• 한국건축시공학회지
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• 제20권5호
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• pp.417-423
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• 2020

건축물의 에너지 소비 중 40%인 냉·난방을 줄이기 위해 외피 단열향상이 중요시되고 있다. 이에 기존 단열재를 개선하기 위해 진공단열패널VIP(Vacuum Insulation Panel)을 건축물에 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 하지만 VIP는 보수보강이 불가능해 이를 개선한 금속진공단열패널을 고려하였다. 금속진공단열패널의 심재는 진공압력을 버티고, 낮은 열전도율을 가져야 하므로 기포콘크리트를 채택하였다. 하지만 예비 실험을 통해 기포의 양이나 성질에 의해 0.001torr에 도달하는 시간이 다른 것을 확인하였다. 이러한 영향은 기포제의 종류 및 기포 슬러리 밀도 등에 의해 진공도달시간이 달라질 것이라 판단하여 최적 기포콘크리트 조건이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 금속진공단열패널의 심재인 기포큰크리트의 기포제 종류 및 기포 슬러리 밀도에 따라 진공도달시간 및 열전도율 변화를 측정하여 심재로 적용 가능한 기초적 자료를 제시하는 것을 연구목적으로 한다.

• 지역연구
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• 제40권2호
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• pp.107-130
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• 2024

도시의 지표면 기온 변화는 도시민의 열 쾌적성, 에너지 소비, 나아가 건강에 영향을 미치는 주요한 환경요인이다. 많은 연구가 도시 지표면 기온과 도시 건조환경(built-environment) 형태 간의 관계를 탐색해 왔으나 대부분 극궤도위성 자료를 사용해 정오 시간대 기온만을 분석하였다. 본 연구는 다양한 시간대 지표면 기온을 관측하는 ECOSTRESS 위성 자료를 활용하여 서울시 여름철 지표면 기온의 주간 변동을 탐색하였으며 기온 변동이 건조환경 유형별로 차별적으로 나타나는지 분석하였다. ECOSTRESS는 2018년 발사된 NASA 위성으로 점진 변화 궤도를 운항하며 다양한 시간대 지표면 온도를 70m 고해상도로 관찰한다. 본 연구는 2019~2022년 이른 오전(6:25AM)과 늦은 오후(5:26PM)에 걸친 자료를 수집하여 서울시 지표면 온도의 시계열 자료를 구축하였다. 환경 특성을 반영하는 녹지, 수면, 건축 형태(건폐율, 용적률, 높이) 데이터를 기반으로 계층적 군집분석을 실시해 8가지 건조환경 유형을 도출하였으며, 유형별 온도변동 특성을 비교하였다. 각 유형은 저층고밀거주지(low-rise compact), 저밀아파트단지(low-BCR Apt.), 강변 중고층 주거단지(Riverside Mid-rise Apt.), 중고층 용도혼합지역(mid-to-high-rise mixed use), 고층고밀지역(high-rise compact), 초고층빌딩(skyscrapers), 산림, 수면(하천)을 나타내었다. 분석 결과, 지표 기온의 공간적 격차는 새벽 이후 증가하여 정오(12:04)에 극대화된 뒤 다시 감소하였으며, 기온 변화가 급격한 지역과 안정적인 지역이 구분되었다. 저층 고밀 거주지와 고층 고밀지역의 경우 기온이 빠르고 높게 증가하여 기온변동성이 높았고, 저밀 아파트단지는 기온이 온화하고 완만하게 증가하며 기온 변동성이 낮았다. 건조환경 유형 간 평균기온의 서열은 시간별로 변화하지 않고 유지되었다. 이러한 결과는 폭염과 일교차 증가에 적응할 수 있는 도시형태에 시사점을 제공한다.

