• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.154-154
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• 2011

화석연료의 가격 및 공급의 불안정과 온실가스감축 국제 규제 강화 등에 대한 대안으로 여기는 신 재생에너지는 높은 초기 투자 부담으로 인하여 관련기술의 연구개발과 보급정책 등 전과정에 걸친 정책 지원체계가 필요하다. 본 연구에서는 지열에너지를 이용하는 지열냉난방기술에 중점을 두고 이에 대한 중장기 정책 포트폴리오 작성을 위한 기술 및 정책적 접근방안을 제시하고자한다. 지열에너지의 가장 큰 특징은 기후 등에 영향을 크게 부하가 변하는 태양광, 풍력 등과 달리 일정한 부하를 유지함으로써 안정적인 에너지공급이 가능하다는 것이다. 또, 품질 측면에서도 화석연료를 이용한 기존의 연료보다 쾌적한 환경을 조성하여 고급에너지로 평가받고 있다. 반면, 설비를 갖추기 위한 천공, 히트펌프 설치 등에 큰 비용이 든다는 단점을 가지고 있다. 현재 히트펌프 제작기술은 국산화를 완료한 상태로 사실상 기술개발에 의한 큰 폭의 원가절감은 기대하기 힘든 상황이다. 하지만, 유사분야인 시스템 에어컨이 표준화 및 대량생산을 통한 시장 보급 확대로 보급단가가 하락한 것을 고려해 볼 때 이를 통한 가격하락은 어느 정도 기대해 볼 수 있을 것으로 생각된다. 에너지 외적인 측면에서 볼 때도 지열에너지의 공급은 상당한 의미를 갖는다. 건물 냉 난방용 이외에 다양한 용도의 개발을 통해 비닐하우스나 온실 등에 지열에너지를 이용할 경우 정부차원에서 농어촌에 대한 지원이 가능하다. 또, 기존의 에너지원을 조달하는데 어려움이 있는 산간, 도서지방에서는 도시지역보다 투자대비 큰 효과를 볼 수 있어 지역간 에너지 불균형 해도에도 도움이 될 수 있다. 이와같은 지열에너지의 특성에 따라 향후 발전방향을 정리해 보았다. 핵심기술인 지열 히트펌프의 산업구조와 시장 보급 확대를 통한 가격하락을 기대한다. 지역개발 및 고립지역에서 타 신 재생에너지와 함께 독립적인 전력, 냉난방 등의 완전 에너지 공급시스템을 갖출 수 있다. 또한 특수 작물 등의 고급 농수산물 생산등의 용도개발을 통해 지열에너지 공급역량을 성장시킬 수 있을 것이다. 이와 함께 중장기 비젼을 제시하기 위해 추진되어야 할 연구과제로는 시장 보급 확대에 따른 가격경쟁력 도달 가능성에 대한 연구를 통해 산업육성 방안 마련, 타 신 재생에너지기술과 복합 설치에 의한 시너지 효과 및 이에따른 초기 투자비 증가에 대한 대책, 보급 잠재량 조사, 지열시스템의 자금 조달 및 관련 정책 검토 등이 있을 수 있다.

• 생물환경조절학회지
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• 제30권4호
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• pp.419-428
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• 2021

