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원추형 집광기를 이용한 태양광-열(CPV/T) 복합시스템 개발
나문수 ( Mun Soo Na ),이귀현 ( Gwi Hyun Lee ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1
본 연구에서 원추형 집광기와 CPV셀을 기반으로 한 태양광-열(CPV/T) 복합시스템의 설계 및 제작과정을 다룬다. 원추형 집광기의 경우, 이론적 해석을 통하여 최고의 집열효율을 갖는 원추각 45도의 집광기 4개를 결합하여 사용하였다. 원추형 복합시스템은 태양에너지를 집열하여 열에너지를 생산하는 집광기와 작동유체의 순환을 위해 이중 구조로 제작된 흡수기, 집광된 태양으로부터 전기에너지를 생산하는 CPV셀 등으로 구성되어 있다. 효율적인 태양복사열 집광을 위해 태양 위치에 따라 고도각과 방위각을 추적할 수 있는 2축 태양추적장치를 설비하였다. CPV셀은 원추형 집광기의 중심부에 위치한 이중 흡수관의 고집광부인 상단부에 위치하였으며, CPV셀의 결함을 방지하고, 부가적 태양광 집광을 위해 2차 보조 집광기를 부착하였다. 본 논문에서 소개하는 원추형 CPV/T 복합 시스템은 기존 원추형 시스템에 CPV셀을 부착하여 전기와 열을 동시에 생산 할 수 있으며, 생산된 전기에너지와 열에너지를 이용하여 온실재배의 난방 문제, 운영비용 절약 등 다양하게 농업 분야에 적용가능하다. 특히, 원추형 복합시스템은 설계 및 제작에 있어 쉽고 간결하며, 제작 단가가 낮다는 점에서 보급에 이점이 있을 것으로 사료된다.
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유량 변화에 따른 원추형 태양열 집광기의 집열효율 분석
나문수 ( Mun Soo Na ),황준열 ( Joon Yeal Hwang ),이귀현 ( Gwi Hyun Lee ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
원추형 집광기의 성능 향상을 위해 다양한 원추각도에 따른 집광비 분석 통하여 최고의 집열효율을 갖는 원추 각은 45도로 판단하였다. 따라서 45도의 원추각을 갖는 원추형 집광기를 설계 및 제작하여 성능분석을 수행하였다. 원추형 집광 시스템은 태양에너지를 집열하는 집광기, 열매체축열을 위한 축열조, 유량 측정을 위한 유량계, 열매체의 강제순환을 위한 펌프로 구성되어있다. 또한 원추형 집광기는 태양의 위치에 따라 고도각과 방위각을 추적하여 태양 복사열을 효율적으로 집광할 수 있도록 2축 태양추적장치 위에 설비하였다. 원추형 집광기의 중심부에는 집열된 태양 복사에너지를 흡수하는 흡수관이 설비되어 있으며, 흡수관은 열매체의 순환을 위해 이중열교환기 구조로 제작하였다. 또한, 흡수관의 열손실을 최소화하기 위해 흡수관의 길이를 집광기의 높이와 동일하게 설계 및 설비하였으며, 태양 복사열의 흡수율을 높이기 위하여 흡수관 표면을 검은색으로 도색하였다. 원추형 태양광 집광시스템의 최적 순환유량을 분석하기 위해 청명한 날, 유량을 2, 4, 6L/min으로 변화시켜 3회 반복 성능실험을 수행하여 유량변화에 따른 집열효율을 분석하였다. 실험결과 4L/min의 유량에서 원추형 집광시스템 효율이 약 74%∼85%으로 가장 우수한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 유량이 증가함에 따라 집열효율이 상승하지만 임계유량 이상이 되면 집열효율이 감소한다는 것을 알 수 있었다.
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나문수 ( Mun Soo Na ),황성근 ( Seong Geun Hwang ),이귀현 ( Gwi Hyun Lee ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
현재 대기오염이나 온실가스로 인한 환경파괴를 막기 위해 신재생에너지의 사용과 에너지 절약형 설비 등을 다각적으로 연구하고 있다. 신재생에너지로서 이용가치가 높은 태양에너지는 우리나라의 지리적인 위치와 계절적 기후조건으로 인해 에너지 이용에 유리하다. 하지만 일조시간 동안만 공급되어 지속적인 에너지이용에 제약이 있다. 본 연구에서는 태양에너지를 집열하여 열에너지를 생산하는 원추형 태양열 집광시스템과 일조시간에 제약을 받지 않고 지속적인 에너지 이용을 위한 축열시스템으로 구성된 농산물건조장치의 설계 및 제작과정을 다룬다. 4개의 원추형 집광기로 구성된 원추형 태양열 집광시스템은 태양의 위치에 따라 고도각과 방위각을 추적하여 효율적으로 집광할 수 있도록 2축 태양추적장치에 설비되었다. 농산물 건조를 위한 에너지는 태양에너지와 보조 열원을위한 전기에너지를 복합적으로 사용함으로 에너지 절약이 크게 기대되며, 건조 대상 농산물의 적정 건조온도에 따라 제어할 수 있도록 설계하였다. 특히, 원추형 태양열 집광시스템의 태양에너지 이용 면에서 볼 때 대체로 중·저온의 건조온도를 요하는 농산물 건조에 특화될 수 있을 것으로 사료된다.
