赤外線吸收 필름을 遮光材로 使用한 온실의 溫室의 熱環境 豫測

임형택(H. T. Lim),김문기(M. K. Kim),남상운(S. W. Nam) 한국생물환경조절학회 1999 한국생물환경조절학회 학술발표논문집 Vol.8 No.1

시설재배 상추 및 오이의 재배방식별 증발산량

남상운(Nam S.W.),이남호(Lee N.H.),전우정(Jean W.J.),황한철(Hwang H.C.),홍성구(Hong S.G.),허연정(Heo Y.J.) (사)한국생물환경조절학회 1997 생물환경조절학회지 Vol.6 No.3

보온커튼을 설치한 플라스틱 온실의 틈새환기율 실측조사

남상운 ( S. W. Nam ),신현호 ( H. H. Shin ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

온실의 난방부하는 일반적으로 관류열부하, 틈새환기전열부하, 지중전열부하 등으로 구성되어 있다. 틈새환기전열부하는 온실의 피복재와 보온커튼의 틈새를 통한 누기 열손실로 보온피복의 종류, 시공 상태, 유지관리 상태 등에 따라 다르다. 온실의 난방부하 중 틈새환기전열부하 산정방법은 설계 기준마다 제각각이고, 온실의 규모에 따라 각각의 방법에는 큰 차이가 있으므로 보다 정확히 국내에 적용할 수 있는 방법을 정립할 필요가 있다. 본 연구에서는 원예시설의 환경설계 중 난방부하 산정방법 정립에 필요한 기초자료를 제공할 목적으로 다양한 종류의 보온커튼을 설치한 단동 및 연동 플라스틱 온실에서 추적가스법을 이용하여 틈새 환기율을 실측하였으며, 온실의 틈새환기전열부하 산정방법을 검토하였다. 연동 플라스틱 온실의 틈새환기율은 0.042~0.245회/h의 범위로 측정되었으며 단동 플라스틱 온실의 틈새환기율은 0.056~0.336회/h의 범위로 측정되어 단동온실이 약간 큰 것으로 나타났다. 온실의 틈새환 기율은 단동, 연동 구분 없이 보온커튼의 층수에 따라 크게 감소하는 것으로 나타났다. 또한 틈새환기율은 온실의 실내외 기온차가 커질수록 증가하는 경향을 보였으나, 실험기간 동안의 낮은 풍속 범위에서 외부 풍속에 따른 틈새환 기율의 변화는 일정한 경향을 찾을 수 없었다. 온실의 난방설계를 위한 틈새환기율은 적정 실내외 기온차에서의 값을 제시할 필요가 있고, 최대난방부하 산정의 기준이 되는 낮은 풍속 범위에서 풍속에 따른 틈새환기율의 변화는 고려하지 않아도 되는 것으로 고찰되었다. 다만 강풍지역에서는 열관류율을 포함하여 최대난방부하를 약간 증가시키는 보정계수의 적용이 필요할 것으로 판단되었다. 온실의 틈새환기전열부하 산정방법을 검토한 결과 틈새환기전열계수와 온실의 피복면적을 이용하는 방법은 문제가 있는 것으로 나타났으며, 틈새환기율과 온실의 체적을 이용하는 방법이 합리적인 것으로 판단되었다.

저압 에어포그 노즐을 이용한 온실 냉방설계 프로그램 개발

남상운 ( S. W. Nam ),고기혁 ( G. H. Ko ),성인모 ( I. M. Sung ),서동욱 ( D. U. Seo ),김영식 ( Y. S. Kim ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

