스마트팜 적용 피복재의 시험을 통한 성능평가 및 냉방부하 분석 - 박두용(Doo Yong Park); 이현제(Hyun Je Lee); 박덕준(Duk Joon Park); 최슬건(Sul Geon Choi) (설비공학 논문집, 34(2), 2022)
본 연구에서는 피복재의 태양광 시뮬레이터 장비를 활용하여 연질필름(PE), 경질판(PMMA), 경질판(PC 복층판), 직조필름 이상 4개 종류의 시료에 대한 태양열 취득률을 국가표준 시험방법을 통해 비교 분석과 함께 입력데이터를 도출하였다. 열적 입력데이터를 기반으로 스마트팜의 냉방부하 시뮬레이션을 진행하여 설계 시에 피복재 선정을 위한 기초자료를 마련하고자 하였으며 결과는 아래와 같다. 냉방부하는 PC복층판이 424 W/m2로 가장 적게 평가되었으며 PE필름의 경우 559 W/m2로 가장 높게 평가되었다. 열관류율의 경우 피복재별로 3.7 W/m2‧K~6.7 W/m2‧K, 태양열취득율의 경우 54%~90% 가시광선투과율의 경우 50%~88%로 분석되었다. PC복층판과 PE필름의 냉방부하는 135 W/m2의 차이를 보이며 이는 24%로 피복재의 선정이 냉방부하에 미치는 영향이 큰 것을 알 수 있다. Case 1-1을 기준으로 냉방설정온도를 Case 1-2로 변경하였을 경우 냉방부하는 평균 12.4% 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 Case 1-1을 기준으로 냉방설정온도를 Case 1-3으로 변경하였을 경우 냉방부하는 평균 25.3% 감소하는 것으로 분석 되었다. 냉방설정온도 제어의 경우 생육적정온도 범위 중 낮은 온도대로 유지할수록 수확량이 증대되지만 냉방부하 및 비용이 늘어난다. 비용만 고려할 경우 최고한계온도인 30℃로 24시간 냉방하면 이점이 있겠으나 품질 저하, 수확량 감소로 이어진다. 따라서 본 연구결과와 더불어 후속연구에서는 설정온도 범위대별 수확량, 품질을 함께 연구할 필요성이 있을 것으로 판단된다. Case 2-1 내부차광을 적용하지 않은 온실 기준으로 Case 2-2 내부차광율 40%로 변경하였을 경우 냉방부하는 평균 31.2% 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 Case 2-1 내부차광을 적용하지 않은 온실 기준으로 Case 2-3 내부차광율 50%로 변경하였을 경우 냉방부하는 평균 33.4% 감소하는 것으로 분석되었다. 또한 Case 2-1 내부차광을 적용하지 않은 온실 기준으로 Case 2-4 내부차광율 60%로 변경하였을 경우 냉방부하는 평균 35.8% 감소하는 것으로 분석되었다. The thermal performance database of the covering material which can be used as input data for the smart farm cooling load simulation performance evaluation was analyzed through the test evaluation. Methods: The solar heat gain coefficient of the covering materials (PE, PMMA, PC double layer, woven film) was compared and analyzed through the Korean standard test method and input data was derived. Based on the thermal input data, the cooling load simulation of smart farm was conducted and the simulation performance evaluation of each case was performed to analyze how the indoor cooling load changes by covering materials. Results: The cooling load of the PC double layer was the lowest at 424 W/m2, and the PE film was the highest at 559 W/m2. The coefficient of heat transmission was 3.7 W/m2‧K~6.7 W/m2‧K for each covering materials, and the solar heat gain coefficient was evaluated as 54% ~90% visible transmittance was 50%~88%. The cooling load of the PC double layer and PE film showed a difference of 135 W/m2(24%), indicating that the selection of the coating material greatly affects the cooling load. The cooling load was reduced by 25.3% when the cooling setpoint temperature was controlled, and the cooling load was reduced by 35.8% when the internal shading rate was applied by 60%. KCI Citation Count: 0