• 생물환경조절학회지
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• 제17권2호
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• pp.90-95
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• 2008

수직형에 비해 비교적 가격이 저렴하고 냉난방을 동시에 할 수 있는 농업시설에 적합한 10RT 규모의 수평형 지열히트펌프 시스템을 $240m^2$ 면적의 온실에 설치하고, 이 시스템의 냉방성능을 분석하였다. 응축기 출구온도가 $40^{\circ}C$에서 $58^{\circ}C$로 상승함에 따라 소비전력은 11.5kW에서 15kw로 상승하였으며, 고압이 1,617kpa에서 2,450kPa로 변화하였다. 냉방성능계수는 지중온도 $25.5^{\circ}C$에서 2.7 수준이었으며 지온이 상승함에 따라 하강하여 $33.5^{\circ}C$에서 2.0 수준이었다. 또한 온실 내부로부터 흡수하는 열량(냉방열량)은 같은 지중온도 수준에서 각각 28.8kW, 26.5kW이었다. 가동 8시간 후 지열교환기가 설치된 60cm깊이의 지온은 $14.3^{\circ}C$가 상승하였으며 150cm는 $15.3^{\circ}C$가 상승하였다. 반면 지열교환기가 매설되지 않은 60cm 깊이는 2.4, 150cm 깊이는 $4.3^{\circ}C$의 지온상승을 보였다. 열매 체유가 지열교환기를 통과한 후 평균 $7.5^{\circ}C$의 온포가 하강하였으며, 토양온도가 평균 $27.5^{\circ}C$ 수준에서 토양으로 방출하는 열량은 평균 46kw로 지중열교환기의 단위 길이 당 약 36.8W의 열량을 방출하는 것으로 분석되었다. 팬코일 유닛이 온실로부터 흡수하는 냉방 열량은 평균 28.2kW이었으며, 열매체유의 온도는 $4.2^{\circ}C$ 상승하였다. 축열조내 열전달매체유의 온도가 $26.0^{\circ}C$에서 $2.0^{\circ}C$까지 하강하는데 3시간이 소요되었으며, 평균 축열율은 29.7kW, 총 축열량은 321MJ이었다. 또한 $2.0^{\circ}C$까지 냉열을 축열한 후 $25.4^{\circ}C$까지 방열되는 시간은 외기온이 평균 $28.5^{\circ}C$일 때 4시간이었고, 총 313.0MJ의 에너지가 방열되었으며, 이때 평균 방열율은 21.7kW인 것으로 분석되었다.

• 설비공학논문집
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• 제16권12호
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• pp.1234-1268
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• 2004

A review on the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigerating Engineering in 2002 and 2003 has been carried out. Focus has been put on current status of research in the aspect of heating, cooling, air-conditioning, ventilation, sanitation and building environment/design. The conclusions are as follows. (1) Most of fundamental studies on fluid flow were related with heat transportation in diverse facilities. Drop formation and rivulet flow on solid surfaces were interesting topics related with condensation augmentation. Research on micro environment considering flow, heat transfer, humidity was also interesting to promote comfortable living environment. It can be extended considering biological aspects. Development of fans and blowers of high performance and low noise were continuing research topics. Well developed CFD technologies were widely applied for analysis and design of various facilities and their systems. (2) Heat transfer characteristics of enhanced finned tube heat exchangers and heat sinks were extensively investigated. Experimental studies on the boiling heat transfer, vortex generators, fluidized bed heat exchangers, and frosting and defrosting characteristics were also conducted. In addition, the numerical simulations on various heat exchangers were performed and reported to show heat transfer characteristics and performance of the heat exchanger. (3) A review of the recent studies shows that the performance analysis of heat pump have been made by various simulations and experiments. Progresses have been made specifically on the multi-type heat pump systems and other heat pump systems in which exhaust energy is utilized. The performance characteristics of heat pipe have been studied numerically and experimentally, which proves the validity of the developed simulation programs. The effect of various factors on the heat pipe performance has also been examined. Studies of the ice storage system have been focused on the operational characteristics of the system and on the basics of thermal storage materials. Researches into the phase change have been carried out steadily. Several papers deal with the cycle analysis of a few thermodynamic systems which are very useful in the field of air-conditioning and refrigeration. (4) Recent studies on refrigeration and air-conditioning systems have focused on the system performance and efficiency enhancement when new alternative refrigerants are applied. Heat transfer characteristics during evaporation and condensation are investigated for several tube shapes and new alternative refrigerants including natural refrigerants. Efficiency of various compressors and performance of new expansion devices are also dealt with for better design of refrigeration/air conditioning system. In addition to the studies related with thermophysical properties of refrigerant mixtures, studies on new refrigerants are also carried out. It should be noted that the researches on two-phase flow are constantly carried out. (5) A review of the recent studies on absorption refrigeration system indicates that heat and mass transfer enhancement is the key factor in improving the system performance. Various experiments have been carried out and diverse simulation models have been presented. Study on the small scale absorption refrigeration system draws a new attention. Cooling tower was also the research object in the respect of enhancement its efficiency, and performance analysis and optimization was carried out. (6) Based on a review of recent studies on indoor thermal environment and building service systems, it is noticed that research issues have mainly focused on several innovative systems such as personal environmental modules, air-barrier type perimeterless system with UFAC, radiant floor cooling system, etc. New approaches are highlighted for improving indoor environmental conditions and minimizing energy consumption, various activities of building energy management and cost-benefit analysis for economic evaluation.

