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- 저자 : 이상연(Sangyeon Lee) (검색결과 18 건)
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CFD기법을 통한 온실 환기시스템 및 덕트 난방시스템의 평가
이상연 ( Sangyeon Lee ),이인복 ( Inbok Lee ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-
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 에너지 이용 효율성 분석의 선행되어야 한다. 온실 내부의 환경 조절을 위해 다양한 공조시스템이 활용되고 있으며, 본 연구에서는 하절기에는 자연환기를 대상으로, 동절기에는 덕트 난방 시스템을 대상으로 에너지 이용 효율성의 향상을 위해 효율적인 환기 운영 및 덕트 난방 시스템의 적정 설계방안을 도출하고자하였다. 이를 위해 본 연구에서는 전산유체역학기법(CFD)을 이용하여 여름철 대상 온실의 자연환기량을 분석하였고 겨울철 덕트 난방 시스템의 설계 방안에 따른 작물군에서의 유속 및 온도 균일성을 평가하고자 하였다. 대상 온실은 보령화력발전소에 위치한 8연동 플라스틱온실로 현장실험을 통하여 온실의 CFD 시뮬레이션 모델을 설계 및 검증하였다. CFD 시뮬레이션 모델에서 작물을 다공성매체로 가정하여 설계하기 위하여 공기저항 측정 실험을 추가적으로 진행하였다. CFD모델은 작물특성, 온실형상, 구조적특징 등을 반영하였으며 격자크기, 난류모델에 따라 온실 내부 15개 지점에서의 기온 및 공기유속을 비교하여 검증하였다. CFD 시뮬레이션을 통해 연산된 값과 현장 실측치의 비교 결과, 온도 및 유속 분포의 결정계수 (R<sup>2</sup>)가 0.92~0.96으로 산정되었다. 따라서 본 연구에서 설계한 CFD 시뮬레이션 모델이 온실 내부 공기유동 모의에 적합하다고 판단하였으며, 적정 격자 크기와 난류모델은 0.5 m와 RNG k-ε 모델로 선정하였다. 본 연구에서는 검증된 CFD 시뮬레이션을 통해 외부 풍환경에 따라 하절기의 자연환기량을 평가하였다. 또한 하절기 외부 풍속이 작아 자연환기를 통해 온실 내부에 환기가 원활히 이루어지지 않을 경우 순환팬을 추가적으로 활용하여 약 0.3 min<sup>-1</sup> 만큼 환기를 개선할 수 있는 것으로 분석되었다. 추가적으로 겨울철 온실 내부의 열환경 및 풍환경의 균일성을 고려한 덕트 난방 시스템의 적정 천공 간격을 도출하였다. CFD 시뮬레이션을 통해 분석한 결과, 본 연구의 대상 온실에 설치된 덕트 난방 시스템의 경우 천공 간격의 감소비율을 1.2로 설계하는 것이 적절한 것으로 나타났다. 마지막으로 본 연구에서 제시한 결과는 본 연구의 대상 온실뿐만 아니라 다른 온실의 공조 설계 시 활용될 수 있을 것이라 판단된다.
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풍동실험을 통한 간척지 입지 양지붕형 온실의 풍압계수 산정
이상연 ( Sangyeon Lee ),이인복 ( Inbok Lee ),김동우 ( Dongwoo Kim ) 한국농공학회 2014 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2014 No.-
우리나라의 농산물 수요와 시설재배면적이 증가하고 있는 가운데, 해외수출시장 개척과 내수시장 활성화를 위해 우리나라 정부는 간척지를 활용하여 대규모 시설 농업 단지를 조성하고자 계획하고 추진하고 있다. 하지만 국내 온실설계 기준은 대부분 일본이나 미국의 기준에 바탕을 두고 있으며, 우리나라의 간척지 기상을 고려한 온실 설계기준이 없다. 간척지는 바다와 접하고 있어 주변에 장애물이 적고 태풍의 영향을 받을 가능성이 크다. 이러한 간척지의 풍환경에서 온실의 구조적 안정성을 확보하기 위해, 간척지라는 특수한 기상 조건을 고려한 풍압계수 적용이 필요하다. 본 연구에서는 국내의 주요 온실의 형태중 하나인 양지붕형 온실의 풍압계수를 풍동실험을 통해 산정하고 기존의 풍압계수 적용기준과 비교 및 고찰을 수행함으로써 우리나라 간척지의 기상조건, 지형 및 온실 조건에 적합한 풍압계수 적용 기준을 제시하고자 하였다. 이를 위해 ESDU 기법을 통하여 우리나라 간척지의 지표면 상태를 평가한 후 풍속프로파일과 난류강도 프로파일을 설계하였으며, 1:20축적의 단동 양지붕형 온실에 대하여 풍동실험을 진행하였다. 