A Numerical Study for Calculation of Overall Heat Transfer Coefficient of Double Layers Covering and Insulation Material for Greenhouse

온실용 이중피복 및 보온재의 관류열전달계수 산정을 위한 수치적 연구

This study calculated the overall heat transfer coefficient (U-value) of greenhouse covering materials with thermal screens using a simulation model and then estimated the validity of the calculated results by comparison with measured values. The U-value decreased gradually as the thickness of the air space between the double glazing increased, and then remained essentially constant at thicknesses exceeding 25 mm. The U-value also increased with the difference in temperature between the inside and outside of the hot box. The vigorous convective heat transfer between two plastic films caused unsteady heat flow and then created a nonlinear temperature distribution in the air space. The distance did not affect the U-value at distances of 50~200 mm between the plastic covering and thermal curtain. The numerical calculation results, with and without sky radiation, were in accord with the experimental results for a $30^{\circ}C$ temperature difference between the inside and outside of the hot box. In conclusion, a reliable U-value can be calculated for a temperature difference of $30^{\circ}C$ or more between the inside and outside of the hot box.

본 연구는 온실용 피복재 및 보온재의 조합에 대한 시뮬레이션 해석모델을 개발하여 관류열전달계수를 산정하고 측정된 결과와 비교하여 타당성을 평가하기 위해 수행되었으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 유리이중피복의 경우 이중피복 사이의 공기층이 두꺼워짐에 따라 관류열전달계수가 서서히 작아져서 공기층 두께가 25 mm 이상이 되면 관류열전달계수의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있었다. 또한 온도차가 증가함에 따라 관류열전달계수도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 두 플라스틱 피복재 사이에는 대류에 의한 열전달이 활발하게 일어나기 때문에 비정상 유동에 의한 열전달이 발생하고 이로 인해 온도분포도 비선형적으로 변하는 것으로 사료된다. 플라스틱 피복재 및 보온재들의 간격이 50~200 mm범위에서 변화할 때에 피복재의 간격은 관류열전달계수 큰 영향을 미치지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. 천공복사를 고려한 경우와 고려하지 않은 경우 모두 핫박스의 내외부 온도차가 $30^{\circ}C$인 조건에 대해서는 수치해석결과와 실험결과가 대체로 잘 일치하였다. 따라서 핫박스의 내외부 온도차가 $30^{\circ}C$ 이상인 조건에서 수치해석을 통해 관류열전달계수를 산정한다면 신뢰성 있는 값을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.