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정석환 ( Sukhwan Jeong ),송형운 ( Hyoungwoon Song ),허덕재 ( Deogjae Hur ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
온실은 재배작물의 성장에 필요한 온도, 습도 등의 조건을 최적의 상태로 일정하게 유지하는데 큰 도움을 준다는 장점이 있다. 재배 환경을 일정하게 유지하기 위해 꼭 필요한 것이 내부 공기를 교환해주는 환기이다. 환기창을 열어 필요이상으로 상승된 온실 내부의 공기를 차가운 공기와 교환하거나, 내부에 설치된 팬으로 강제대류를 유발해 환기시키는 방법 등이 사용된다. 본 연구에서는 팬의 가동 여부에 따라 자연대류, 강제대류로 구분한 환기종류, 천창과 측장의 개폐여부, 외부풍속 조건에 의한 온실 내부의 온도/환기특성을 열-유동 해석을 통해 고찰하였다. 온실은 13개의 동(26개의 곡부)으로 구성되어 있고, 전체 크기는 W98 x L106 x H7.2 [m] 이다. 천창은 곡부 당 하나씩 설치되어 있다. 온실 내부 팬 가동 여부에 따른 환기종류(자연, 강제대류), 천창 개방 방법(한창, 양창개방), 천창 개방 각도(50, 100%), 외부 풍속(1, 3m/s)에 따른 환기 특성을 비교하기 위해 20case의 해석을 수행하였다. 열-유동 해석을 위해 온실 내부 유동장, 외부 유동장, 비닐 온실 세부분으로 유한요소모델을 구성하였다. 온실 내부가 비닐에 의해 외부 유동장과 구분되어지며, 열려있는 환기창을 통해서만 유동장을 공유하도록 하였다. 온실 내부와 외부 유동장은 3D 요소, 비닐 온실은 Shell 요소로 구성하였다. 온실 내부와 외부 유동장은 공기로, 온실의 비닐은 폴리올레핀 필름으로 구성하였다. 강제대류의 경우 온실 내부에 설치되는 팬의 정압곡선을 하중조건으로 부여하였다. 온실 내부 초기온도는 60℃, 외부 공기의 초기온도는 35℃로 설정하였다. 필요이상의 온도를 신속히 적정온도로 낮추기 위해선 환기가 빠를수록 유리할 것이다. 온실 내부 유동장과 외기와의 열교환 면적이 넓을수록, 차가운 외부의 공기가 빨리 유입될수록 환기 속도가 빠를 것이다. 총 10분 동안의 환기 시간 동안 환기 조건에 따른 온실 내부의 온도분포와 온도하강 속도의 차이를 비교한 결과, 전반적으로 자연대류 보단 강제대류가, 풍속이 높을수록, 측창이 닫힌 것보단 열린 것이, 천창 하나만 열린 것보단 두 개가 열린 것이, 천창이 많이 열려있을수록 환기효율이 높다는 것을 확인하였다.