포그냉방 온실의 열평형식과 수분평형식을 이용하여 주어진 설계조건으로부터 에어포그 시스템의 분무수량과 필요환기량을 구할 수 있는 엑셀 프로그램을 개발하였다. 포그시스템의 열평형식은 일반 온실의 열평형식에 실내에 분무된물의 증발에 의한 잠열손실항을 추가하여 구성하였다. 설계조건은 목표온도, 목표습도, 외기온도, 외기습도, 일사량이고, 외기온도, 습도, 일사량은 지역의 과거 기상관측자료로부터 위험율별(TAC, Technical Advisory Committee, ASHRAE 방식) 설계자료를 사용하였다. 온실조건은 바닥면적, 피복면적, 부피, 차광율, 연동수이고, 특성값은 피복재의 광투과율, 열관류율, 작물의 증발산계수, 노즐의 분무수량을 입력하고, 공기의 비열, 비체적, 증발잠열, 수증기압, 습도비, 매개변수 등은 습공기의 특성식을 이용하여 계산한다. 이와 같은 자료를 입력하여 프로그램을 실행하면 목표 실내온도별 분무수량과 필요환기율이 계산되고 원하는 설계값이 출력된다. 자연환기 온실에서는 필요환기율을 만족시킬수 없으므로 실현 가능한 환기율로부터 목표온도를 수정하고 그 때의 분무수량을 설계값으로 취한다. 이를 위해 환기율과 분무수량 및 온도와의 관계를 나타내는 VST(Ventilation, Spray and Temperature)차트를 생성하도록 프로그램을 구성하였다. 프로그램의 사용방법은 다음과 같다. 먼저 입력자료 중 온실조건, 설계조건, DataBase에 해당되는 값을 입력한다. 다음으로 출력값의 목표온도에 해당하는 필요환기율을 검토한다. 자연환기 온실의 가능한 환기율은 측창만 설치된 단동온실에서 분당 0.2~0.6회, 측창과 천창을 설치한 단동 온실은 0.7~0.8회, 연동온실은 0.8~1.1회 정도이다. VST 차트를 이용하여 실현 가능한 환기율로부터 목표온도를 수정한다. 환기율을 증대시킬 수 있다면 목표온도를 더 낮게 잡아도 된다. 수정된 목표온도로부터 필요한 분무수량을 구한다. 개발한 포그냉방 설계프로그램으로부터 목표온도와 습도, 위험율별설계용 외부기상데이터(TAC 1%, 2.5%, 5%)에 따라 필요한 환기율과 분무수량 등의 기본정보를 제공할 수 있는 에어포그 설치 가이드라인을 작성하였다. 포그냉방 설계 기본정보로부터 필요한 노즐의 수와 노즐 설치간격을 구할 수 있는 이론식을 구성하고, 사례조사 및 이론분석을 통하여 노즐의 설치높이를 설정하였으며, 에어포그 노즐의 설치기준을 작성하였다.

시설원예단지를 위한 논의 배수개선사업 일본사례 연구

김대식 ( D. S. Kim ),김태철 ( T. C. Kim ),남상운 ( S. W. Nam ),김선주 ( S. J. Kim ),이덕주 ( D. J. Lee ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

이 연구에서는 최근 우리나라에서 일부 추진하고 있는 시설원예를 위한 논의 배수개선 사업에 대하여 일본의 사례조사를 실시하고 핵심적인 내용을 고찰하였다. 그 중에서 배수장이 설치된 사례로서, 일본의 고치현 스사끼시에 있는 이케노우치지구와 고치시에 있는 하루노조사업지구에 대하여 관리부서와 현장을 답사한 결과, 사업의 정책적 방향, 기반정비의 개념에 대하여 우리나라와 차이점을 정리하였다. 사업의 명칭은 경영체육성기반정비 사업으로 1990년대에 들어 시작되었는데, 기존의 수도작 재배에서 벗어나 시설원예작물 재배를 고려하여 포장을 재정비해왔으며, 최종 목표는 정비후에 수도생산조합을 구성하여 대규모 영농을 분업화하는 체제를 갖추는 것을 목표로 하고 있다. 사업비는 국비 50%, 현비 35%, 시정촌 5%, 그리고 농민 자부담 10%로 구성되며, 농민의 자부담과 요청이 있을 경우 사업이 성립된다. 기반정비의 방향은 포장은 시설원예에 맞게 재정비하고, 저지대는 대량 객토로 높이고, 배수로는 깊게 파고 넓혀서 즉시 배제가 가능토록 하며, 배수장은 펌프를 추가로 설치하여 배수용량을 확대하였다. 이케노우치지구에서는 여름철의 포장관수를 예방하기 위해 1975년에 배수장을 설치(1100mm구경 2대)한 후, 경영체육성기반정비사업(1992-2002)으로 용수시설은 파이프라인으로, 배수로는 콘크리트화, 도로겸용 암거화 실시, 그리고 별도사업으로 1000mm 구경 2기의 배수펌프를 증설하였다. 허용담수심 0mm에 즉시배제를 기준으로 하고 있으며, 사업전 수도작이 15.4ha였으나 사업후 수도작 5.8ha로 감소하고 묘과 10.7ha, 양파 2.5ha, 오이 2.6ha 등 밭작물이 14.0ha로 대폭 증가하였다. 사업전 평균 2년에 1회 침수피해가 사업 후에는 발생하지 않았다. 또한 시설원예에 적합한 양질의 용수를 확보하기위해 지하수 취수원을 확보하고 저류지를 만들어 파이프라인망을 정비하여 효율적인 용수이용을 가능케 하였다. 이와 같이 저지대를 객토하고 배수로를 확대 정비하고 배수장 능력을 확대하기 위하여 펌프를 추가로 설치한 형태는 고치시 니시하타케지구도 동일하였다.