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전산유체역학 모델을 이용한 도시 지표 피복 변화가 대기 경계층 열적 환경에 미치는 영향 분석
김지선,유정우,나문수,김용길,이순환,Kim, Ji-Seon,Yoo, Jung-Woo,Na, Mun-Soo,Kim, Yong-Gil,Lee, Soon-Hwan 한국환경과학회 2020 한국환경과학회지 Vol.29 No.12
With global warming and the rapid increase in urbanization accompanied by a concentration of population, the urban heat island effects (UHI) have become an important environmental issue. In this study, rooftop greening and permeable asphalt pavement were selected as measures to reduce urban heat island and applied to a simple virtual urban environment to simulate temperature change using ENVI-met. A total of five measures were tested by dividing the partial and whole area application of each measure. The results showed that the temperature range of the base experiment is 33.11-37.11 ℃, with the UTCI comfort level described as strong heat and very strong heat stress. A case applied permeable asphalt has a greater temperature difference than a rooftop greening case, the larger the area where each condition was applied, the greater the temperature change was.
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황성근 ( Seong Geun Hwang ),나문수 ( Mun Soo Na ),우성재 ( Sung Jae Woo ),이주희 ( Joo Hee Lee ),배호현 ( Ho Hyeon Bae ),이귀현 ( Gwi Hyun Lee ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
본 연구에서는 태양에너지를 이용하여 열과 전기를 동시에 생산하는 태양광-열 복합시스템의 유량에 따른 열효율과 전기효율을 비교 및 분석하였다. 제작된 PVT 융합 모듈은 전면부의 PV 모듈에서 전기를 생산하고, 후면부의 흡열 관에서 온수를 생산하여 전체 에너지 변환효율을 대폭 상승시키는 장치이다. 태양광-열 복합시스템은 유리덮개, PV 태양전지, PV 표면의 태양 복사열을 흡수하기 위한 집열판과 집열판 후면에 부착된 흡열 관으로 구성된 PVT 융합 모듈 및 열매체의 열을 저장할 수 있는 축열조, 열매체를 강제순환 시키는 순환펌프. 열매체의 유량을 조절하는 유량계로 구성되어 있다. 태양광-열 복합시스템의 설치방향은 정남향, 경사각 45°로 태양을 추적하지 않는 고정식으로 설치하였다. 열매체로는 물을 사용하였으며, 열매체는 펌프에 의해 흡열 관과 축열조를 순환하여 PV 태양광판에서 발생하는 태양 복사열을 흡수하고 축열조에 저장하게 하였다. 태양광-열 복합시스템의 효율 실험은 청명한 날 300분 동안 수행되었으며, 유량계를 통해 열매체의 유량을 각기 달리하여 2, 3, 4 L/min 일 때의 집열효율과 발전효율을 분석 및 비교하였다. 집열효율과 발전효율을 합한 합산효율은 열매체 유량이 2, 3, 4 L/min 일 때 각각68.03%, 63.09%, 61.03%로 나타났다. 결과적으로 유량이 높아질수록 전체효율이 낮아지는 경향을 보였고, 2 L/min일 때 가장 높은 효율을 나타내었다.
