우분 고체연료 생산·공급 단계에서의 에너지 투입량 분석

장재경 ( Jae Kyung Jang ),강금춘 ( Geum Choon Kang ),김현종 ( Hyunjong Kim ),정종민 ( Jong-min Jeong ),황정수 ( Jeongsu Hwang ) 한국농업기계학회 2023 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.28 No.2

우분은 연간 2천2백만 톤이 발생하고 있으며, 이 중 약 96.5%인 2천1백만 톤이 퇴비로 농경지에 살포되고 있는데, 농경지 감소로 우분 처리 및 관리에 관심이 높아지고 있다. 고체 연료화는 우분 관리방안 중 하나로 발열량이 3400kcal/kg 상당 에너지 가치가 있다고 보고되었다. 우분 발열량은 유연탄 발열량 5,000∼8,000kcal/kg을 고려할 때, 1톤의 우분 고체연료는 유연탄 0.5톤 상당의 에너지 가치가 있는 것이다. 그러나 우분을 고체연료화하기 위해서는 수분 햠량을 20% 수준으로 낮추어야 하는데 이 과정에 많은 에너지가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 고체연료화하는데 필요한 에너지를 펠릿 제조 시 소요되는 에너지 사례와 이송에 필요한 에너지량으로부터 소요 비용을 산출하여 우분 고체연료화 가능성을 알아보았다. 에너지 필요량 계산은 우분 고체연료 생산·공급 이용 단계를 축산농가, 이송, 펠릿 생산 단계, 이송, 소비처(활용처)로 구분하고, 각 단계에서 필요한 에너지와 비용 발생을 고려하였다. 축산농가에서는 깔짚 비용을 포함(650평, 톱밥 교체 8회, 2,160만원/년)하였으며, 이송단계에서는 중기 덤프(15톤)를 이용하고 이동 거리는 왕복 100km 운행, 연비(디젤)는 3~6km/L, 평균 경유 가격은 1,382원을 적용하였다. 또한 고체연료 생산은 하루 50톤으로 240일 생산하는 것으로 산출하였다. 펠릿 성형은 전남 지역 펠릿 제조사의 데이터를 반영하였을 때 하루 10톤 처리시 5,689,013kcal/d의 필요 에너지값을 이용하여 비용으로 추산하면 LPG (12,000kcal/kg)로 건조시, 474.1kg의 LPG가 필요한 것으로 나타났으며, LPG 1kg당 1,400원 적용 시 하루 66만원의 에너지 비용이 소요되는 것으로 나타났다. 여기에 브리켓 년 2회 교체 비용과 건축비 감가상각비를 포함하여 우분 고체연료 12,000톤/년 생산(50톤/일×240일)에 투입되는 비용을 산출하여, 우분 고체연료 kg당 150원으로 제공할 때 비용과 비교하였을 때 생산비용보다 제공비용이 높아 경제성이 있을 것으로 나타났다. 보일러에서 나오는 소각재의 활용방안 등 아직은 해결해야 하는 부분이 있으나 환경오염 부하 저감 등 탄소중립에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

활성탄과 제올라이트 이용한 건식/습식 흡착에 의한 황화수소와 암모니아 흡착 성능 비교

장재경 ( Jae Kyung Jang ),문종필 ( Jong-pil Moon ),황정수 ( Jeongsu Hwang ),윤성욱 ( Sung-wook Yun ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