• 설비공학논문집
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• 제14권12호
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• pp.1102-1139
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• 2002

A review on the papers published in the Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigerating Engineering in 2000 and 2001 has been done. Focus has been put on current status of research in the aspect of heating, cooling, ventilation, sanitation and building environment. The conclusions are as follows. (1) Most of fundamental studies on fluid flow were related with heat transportation of facilities. Drop formation and rivulet flow on solid surfaces were interesting topics related with condensation augmentation. Research on micro environment considering flow, heat, humidity was also interesting for comfortable living environment. It can be extended considering biological aspects. Development of fans and blowers of high performance and low noise were continuing topics. Well developed CFD technologies were widely applied for developing facilities and their systems. (2) Most of papers related with heat transfer analysis and heat exchanger shows dealt with convection, evaporation, and channel flow for the design application of heat exchanger. The numerical heat transfer simulation studies have been peformed and reported to show heat transfer characteristics. Experimental as well as numerical studies on heat exchanger were reported, while not many papers are available for the system analysis including heat exchanger. (3) A review of the recent studies on heat pump system shows that performance analysis and control of heat pump have been peformed by various simulations and experiments. The research papers on multi-type heat pump system increased significantly. The studies on heat pipe have been examined experimently for change of working characteristics and strut lure. Research on the phase change has been carried out steadily and operation strategies of encapsulated ice storage tank are reported experimentally in several papers. (4) A review of recent studies on refrigeration/air conditioning system have focused on the system performance and efficiency for new alternative refrigerants. Evaporation and condensation heat transfer characteristics are investigated for tube shapes and new alternative refrigerants. Studies on components of refrigeration/air conditioning system are carried to examine efficiency for various compressors and performance of new expansion devices. In addition to thermophysical properties of refrigerant mixtures, studies on new refrigerants are also carried out, however research works on two-phase flow seemed to be insufficient. (5) A review of the recent studies on absorption cooling system indicates that heat and mass transfer phenomena have been investigated to improve absorber performance. Various experimental data have been presented and several simulation models have been proposed. A review of the recent studies on duct and ventilation shows that ventilation indices have been proposed to quantify the ventilation performance in buildings and tunnels. Main efforts have been focused on the applications of ventilation effectiveness in practice, either numerically using computational fluid dynamics or experimentally using tracer gas techniques. (6) Based on a review of recent studies on indoor thermal environment and building service systems, research issues have mainly focused on many innovative ideas such as underfloor air-conditioning system, personal environmental modules, radiant floor cooling and etc. Also, the new approaches for minimizing energy consumption as well as improving indoor environmental conditions through predictive control of HVAC systems, various activities of building energy management and cost-benefit analysis for economic evaluation were highlighted.