금강변 저지대 시설원예단지 침수피해 실태조사

남상운 ( S. W. Nam ),김태철 ( T. C. Kim ),김대식 ( D. S. Kim ),김선주 ( S. J. Kim ),이덕주 ( D. J. Lee ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

금강변 저지대의 시설원예 재배단지를 대상으로 원예시설 현황 및 침수피해 사례를 조사하였다. 대상 지구는 농어촌공사 관리구역 내 상습 침수피해지역 중 예비답사를 통하여 3개의 배수장지구(논산 개척배수장, 부여 군수배수장, 부여 가회배수장)를 선정하였다. 조사는 연구원이 현장을 방문하여 대면 면접으로 하였으며 구역내 모든 시설재배 농가를 대상으로 하였고, 응답한 농가수는 개척 234호, 군수 171호, 가회 200호로 전체 605농가였다. 주 재배작목은 개척이 수박(70%)과 딸기(24%), 군수는 수박(90%), 가회는 토마토(96%)였으며 대부분 단동 비닐하우스(91%)에서 재배되고 있었다. 여름철 혹서기에는 시설 내 환경이 열악하기 때문에 대부분 9~10월에 정식하여 5~6월에 수확을 마치는 작기를 택하고 있었으며, 이는 장마철의 침수피해를 회피하기 위한 대안으로도 판단할 수 있다. 시설하우스 설치시 배수여건을 고려하였다는 응답이 77%로 나타났으나 침수의 우려를 무릅쓰고 저지대에 설치한 이유는 시설하우스 1동(200평)당 평균 소득이 622만원으로 조사되어 벼농사에 비하여 약 13배 정도의 소득을 올리는 것으로 나타난 것과 무관하지 않은 것으로 판단된다. 침수로 인한 피해를 경험한 농가는 전체의 45.8%였으며 피해횟수는 평균 11.1년에 1회 꼴로 나타났다. 피해시기는 주로 육묘기와 수확기였으며, 침수시간은 24시간 이상이 27%로 가장 많았고, 피해정도는 시설전체피해(100%)가 52%로 나타났다. 침수로 인한 피해액은 1동당 평균 277만원으로 응답하였으며, 침수 후 조치사항으로는 영농포기가 57%로 가장 많았다. 양수기나 배수고랑 등의 자가 배수시설을 갖추고 있는 농가가 85%로 나타났으며, 이 지역에서 시설재배 시 가장 시급한 사항으로는 배수개선사업 실시(28%), 에너지절감 대책(23%), 용수원확보(22%)의 순으로 나타났다. 배수개선사업이 필요한지 여부를 묻는 질문에 61%가 매우 필요, 20%가 필요한 편이라고 응답하였으며, 배수개선사업의 시행 시기는 즉시(75%), 1~2년 이내(7%)로 나타났다. 원예작물 배수개선사업 시행시 고려할 사항으로는 배수로 능력 확대(32%), 배수장 능력 확대(31%), 배수지거 콘크리트 개거화(21%)의 순으로 나타났다. 원예시설의 입지로서 가장 중요한 것은 광(일사)조건과 용수(양과 질) 공급이며 그 다음으로 양호한 배수가 필수조건이다. 따라서 기본적으로는 경지정리 된 논에 특히 상습적으로 침수되며 벼의 허용 침수시간을 고려하여 설계된 배수장 구역 내에 원예시설을 설치하는 것은 문제가 있으므로 신규설치를 억제할 수 있는 방안을 도출할 필요가 있다. 다만 이미 설치되어 경작 중인 시설을 철거하거나 경작을 금지하기는 곤란하므로 시설 경작자에게 최소한의 의무사항을 부과하여 자가 배수시설을 갖추고 침수에 대처할 수 있도록 함과 더불어 관리기관에서는 일정범위 내에서 배수능력을 향상 시키고 벼 재배와는 다른 유지관리 패턴을 도입하여 농민 피해를 최소화할 필요가 있을 것으로 판단된다.