지붕각도에 따라 6가지 모델(22, 24, 26, 28, 30, 32°)을 대상으로 하였으며 풍향(0, 22.5, 45, 67.5, 90°)에 따라 풍압계수를 분석하였다. 풍동실험을 통해 산정된 풍압계수를 관련기준(국토교통부고시 건축구조기준 및 해설, 일본건축학회 건축물하중지침 및 동해설, 네덜란드 온실기준)에서 제시하고 있는 값과 비교·분석하였다. 용마루직각방향에 대한 풍압계수를 검토한 결과, 풍하측 온실의 지붕면과 벽면에서 풍압계수가 -0.8 ~ -1.1의 값을 나타내는 것을 확인하였다. 국토교통부고시 건축구조기준 및 해설의 경우 온실 단부에 대한 풍압계수를 지붕면에서 -0.7, 벽면에서 -0.5를 제시하고 있으며 네덜란드 온실 기준의 경우 각각 -0.55, -0.3을 제시하고 있다. 따라서 국토교통부고시 건축구조기준 및 해설과 네덜란드 온실기준의 경우 온실 단부에서의 풍압계수를 과소평가하고 있는 것으로 나타났다. 용마루방향에 대한 풍압계수를 검토한 결과, 온실의 지붕와 벽면에서의 풍압계수는 풍상측에서 -0.7~ -1.2, 풍하측에서 0 ~ -0.2로 차이가 나타났다. 국토교통부고시 건축구조기준 및 해설, 네덜란드 온실기준의 경우 온실의 지붕각도와 부위에 상관없이 일정한 값만을 제시하고 있으므로 온실에 작용하는 풍압분포 특성을 적절히 반영하지 못하고 있는 것으로 판단된다. 풍향별 풍압계수를 분석한 결과, 풍향 0°의 경우 풍하측 지붕면의 단부에서 용마루 양쪽 단부에서 나타나는 와류의 영향으로 부압계수 -1.06으로 부압이 크게 발생하는 것으로 나타났다. 풍향이 22.5°, 45°로 바뀜에 따라 한쪽 단부의 지붕면에서 국부적인 부압은 증가하게 되며 부압계수의 최대값은 풍향 22.5°에서 -3.65로 크게 나타났다. 따라서 국부적인 풍압의 영향을 받는 피복재, 창틀 등의 설계에 국부풍압의 영향을 고려해야 할 필요가 있는 것으로 판단된다.
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이상연 ( Sangyeon Lee ),이인복 ( Inbok Lee ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-
축산업은 농업분야에서 중요한 산업으로 자리매김하고 있으며 축산 시설의 대형화, 현대화 등 다양한 형태로 발전하고 있다. 축산 시설의 현대화 및 대형화와 함께 시설 내부의 균일성, 안정성 문제가 대두되고 있으며 생육환경 조절 실패로 생산성 저하, 각종 질병 등이 발생하고 있다. 이에 따라, 축산 시설 내부의 주요 환경 인자의 종합적 조절 인자로서 환기의 중요성 증가하고 있으며 축산 시설 내부의 균일성, 안정성을 유지하기 위하여 환기량을 정확하게 산정할 필요가 있다. 축산 시설 내부의 환기량을 산정하는 방법으로는 크게 유출입 평가 방법과 유동 추적 방법이 있다. 유출입 평가 방법은 유출입구에서의 압력, 수분, 이산화탄소 등의 물리량을 측정하여 간단한 수치 모델이나 현장 실험을 통하여 산정할 수 있다. 그러나 유출입 평가 방법은 시설 전체의 환기량 만을 고려하기 때문에 국부적인 환기량을 예측할 수 없다. 이에 반해, 유동 추적법은 유동을 추적하여 시설 전체 환기량과 지역적 환기량을 산정할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 유동 추적법은 현장 실험 시 추적 가스를 사용하기 때문에 위험성, 비효율성, 고비용 등의 문제가 발생한다. 따라서, 본 연구에서는 유동 추적법의 하나인 공기 연령 이론법을 바탕으로 추적 가스가 아닌 열환경 분포를 통하여 돈사 내 환기량을 산정하고자 한다. 본 연구에서는 추적 가스와 열환경 분포의 공기 연령 이론법을 검증하기 위하여 공기 연령 이론법을 통한 환기량 지표인 LMA (Local Mean Age, 국소 평균 연령)를 이용하였다. 먼저 돈사 내에서 현장 실험을 통하여 외부 기상 및 내부 환경 조건, 온도 (열환경 분포), 유속 분포, 이산화탄소 (추적 가스) 농도를 측정하였다. 현장 실험을 통하여 측정한 결과를 바탕으로 추적 가스 농도 감쇠를 통한 LMA와 열환경 분포 감쇠를 통한 LMA의 결과를 비교 분석하였다. 다음으로 전산유체역학 시뮬레이션 검증 모델을 설계하고 현장 실험으로부터 도출한 결과와 검증을 수행하였다. 검증을 위하여 열환경 분포 감쇠를 통한 LMA 결과와 시설 내부의 유동 결과를 이용하였다. 연구 결과 추적가스 농도 감쇠를 통한 LMA와 열환경 분포 감쇠를 통한 LMA 값의 오차는 약 0.9 s (0.6%), RMSE는 5.34 s로 도출되어 매우 유사한 경향을 보였다. 이에 따라, LMA 값을 도출하고자 하는 공간에 대해서 충분한 단열을 확보한다면 온도를 이용한 LMA 값을 도출하는 것도 타당할 것으로 판단되었다. 또한 CFD 모델의 검증 결과 적정 격자크기는 0.1 m, 적정 난류모델은 Standatd k-ω 모델로 선정하였다. 최종적으로 설계된 CFD 모델 결과와 현장실험 결과의 오차는 5.8 s, RMSE는 7.5 s로 매우 작게 도출되었다. 따라서, 본 연구에서 설계한 모델은 돈사 내 환기량을 평가하기 위한 모델로서 적합한 것으로 판단된다.