모바일 기반 온실에너지 계산프로그램을 제작하기 위해 먼저 주요 단일 피복재 10종 및 보온재 16종에 대한 열관류율 측정하였다. 또한 피복 및 보온재를 이중 및 삼중으로 다층 설치할 때 열관류율 추정을 위하여 이중 설치시 24조합, 삼중설치 시 59조합에 대한 열관류율을 핫박스를 이용하여 측정하였다. 단일 피복재에서는 PE필름(0.08mm) 대비 PO필름(0.15mm)이 가장 열관류율이 가장 작고 열절감율이 가장 큰 것으로 나타났다. 단일 보온재에서는 열관류율에서는 외피가 있는 5겹의 다겹보온커튼이 가장 보온력이 좋은 것으로 나타났다. 또한 단일자재에 대한 열관류율 값과 열저항값을 이용한 피복 및 보온재의 다층설치시의 총 열관류율 값을 산정하였고 실측 값과의 오차를 보정하는 선형회귀식을 도출하였다. 단일재료의 열관류율값에 의한 피복 및 보온재의 다층설치시 열관류율 추정 모형을 개발한 결과 모형평가지수가 0.90(0.5 이상일 때 양호)으로 나타나 추정치가 실측치를 매우 잘 재현 하고 있는 것으로 나타났다. 또한 시험온실을 통한 실증시험결과 예측된 열절감율이 실측치보다 상대오차 2%로 작게 나타나는 것으로 평가되었다. 이러한 연구결과를 기반으로 모바일 기반의 온실 에너지계산 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 HTML5 표준 웹 기반 모바일 웹 애플리케이션으로 구현하였으며 N-Screen 지원을 통해 다양한 모바일 장치 및 PC 브라우저에서 동작이 가능하게 제작되었다. 또한 온실 피복(12종) 및 보온재(16종)의 조합별 열관류율 및 난방부하계수를 제공하여 농민이 모바일로 온실 위치, 형태 및 피복·보온재 등을 반영한 최대 주야간 냉난방부하 및 기간 난방부하를 산정할 수 있다. 대상 온실의 에너지 소비량에 대한 평가가 가능하며 온실의 지역 및 형태에 따라 피복 및 보온재의 최적 선택으로 에너지 절감형 온실 설계가 가능할 것으로 판단되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.69-69
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• 2010

현대 건축물에서 건물에너지의 손실은 대부분은 창호를 통하여 유출되어지고 있으며 에너지 절감을 위해서는 창호의 단열성을 향상시켜야한다. 저방사(Low Emissivity) 코팅유리는 건축물의 냉난방비용을 절약할 수 있는 대표적인 건축재료로써 외부에서 유입되는 태양광의 가시광선 영역은 높은 투과율을 가지면서 적외선 영역과 겨울철 실내 난방열을 반사하는 특징을 지니는 박막코팅기술이다. 이 코팅유리는 일반적으로 유전체/금속/유전체 다층박막 구조로 되어있으며, 유전체층은 내구성 증진과 금속층의 반사를 낮추어 투과율이 향상된다. 금속층은 적외선영역의 복사에너지를 반사하는 역할을 하며 전도성이 우수한 Ag 또는 Au, Pt 등을 이용하고 있다. Ag의 경우 산화물기판 위에 증착하였을 경우 island 성장을 하고 이들의 합체는 전기적, 광학적 특성에 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 DC-sputtering법으로 제조된 Ag/glass, Ag/Ta/glass 박막을 제조하고 Ta seeding이 Ag의 전기적, 광학적 성질에 미치는 영향을 관찰하였다. 박막의 표면 미세구조는 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)과 AFM(Atomic Force Microscope)으로, 표면저항은 4 point probe로 분석하였다. 광투과율은 UV-Vis spectroscopy와 FT-IR로 측정하였으며 측정파장범위는 각각 200~1100nm와 1400~2400nm 이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권8호
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• pp.3307-3314
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• 2012

농어촌 주택 표준모델에 대한 연간 건물에너지요구량을 DesignBuilder를 사용하여 계산하였다. 실내설정온도, 외벽의 열관류율, 창호타입, 환기량을 변화시키며 건물의 설계/운영 변수들이 에너지요구량에 미치는 영향을 분석하였다. 건물의 크기와 상관없이 난방에너지요구량이 냉방에너지요구량보다 더 큰 것으로 나타났다. 단열재 두께를 증가시켜 외벽의 열관류율을 감소시키면 단열효과의 증가로 난방에너지요구량은 감소하지만 냉방에너지요구량이 증가한다. 하지만 외벽의 열관류율 조절을 통한 난방에너지요구량의 절감에는 한계가 있으므로 외부에 직접 노출된 외벽의 면적을 최소화하는 것이 더 효과적인 것으로 판단된다. 계산에 사용된 4가지 창호 중 일반 이중창호가 난방에너지요구량 측면에서 가장 유리한 것으로 나타났다. 침기량은 일정하게 유지하고 단위시간당 환기량을 증가시킨 경우 냉방에너지요구량은 큰 변화가 없었으나 난방에너지요구량이 증가하였다. 실내의 공기질이 만족되는 범위 내에서 환기량을 최소화하는 것이 연간 건물에너지요구량을 줄이는데 유리한 것으로 판단된다.

• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제12권3호
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• pp.273-281
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• 2019

국가 총에너지 소비량 중 건축물에서 소비하는 에너지는 전체의 10% 이상을 차지고 있다. 이러한 이유로 우리나라는 2025년부터 제로에너지 건물 의무화 정책을 채택하였고, 결국 건축물 에너지 절감 기술에 대한 연구가 요구되고 있다. 건축물 중 빌딩의 에너지 소비 형태를 분석해보면 조명 및 냉난방 에너지가 전체 에너지 소비량의 60% 이상을 차지하고 있는데, 이는 태양광 취득률 및 창문의 개폐 운용과 직접적인 연관이 있다. 본 논문에서는 건축물에너지 관리시스템에 취득 정보를 전송하기 위한 창호용 저전력 IoT 센서 모듈을 개발하기 위해 연구를 진행하였다. 이 모듈은 외부 환경 및 창문 개폐 상태 정보를 실시간으로 빌딩 에너지 관리 시스템에 전송하여 능동적으로 에너지 절감 조치를 취할 수 있게 네트워크를 구성하였다. 모듈에 사용되는 전력은 하베스트 에너지 중 태양광 발전을 이용한 독립적인 전원으로 설계하였다. 전원은 Buck 컨버터를 적용하여 MPPT 제어를 통해 리튬이온 배터리에 4V로 충전하는 방식으로 효율은 약 85.87%이다. 통신은 WiFi 방식을 적용하여 실시간으로 전송할 수 있도록 구성하였다. 모듈의 소비전력 저감을 위해 하드웨어 및 소프트웨어 측면에서 분석하여 저전력 IoT 센서 모듈을 구현에 대한 연구를 진행하였다.

• 생물환경조절학회지
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• 제28권1호
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• pp.46-54
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• 2019

히트펌프와 냉온수 배관을 이용한 촉성재배 '설향' 딸기의 관부와 근권부에 대한 국소 냉난방 시험과 정식 전 딸기묘의 단근처리 시험을 수행하였다. 정식(2017년 8월 31일) 후 주간의 관부 표면온도는 국소냉방구가 $18{\sim}22^{\circ}C$로 화아분화에 적합한 온도를 유지한 반면 무처리구와 근권부 냉방구는 화아분화 한계온도인 $25^{\circ}C$를 상회한 $30^{\circ}C$ 이상으로 나타났다. 정식 후 30일 경과 시의 생육조사 결과 국소냉방처리 간의 생육차이는 없었으며 단근처리묘에서 초장과 엽병장이 상대적으로 작았으나 전체적으로 지상부의 생육저하는 크지 않은 것으로 나타났다. 국소냉방 및 단근처리에 대한 화방출뢰율을 조사한 결과 정화방 출뢰율은 구입묘를 제외하고 단근처리묘와 비단근처리묘에서 모두 관부 국소냉방구, 근권부 국소냉방구, 대조구의 순서로 높게 나타났으며, 대조구, 근권부 국소난방구, 관부 국소난방구 모두에서 단근처리묘가 비단근처리묘에 비해 높게 나타났다. 정화방 출뢰율은 관부 국소난방구 단근처리묘가 가장 높았으며 가장 낮은 무처리 비단근처리묘 보다 시기별 최대 3.8배 높게 나타났다. 1차 액화방의 출뢰율은 처리구 간 차이가 정화방에 비해 크지 않으나 정화방과 동일한 경향을 나타내었다. 2018년 3월 27일까지의 상품과 수확량은 구입묘를 제외하고 관부 국소난방구, 근권부 국소난방구, 대조구의 순서로 나타났으며, 단근처리묘가 비단근처리묘보다 수확량이 높았다. 이러한 경향은 2018년 2월 14일까지의 정화방 중심의 초기수확량에서 뚜렷하게 나타났으며 2018년 3월 9일부터 국소냉방과 단근처리의 영향은 줄어드는 것으로 나타났다. 난방시험의 경우 근권부 국소난방구(근권 $20^{\circ}C$+공간 $5^{\circ}C$)와 관부 국소난방구(관부 $20^{\circ}C$+공간 $5^{\circ}C$)는 대조구(공간 $9^{\circ}C$) 대비 각각 59%와 65%의 난방유 절감이 가능하였으며, 히트펌프 가동에 의한 전기소비를 반영하였을 때 난방비는 각각 55%와 61%가 절감되는 것으로 분석되었다. 히트펌프와 배관을 이용한 촉성재배 '설향' 딸기의 관부 국소냉난방은 초기수확량 증가와 난방에너지절감 효과를 확인할 수 있었으나 화아분화 촉진에 의한 화방출뢰의 조진화는 정식시기, 환경조건, 초기생육이 미치는 영향이 크므로 이와 관련한 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단되었다.

