장간종 작물 연중 생산을 위한 컨테이너형 수직농장 개발 및 유동장 분포 연구 (Development of Container-Type Vertical Farm for Year-Round Production of Long Stem Plants and Study on Flow Distribution)

서지정보

· 발행기관 : 한국콘텐츠학회
· 수록지 정보 : 한국콘텐츠학회 논문지 / 24권 / 12호 / 827 ~ 837페이지
· 저자명 : 이정민, 최인찬, 임동혁, 김태현, 백정현, 이정호, 이승철, 허정욱

초록

본 연구에서는 초장이 비교적 짧은 엽채류 위주의 수직농장 시스템과 달리 케일이나 대마와 같이 작물의 초장이 긴 장간종 작물의 연중 안정생산을 목적으로 관행 수직농장의 구조적 한계를 극복하여 재배베드 높이 조절 및 고광도의 광원 조사가 가능한 컨테이너형 수직농장을 설계 및 구축하였다. 수직농장 내부의 효율적인 온도 제어를 위해 냉난방기와 환기 시스템을 결합한 알고리즘을 개발하고, 외부 기온에 따라 환기시스템과 냉난방기를 활용하여 재배실 내부 온도를 조절하도록 구현하였다. 이를 위해 수직농장 실제 공간과 동일한 크기의 모의 공간에서 k-epsilon 난류 모델을 활용하여 전산유체해석(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 수행하였다. CFD 결과, 재배실내 중앙부 상단과 벽면에서 최대 유속은 2.53m/s으로 측정되었으며 재배베드 내에서는 유속이 거의 측정되지 않아 공기 순환이 원활하지 않은 것으로 판단되었다. 이를 해결하기 위해 재배베드 양 끝에 총 24개의 유동팬을 설치한 결과 재배베드내 평균 기류속도는 0.12m/s로, 유동팬 설치에 의해 공기순환이 향상되었다. 또한 유동팬을 설치하기 전 재배실내 온도와 표준편차는 28.04±3℃였으나 설치 후에는 27.77±1.7℃로 공기순환 및 온도편차가 개선되었음을 확인하였다.

영어초록

In this study, unlike vertical farming systems that primarily focus on leafy vegetables with relatively short heights, we designed and constructed a container-type vertical farm that overcomes the structural limitations of conventional vertical farms. This system enables adjustable cultivation bed heights and high-intensity light source irradiation, aimed at stable year-round production of tall crops such as kale and hemp. To efficiently control temperature inside the vertical farm, we developed an algorithm combining air conditioning and ventilation systems, implementing temperature control within the cultivation room using ventilation systems and air conditioning according to external temperatures. For this purpose, we performed Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis using the k-epsilon turbulence model in a simulated space identical in size to the actual vertical farm space. CFD results showed maximum velocity of 2.53 m/s at the upper center and walls of the cultivation room, while almost no air velocity was measured within the cultivation beds, indicating poor air circulation. To address this issue, we installed a total of 24 flow fans at both ends of the cultivation beds, resulting in an average air flow velocity of 0.12 m/s within the cultivation beds, demonstrating improved air circulation. Furthermore, before installing the flow fans, the temperature and standard deviation in the cultivation room were 28.04±3℃, but after installation, they improved to 27.77±1.7℃, confirming enhanced air circulation and reduced temperature variation.

참고자료

· 없음