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CFD기법을 통한 간척지 환경조건에서의 연동형 온실의 자연 환기율 평가
이상연 ( Sangyeon Lee ),이인복 ( Inbok Lee ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-
우리나라의 온실은 대부분 단동형 온실(약 73%)이지만 연중 안정된 고품질의 농산물을 대량 생산하기 위해 연동형 온실이 증가하고 있는 추세이다. 이에 맞춰 최근 정부에서는 국내간척지 12지구에 첨단수출 원예단지 등 대규모시설농업 단지 조성 계획을 고시하였다. 간척지에서의 풍환경은 내륙에 비해 지형상의 장애가 적어 풍향이 일정하고 풍속이 큰 특징을 가지고 있어 기존의 내륙 설치 온실과는 다른 설계기준이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 간척지입지 온실의 설계 기준을 제시하기 위해 CFD 시뮬레이션을 이용하여 온실 형태, 환기방식, 연동수에 따라서 간척지 풍환경 특성이 고려된 연동형 온실의 자연환기 효율성을 분석하였다. 본 연구에서는 대표적인 연동형 온실인 벤로형, 와이드스판형, 1-2W형 온실에 대해 환기율을 분석하였다. 이에 대한 시뮬레이션 모델 설계는 Ha(2015)에 의한 검증 결과를 토대로 온실 내부의 격자사이즈는 0.2m, 난류모델은 RNG k- ε 모델로 선정하였으며, 국내의 대표 간척지의 기상 환경 분석을 통해 풍속 1m/s, 2.5m/s, 5.5m/s를 기준풍속으로 선정하였다. 이를 바탕으로 ESDU프로그램을 통해 풍속 및 난류 프로파일을 설계한 뒤 시뮬레이션의 경계 조건으로 설계하였다. 설계된 CFD 모델을 바탕으로 질량교체환기율(Mass flow rate), 추적가스환기율(Tracer gas decay rate) 방법을 이용하여 자연환기율을 산정하였고 이를 열평형 방정을 통해 산정된 필요환기량 값과 비교·분석하였다. 간척지 입지 연동형 온실의 자연환기율을 분석한 결과, 연동수가 증가함에 따라 MFR 환기율과 TGD 환기율 모두 감소되는 결과가 나왔으며 풍속이 1m/s, 2.5m/s, 5.5m/s로 증가함에 따라 환기율이 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 온실 내부의 구역별로 산정된 추적가스환 기율을 통해 풍환경과 환기 방식에 따른 환기 원활구역과 정체구역을 판단하였다. 온실의 형태별 비교 결과 환기율은 벤로형, 1-2W형, 와이드스판형 순서로 벤로형 온실이 가장 높게 산정되었다. 환기방식에 따라 비교하기 위해 추적가스법으로 산정된 벤로형 8연동 온실(풍속 1m/s, 풍향 90°)의 환기율을 예로 살펴보면, 측창환기를 기준으로 측·천창환기 방식은 약 3.8배, 천창환기는 약 0.5배로 산정되었다. 필요환기량 충족여부 평가 결과, 풍향이 90°, 측창환기시 벤로형 온실의 경우 온실 내·외기의 차를 4℃로 유지하기 위해서 2연동 온실은 2.5m/s와 5.5m/s일 때 질량교체환 기율이 필요환기량을 만족하였고, 8연동 온실은 5.5m/s 이상일 때 필요환기량을 충족하는 분석되었다. 본 연구의 결과들은 환기 설계 기준 및 환기 운영 기준의 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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이상연 ( Sangyeon Lee ) 커뮤니케이션디자인학회 2015 커뮤니케이션 디자인학연구 Vol.53 No.-