본 연구는 가축분뇨 바이오가스 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 원예시설에 이용하기 위해 건식/습식 흡착 방식을 이용하여 황화수소와 암모니아 흡착 성능을 알아보기 위한 것이다. 흡착제로 입상 활성탄과 zeolite를 이용하여 유입, 유출되는 가스 성분을 측정하였다. 흡착제 충진층은 직경 5cm, 높이 30cm (또는 직경 4cm, 높이 60cm) 원통형으로 상부에 별도 공간을 두어 살수 노즐을 장착하였다. 혼합가스는 흡착제 충진층 하부 1cm 위로 유입되어 상향류하여 상부에서 유출되도록 하였다. 혼합가스는 바이오가스를 모사하여 100ppm H2S, 30% CO2, CH4 을 밸런스 가스로 전문 가스회사에 의뢰하여 조제하였다. 이산화탄소, 황화수소, 암모니아 등 동시 분석이 가능한 바이오테크 5000(영국) 계측기를 이용하여 측정하였다. 혼합가스 유입속도는 400~450ml/min으로 하였으며, 흡착층을 거쳐 유출되는 농도를 측정하여 처리 효과를 비교하였다. 반응기 유입되기 전, 모사 가스 농도를 측정한 결과, 메탄 68.4%, 이산화탄소 30%, 황화수소 113ppm, 암모니아 85ppm으로 조제 의뢰한 농도와 유사한 것을 확인 후 실험하였다. 3mm 볼타입 제올라이트를 충진하여 건식/습식 흡착 처리한 결과를 앞서 실험한 활성탄 습식 흡착 성능과 비교하였다. 활성탄 습식 흡착실험에서는 황화수소는 113ppm에서 1ppm으로 99.1%가 제거되었고, 암모니아도 109ppm에서 0ppm으로 100% 제거되는 것이 확인되었는데, 제올라이트를 이용한 경우, 건식 흡착처리에서 황화수소는 70.4%, 습식에서는 19.9% 제거되었다. 암모니아도 건식은 57.6%, 습식은 오히려 조금 증가하는 것으로 나타났다. 이 결과, 활성탄을 흡착제로 이용한 것이 제올라이트를 이용하였을 때보다 황화수소와 암모니아 흡착 성능 모두 더 높은 것으로 나타났다. 또한 흡착제 충진층 길이를 2배로 증가시켜 활성탄 충진하여 건식/습식 흡착 성능을 측정한 결과, 황화수소는 건식/습식 모두 100% 감소하였으며, 암모니아도 건식 흡착 방법에서는 99.4%, 습식은 100% 처리되는 것이 확인되었다. 그러나 이산화탄소 농도가 건식 흡착과정에서 50%나 감소하는 것으로 나타나 1.1% 감소하는 습식 흡착법으로 처리하는 것이 효율적인 것으로 판단되었다.

활성탄과 제올라이트 이용 메탄 흡착 성능 비교

장재경 ( Jae Kyung Jang ),이유경 ( Yookyung Lee ),백정현 ( Jeonghyun Baek ),황정수 ( Jeongsu Hwang ),유영선 ( Young Sun Ryou ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

대표적인 온실가스인 이산화탄소(CO₂) 대비 메탄(CH₄)은 23~25배 더 강력한 온실효과가 있는 것으로 알려져 있다. 축산업은 전 세계 온실가스 배출량의 14.5%를 차지하고, 이 중 소가 배출하는 양이 65%로 발표되어 최근 소에서 발생하는 메탄가스 저감기술 개발에 관심이 높아지고 있다. 소에서 발생하는 메탄의 95%는 호흡 과정에서 발생한다. 따라서 이 연구에서는 소 호흡 시 발생하는 메탄가스를 소에 직접 적용할 수 있는 형태로 개발하기 위하여 흡착에 의한 메탄 저감 디바이스 개발을 위한 기초 연구를 수행하였다. 흡착실험을 위해 반응기는 내경 4cm, 높이 40cm, 부피 약 500mL 크기의 원통형으로 제작하였다. 반응기 상부와 하부에는 미세공극이 타공된 메탈 막을 장착하여 가스가 담체 충진층으로 잘 분산되도록 하였다. 흡착용 담체는 입상 활성탄(4*8)(180g)과 제올라이트(420g)를 이용하였으며, 가스는 하단으로 유입, 상향류하여 상단에서 배출되도록 하였다. 실험은 약 70% 메탄을 포함하는 모사 가스를 400mL/min으로 공급하면서 메탄 저감 효과를 분석하였다. 메탄분석은 바이오테크 5000(영국) 이용하였다. 이 결과 제올라이트(Zeolite)를 사용하였을 때, 메탄은 68.6±0.5%에서 64.2±1.3%로 감소하여 약 4.4%가 감소하는 것으로 나타났으며, 이산화탄소는 29.7±0.2%에서 28.4±0.9%으로 1.3% 감소하는 것으로 나타났다. 입상 활성탄(4×8)을 사용하였을 때는 메탄과 이산화탄소는 63.6±0.2%와 28.2±0.1%로 각각 5.0%와 1.5%가 제어되었다. 메탄과 이산화탄소 측정 농도인 퍼센트(%) 단위를 ppm으로 환산하면, 처리된 메탄과 이산화탄소 농도는 각각 43,500~50,000ppm과 13,000~14,500ppm 정도 처리가 가능한 것으로 나타났다. 소 호흡 시 발생하는 메탄 챔버 연구 사례에서 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂) 농도 측정 농도는 각각 0~700ppm, 이산화탄소 0~5,000ppm 정도인 것을 고려하였을 때 활성탄과 제올라이트를 이용하였을 때, 소 호흡 시 발생하는 메탄가스를 효과적으로 처리할 수 있을 것으로 판단되었다.

