시설딸기 고설재배시스템 및 온실구조 표준화

이종원 ( J. W. Lee ),나욱호 ( W. H. Na ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

딸기 고설재배에 적합한 단동비닐하우스는 규격이 폭(7.6m)×동고(3.7m)×측고(1.7m), 폭(8.9m)×동고(3.9m)×측고(1.7m)인 아치형 2종(7개모델), 쓰리쿼터 2종(8개모델)이 개발되어 있다.(원예ㆍ특작시설 내재해형 규격 설계도ㆍ시방서, 2010, 농림수산식품부&농촌진흥청). 이러한 딸기재배용 온실모델은 서까래 부재로 ø48.1×2.1t를 사용하고 있는 관계로 시공비가 높을 뿐만 아니라 파이프 밴딩 등에 있어 많은 노동력이 소요되고 있는 실정이다. 따라서, 농가 선호도(기존 온실 폭)를 감안한 지역별 기상조건에 적합한 내재해형 단동비닐하우스 규격을 표준화함으로써 시공비 등을 절감할 수 있을 것을 판단되며, 딸기 재배에 적합한 연동비닐하우스 규격은 아직 개발된 모델이 없어 일반적으로 내재해형비닐하우스시설 규격중 07-자동화-1형을 사용하고 있으므로, 딸기 재배에 적합한 연동비닐하우스 규격을 표준화하여 향후 보급이 예상되는 행잉형 고설 수경재배시스템을 고려한 모델을 개발할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 딸기 주산지 중 한 곳인 진주지역의 내재해형 설계하중인 설계적설심은 20~25cm, 설계풍속은 25~30m/s을 고려하여 진주지역에 적합한 딸기재배용 온실모델을 개발하였다. 딸기 고설수경재배시스템은 경남 산청군 및 하동군을 중심으로 가장 먼저 보급되었으며, 보급된 고설수경재배시스템은 설치비 절감을 위하여 2개의 가대 지주파이프를 X자 모양으로 교차시키고 각 가대의 상부에 온실 길이 방향으로 가로대를 설치하여 천막천을 클립으로 고정하여 베드를 구성하고 있다. 가대의 지주간격(150cm)에 비하여 배지량(포기당 약 4ℓ)이 많아 과다한 하중으로 베드의 중앙부가 처지지는 현상이 발생하며, 소요배지 비용 또한 많이 들어가므로 개선이 필요하다. 그리고 스티로폼 베드와 플라스틱 베드를 사용하고 있는 농가의 경우에는 고설재배시스템의 가대가 H모양으로 되어있으며, 천막천을 이용하는 것에 비해 베드 비용이 많이 들어가는 단점이 있다. 재배 베드의 설치 높이는 작업자의 팔꿈치 높이를 기준으로 하는 인체공학적인 면을 기준으로 설정하는 것이 일반적이지만 지역과 농가의 선호도에 따라 다양하며, 과방을 외부로 향하도록 하는 경우에는 베드 높이를 95~120cm, 내부로 향하도록 하는 경우는 베드 높이를 80~90cm 범위를 표준으로 하고 있으나, 농촌진흥청에 개발된 딸기 고설재배용 벤치높이는 100cm를 표준으로 하고 있다. 이러한 벤치 높이는 작업자가 선 상태로 작업을 하는 입식 기준이며, 최근 레일을 이용한 작업차에 앉아서 작업하는 좌식에는 벤치높이가 다소 높은 경향이 있으므로, 입식과 좌식을 구분하여 고설재배시스템의 높이를 표준화할 필요가 있다. 그리고 벤치 폭은 250cm, 300cm, 350cm 등 다양하게 하고 있어 소요 상토량 또한 차이가 발생하므로, 시스템설치비의 20~27%(상토량 2.5ℓ기준)를 차지하는 상토량을 표준화하기 위해서는 상토량에 따른 재배효과 등을 고려한 고설재배시스템의 표준화를 위하여 본 연구를 수행하였다.

