대형마트와 통합된 옥상온실의 냉·난방 부하 산정을 위한 에너지 해석에 관한 수치적 연구 (Numerical Investigation on Energy Analysis for the Heating and Cooling Load Estimation of a Rooftop Greenhouse Integrated with a Supermarket)

서지정보

· 발행기관 : 대한설비공학회
· 수록지 정보 : 설비공학 논문집 / 31권 / 11호 / 528 ~ 537페이지
· 저자명 : 김태훈, 한용식, 최병일, 도규형

초록

본 연구에서는 상업건물과 통합된 옥상온실의 냉․난방 부하 산정을 위한 에너지 해석을 수행하였다. 이를 위해 대형마트와 통합된 옥상온실에 대한 해석모델을 개발하고 이를 상용 BES 프로그램 중 하나인 TRNSYS를 사용하여 냉․난방 부하를 계산하였다. 비교를 위하여, 독립 유리온실과 대형마트에 대한 에너지 해석도 함께 수행하였다. 해석 결과는 다음과 같다.
(1) 건물 통합 옥상온실에 대한 경계층 벽체조건이 Fig. 5(a)와 같이 단순 통합된 경우, 전체 난부하는 단독 유리온실 및 대형마트의 난방부하에 비해 913 GJ 감소하여, 8.6% 감소하지만, 냉방부하는 연간 기준 740 GJ이 증가하여, 전체 냉․난방 부하의 감소량은 174 GJ로 1.4% 감소에 불과하였다.
(2) 옥상온실과 건물 사이의 에너지 교환을 원활하게 할 수 있도록 경계층 벽체조건을 설정할 경우, 통합 옥상온실의 연간 난방부하는 단독 유리온실 및 대형마트에 비해 1,484 GJ가 감소하여 저감율은 약 14.0%로 나타났고, 냉․난방부하를 합한 전체 부하 감소량 및 감소율은 각각 1,293 GJ, 10.2%에 이르는 것으로 나타났다. 또한, 통합 옥상온실을 위한 난방용 설비의 최대 부하는 357 W/m2로 단독 유리온실 및 대형마트에 비해 5.7% 감소하였다.
(3) 유리온실 내부 온도 변화가 건물 냉․난방 부하에 미치는 영향을 추가적으로 조사하였으며, Case 2의 경우 통합 옥상온실에서의 냉․난방 부하가 단독 유리온실 및 대형마트에 비해 약 10.2% 감소한 반면, Case 2-2의 경우 약 3.3% 감소함을 확인하였다. Case 2-1는 전체 부하 측면에서 저감효과가 없는 것으로 나타났다.


결론적으로, 옥상온실과 대형마트 사이의 에너지 교환이 효과적으로 이루어지도록 설계할 경우, 건물 통합형 옥상온실이 에너지 효율 관점에서 장점을 가지며, 연간 냉․난방 부하의 저감량 및 저감율은 온실의 재배 작물에 따라 크게 차이가 있음을 확인하였다. 또한, 본 연구결과를 토대로 건물 통합형 옥상온실의 냉․난방 설비 시스템 사양 선정을 위한 설계에 활용이 가능할 것이다.

영어초록

In this paper, energy analysis was numerically performed to estimate the cooling and heating loads of a rooftop greenhouse integrated with a commercial building. For the purpose, we developed a building energy simulation model, and calculated the cooling and heating loads using a commercial tool, TRNSYS. Energy analysis for a greenhouse and supermarket was also conducted for the comparison. Based on the numerical results, when energy transfer between the rooftop greenhouse and supermarket was facilitated efficiently, the annual heating load and total load were significantly reduced compared to a glass greenhouse and supermarket. It was found that the reduction rates of the heating and total loads were 14.0% and 10.2%, respectively. Also, the peak load of heating equipment could be reduced as 5.7%. Additionally, the effect of the set temperature inside the rooftop greenhouse on building cooling and heating loads was investigated, and it was demonstrated that the reduction rates of annual heating and cooling loads were significantly differed depending on the cultivated crops in the greenhouse.

참고자료

· 없음