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황성근 ( Seong Geun Hwang ),나문수 ( Mun Soo Na ),우성재 ( Sung Jae Woo ),이주희 ( Joo Hee Lee ),이귀현 ( Gwi Hyun Lee ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1
본 연구에서 원추형 태양열 집광기의 흡수관 표면의 흑색 도색 여부에 따른 효율분석을 수행하였다. 원추형 집광기 시스템은 열 손실 최소화 및 집광비가 우수한 45°의 원추각을 갖는 원추형 집광기를 설계 및 제작하였다. 원추형 태양열 집광시스템은 열매체 축열을 위한 온도센서가 내장된 축열조와 태양에너지를 집열시키는 원추형 집광기, 유량측정을 위한 유량계, 열매체의 강제순환을 위한 펌프로 구성되어있다. 또한 지속적인 태양추적을 위해 2축 태양 추적 장치를 설치하였다. 흡수관은 원추형 집광기의 중심부에 설비되었으며, 열매체의 순환을 위해 이중 열교환기 구조로 제작되었다. 흡수관의 길이는 열 손실을 최소화하기 위하여 집광기의 높이와 동일하게 설계하였다. 원추형 집광시스템의 작동유체인 물은 펌프에 의해 흡수관과 축열조를 강제순환 하게 되고, 용량이 70L인 축열조에 흡수관으로부터 흡수된 태양 복사열이 저장된다. 원추형 집광시스템의 성능실험은 청명한 날 유량 2L/min, 4L/min, 6L/min에 대해 수행되었으며, 집열효율을 계산하여 비교 및 분석하였다. 흑색으로 도색된 흡수기를 부착한 원추형 집광시스템의 집열효율은 82.25%로 나타났으며, 무 도색 흡수관을 갖는 원추형 집광시스템은 73.26%의 집열효율을 나타내었다. 따라서 본 연구를 통해 흡수관 표면의 흑색 도색이 원추형 집광시스템의 집열효율에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
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황준열 ( Joon Yeal Hwang ),나문수 ( Mun Soo Na ),이귀현 ( Gwi Hyun Lee ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
본 연구에서 실험 및 수치적 분석을 통하여 원추형 태양열 집광기의 성능평가가 수행되었다. 열손실 최소화 및 집광비가 우수한 45°의 원추각을 갖는 원추형 태양열 집광기를 AUTOCADV15 software (Autodesk, Inc., San Rafael, CA)를 이용하여 설계 및 제작하였으며, 지속적인 태양추적을 위해 2중축 태양 추적 장치가 설치되었다. 원추형 집광시스템의 작동유체인 물은 펌프에 의해 원추형 집광기 중심부에 설비된 흡수관과 축열조를 강제순환하고, 용량이 50L인 축열조에 흡수관으로부터 흡수된 태양 복사열이 저장된다. 2, 4, 6L/min의 각기 다른 유량을 사용하여 원추형 집광시스템의 유량에 따른 집열효율 및 최대효율을 갖는 유량을 실험 및 수치분석을 통해 규명하였다. 수치적 분석은 MATLAB R2015a (Mathworks, Natick, MA, USA)을 이용하여 실험과동일한 조건하에 수행되었다. 원추형 태양열 집광기의 실험결과 평균 집열효율은 2, 4, 6L/min일때 각각 78.29%, 80.35%, 76.11%이였으며, 최대효율은 82.23%, 86.25%, 83.32%로 4L/min일 때 가장 높은 효율을 보이는 것으로 나타났다. MATLAB을 이용한 수치적 분석 결과 또한 각 유량별실험적 결과와 유사한 값을 보였다.
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공간정보 기반의 수자원 관리를 위한 주요 지표의 중요도 평가
정다운(Jeong, Da Woon),안종욱(Ahn, Jong Wook),김하룡(Kim, Ha Yong),나문수(Na, Mun Soo),김상래(Kim, Sang Rae) 대한공간정보학회 2021 대한공간정보학회지 Vol.29 No.4
본 연구는 공간정보 및 수자원 관련 전문가 집단을 대상으로 계층화(AHP) 분석 기법을 이용하여 공간정보 기반의 수자원 관리를 위한 평가 지표의 중요도 및 우선순위 평가를 목적으로 한다. 이를 위해 먼저 이론적 고찰을 통해 수자원 관리 측면에서의 법령 현황 및 지표를 검토하고, 수자원 관리 지표와 관련한 선행연구를 검토하여 본 연구와의 차별성을 제시한다. 이후 선행연구에서 검토한 기존 수자원 관리 지표를 통합하여 공간정보 기반의 수자원 관리를 위한 지표 분류 체계를 정립하고, 계층화 분석 기법을 적용하기 위한 전문가 설문조사를 설계한다. 마지막으로 일관성 비율에 따라 유효한 설문 결과를 대상으로 공간정보 기반의 수자원 관리를 위한 주요 지표의 중요도와 우선순위를 평가한다. 본 연구의 결과가 국내·외에서 추진하고 있는 공간정보 기반의 수자원 관리를 위한 주요 평가 지표의 기초 자료로써 유용하게 활용될 것으로 전망한다. This study aims to evaluate the importance and priority of evaluation indicators for water resource management based geospatial data by using the AHP method targeting a group of experts related to geospatial data and water resource. To do this, we review the current status of laws and indicators in terms of water resource management through theoretical considerations, then reviewing previous studies related to water resource management indicators, we present differentiation from this study. Thereafter we establish the indicators classification system for water resource management based geospatial data by integrating indicators reviewed in previous studies. Then, we design the expert survey to apply the AHP technique. Finally, we evaluate the importance and priority of major indicators for the use·management of water resources based geospatial data from the valid survey results. It is expected that the results of this study will be usefully used as basic data for major evaluation indicators for water resource management based geospatial data.
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