제3발표장 : 정보처리 및 복합기술 분야 ; 대구지방의 운량에 따른 야간 천공온도 산정

나욱호 ( W H Na ),이종원 ( J W Lee ),소레이멘디옵 ( S Diop ),이현우 ( H W Lee ) 한국농업기계학회 2013 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.18 No.1

에너지 절감과 생산성 향상을 위한 신개념 온실 설계를 위한 기초연구

이종원 ( J. W. Lee ),이현우 ( H. W. Lee ),나욱호 ( W. H. Na ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

2010년말 기준으로 국내 온실면적은 53,136ha로 단동비닐하우스가 88.6%, 연동플라스틱온실이 10.1%, 유리온실이 0.7%를 차지하고 있으며, 전체 시설면적 중 연동온실이 10.8%에 불과하여 경쟁력 있는 시설작물 생산을 위해서는 자동화 및 복합환경제어시스템 등을 갖춘 첨단온실의 비율 증가 등 시설구조 변화가 절실하다. 국내 온실은 1992년부터 시작된 정부의 시설원예 현대화 지원사업의 일환으로 국내 유리온실 표준설계도가 1997년에 작성되어 지금까지 시행되어져 왔으며, 2001년 농가보급형 자동화하우스(1-2W형) 표준설계서가 작성된 후 수정ㆍ보완되어 2010년에는 원예ㆍ특작시설 내재해형 규격 설계도ㆍ시방서에 자동화비닐하우스 3종이 보급되고 있다. ’97년에 작성된 한국형 유리온실 표준설계도의 온실 측고는 4.0~4.3m로 최근 환경조절성능이 우수하고 생산성이 뛰어난 것으로 평가받은 온실의 측고는 5.0~6.0m 이다. 그리고 국내에서 개발된 자동화비닐하우스(1-2W형)는 경제성이 우수하나 측고가 2.7m에 불구하며, 이중구조, 권취식 환기창 등 구조가 복잡하여 시공성, 작업성, 유지관리 측면에서 보완ㆍ개선되어야 한다. 농촌진흥청의 연구자료(농업경영정보 08-10, 화란의 시설원예 경영분석)에 따르면 ’06년 화란의 시설채소 10a당 소득은 한국의 비닐하우스에 비해 낮으나, 한국의 유리온실에 비해서는 높은 것으로 나타났으며, 조수입은 화란, 한국 유리온실, 한국 비닐하우스 순으로 높고 경영비는 비닐하우스가 유리온실의 1/4~1/2 수준으로 낮은 것으로 나타났다. 그러나 국내 과채류 생산성은 화란과 비교하여 1/2~1/10 수준으로 단위면적(m2)당 생산량은 파프리카는 화란 30kg, 국내 19kg이며, 토마토는 화란 60kg, 국내 10kg로 많은 차이가 나고 있으며, 국내 유리온실(측고 3.8m)과 1-2W형 플라스틱온실(측고 2.5m)의 파프리카 단위면적당 생산량은 14.1kg, 7.8kg으로 유리온실의 생산성이 80% 높은 것으로 조사되었다. 국내 연동온실의 80%이상이 사용연수 15년 이상된 것으로 시설 노후화로 생산성이 떨어짐과 동시에 최적환경제어를 위한 투자가 어려운 실정이며, 최근에는 유리온실의 생산성과 비닐하우스의 경제성의 장점을 갖춘 신개념 온실이 전국적으로 36.9ha, 건축비 400억원 규모로 빠르게 보급되고 있으나, 신개념온실에 대한 표준설계도가 없어 지역별로 온실의 성능 및 시공가격에 차이가 많고, 재해발생시 피해보상기준 산정도 곤란한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 신개념 온실의 규격 및 내부 설비 표준화를 위하여 유리온실를 제외한 연동비닐하우스중 1-2W형을 제외한 연동비닐하우스를 대상으로 현장조사를 수행하였다. 조사대상은 각 도청을 방문하여 신개념 온실이 있는 지역을 추천받아 각 군청과 농업기술센터의 협조를 구하여 결정하였으며, 조사대상지역은 전남(장흥군외 5개 시군), 전북(장수군, 정읍시), 경남(합천군, 창원시), 경북(청송군, 경주시), 울산광역시 및 강원(철원군외 3개 군) 총 16시군이다.