바이오가스에 포함된 이산화탄소의 원예시설 이용을 위한 습식 흡착에 의한 황화수소 흡착 성능에 관한 연구

장재경 ( Jae Kyung Jang ),문종필 ( Jong-pil Moon ),황정수 ( Jeongsu Hwang ),윤성욱 ( Sung-wook Yun ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

기후변화로 인하여 기존 화석연료 기반의 에너지에서 신재생에너지로의 전환이 요구되면서 농업 분야에서도 가축분뇨를 이용한 바이오가스 생산 시설 확대를 추진하고 있다. 그러나 바이오가스는 메탄뿐만 아니라 다양한 가스(이산화탄소, 황화수소, 암모니아 등)가 혼재되어 있어 저품위의 에너지원으로 사용되고 있다. 따라서 바이오가스의 고품질화가 필요하며 이 과정에서 발생하는 온실가스인 이산화탄소의 처리, 활용 기술 개발이 동반 필요하다. 따라서 본 연구는 이산화탄소를 원예시설에서 사용하는 액화탄산 대체용으로 활용하기 위해 습식 흡착법을 이용한 황화수소 저감 기술을 개발하기 위한 것이다. 황화수소는 낮은 농도에서도 작물피해 영향이 커 사전 제거가 필요하다. 이를 위해 바이오가스를 모사하여 100ppm H₂S, 30% CO₂, CH₄을 밸런스 가스로 하는 혼합가스를 이용하였다. 습식 흡착 반응기는 직경 5cm, 높이 30cm의 원통형으로 상부에 노즐을 장착한 별도의 챔버를 두고 살수할 수 있도록 하였다. 흡착제로 활성탄(4*8, 290g)을 이용하였으며, 혼합가스는 활성탄 충진층 하부 1cm 위로 유입되어 상향류하여 상부에서 유출되도록 하였다. 혼합가스는 450ml/min으로 유지하면서 흡착 시험을 수행하였다. 가스 분석은 암모니아, 황화수소를 동시에 측정할 수 있는 바이오테크 5000(영국) 이용하였다. 실험하는 동안 물을 이용하여 활성탄 층에 간헐적으로 살수하면서 실시하였다. 가스 분석하기 전 공기를 이용하여 바이오가스 측정 센서를 크리닝한 후 측정하였으며, 표준 농도 검정용으로 조제한 혼합가스를 이용하였다. 혼합가스 실측한 결과 CH₄ 69.0%, CO₂ 29.6%, 황화수소 113ppm, 암모니아 109ppm으로 나타나 조제한 성분과 유사함을 확인하였다. 이 결과 황화수소는 유입농도 113ppm에서 유출농도 1ppm으로 99.1%가 제거되는 것이 확인되었다. 이와 함께 혼합가스에 포함되어 있던 암모니아 가스 경우에도 109ppm에서 유출될 때는 0ppm으로 나타나 100% 제거되는 것으로 확인되었다. 따라서 활성탄을 이용한 습식 흡착으로 황화수소와 암모니아 가스 성분을 효과적으로 처리할 수 있음을 확인하였다.