설계 변수 선택이 온실의 난방부하 산정에 미치는 영향

남상운 ( S. W. Nam ),신현호 ( H. H. Shin ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-

온실의 난방부하 산정을 위해 설계자가 선택해야할 주요 변수들에 대하여, 이들 설계 변수가 난방부하에 미치는 영향을 평가하기 위해서 각각의 설계 변수값을 변화시키면서 시뮬레이션을 실시하였으며, 이를 바탕으로 특별히 선택에 주의를 기울여야 할 설계 변수를 제안하였다. 단동 온실의 경우 피복재의 열관류율(U), 설계외기온(To), 틈새환기율(N), 외주부 단위길이당 열손실계수(F)값이 각각 10% 증가할 때 난방부하는 각각 8.2%, 5.0%, 0.1%, 1.6% 증가하는 것으로 나타났으며, 지중전열 부하저감 온도차(θ) 값이 10% 증가할 때 난방부하는 1.2% 감소하는 것으로 나타났다. 7연동 온실의 경우 U, To, N, F값이 각각 10% 증가할 때 난방부하는 각각 9.1%, 4.6%, 0.4%, 0.4% 증가하는 것으로 나타났으며, θ값이 10% 증가할 때 난방부하는 0.3% 감소하는 것으로 나타났다. 14연동 온실의 경우 U, To, N, F값이 각각 10% 증가할 때 난방부하는 각각 9.2%, 4.6%, 0.5%, 0.3% 증가하는 것으로 나타났으며, θ값이 10% 증가할 때 난방부하는 0.2% 감소하는 것으로 나타났다. 전체적으로 난방부하에 가장 큰 영향을 미치는 설계 변수는 U값이고, 다음으로 To인 것으로 나타났다. 연동 수에 따른 설계 변수의 영향은 차이가 거의 없는 것으로 나타났다. 단동 온실의 경우에는 지중전열 관련 설계 변수인 F, θ값의 영향을 무시할 수 없을 것으로 생각되지만, 연동의 경우에는 지중전열 관련 변수 및 틈새환기율의 영향이 미미한 것으로 판단되었다. 실내외 기온차를 몇 가지로 고정시키고 시뮬레이션을 수행한 결과 실내외 기온차에 따른 차이는 발견할 수 없었으며 전체적으로 U값이 10% 증가할 때 난방부하는 9.1∼9.2% 증가하는 것으로 나타났으나, N, F 및 θ값이 각각 10% 증가할 때 난방부하는 0.3∼0.5% 증가 또는 감소하는 것으로 나타나 영향이 미미한 것으로 판단되었다.