온실 설계용 지역별 설계적설심 및 폭설 발생빈도

이종원 ( J. W. Lee ),이현우 ( H. W. Lee ),나욱호 ( W. H. Na ),이시영 ( S. Y. Lee ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

원예특작시설은 구조물의 자중이 적은 경량뼈대구조로 구성되어 있어 기상재해에 취약한 실정이다. 원예시설 면적 중 자연재해에 취약한 비닐하우스가 전체 시설의 98.8%를 차지하고 있고, 인삼재배시설 또한 대부분 목재시설로 되어 있어 강풍이나 폭설에 매우 취약하여 기상재해로 인한 원예특작시설의 피해가 매년 반복적으로 발행하고 있다. 이러한 재해경감대책의 일환으로 2007년 4월에 ‘원예특작시설 내재해형 규격 설계도ㆍ시방서’을 1차 농림부 고시하여 원예특작시설 내재해형 모델을 보급하고 있으며, 현재는 농림수산식품부 고시 제2010-128호(2010.12.7.)로 4차 개정한 상태이다. 내재해형 규격시설은 지역별 내재해 설계하중 기준인 지역별 재현기간 30년에 해당하는 설계적설심과 설계풍속 이상으로 설계된 시설에 한하여 인정하고 있다. 단, 지역별 내재해 설계하중 기준의 최고 적설심 40cm을 상회하는 지역의 경우 관계전문기관(기술사)의 구조해석을 거쳐 지역별 내재해 설계하중기준에 맞게 시설을 설치한 것을 입증하는 경우에만 내재해형 규격으로 인정하고 있다. 현재, 농림수산식품부 고시 ‘원예특작시설 내재해형 규격 설계도ㆍ시방서’의 지역별 내재해 설계기준 적설심은 5츠 간격으로 나타내어져 있어 등급구간별 하중의 격차가 심하고, 설계적설심이 제시된 지역도 동일하지 않은 실정이다. 그리고, 기준에 표시되지 않은 시ㆍ군의 경우 인접 시ㆍ군의 적설심과 풍속의 평균값을 적용하도록 되어 있어 활용도가 떨어지고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선함과 동시에 최근 기상자료가 반영된 지역별 내재해형 설계적설심을 산정하여 ‘원예특작시설 내재해형 설계하중기준’을 수정할 수 있는 정책자료를 제공하고자 본 연구를 수행하였다. 최근 기상자료를 포함하여 본 연구에서 분석한 원예특작시설 내재해형 설계하중과 기존 원예특작시설 내재해형 설계하중(2010. 12. 7고시)의 중앙값(예, 20~25범위 중앙값 22.5), 건축구조기준(KBC 2009), 강풍 및 대설 위험도 산정 기법개발(소방방재청, 2009) 및 이상기후에 대비한 시설기준(국토해양부, 2010)에 제시된 설계풍속을 비교하였다. 기존 원예특시설 내재해형 설계적설심이 본연구의 설계적설심보다 2.0m/s이상 과소평가된 지역은 전남 나주를 포함하여 28개 지역이며, ±2.0m/미만인 지역은 경남 함양을 비롯한 44개지역, 2.0m/s이상 과대평가된 지역은 전북 김제를 포함하여 91개 지역인 것으로 나타났다. 강원 강릉, 고성, 동해, 삼척, 속초, 양양, 정선, 태백, 평창, 경북 울릉, 경기광주, 전남 나주, 담양, 무안, 장성, 전북 고창, 정읍은 10cm이상 과소평가된 지역으로 기존의 내재해형 설계적설심으로 설계할 경우에는 구조적인 안전에 문제가 있을 것으로 판단이 되며, 강원 양구, 인제, 화천, 경남 창원, 밀양, 고성, 거제, 통영, 울산, 경북 경주, 봉화, 경기 인천, 화성, 안산, 전남 완도, 고흥, 곡성, 여수, 전북 남원, 충남 보령 및 태안지역은 설계적설심이 8cm이상 과대평가되어 본 연구에서 도출된 설계적설심으로 원예특작시설을 설치할 경우 상당한 금액의 시공비를 절감할 수 있을 것으로 판단된다.