• 생물환경조절학회지
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• 제25권4호
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• pp.308-319
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• 2016

온실의 냉난방시스템 설계 기준에 적용하기 위한 외부기상조건을 설정하기 위하여 난방 설계용 외기온, 난방 degree-hour, 냉방 설계용 건구온도, 습구온도, 일사량을 분석하여 제시하였다. 우리나라 전 지역을 대상으로 현재 기상청에서 제공하는 기후평년값 기준인 1981~2010년까지 30년간의 매 시각 기상자료를 분석에 사용하였다. 표준기상데이터의 이용이 제한적이기 때문에 30년간의 전체 기상자료를 이용하여 설계용 기상조건을 구하고, 전체 자료기간의 평균값을 설계기준으로 제시하였다. TAC 방식으로 위험률 1, 2.5, 5%에 대한 설계용 기상자료를 분석하고, 설계기준에서 추천하고 있는 난방용은 위험률 1%, 냉방용은 위험률 2.5%의 기상조건 분포도를 제시하였다. 지역별, 위험률별 및 설정온도별로 최대난방부하, 기간난방부하 및 최대냉방부하의 변화를 고찰하였다. 제시된 각종 설계용 기상조건은 온실의 냉난방시스템 설계에 직접 이용할 수 있을 뿐만 아니라 냉난방 설비 보강이나 에너지 절감대책의 수립에 활용이 가능할 것으로 판단된다. 한편 기후변화로 인하여 최근 여름철 폭염이나 겨울철 이상고온 현상이 자주 발생하고 있으므로 주기적인 설계용 기상자료의 분석이 필요하고, 최소한 10년 주기로 설계기준을 개정할 필요가 있는 것으로 생각된다. 본 연구에서는 현재 기후평년값 기준인 1981~2010년까지의 기상자료를 분석하였으나 이 기준이 1991~2020년으로 바뀌는 2021년에는 즉시 이 기간의 기상자료를 분석하여 새로운 설계기준으로 제공해야 할 것으로 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.120-120
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• 2010