창의적 발상기법(Idea Techniques)은 새로운 아이디어를 창출하고 고정관념이나 편견에서 벗어나 문제해결 능력과 디자인 창의성을 높이는 중요한 기준이 되고 있다. 브레인스토밍(brainstorming), 브레인라이팅 (BrainWriting), 고든(Gordon Method)기법, 시네틱스 (Synectics), 특성열거(Attribute Listing), 등의 창의적 발상기법의 개념을 정리하고, 브레인스토밍과 브레인라이팅을 중심으로 새로운 접근 방식인 웹스토밍 (Webstorming)을 비교분석하고 디자인 수업에 적용 가능한 확장 모형을 만들고 세 가지 방식을 디자인 발상수업에 대입하여 창의적이고 효율적인 디자인 접근 방법을 제시한다. 또한 이것을 토대로 참여 학생들의 요인별 만족도를 조사하여 기존의 발상기법들이 실질적으로 교육에 반영되지 못한 문제점이 시간과 장소의제한, 그리고 학생과 교수자의 이해도 부족임을 확인할 수 있었다. 창의적 디자인 발상의 교육적 활용을 위하여 다양한 발상기법과 함께 웹스토밍 (Webstorming)을 같이 사용하여 디지털 매체의 많은 정보와 직관적인 개입 및 습득이 가능해져, 조금 더디자인 프로세스를 다양하게 체계화된 발상기법으로의 활용 할 수 있는 가능성을 제시하고자 한다. 또한 새로운 방식의 온라인상의 디지털 발상기법과 오프라인 상의 강의를 연계함으로써 불확실한 아이디어를 제약없는 공유와 통합으로 창의적인 아이디어를 시각화, 구체화 할 수 있을 것으로 여겨진다. The Creative thinking techniques has become an important criterion to increase problem-solving skills and creativity out of the design ideas and create new stereotypes or prejudice. A representation techniques of creative thinking brainstorming, BrainWriting, Gordon Method, Synectics, Attribute Listing, KJ method, etc. it has been used as a design problem solving process. The Brainstorming and focus on new approaches to BrainWriting is compared to Webstorming. Create a scalable model applied to design classes. And, by applying the three methods already mentioned in class design ideas proposes a creative and efficient design approach. In addition, it was investigated based on the type of students satisfaction factors involved, there is a problem in the original ideas technique did not substantially reflect technology in education can verify that the limitation of time and place, and student and teacher is also a lack of understanding. It can be used as a Webstorming with various ideas for educational use of the technique creative design ideas. Through this, a lot of information and intuitive interaction and the acquisition of the digital medium becomes possible, it would like to offer a little more variety of possible can take advantage of a structured ideas techniques the design process. If you use with a web storming much information as possible is intuitive interaction and acquisition of digital media. And, a new way of ideas online using digital techniques to offline classes together. So share and will be able to integrate and visualize creative ideas and organize an unlimited uncertain ideas.