간척지 온실의 구조설계 기준 연구

이종원 ( J. W. Lee ),이현우 ( H. W. Lee ),나욱호 ( W. H. Na ),이시영 ( S. Y. Lee ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

우리나라의 온실면적은 약 2011년 약 52,000ha로써 1990년대 후반까지 급격히 증가하였으나 2000년 이후 거의 정체상태를 보이고 있으며, 이 중 단동 플라스틱 필름온실이 전체 면적의 약 86%인 41,879ha에 이르고 있다(2011, 농식품부). 그러나 1990년대에 원예시설 설치면적이 급속도록 증가하면서 원예시설 분야에 많은 연구와 기술개발이 이루어졌지만, 대부분의 연구가 원예 작물의 재배생리, 재배시스템 등에 관한 것으로 원예시설의 구조나 환경에 관한 공학적 연구는 미흡한 실정이다. 원예시설의 구조 안전기준(1995, 한국농어촌진흥공사), 온실구조 설계기준 및 해설(1999, 농림부), 건축구조 설계기준 및 해설(2009, 국토해양부) 등이 제정 되었지만, 매년 기상재해로 온실이 붕괴되는 피해를 겪고 있다. 그리고 농식품 수출 100억달러 목표를 달성하기 위해서는 이상기후에 대응하고 자연재해 피해를 최소화하여 지속적인 성장 또는 유지할 수 있도록 적합한 생산단지의 조성이 필요한 것으로 분석되어(2009, 한국농촌경제연구원&농어촌 연구원), 최근에는 간척지 내 규모화, 단지화된 원예시설단지로 개발하기 위하여 환경친화적 입지선정, 작목선정, 적정규모, 재배유형 등에 관한 연구는 활발히 진행되고 있다(2007, 농림부; 2009, 농어촌연구원 등). 현재 화옹지구 간척지에 유리온실 10ha를 시공하였으며, 2017년까지 30ha로 확대 추진(새만금 등 대규모 농업단지 조성사업과 연계)하여 대단위 온실단지를 조성할 계획이나 간척지에 온실단지를 조성할 경우, 일반 농경지와 달리 상대적으로 연약지반이고 해안에 접해있기 때문에 원예시설의 구조변형(침하) 및 강풍에 노출될 위험성이 높아 간척지 특성을 고려한 온실의 시공방법, 유지관리, 보수ㆍ보강 및 구조변형에 대한 지침 및 설계기준이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내 온실설계기준을 정립하여 간척지 등에도 적용할 수 있는 온실 구조설계기준을 체계화하기 위한 목적으로 국내외 온실 설계와 관련된 기준중 적설하중과 풍하중에 대한 고찰을 수행하였다.

온실의 이중피복에 대한 관류열전달계수 산정 및 검증

나욱호 ( Na,W. H. ),이종원 ( Lee,J. W. ),김동건 ( Kim,D. G. ),이현우 ( Lee,H. W. ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

본 연구는 우리나라 온실의 유리 및 플라스틱 이중피복에 대한 관류열전달계수를 산정하고 기존연구 및 실험을 통하여 결과를 검증하였다. 관류열전달계수는 ANSYS CFX Ver. 14를 이용하여 산정하였다. 이중 유리창의 열전달은 전도, 대류, 복사가 모두 존재하는 복합 열전달의 형태이고, 안쪽면(indoors)과 바깥쪽면(outdoors) 유리사이의 공기층에는 자연대류가 일어나고 유리의 바깥쪽에는 강제대류가 일어나는 복잡한 형태를 포함하고 있다. 해석 모델은 가로(1.5m)×세로(1.5m)×두께(16mm)의 유리판 2개와 유리판사이의 공기층으로 이루어져 있다. 내부의 공기층은 5mm~50mm까지 5mm간격으로 조절하여 해석을 수행하였다. 이중 플라스틱피복의 해석에 사용된 챔버는 내부공간이 가로(600mm)×세로(60mm)×높이(600mm)이다. 해석에 사용된 온도차는 10℃, 20℃, 30℃, 40℃, 50℃로 하였고, 이때 온도차는 외기온도(T_out)는 0℃로 고정한 상태에서 내부온도(T_in)를 10℃, 20℃, 30℃, 40℃, 50℃로 올려서 온도차를 구현하였다. 피복재 표면에서의 천공복사온도는 -20℃로 설정하였다. 해석은 정상상태에서 수행하였으며, 사용된 난류모델은 Shear Stress Transport (SST) 모델이고, 수렴 조건은 1 X 10^-5이다. 이중유리에 대하여 선행연구와 비교한 결과, 본 해석의 결과가 ±2.5%내에서 잘 일치하는 것을 확인하였다. 이중 플라스틱피복의 경우 천공온도에 의한 복사에너지를 고려하지 않은 경우에는 두께에 상관없이 온도가 증가함에 따라 관류열전달계수가 완만한 기울기를 가지고 선형적으로 증가하지만, 천공온도에 의한 복사에너지를 고려한 경우에는 온도차가 작은 구간에서는 급한 기울기를 가지며, 온도차가 증가함에 따라 완만한 기울기로 전환하여 균일한 분포가 나타남을 볼 수 있다. 필름과 필름사이의 거리가 50mm인 결과를 실험결과와 비교하였을 때 비교적 잘 일치하는 것을 확인하였다.