• 생물환경조절학회지
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• 제29권4호
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• pp.428-439
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• 2020

본 연구는 PO필름과 PE필름을 온실의 피복재로 적용하였을 때 작물 수량 증대 및 에너지 절감에 미치는 영향을 조사하였다. 시험온실은 국립원예특작과학원 시설원예연구소 내에 위치한 단동온실(1-1W) 2동(B21, B23)과 2연동온실(1-2W형) 2동(B15, B16)을 사용하였다. 단동온실의 규격은 폭 7.2m, 길이 30m, 측고 1.5m, 동고 3.6m 이고, 연동온실의 규격은 폭 8m, 길이 40m, 측고 3.1m, 동고 5.8m의 온실로서 이 중 골조로 된 아치형 표준온실이다. 동절기 시험을 위하여 PO필름(외피 0.15mm, 내피 0.10mm)을 단동과 연동의 온실 피복재로 사용하였으며 대조구 온실로서 PE필름(외피 0.15mm, 내피 0.10mm)을 단동과 연동에 설치하였다. 시험작물은 완숙토마토 '해피니스'를 토양재배 하였고 2019년 12월3일에 정식하여 2020년 4월 30일까지 재배하였다. 온실내부 야간 설정온도는 15℃를 유지하였으며 주간에는 23~24℃를 유지할 수 있도록 측창 및 천창을 개방하였다. PO필름의 단동 및 연동온실 내부에서의 일사량, 온습도 등을 측정하였고, 재배 기간 동안의 생육량을 조사하였으며 에너지 절감 효과를 조사하기 위해 피복재별 시험온실의 온풍난방기 연료 소비량을 조사하였다. 조사 결과 단동온실에서의 일사량은 PO필름 온실에서 PE필름 온실보다 7% 증가하였고 수확량은 20% 증대되었다. 연동온실에서의 일사량은 PO필름 온실에서 PE필름 온실보다 11% 증가되었고, 수확량은 9% 증가하였다. 또한 온실내부의 일평균 온습도 측정 결과 단동온실은 PE, PO필름 온실이 19.0℃, 19.1℃, 상대습도 75%를 나타냈고 연동온실은 PO필름 온실이 19.6℃, 상대습도 57%를 나타냈고 PE필름 온실이 18.8℃, 상대습도 63%를 나타냈다. 연료 소비량은 단동온실의 PO필름 온실이 PE필름 온실보다 12.4% 절감되었고 연동온실에서는 PO필름 온실이 PE필름 온실보다 11.5% 절감된 것으로 나타났다.

• 자원리싸이클링
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• 제31권6호
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• pp.44-51
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• 2022

현재 전기로(EAF) 제강 공정에서는 내화재 보호 및 탈황능 개선을 위해 MgO 함유 Flux인 경소돌로마이트를 사용하고 있으며, 탈산 효과와 동시에 Slag foaming을 통한 전력에너지를 저감시키기 위해 가탄제를 투입하고 있다. 본 연구에서는 상기 효과들을 경제적으로 달성하기 위해 폐 MgO-C계 내화재를 사용하고자 한다. 폐 MgO-C계 내화재는 현재 대부분 재활용되지 못하고 폐기되고 있는 실정이지만 다량의 MgO와 흑연 성분을 함유하고 있어 제강용 Flux로서의 효용가치가 입증되면 대량 재활용이 가능할 것으로 기대된다. 본 실험에서는 상용 EAF slag 조성을 토대로 Target 조성 범위를 설정하였다. Target EAF slag가 원만히 형성될 수 있도록 하기 위해 Flux와 함께 투입될 Pre-melt base slag를 제조하였다. Pre-melt base slag는 SiO₂, Al₂O₃, FeO를 혼합하여 알루미나 도가니에 장입 후 1450℃에서 1시간 이상 가열하여 제조하였다. 이후 제조된 Pre-melt base slag에 혼합 Flux #2(경소돌로마이트+폐 MgO-C계 내화재+석회석)을 가하여 용융반응 시험을 수행하고 그 결과를 기존 제강 Flux에 해당하는 혼합 Flux #1(경소돌로마이트+석회석) 경우와 비교 평가하여 그 대체 가능성을 평가하였다. 신뢰성있는 평가를 도출하기 위해 XRD, XRF 및 Slag foam height, Slag basicity, 철 회수 등의 평가를 종합하였다.