바이오가스에 포함된 이산화탄소의 원예시설 이용을 위한 습식 흡착에 의한 황화수소 흡착 성능에 관한 연구

장재경 ( Jae Kyung Jang ),문종필 ( Jong-pil Moon ),황정수 ( Jeongsu Hwang ),윤성욱 ( Sung-wook Yun ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

기후변화로 인하여 기존 화석연료 기반의 에너지에서 신재생에너지로의 전환이 요구되면서 농업 분야에서도 가축분뇨를 이용한 바이오가스 생산 시설 확대를 추진하고 있다. 그러나 바이오가스는 메탄뿐만 아니라 다양한 가스(이산화탄소, 황화수소, 암모니아 등)가 혼재되어 있어 저품위의 에너지원으로 사용되고 있다. 따라서 바이오가스의 고품질화가 필요하며 이 과정에서 발생하는 온실가스인 이산화탄소의 처리, 활용 기술 개발이 동반 필요하다. 따라서 본 연구는 이산화탄소를 원예시설에서 사용하는 액화탄산 대체용으로 활용하기 위해 습식 흡착법을 이용한 황화수소 저감 기술을 개발하기 위한 것이다. 황화수소는 낮은 농도에서도 작물피해 영향이 커 사전 제거가 필요하다. 이를 위해 바이오가스를 모사하여 100ppm H₂S, 30% CO₂, CH₄을 밸런스 가스로 하는 혼합가스를 이용하였다. 습식 흡착 반응기는 직경 5cm, 높이 30cm의 원통형으로 상부에 노즐을 장착한 별도의 챔버를 두고 살수할 수 있도록 하였다. 흡착제로 활성탄(4*8, 290g)을 이용하였으며, 혼합가스는 활성탄 충진층 하부 1cm 위로 유입되어 상향류하여 상부에서 유출되도록 하였다. 혼합가스는 450ml/min으로 유지하면서 흡착 시험을 수행하였다. 가스 분석은 암모니아, 황화수소를 동시에 측정할 수 있는 바이오테크 5000(영국) 이용하였다. 실험하는 동안 물을 이용하여 활성탄 층에 간헐적으로 살수하면서 실시하였다. 가스 분석하기 전 공기를 이용하여 바이오가스 측정 센서를 크리닝한 후 측정하였으며, 표준 농도 검정용으로 조제한 혼합가스를 이용하였다. 혼합가스 실측한 결과 CH₄ 69.0%, CO₂ 29.6%, 황화수소 113ppm, 암모니아 109ppm으로 나타나 조제한 성분과 유사함을 확인하였다. 이 결과 황화수소는 유입농도 113ppm에서 유출농도 1ppm으로 99.1%가 제거되는 것이 확인되었다. 이와 함께 혼합가스에 포함되어 있던 암모니아 가스 경우에도 109ppm에서 유출될 때는 0ppm으로 나타나 100% 제거되는 것으로 확인되었다. 따라서 활성탄을 이용한 습식 흡착으로 황화수소와 암모니아 가스 성분을 효과적으로 처리할 수 있음을 확인하였다.

