장 : 정보처리 및 복합기술 분야 ; 대구지방의 운량에 따른 야간 천공온도 산정

나욱호 ( W H Na ),이종원 ( J W Lee ),소레이멘디옵 ( S Diop ),이현우 ( H W Lee ) 한국농업기계학회 2013 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.18 No.1