에너지 절약적 차원에서 한 대의 실외기에 다수의 실내기가 접속되는 개별공조형 멀티 열펌프에 관한 연구 및 개발과 보급이 증대되고 있다. 본 연구에서는 복수의 실내기를 갖고 가변속 압축기를 채용한 지열원 물대공기 멀티열펌프시스템을 학교 현장에 설치하여 제조사의 운전 제어 알고리즘에 따라 일일 냉난방 실증 성능 특성을 분석하였다. 2008년 9월 30일의 냉방부하가 낮은 일자에 대하여 시간에 따른 부하 변동에 따라 압축기의 용량가변으로 실내기 냉방용량은 정격용량 대비 17.1%에서 111.3%의 범위에서 변이되었으나, 열펌프 유닛의 일일 최대 COP는 6.2를 나타냈으며, 일일 평균 열펌프 유닛 COP는 4.5로 열펌프 유닛 인증 기준 이상의 성능을 나타냈다. 2008년 11월 10일 대비 2008년 12월 15일에는 시스템 가동 중의 평균 외기온도가 $9.6^{\circ}C$ 감소하였으나, 각 재실공간의 용도별 부분 부하특성으로 11월 10일 보다 난방 부하량이 작게 나타났다. 하지만, 12월 15일에는 부하량이 매우 작아서 11월 10일보다 잦은 압축기 가변에 따른 손실로 일일 평균 COP가 낮게 나타났다. 2009년 1월 12일에는 정격 용량대비 94%의 부하율로 11월 10일과 12월 15일 대비 4배 이상의 부하량으로 압축기 용량 가변율이 작아서 난방용량과 COP 변화율이 작게 나타났다. 2009년 1월 12일에는 지중순환수의 실외열교환기 유입온도가 2008년 12월 15일보다 감소하고, 시스템의 난방용량 증가로 상대적으로 응축기와 증발기 크기가 감소한 효과로 히트펌프 유닛 COP가 감소하였으나, 본 지열원 열펌프 제조사에서 생산하고 있는 본 지열원 시스템과 동일한 압축기 등을 채용한 동일 용량의 공기열원 열펌프의 1월 12일 외기온도 $-10^{\circ}C$에서의 열펌프 유닛 COP 대비 70% 우수한 성능을 나타냈다. 본 지열원 히트펌프의 2008년 11월 10일의 일일 평균 히트펌프 유닛 COP는 외기온도가 낮고 일일 부하량이 크게 나타난 1월 12일의 일일 평균 히트펌프 유닛 COP 대비 37% 높게 나타났으나, 지중순환펌프의 정속운전으로 시스템 요구 지중순환수 유량 증가에 따른 성능 향상보다 소비전력 증가 영향이 커서 1월 12일의 시스템 COP 보다 33.3% 작은 값을 나타냈다. 본 연구의 용량 가변형 압축기를 채용한 지열원 멀티 히트펌프 유닛을 지열원 냉난방 시스템의 히트펌프 유닛으로 사용할 경우 시스템 최적화를 통한 시스템 COP 향상과 연간에너지 절감을 이루기 위해서는 히트펌프의 용량 변화 시에 지중순환펌프의 순환 유량 최적화를 위한 효율적 운전 제어 알고리즘 개발이 요구된다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2010년도 춘계학술발표논문집 2부
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• pp.1115-1118
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• 2010

최근 실내공기질에 대한 관심이 높아지면서 실내공기질을 쾌적하게 유지하기 위한 다양한 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 기존에는 미세먼지와 부유미생물 등이 가장 중요한 오염물질이었으나, 최근에는 이산화탄소가 크게 각광받고 있다. 이산화탄소는 그 자체가 환기의 지표이기도 하지만, 최근의 저탄소 녹색성장 기조에 따라 환기에 의한 냉난방 에너지 비용을 절감하는 방안에 대한 관심도 크게 높아지고 있다. 본 연구에서는 제올라이트를 이용하여 실내공간의 이산화탄소를 제어하는 방안에 대하여 기술하였다. 소형 lab-scale의 이산화탄소 흡착성능 평가시스템을 제작하고, 이를 이용하여 제올라이트의 이산화탄소의 흡착성능을 알아보았다. 또한, 본 시스템의 실용화를 위해서는 이산화탄소가 흡착한 제올라이트의 재생이 필요한데, 이를 위하여 다양한 온도와 압력 등의 조건 하에서 이산화탄소의 탈착성능을 TSA/PSA를 이용하여 알아보았다. 흡착실험을 통하여 제올라이트를 이용한 실내공간용 이산화탄소의 저감 효과를 확인할 수 있었다. 그러나, 탈착실험 결과 2~5회 정도 열탈착 시킨 후에는 이산화탄소의 흡착 성능이 현저하게 감소하여, 이를 개선하기 위한 방안의 개발이 필요함을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제4권1호
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• pp.35-41
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• 2016

지열 히트펌프 시스템에서 히트펌프 등 시스템 구성 요소의 에너지 소비량을 효율적으로 관리하면, 냉난방 성능을 더 높일 수 있다. 본 논문은 외기온도 제어 방식이 지열 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 분석 결과를 현재 국내에서 주로 적용하는 제어 방식(Control-A)과 비교하였다. 이를 위해 상용 소프트웨어(TRNSYS 17)를 이용하여 가상 지열 시스템의 모델을 구축한 후, 시뮬레이션을 수행하였다. 외기 온도 제어 방식(Control-B)은 버퍼 탱크의 온도를 외기 온도에 따라 제어하기 때문에, 간절기 때 효과적이었다. 기존 제어 방식과 비교했을 때, 외기 온도 제어 방식은 히트펌프 전력 소비량을 7.7%(147 kWh 절감) 그리고 순환펌프 전력 소비량을 7.5%(28.1 kWh 절감) 줄일 수 있었다.