공기주입 이중피복 플라스틱 온실의 단열효과

이현우 ( Lee H. W. ),심상연 ( Sim S. Y. ),남효석 ( Nam H. S. ),남상운 ( Nam S. W. ),김영식 ( Kim Y. S. ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

공기주입 이중피복 방식은 기밀성이 높기 때문에 환기전열량이 적고 관류전열량도 상당히 줄어들어 일중 피복에 비해 난방열량을 약 40% 정도까지 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한 공기층이 단열층의 역할을 하여 내부피복재와 찬 공기의 접촉을 막아주기 때문에 결로도 감소시킬 수 있다. 이외에도 이중피복의 우수한 점으로는 시공비가 비교적 저렴하고, 피복재 교체 이외에는 별다른 관리가 필요 없으며, 적설하중과 풍하중에 대하여 구조적으로 안전성이 높아진다는 점 등이 있다. 따라서 이러한 장점을 가진 공기주입 이중 피복 플라스틱하우스를 우리나라 현실에 적합한 구조형태로 개발하여 보급할 필요가 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 공기주입 이중피복 플라스틱 온실의 단열효과를 구명하기 위하여 이중피복 플라스틱 온실을 제작하여 온실의 형태, 이중피복층 두께 등에 따른 온실 내부의 온도변화를 분석하였다. 온실은 단동과 3연동 온실을 제작하여 실험온실로 사용하였다. 피복방법은 공기주입방식과 관행이중피복 방식으로 구분하였고, 지붕형태는 복숭아 형태와 아치형태로 구분하였다. 공기층 두께에 따른 단열효과를 분석하기 위하여 피복재를 설치할 때 피복재를 지붕 골조재 위에 위치시킨 후 고정시키기 전에 처마부위에서의 여유길이를 0, 5, 10, 15cm로 달리하여 고정시켜 공기층의 두께를 다르게 하였다. 이중피복층내로 공기를 주입하는 송풍기는 낮은 압력으로 많은 공기량을 공급할 수 있는 소형 전향 원심송풍기를 사용하였으며 풍량은 1.0, 2.7, 8.0㎥/min 등으로 다르게 하였다. 온실내의 온습도 및 광합성유효광량자속의 변화를 계측하기 위하여 온습도센서, LI190SB 광량자센서(400~700nm) 및 CR10X micro-logger를 사용하였다. 정압수두를 측정하기 위하여 DWYER사의 경사형마노메타(측정범위 0-80mm)와 휴대용 디지탈마노메타(측정범위 0-100mm)를 사용하였다. 관행의 이중피복온실보다 공기주입 이중피복온실이 보온효과가 약간 더 우수하였으며, 특히 아치형 공기 주입 온실인 경우에 보온효과가 상당히 우수한 것으로 나타났다. 공기층의 두께 즉 이중피복의 간격에 따른 보온효과는 두께에 따른 큰 상관성이 없는 것으로 나타났다. 따라서 이중피복의 간격은 피복재의 시공성을 고려하여 적절한 두께를 결정할 필요가 있을 것으로 판단된다. 단동 온실의 경우 복숭아형태의 지붕에 비해 지붕의 경사각도가 더 큰 아치형태가 광투과율이 더 높은 것으로 나타났다. 3연동에서 공기주입 이중온실과 관행 이중온실의 광투과율에 많은 차이가 있었다. 이에 대한 원인은 정확히 규명되지 않았으나 공기주입 이중피복온실의 광투과율 저하에 따른 문제점 측면에서는 긍정적인 효과로 판단된다.

논 배수개선사업지구에서의 시설원예작물 침수분석

이덕주 ( D. J. Lee ),김태철 ( T. C. Kim ),김대식 ( D. S. Kim ),남상운 ( S. W. Nam ),김선주 ( S. J. Kim ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

