우리나라 도시농업환경에 적합한 소형온실 모델 개발을 위한 인식 및 선호도 분석

김형권,유영선,김영화,이태석,오성식,강금춘,문종필,이원석,Kim, Hyung-Kweon,Ryou, Young-Sun,Kim, Young-Hwa,Lee, Tae-Seok,Oh, Sung-Sik,Kang, Geum-Choon,Moon, Jong-Pil,Lee, Won-Suk 한국농촌계획학회 2018 농촌계획 Vol.24 No.3

The aim of our study was to provide a basic data for the development of a small greenhouse model suitable for urban farmers. The study analyzed installation inclination, positive and negative reasons for installation, location of installation, preferred crops in small greenhouses, plans for use of products, and expected effects by using small greenhouse. Positive opinion on small greenhouse installation was 80.4% of the survey respondents. The most positive reason for the installation of small greenhouses was fresh and safe food supply, and the negative reason was maintenance difficulties. The results obtained in our survey indicated that small greenhouses were more likely to be installed near the house, and urban farmers tended to grow organic leafy vegetables in soil. The expected benefits of small greenhouse operation were largely divided into 'benefit for the improvement of the quality of life' and 'benefit for economic profits', and expectation for the improvement of the quality of life was higher than economic benefit. As a result of the Likert 5-point scale analysis, 'benefit for the improvement of the quality of life' by using a small greenhouse was graded as high as 4.17~4.60. On the other hand, the 'benefit to economic profits' was rated as low as 3.51~4.14.

공기막 이중필름의 공기막 두께와 주입공기 온도에 따른 관류전열량 변화 특성

김형권,전종길,백이,이상호,윤남규,유주열,Kim, Hyung-Kweon,Jeon, Jong-Gil,Paek, Yee,Lee, Sang-Ho,Yun, Nam-Kyu,Yoo, Ju-Yeol 한국농공학회 2013 한국농공학회논문집 Vol.55 No.6

This study was carried out to provide a valuable reference which could reduce heating loss of air-inflated double PO film. Therefore, this study was aimed to choose the best air space thickness and injected air temperature. The characteristics of heat transmission variation at experimental materials were measured and analysed in the laboratory. The experiment was conducted of two layers of PO film, each 0.15 mm tick, sandwiching 110, 175, 225 mm of inflated air with 1 m sides. Environmental control lab was constantly controlled with $-10^{\circ}C$ and experiment chamber was constantly changed with 0, 5, 10, $15^{\circ}C$. The analysis of heat transfer showed that heat transmission does not have a direct correlation with Air Space thickness and injected air temperature. But when inside and outside temperature difference of chamber was great, supply of outside air to Air Space had an advantage at reduction of heating load. It was required to examine accurate analysis at a real greenhouse.

농업용 트랙터 배출가스 평가방법 기초연구

김형권 ( Hyung-kweon Kim ),윤남규 ( Nam-kyu Yun ),권진경 ( Jin-kyung Kwon ),오성식 ( Sung-sik Oh ),임류갑 ( Ryu-gap Lim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

오늘날 세계 각국은 급변하는 기후변화에 대응하여 에너지 소비효율 향상, 온실가스 배출 감축을 국가적 과제로 추진하고 있다. 이와 관련하여 우리나라 농림축산식품부에서는 농업부분 온실가스 배출권거래제를 적극 추진하고 있으며, 2015년에 ‘온실가스 배출권거래시장’이 도입되어 농가에서 온실가스를 감축한 경우 판매할 수 있어 농업인의 추가적인 소득증대가 기대된다. 반면에, 농업기계 사용으로 인한 온실가스 배출량은 기타부문으로 처리되고 있어 농업기계별 에너지 사용으로 인한 배출량 산정이 필요한 실정이다. 특히, 농업용 트랙터는 보급대수가 많고, 농업용 난방기 다음으로 많은 에너지를 소비하는 농업기계임에도 불구하고 온실가스 배출 저감에 대한 생산자와 소비자의 인식이 낮은 실정이다. 지금까지 화석연료를 사용하는 내연기관의 배출가스저감 연구는 주로 자동차와 같은 도로주행 차량을 중심으로 이루어져왔다. 따라서 본 연구에서는 비도로 차량인 농업용 트랙터의 온실가스 배출량 산정 및 저감기술개발을 위한 기초연구로 배출가스 평가방안을 검토하였다. 도로 및 비도로 차량의 배출가스 규제는 유럽의 경우 Stage 기준으로 설정하고 있으며, Stage-V 기준에 따라 2020년 이후 판매되는 모든 엔진에 배출가스 규제를 적용하도록 하였다. 미국은 Tier 규제를 적용하고 있다. 이러한 배출가스 저감 규정은 향후 트랙터 등 농업기계 수출에 필수적인 기준이 될 것으로 판단된다. 배출가스 측정장치의 경우 이동식 배출가스 측정장치(PEMS, portable emission measurement system)를 이용하여 실 작업차량에서 측정하도록 하고 있다. 특히, 2015년 폭스바겐 자동차의 배출가스 임의설정 사례에서 알 수 있듯이 측정장치 및 평가방법에 대한 기준 마련이 매우 중요하다고 할 수 있다. 이에 따라 우리나라 농업용 트랙터 배출가스 평가 기준은 Tier-4, Stage-V에 따라 PEMS를 이용한 실차상태에서 플라우 경운, 로타리 경운, 주행 등 농작업에 대한 기준 설정이 필요한 것으로 판단된다(Ministry of environment, 2017, 2018).