다양한 PCB의 전원 분배 망에서의 PLL의 전자기 내성 검증

황원준(Won-Jun Hwang),위재경(Jae-Kyung Wee) 대한전자공학회 2015 전자공학회논문지 Vol.52 No.5

전자장치의 복잡도 증가와 전원 전압 감소 추세에 따라, 내부 또는 외부에서 발생되는 노이즈에 대한 칩 또는 모듈의 전자기 내성 평가는 필수적이다. 칩 레벨 EMS 표준 시험방법으로 IEC 62132-4의 Direct Power Injection(DPI) 방법이 있지만, 실제 칩 내성은 모듈 상 보드 PDN 구조에 영향 받는다. 이 논문에서는 PLL의 내성을 평가하고 보드의 PDN 구조에 따른 잡음전달 특성을 비교하였다. 여러 PDN을 만들기 위해 다양한 값의 커패시터들과 LDO 사용 유무 조건이 적용되었다. IC의 전자기 요구사항과 IC 및 보드로 구성된 모듈의 전자기 요구사항 간 불일치를 평가하기 위해, PDN들에 따른 노이즈 전달 특성을 분석하는 것은 강건한 EM 특성을 갖도록 설계하는데 중요한 정보를 줄 수 있음을 보였다. DPI 측정 결과는 LDO 사용에 따라 PLL 저주파 영역의 내성이 크게 개선되었음을 보여주며, DPI에 따른 PLL의 주파수 변화를 TEM cell 스펙트럼 측정으로도 확인 할 수 있었다. As the complexity of an electronic device and the reduction of its operating voltage is progressing, susceptibility test of the chip and module for internal or external noises is essential. Although the immunity compliance of the chip was served with IEC 62132-4 Direct Power Injection method as an industry standard, in fact, EM immunity of the chip is influenced by their Power Domain Network (PDN). This paper evaluates the EM noise tolerance of a PLL and compares their noise transfer characteristics to the PLL on various PCB boards. To make differences of the PDNs of PCBs, various PCBs with or without LDO and with several types of capacitors are tested. For evaluation of discrepancies between EM characteristics of an IC only and the IC on real boards, the analysis of the noise transfer characteristics according to the PDNs shows that it gives important information for the design having robust EM characteristics. DPI measurement results show that greatly improved immunity of the PLL in the low-frequency region according to using the LDO and a frequency change of the PLL according to the DPI could also check with TEM cell measurement spectrum.

활성탄과 제올라이트 이용한 건식/습식 흡착에 의한 황화수소와 암모니아 흡착 성능 비교

장재경 ( Jae Kyung Jang ),문종필 ( Jong-pil Moon ),황정수 ( Jeongsu Hwang ),윤성욱 ( Sung-wook Yun ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

본 연구는 가축분뇨 바이오가스 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소를 원예시설에 이용하기 위해 건식/습식 흡착 방식을 이용하여 황화수소와 암모니아 흡착 성능을 알아보기 위한 것이다. 흡착제로 입상 활성탄과 zeolite를 이용하여 유입, 유출되는 가스 성분을 측정하였다. 흡착제 충진층은 직경 5cm, 높이 30cm (또는 직경 4cm, 높이 60cm) 원통형으로 상부에 별도 공간을 두어 살수 노즐을 장착하였다. 혼합가스는 흡착제 충진층 하부 1cm 위로 유입되어 상향류하여 상부에서 유출되도록 하였다. 혼합가스는 바이오가스를 모사하여 100ppm H2S, 30% CO2, CH4 을 밸런스 가스로 전문 가스회사에 의뢰하여 조제하였다. 이산화탄소, 황화수소, 암모니아 등 동시 분석이 가능한 바이오테크 5000(영국) 계측기를 이용하여 측정하였다. 혼합가스 유입속도는 400~450ml/min으로 하였으며, 흡착층을 거쳐 유출되는 농도를 측정하여 처리 효과를 비교하였다. 반응기 유입되기 전, 모사 가스 농도를 측정한 결과, 메탄 68.4%, 이산화탄소 30%, 황화수소 113ppm, 암모니아 85ppm으로 조제 의뢰한 농도와 유사한 것을 확인 후 실험하였다. 3mm 볼타입 제올라이트를 충진하여 건식/습식 흡착 처리한 결과를 앞서 실험한 활성탄 습식 흡착 성능과 비교하였다. 활성탄 습식 흡착실험에서는 황화수소는 113ppm에서 1ppm으로 99.1%가 제거되었고, 암모니아도 109ppm에서 0ppm으로 100% 제거되는 것이 확인되었는데, 제올라이트를 이용한 경우, 건식 흡착처리에서 황화수소는 70.4%, 습식에서는 19.9% 제거되었다. 암모니아도 건식은 57.6%, 습식은 오히려 조금 증가하는 것으로 나타났다. 이 결과, 활성탄을 흡착제로 이용한 것이 제올라이트를 이용하였을 때보다 황화수소와 암모니아 흡착 성능 모두 더 높은 것으로 나타났다. 또한 흡착제 충진층 길이를 2배로 증가시켜 활성탄 충진하여 건식/습식 흡착 성능을 측정한 결과, 황화수소는 건식/습식 모두 100% 감소하였으며, 암모니아도 건식 흡착 방법에서는 99.4%, 습식은 100% 처리되는 것이 확인되었다. 그러나 이산화탄소 농도가 건식 흡착과정에서 50%나 감소하는 것으로 나타나 1.1% 감소하는 습식 흡착법으로 처리하는 것이 효율적인 것으로 판단되었다.

