Annual Energy Demand Analysis of a Lettuce Growing Plant Factory according to the Environmental Changes

Eun Jung Choi; Jaehyun Kim; Sang Min Lee

doi:10.12791/KSBEC.2023.32.4.278

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2023 Vol.32, Issue 4 Preview Page Next Page

Original Articles

Annual Energy Demand Analysis of a Lettuce Growing Plant Factory according to the Environmental Changes 상추 재배 식물공장의 환경변화에 따른 연중 에너지 요구량 분석

31 October 2023. pp. 278-284

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Abstract

Recently, a closed-type plant factory has been receiving attention as a advanced agricultural method. It has diverse advantages such as climate-independence, high productivity and stable year-round production. However, high energy cost caused by environmental control system is considered as a challenges of a closed-type plant factory. In order to reduce the energy cost, investigation about energy load which is directly connected to energy consumption needs to be conducted. In this study, energy load changes of a plant factory have been analytically analyzed according to the environmental changes. The target plant factory was a lettuce growing container farm. Firstly, the impact of photoperiod, set temperature and relative humidity change were examined. Under the climate condition of Daejeon in South Korea, increase of photoperiod and set temperature rose a yearly energy demand of a container farm. However, increase of set relative humidity decreased a yearly energy demand. Secondly, the climate environment effect was compared by investigating the energy demand under 9 different climate conditions. As a result, the difference between maximum and minimum value of the yearly energy demand showed 21.7%. Lastly, sensitivity analysis of each parameter (photoperiod, set temperature and relative humidity) has been suggested under 3 different climate conditions. The ratio of heating and cooling demand was varied depending on the climate, so the effect of each parameter became different.

Keywords

building energy simulation

container farm

energy analysis

urban agriculture

본 연구에서는 식물공장 내 ‧ 외부 환경 변화에 따라 연간 총 에너지 요구량의 변화를 분석하기기 위해, 컨테이너형 식물공장을 대상으로 해석적 연구를 진행하였다. 내부 환경 변수로는 일장, 설정 온도 및 습도를 선정하였으며, 외부 환경은 ASHRAE에서 제시한 세계 기후 ZONE에 따라 9가지 기후 조건에서 연간 총 에너지 요구량의 변화를 살펴보았다. 내부 환경 조건 변화에 있어서는 대전지역에서의 일장의 증가는 연간 총에너지 요구량을 증가시키고, 설정 습도의 증가는 연간 총 에너지 요구량을 감소시켰다. 설정 온도의 증가는 냉 ‧ 난방 및 제습 부하의 증감량에 따라 에너지 요구량 최적점이 있었다. 외부 기후 환경의 변화에 따른 차이를 살펴보면, 식물공장의 연간 총 에너지 요구량이 최대 713.0kWh·m^-2·yr^-1(타이페이, 타이완, 고온 ‧ 건조)이고 최저 585.7kWh·m^-2·yr^-1(모스크바, 러시아, 저온 ‧ 다습)로, 동일한 작물 재배에 최대 21.7%의 에너지 요구량 차이가 났다. 또한 각 내부 환경 변수가 기후에 따라 미치는 영향의 정도를 분석하기 위해 민감도 분석을 진행하였다. 그 결과 연간 총 에너지 요구량 중 냉방부하의 비율이 높은 더운 지역의 경우 일장 변화에 의한 에너지 요구량 변화가 컸고, 반면에 난방 부하가 큰 추운 지역의 경우 설정 습도 변화에 따른 에너지 요구량 변화가 상대적으로 더 컸다. 설정 온도의 변화는 난방 부하 및 냉방 부하의 상충된 영향을 미치기 때문에, 기후에 따른 냉 ‧ 난방 부하 비율에 따라 최적점이 나타났다. 본 연구의 개발 모델 및 결과는 작물에 따른 최적 지역 선정 또는 지역에 따른 적정 생육환경 작물을 선정하는 데 활용될 수 있으며, 또한 작물의 생육뿐만 아니라 에너지 사용량 절감을 고려한 식물공장 재배 환경 조건 도출에 활용될 수 있다.

키워드

건물에너지해석

도시농업

에너지 분석

컨테이너형 식물공장

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Information

Publisher :The Korean Society for Bio-Environment Control
Publisher(Ko) :(사)한국생물환경조절학회
Journal Title :Journal of Bio-Environment Control
Journal Title(Ko) :생물환경조절학회지
Volume : 32
No :4
Pages :278-284
Received Date : 2023-07-07
Revised Date : 2023-08-09
Accepted Date : 2023-08-31
DOI :https://doi.org/10.12791/KSBEC.2023.32.4.278

Journal of Bio-Environment ControlISSN:1229-4675(Print) 2765-3641(Online)(사)한국생물환경조절학회

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