핫박스를 이용한 플라스틱온실 피복재 및 보온재의 열적 성질 측정

소레이멘디옵 ( S. Diop ),이종원 ( J. W. Lee ),나욱호 ( O. H. Na ),신동창 ( D. C. Shin ),이현우 ( H. W. Lee ) 한국농공학회 2012 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2012 No.-

Recent increases in fuel prices have forced growers to apply energy-saving measures in their heated greenhouses. As a result, growers have been forced to consider innovative cover materials and they have been advised to install thermal screens. Materials used as greenhouse covers are not spatially homogeneous that’s why the selection of a covering is crucial for attainment of an optimal controlled environment. Several attempts have been already made to develop measurement procedures applicable under conditions resembling those of greenhouse production on purpose to investigate the U-values of glazing materials by using a hot box. The objective of the present study was to investigate the overall heat transfer coefficient of greenhouse covering materials with or without thermal screens commonly used in the country under external and real conditions by using the hot box method. For this research we designed and built a guarded hot box partially based on ASTM standards C 236-89. The technique used in the present work was inspired by work using guarded hot box (Feuilloley et al., 1996) to investigate the overall heat transfer coefficient of different greenhouse covering materials with thermal screens widely used in the country. The test conditions of eight treatments combined covering materials and thermal screens with and without shelter from the sky radiation were used to determine the overall heat transfer coefficient. The insulation effect of two layers covering material is about 28% comparing to one layer covering material and the coefficient is 2.4 (W·m^-2·K^-1)less than one layer. The coefficients obtained under the high wind speed were 6∼14% greater than those under the low wind speed. The decrease of the coefficient of one layer and two layers coverings by shelter was about 20% and 30% respectively. When we measure the overall heat transfer coefficients in a laboratory, it is necessary to establish the measuring system to be able to simulate the sky radiation.

온실 설계용 지역별 설계풍속 및 강풍 발생빈도

이종원 ( J. W. Lee ),이현우 ( H. W. Lee ),나욱호 ( W. H. Na ),이시영 ( S. Y. Lee ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