활성탄과 제올라이트 이용 메탄 흡착 성능 비교

장재경 ( Jae Kyung Jang ),이유경 ( Yookyung Lee ),백정현 ( Jeonghyun Baek ),황정수 ( Jeongsu Hwang ),유영선 ( Young Sun Ryou ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

대표적인 온실가스인 이산화탄소(CO₂) 대비 메탄(CH₄)은 23~25배 더 강력한 온실효과가 있는 것으로 알려져 있다. 축산업은 전 세계 온실가스 배출량의 14.5%를 차지하고, 이 중 소가 배출하는 양이 65%로 발표되어 최근 소에서 발생하는 메탄가스 저감기술 개발에 관심이 높아지고 있다. 소에서 발생하는 메탄의 95%는 호흡 과정에서 발생한다. 따라서 이 연구에서는 소 호흡 시 발생하는 메탄가스를 소에 직접 적용할 수 있는 형태로 개발하기 위하여 흡착에 의한 메탄 저감 디바이스 개발을 위한 기초 연구를 수행하였다. 흡착실험을 위해 반응기는 내경 4cm, 높이 40cm, 부피 약 500mL 크기의 원통형으로 제작하였다. 반응기 상부와 하부에는 미세공극이 타공된 메탈 막을 장착하여 가스가 담체 충진층으로 잘 분산되도록 하였다. 흡착용 담체는 입상 활성탄(4*8)(180g)과 제올라이트(420g)를 이용하였으며, 가스는 하단으로 유입, 상향류하여 상단에서 배출되도록 하였다. 실험은 약 70% 메탄을 포함하는 모사 가스를 400mL/min으로 공급하면서 메탄 저감 효과를 분석하였다. 메탄분석은 바이오테크 5000(영국) 이용하였다. 이 결과 제올라이트(Zeolite)를 사용하였을 때, 메탄은 68.6±0.5%에서 64.2±1.3%로 감소하여 약 4.4%가 감소하는 것으로 나타났으며, 이산화탄소는 29.7±0.2%에서 28.4±0.9%으로 1.3% 감소하는 것으로 나타났다. 입상 활성탄(4×8)을 사용하였을 때는 메탄과 이산화탄소는 63.6±0.2%와 28.2±0.1%로 각각 5.0%와 1.5%가 제어되었다. 메탄과 이산화탄소 측정 농도인 퍼센트(%) 단위를 ppm으로 환산하면, 처리된 메탄과 이산화탄소 농도는 각각 43,500~50,000ppm과 13,000~14,500ppm 정도 처리가 가능한 것으로 나타났다. 소 호흡 시 발생하는 메탄 챔버 연구 사례에서 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂) 농도 측정 농도는 각각 0~700ppm, 이산화탄소 0~5,000ppm 정도인 것을 고려하였을 때 활성탄과 제올라이트를 이용하였을 때, 소 호흡 시 발생하는 메탄가스를 효과적으로 처리할 수 있을 것으로 판단되었다.