• 생물환경조절학회지
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• 제22권2호
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• pp.182-187
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• 2013

밀폐된 식물공장 환경에서 환경 조절 및 에너지 소비예측을 위해서는 환경요소들의 변화 요인을 파악해야 한다. 식물체는 광합성 과정에서 많은 양의 물을 증산을 통해 대기 중으로 방출하게 되는데, 일반적으로 식물공장의 특성상 비교적 높은 습도 유지가 필요하며, 증산은 실내 습도에 직접적인 영향을 주기 때문에 식물의 증산량에 대한 정량화가 필요하다. 본 연구에서는 식물공장 생육조건에서 4가지 품종의 상추를 재배하면서 생육기간에 따른 엽면적 변화와 증산속도를 측정하고 이를 바탕으로 Penman-Monteith 방정식을 식물공장 조건에 맞게 변형시켰다. 그리고 이러한 결과들을 토대로 식물공장에서 재배 기간 중 증산으로 인해 발생하는 수분의 양을 시뮬레이션을 통해 예측하였다. 그 결과 작물의 엽면적과 증산속도는 생육기간이 진전됨에 따라 점차 증가하는 것으로 나타났으며 엽면적과 증산량 사이는 비례관계를 나타냈다. 증산량 추정 모델식 변형은 일반적으로 다양한 환경 요인들에 의해 증산량이 결정되던 기존의 모델식들에 비해 엄밀한 환경 요소들에 대한 제어가 가능한 식물공장에서 증산량은 환경 요소들은 상수로 취급 가능하며, 작물의 엽면적지수의 변화에 대해서만 주로 결정되었다. 또한 설정된 환경 조건에서 생육기간에 따른 증산량 추정모델을 이용하여 전체 생육기간 중 작물 개체당 누적 증산량을 높은 결정계수($r^2$)로 예측할 수 있었다. 이렇게 예측된 증산량은 식물공장 환경 제어 기술 중 냉난방 부하 계산 및 관수 계획을 세우는데 활용 가능할 것이다.

• 생물환경조절학회지
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• 제29권2호
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• pp.161-170
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• 2020

국내 시설 농업의 99.2%를 차지하는 플라스틱온실의 내부 환경인자는 외부 환경의 변화에 민감하게 반응하고 온실 공간 내부에서 편차가 발생한다. 온도, 습도, CO₂, 광도의 환경인자를 계측하기 위한 지점을 3 × 3 × 5로 구성하여 데이터를 취득하고 내부 공간을 수직, 수평적인 측면으로 분할하여 환경 인자의 분포를 확인하였다. 계측지점의 최적점을 선정하고자 계측 공간을 수직, 수평적인 방향으로 분할하고, 측정 데이터와 이를 활용한 예측지점의 선형회귀분석 결과로 성능평가를 실시하였다. 일반적인 상황에서는 온도와 습도 인자의 경우 1개의 센서로 플라스틱온실 내부 환경의 계측이 가능할 수 있으나, 특정구간의 경우 다수의 센서를 활용하여 내부공간의 정밀성을 확보하는 것이 필요하다. CO₂의 경우 실험기간 내의 계측 매트릭스의 증가에도 불구하고 변이를 정의하는데 한계가 있음을 발견하였다. 조도 분포의 경우 일출 이후 지속적으로 회귀분석 결과가 작아짐을 발견하였다. 구조물의 간섭 등을 고려해 동일한 수평적인 방향에서 미계측 지점의 결정계수가 감소하였고, 센서 매트릭스 배치를 작물 높이 위로 위치하여 다수의 센서 노드 설치로 개선 가능하다고 예상된다. 외부 환경의 변화에 따라 온실 내부 환경이 불규칙하게 변화되며, 이 구간은 시설의 규격을 고려하여 계측 매트릭스를 구성해야 한다. 반대로 안정적인 구간에서는 최소한의 센서 노드로 내부 환경의 예측이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 측정하고자 하는 환경인자와 시설의 구조 등 연구 및 재배자의 목적에 맞는 계측 매트릭스 위치 선정의 유동성이 요구되며, 덕트의 개폐위치를 조절하여 필요한 곳에 에너지를 투입하는 국소냉난방 및 생육제어 모델링 설계에 적용 가능하다고 판단된다.