원예특작시설은 구조물의 자중이 적은 경량뼈대구조로 구성되어 있어 기상재해에 취약한 실정이다. 원예시설 면적 중 자연재해에 취약한 비닐하우스가 전체 시설의 98.8%를 차지하고 있고, 인삼재배시설 또한 대부분 목재시설로 되어 있어 강풍이나 폭설에 매우 취약하여 기상재해로 인한 원예특작시설의 피해가 매년 반복적으로 발행하고 있다. 이러한 재해경감대책의 일환으로 2007년 4월에 ‘원예특작시설 내재해형 규격 설계도ㆍ시방서’을 1차 농림부 고시하여 원예특작시설 내재해형 모델을 보급하고 있으며, 현재는 농림수산식품부 고시 제2010-128호(2010.12.7.)로 4차 개정한 상태이다. 내재해형 규격시설은 지역별 내재해 설계하중 기준인 지역별 재현기간 30년에 해당하는 설계적설심과 설계풍속 이상으로 설계된 시설에 한하여 인정하고 있다. 단, 지역별 내재해 설계하중 기준의 최고값(적설심 40cm, 풍속 40m/s)을 상회하는 지역의 경우 관계전문기관(기술사)의 구조해석을 거쳐 지역별 내재해 설계하중기준에 맞게 시설을 설치한 것을 입증하는 경우에만 내재해형 규격으로 인정하고 있다. 현재, 농림수산식품부 고시 ‘원예특작시설 내재해형 규격 설계도ㆍ시방서’의 지역별 내재해형 규격 설계용 기준풍속은 5m/s 간격으로 나타내어져 있어 등급구간별 하중의 격차가 심하고, 설계풍속이 제시된 지역이 설계적설심을 제시한 지역과도 동일하지 않은 실정이다. 그리고, 기준에 표시되지 않은 시ㆍ군의 경우 인접 시ㆍ군의 풍속 평균값을 적용하도록 되어 있어 활용도가 떨어지고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 개선함과 동시에 최근 기상자료가 반영된 지역별 내재해형 설계하중(적설심 및 풍속)을 산정하여 ‘원예특작시설 내재해형 설계하중기준’을 수정할 수 있는 정책자료를 제공하고자 본 연구를 수행하였다. 최근 기상자료를 포함하여 본 연구에서 분석한 원예특작시설 내재해형 설계하중과 기존 원예특작시설 내재해형 설계하중(2010. 12. 7고시)의 중앙값(예, 20~25범위 중앙값 22.5), 건축구조기준(KBC 2009), 강풍 및 대설 위험도 산정 기법개발(소방방재청, 2009) 및 이상기후에 대비한 시설기준(국토해양부, 2010)에 제시된 설계풍속을 비교하였다. 기존 원예특시설 내재해형 설계풍속이 본연구에서 도출된 내재해형 설계풍속보다 2.0m/s이상 과소평가된 지역은 경기도 고양시을 포함한 61개 지역이며, ±2.0m/미만인 지역은 강원도 동해시를 비롯한 61개지역, 2.0m/s이상 과대평가된 지역은 강원도 강릉시를 포함하여 41개 지역인 것으로 나타났다. 경기도 고양시, 강원도 고성군 및 정선군, 경북울릉군은 10m/s이상 과소평가된 지역으로 기존의 내재해형 설계풍속으로 설계할 경우에는 구조적인 안전에 문제가 있을 것으로 판단이 되며, 강원 삼척, 충북 보은, 경북 봉화, 전남 순천 및 광양지역은 9m/s이상 과대평가되어 본 연구에서 도출된 설계풍속으로 원예특작시설을 설치할 경우 상당한 금액의 시공비를 절감할 수 있을 것으로 판단된다.

실내실험에 의한 온실 피복재 및 보온재의 관류열전달계수 측정

소레이멘디옵 ( S. Diop ),이종원 ( J. W. Lee ),나욱호 ( O. H. Na ),신동창 ( D. C Shin ),이현우 ( H. W. Lee ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

To optimize the heating system, it is necessary to assess the actual energy saving potential of new covering systems as they are introduced into markets. Many studies have been conducted to reduce energy consumption for greenhouse heating and suggest an overall heat transfer coefficient. However, the coefficients suggested vary greatly because the covering material characteristics, climate conditions and greenhouse environments differ. Accordingly, modification of existing testing methods is required because, in most cases, they are insufficient for greenhouse covering materials. As a result, further studies using the hot box method to determine the thermal transmittance of various greenhouse covering materials have been conducted. This study is conducted by producing an indoor experimental apparatus for measuring the overall heat transfer coefficient with which the actual sky temperature can be implemented and measuring greenhouse coverings and thermal screens available in Korea to compare the results with the measured results in the outdoor experiment and to assess their appropriateness. Experiment is carried out for 12 kinds of treatment conditions according to combination of covering materials and thermal screens and whether there is sky thermal radiation or not. The measuring results show that the overall heat transfer coefficient increases almost straightforward proportionally as the difference in temperature for all of test covering treatments increases in case that sky thermal radiation is not implemented. And in case that sky thermal radiation is implemented the overall heat transfer coefficient becomes the highest when the difference in temperature between inside and outside of the hot box is 10℃ and is significantly lowered when the difference in temperature becomes near 20℃ and after that, there is no significant change and the overall heat transfer coefficient maintains almost constant as the difference in temperature becomes higher than 20℃. Even though slight differences between the indoor experiment results and the outdoor experiment results are shown, they are in accord with the range of standard deviation of the indoor experiment results. These results show that it is reasonable to measure the overall heat transfer coefficient of greenhouse covering materials and thermal screens through the indoor experiment.