시설원예 배액 배출량을 줄이기 위한 주요 인자 탐색에 관한 연구 - 온도, 풍속, 일사량 중심으로 -

장재경(Jae Kyung Jang),이동관(Donggwan Lee),유영선(Young Sun Ryou),박민정(Minjung Park),문종필(Jong Pil Moon),황정수(Jeongsu Hwang) 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.2

우리나라 원예시설은 대부분 비순환식 양액재배 방식으로 운용되고 있으며, 양액 급액량의 20~30%가 배액으로 버려지고 있다. 양액재배는 기후변화 대응 등 이유로 지속적으로 증가하고 있어, 배액 배출량도 동반 증가할 것으로 예측되고 있다. 따라서 온실 운용 시 사전적으로 배액 배출량을 감소시킬 방안을 알아보기 위하여, 원예시설 환경제어 인자인 온도, 풍속, 일사량 변화에 따른 배액 발생량과의 상관관계를 알아보았다. 이 결과, 온도와 풍속 변화에 따른 배액 배출량 변화 패턴은 일정하지 않아 상관관계를 찾을 수 없었으나, 일사량 변화에 따른 배액 배출량은 반비례 관계가 있는 것이 확인되었다. 또한 토마토 정식하고 수일 이내 배액 배출량과 하루 중 양액 공급 시간에 따라 양분 이용률 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서 급액 회차에 따라 양액 농도[EC (Electrical Conductivity) 값을 기준으로 설정]를 차별적으로 공급한다면 양분(비료) 사용량을 줄일 수 있을 것으로 판단되었다. 또한 일사량 기반의 급액 공급 방식으로 운용하는 것이 사전적으로 배액 발생량을 제어할 수 있을 것으로 판단되었다. The majority of horticultural facilities in Korea operate acyclic hydroponic farming systems, and 20~30% of the nutrient solutions supplied are discarded to drain. For reasons such as climate change-driven measures, hydroponic farm numbers have steadily increased, and thus, amounts of nutrient solutions discarded are also increasing. This study was conducted to investigate the relationship between nutrient waste to drain and changes in temperature, wind speed, and insolation in an effort to reduce waste drainage during greenhouse operation. No consistent pattern was observed between temperature and wind speed and waste drainage. However, waste drainage amounts were inversely related to the intensity of solar radiation. In addition, we found that most of the supplied nutrient solutions were discharged without being used during the first 5 days after planting tomatoes. Also, the study indicates that nutrient use efficiency depends on the daily duration of nutrient solution supply. The results of this study suggest that nutrient consumption could be reduced if electrical conductivity was supplied differentially according to the feeding rounds and that it would be more feasible to control the amount of waste drainage in advance if nutrient solution is supplied based on changes in insolation.

모바일 기반 온실 냉난방 부하 산정 프로그램 개발

문종필,방지웅,황정수,장재경,윤성욱,Moon, Jong Pil,Bang, Ji Woong,Hwang, Jeongsu,Jang, Jae Kyung,Yun, Sung Wook 한국생물환경조절학회 2021 생물환경조절학회지 Vol.30 No.4

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. In order to develope a mobile-based greenhouse energy calculation program, firstly, the overall thermal transmittance of 10 types of major covers and 16 types of insulation materials were measured. In addition, to estimate the overall thermal transmittance when the cover and insulation materials were installed in double or triple layers, 24 combinations of double installations and 59 combinations of triple installations were measured using the hotbox. Also, the overall thermal transmittance value for a single material and the thermal resistance value were used to calculate the overall thermal transmittance value at the time of multi-layer installation of covering and insulating materials, and the linear regression equation was derived to correct the error with the measured values. As a result of developing the model for estimating thermal transmittance when installing multiple layers of coverings and insulating materials based on the value of overall thermal transmittance of a single-material, the model evaluation index was 0.90 (good when it is 0.5 or more), indicating that the estimated value was very close to the actual value. In addition, as a result of the on-site test, it was evaluated that the estimated heat saving rate was smaller than the actual value with a relative error of 2%. Based on these results, a mobile-based greenhouse energy calculation program was developed that was implemented as an HTML5 standard web-based mobile web application and was designed to work with various mobile device and PC browsers with N-Screen support. It had functions to provides the overall thermal transmittance(heating load coefficient) for each combination of greenhouse coverings and thermal insulation materials and to evaluate the energy consumption during a specific period of the target greenhouse. It was estimated that an energy-saving greenhouse design would be possible with the optimal selection of coverings and insulation materials according to the region and shape of the greenhouse.