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이상연 ( Sangyeon Lee ),이인복 ( In-bok Lee ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.2
연중 안정적인 고품질의 농산물 생산과 수요에 대한 증가로 인하여 원예시설의 에너지 절감을 위한 에너지 효율 사업과 ICT 적용 스마트팜 구현을 위한 시설원예의 현대화 사업이 정책적으로 시행되고 있다. ICT 기술이 적용된 자동화 온실에는 환경 계측(풍속, 일사, 온도, 습도 등)을 통한 액츄에이터(온풍기, 순환팬 등)이 가동되어 작물의 생육에 적절한 환경을 유지 관리할 수 있다. 그러나 대형 온실 내 환경 제어를 위한 센서의 위치는 농장주 및 온실 시공업체의 경험에 근거하여 주관적으로 설치되고 있으며, 대다수의 농장주는 경제적인 이유로 센서를 제한적으로 설치하는 실정이다. 따라서 대형 온실의 경우 내부환경을 균일하고 적절하게 조성하기에는 한계가 있으며 특정 위치에서 측정된 데이터가 온실 전체 환경을 대표하기에는 불확실성이 존재한다. 또한 온실에 따른 적정 센서 대수 및 위치를 선정과 관련된 연구 및 농장주 및 시공업자가 참고할 수 있는 정량적 설치 기준이 없는 실정이다. 정확한 계측과 정밀한 제어를 위해서는 온실 내 적절한 위치에서 계측이 필요하다. 이에 본 연구에서는 빅데이터 분석을 통하여 ICT 적용 온실의 환경 제어를 위하여 센서 대수별 최적 위치를 선정하고자 한다. 대상 온실은 애플망고를 재배하고 있는 8연동 플라스틱 온실(W: 32 m, L: 24 m, H: 5.7 m)이고, 총 9지점에 대한 미기상(온도, 습도, 광, 이산화탄소 등)이 10초 간격으로 계측되고 있다. 본 연구에서는 우선적으로 온도 센서에 대한 최적 센서 위치 및 대수 선정을 위하여 오차 및 정보엔트로피 이론을 적용하였다. 오차 기반 방법은 센서가 모두 설치되었을 경우를 대표값으로 가정하여 센서들의 조합에 따라 대표값에 가장 가까운 센서의 조합을 찾는 방법이다. 온실의 전체적인 환경조절을 위해서는 적절하다고 판단할 수 있지만, 갑작스러운 환경 변화 및 이상 상황 감지에는 한계가 존재한다. 엔트로피 기반 방법은 특정 지점에서 발생하는 정보량(정보엔트로피)을 이용하고, 센서 조합간의 중복되는 정보량을 최소화하고 정량적으로 평가할 수 있는 방법이다. 오차 기반 방법론의 경우 총 9개 센서 중 4대 이상의 센서를 설치할 경우 8개의 센서를 설치하였을 때와 유사한 계측 효과를 나타냈다. 또한 정보엔트로피 기반 방법을 통하여 온실 내부에서 센서 대수별 온도에 대하여 변동성이 큰 지점에 대하여 도출을 하였다. 본 결과는 정밀 환경 및 이상 상황 감지를 위한 농장주 및 시공업자의 총 센서 설치 대수 선정 및 위치 선정을 위한 의사결정 도구로써 활용이 가능할 것으로 판단된다.
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초고온 동압을 밭는 제트 베인의 구조 안전성 평가에 대한 연구
박성한,이상연,박종규,김원훈,문순일,Park Sunghan,Lee Sangyeon,Park Jongkyoo,Kim Wonhoon,Moon Soonil 한국추진공학회 2005 한국추진공학회지 Vol.9 No.3
초고온(2700$^{\circ}C$ ) 연소가스에 직접 노출된 상태에서 가스유동에 의한 동압을 받는 추력편향장치용 제트 베인의 열구조 안전성을 평가하기 위하여 내열합금의 초고온 인장시험 및 3차원 비선형 수치해석을 수행하였다. 고온 구조거동을 분석하여 제트 베인의 구조안전성을 평가하였으며 구조해석결과를 지상 연소시험결과와 비교하였다. 구조 및 열 하중의 대부분은 제트 베인 축에 집중되었으며, 축은 1400$^{\circ}C$ 이하에서 구조적으로 안전한 것으로 밝혀졌다. 지상연소시험결과와 구조해석결과의 비교를 통하여 베인 하중과 축의 변위를 기준으로 구조안전계수를 평가하는 것이 등가응력에 의한 평가기준보다 더 유용한 기준으로 판단되었다. To evaluate structural safety factor of the jet vane for the thrust deflection system under the dynamic pressure and very high temperature(2700$^{\circ}C$ ) of the combustion gas flow, the high temperature tension tests of refractory metals and 3-D nonlinear numerical simulations are performed. Through the analysis of high temperature structure behavior for jet vane, the structure safety of jet vane is evaluated, and numerical results are compared with static ground tests of jet vanes. It has been found that most of structural and thermal loading is concentrated on the vane shaft which worked as safe under 1400$^{\circ}C$. From the comparison of static ground tests and numerical results, the evaluation criterion using the vane load and shaft displacement is more useful to estimate the structural safety than using the equivalent stress.
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