시설딸기 재배용 축열온실 개발

이종원 ( J. W. Lee ),나욱호 ( W. H. Na ),강금춘 ( G. C. Kang ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

2010년 딸기생산액은 10,542억원으로 1980년 1,041억원의 10배 수준이며 전체 농업생산액의 2.53%, 채소 생산액의 12.6%를 차지하는 주요한 과채류이며, 시설딸기의 재배면적은 ’10년 6,841ha로 딸기 전체의 97.1%를 차지하고 있으며 시설채소 재배면적의 10.3%, 시설과채류 재배면적의 14.6%에 달하고 있다. 시설딸기는 토경재배와 고설재배로 나눌 수 있으며, 고설재배 면적이 ’07년 55ha에서 ’11년 244ha로 5년 동안 4배이상 증가하였다. 이러한 딸기의 생육에 가장 적합한 온도는 낮에는 17~18℃, 밤에는 10℃ 내외이며, 온도가 25℃를 넘으면 생육이 떨어지고 30℃ 이상의 고온에서는 생육이 정지된다. 일반적으로 딸기를 재배하고 있는 수막에 의한 보온형 딸기 재배 단동온실의 내부기온은 외기온이 0℃이하로 떨어지면 10℃ 내외를 유지하기 힘드며, 수막대신 다겹보온커튼을 이용할 경우 보온효과가 약 3.8℃ 향상되는 것으로 나타났으나 다겹보온커튼의 초기설치비가 10,000원~12,000원/m2 소요되는 관계로 설치비의 경감을 위한 기술개발과 정책적 지원이 따라야 하는 한계가 있다. 딸기 재배가 이루어지는 9월말~익년 5월 주간의 외기온이 15℃이상이 되면 온실 내부온도는 25℃를 넘게되어 측면환기를 통해 환경조절을 하며, 시설딸기는 저온성 작물로 대부분 단동형 온실에서 수막 등에 의한 보온위주로 재배되고 있으나, 최근 고설재배의 급증으로 가온을 위한 난방에너지 소비가 급증하고 있다. 따라서 고유가로 인한 시설딸기 재배 농가의 경영부담이 가중되고 있어, 에너지 절감형 시설에 대한 요구가 증대하고 있으며, 수막보온을 위주로 하는 딸기재배 역시 보온력을 향상시켜 수자원의 낭비를 줄여야 할 것으로 판단된다. 온실의 천ㆍ측창이나 틈새를 통해 외부로 손실되는 환기전열량은 전체 난방에너지의 약 10~20%를 차지하고 있어, 환기전열 손실을 최소화 할 수 있는 완전 밀폐형 온실 구조와 난방 에너지절감을 위한 온실내부 주간 잉여 태양에너지의 축열을 통하여 야간에 가온을 할 수 있는 시설딸기 재배용 축열 온실을 설계하여 시공하였다. 시설딸기 재배용 온실 구조는 작업성을 고려한 고설재배시스템의 규격을 우선적으로 설계한 후, 고설재배시스템과재배면적 효율성을 고려하여 온실의 폭, 처마높이 및 동고를 결정하여 지역별 내재해형 설계기준에 대한 구조안전성을 검토하여 결정하였다. 그리고 축열시스템은 주간 온실내부 공기를 축열층으로 유입시킬 수 있는 축열시스템과 축열층 내부공기를 온실로 유입시킬 수 있는 방열시스템으로 구성하였으며, 축열재료는 쇄석으로 하여 축열층 두께는 80cm로하여 실험용 온실을 시공하였다. 이러한 실험온실에서 딸기를 재배하면서 축열 및 방열 특성, 온실 내부 온습도 변화 등을 구명한 후 딸기재배에 적합한 축열온실의 최적화를 통하여 추후 농가 실증시험을 수행하고자 본 연구를 수행하였다.