한국농어촌공사에서 금강 변에 조성한 논 배수개선사업지구 중 집단적으로 조성된 시설원예단지 가운데 상습침수피해지역을 선정하여 침수원인과 배수시설과의 관계를 분석하였다. 대상 지구는 부여읍 남측지역에 위치한 군수지구로 사업지구 밖의 외수가 승수로에 의하여 지구내로 유입되지 않으며 지구면적은 약 175ha 정도이다. 사업지구 내에는 170여 가구가 대부분 시설원예재배를 하고 있으며 수박이 대표 작목으로 나타나, 본래 답작 중심의 배수개선사업 설계기준과는 다른 영농형태를 보였다. 사업지구에 대한 침수분석을 위하여 빈도별로 확률강우량 및 홍수량을 산정하고, 2차원 부정류흐름 해석이 가능한 XP-SWMM 모델의 TUFLOW 프로그램의 기능을 이용하여 침수모델링을 실시하였다. 군수지구는 지구경계를 따라 2개의 배수간선(왕포 간선 및 군수 간선)으로 이루어져 있다. 왕포배수간선은 콘크리트수로로 총 2.9km에 이르며 하류부 1.5km에 대한 수로규격은 5.0m×1.5m이고, 군수 배수간선은 총 2.7km에 걸쳐 콘크리트수로로 이루어져 있으며 하류부 1.5km의 수로규격은 2.0m×1.5m이다. 재현기간 2~50년 빈도에 대하여 침수모델링을 수행한 결과, 5년 빈도의 지속시간 1시간 확률강우량(63.8mm)에 대하여 북측 중앙부와 서측 하단부에서 침수가 발생하였다. 침수저감대책방법으로 배수장의 능력 확대, 배수로의 통수단면 확대, 복토에 의한 경작지 숭상, 배수로 수로경사 조정 및 배수지선의 콘크리트 수로화 등을 검토하였으나, 군수지구의 경우는 배수로의 수로경사 조정 및 배수지선의 콘크리트 수로화에 의한 침수저감대책이 바람직하였다.

복사막이의 종류에 따른 기온 계측치의 변화

남상운 ( S. W. Nam ),신현호 ( H. H. Shin ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

정확한 온도환경을 계측하는데 있어서 가장 영향을 미치는 것은 주간의 태양복사와 야간의 복사냉각이므로, 알루미늄 호일, 호일 처리한 PET병, 목재 백엽상, 플라스틱 백엽상을 사용하여 적합한 복사막이 방법을 검토하였다. 실험은 태양복사와 복사냉각의 영향을 비교하기 위하여 온실과 노지에서 수행하였다. 복사막이를 설치하지 않은(무처리)온도계는 태양복사에 직접적인 영향을 받아 온도가 가장 높았고, 야간에는 복사냉각의 영향을 받아 대체로 가장 낮게 온도가 측정되었다. 이것은 복사막이의 중요성을 설명해 주는 결과이며, 노지는 온실보다 복사냉각이 크게 일어나기 때문에 주·야간 온도변화의 경향이 상당히 급격하게 이루어지는 모습을 보였다. 온도계측에 미치는 복사막이의 영향을 비교하기 위해 주간은 최저온도를 기준으로 ΔT=0℃, 야간은 최고온도를 기준으로 ΔT=0℃이라 할 때, 온실과 노지 모두 주간에는 플라스틱 백엽상이 ΔT=0℃이고, 이때 무처리한 온도계의 값은 각각 ΔT=12.4℃, ΔT=16.1℃로 나타났다. 야간에는 알루미늄 호일이 ΔT=0℃ 일 때, 무처리한 온도계의 ΔT값은 각각 1.5℃, 1.8℃이였다. 이러한 결과로 주간에는 온실과 노지에 상관없이 플라스틱 백엽상이 태양복사에 의한 오차를 줄이는데 가장 적합하다고 보여지며, 야간에는 무처리를 제외한 어떠한 복사막이에서도 큰 차이를 보이지 않아 4가지 복사막이가 모두 비슷한 효과를 나타내는 것으로 나타났다. 또한, 일사량이 4가지 복사막이의 온도계에 미치는 오차의 영향은 일사량이 많았을 때 커지고, 일사량이 적었을 때 오차가 작아짐을 확인하였다. 다만, 온실에서는 일사량과 온도계측 오차의 상관성을 확인할 수 있었지만 노지에서는 실험 계측시의 일사량 차이가 크지 않아 그 경향을 확인할 수 없었다. 따라서 본 연구에서는 태양복사에 의한 오차를 줄이는데 가장 효과적인 복사막이는 플라스틱 백엽상이고 야간에는 알루미늄 호일과 같은 간접적인 방법으로 복사막이만 설치하여도 문제가 없는 것으로 판단된다.