농업용 트랙터 엔진 전개출력에서 온실가스 배출량 분석

김형권 ( Hyung-kweon Kim ),이시영 ( Si-young Lee ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

실험은 80 kW급 농업용 트랙터를 대상으로 수행하였다. 엔진 전개출력(full load) 상태에서 엔진 회전수에 따른 이산화탄소 배출량을 비교 분석하였다. 본 연구에서 농업용 트랙터의 이산화탄소 배출량은 이동식 배출가스 측정기(portable emission measurement system, PEMS)를 이용하여 실시간 측정하였다. 엔진 회전수가 1400 rpm인 경우 이산화탄소 배출량은 42.5 kg/h, 엔진 회전수가 1600 rpm인 경우 배출량은 47.7kg/h, 엔진 회전수가 1800 rpm인 경우 배출량은 50.7 kg/h, 엔진 회전수가 2000 rpm인 경우 배출량은 54.3 kg/h, 엔진 회전수가 2200 rpm인 경우 배출량은 57.1 kg/h으로 나타났다. 이처럼 엔진 전개출력 상태에서 농업용 트랙터의 엔진 회전수가 1400 rpm에서 2200 rpm으로 빨라짐에 따라 이산화탄소 배출량이 유의하게 증가하는 것으로 분석되었다. 일반적으로 농업인은 최대출력 상태에서 트랙터 농작업을 수행하는 것으로 알려져 있다. 따라서 농작업 조건에 따라 농업용 트랙터의 엔진 회전속도를 적정 조절함으로써 온실가스 배출량을 저감할 수 있을 것으로 기대된다. 향후 연구에서는 트랙터 엔진 부하 및 회전수를 세분화하여 농작업 조건(주행, 쟁기, 로터리 등)에 따른 온실가스 배출량에 대한 추가 구명이 필요한 것으로 판단된다.

제3발표장 : 생물생산시설 및 환경공학 분야 ; 공기막 이중필름의 온도변화 특성

김형권 ( Hyung Kweon Kim ),전종길 ( Jong Gil Jeon ),백이 ( Yee Paek ),이상호 ( Sang Ho Lee ),윤남규 ( Nam Kyu Yun ),유주열 ( Ju Yeol Yoo ) 한국농업기계학회 2013 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.18 No.2

논문 : 노외기계시스템공학 ; 농업용 트랙터 제동등 광도 성능 평가

김형권 ( Hyung Kweon Kim ),김유용 ( Yu Yong Kim ),신승엽 ( Seoung Yeoup Shin ),김병갑 ( Byoung Gap Kim ),이호상 ( Ho Sang Lee ) 한국농업기계학회 2011 바이오시스템공학 Vol.36 No.6

This study was initiated to prevent rear-end collision which causes the most frequent human damage by agricultural tractors. Therefore, this study was aimed to evaluate the luminous performance of a stop lamp for an agricultural tractor which could reduce rear-end collision. The performance test of luminous intensity distribution was conducted for a total of 12 tractor models classified by size (above 44 kW for large, 30~43 kW for medium, and below 29 kW for small) and production area (domestic, foreign manufacture) in accordance with Regulation No.7 of UNECE Vehicle Regulations-1958 Agreement considering ±20 standard deviation. Three out of 5 large, 3 out of 4 medium, and all small tractors were resulted as inadequate for the test criterion. This study found that the luminous performance results were better as the size of agricultural tractors became bigger. One out of 4 foreign and 2 out of 8 domestic manufacturers were suitable for the test criterion, and overall no difference from the luminosity test results was observed between domestic and foreign manufacturers. In addition, the measuring points, HV, 5L, 5R, 5U and 5D with the minimal luminosity revealed flaws (80% of the proportion of faulty products). Therefore, it is urgent to improve the quality for measuring points (HV, 5U, 5L, 5R, 5D) of stop lamps to apply Regulation No. 7.

수막하우스의 유량 및 수온에 따른 열전달 특성 분석

김형권(Hyung-Kweon Kim),김승희(Seoung-Hee Kim),권진경(Jin-Kyeong Kwon) (사)한국생물환경조절학회 2016 시설원예‧식물공장 Vol.25 No.4

This study analysed overall heat transfer coefficient, heat transmission, and rate of indoor air heating provided by water curtain in order to determine the heat transfer characteristic of double-layered greenhouse equipped with a water curtain system. The air temperatures between the inner and outer layers were determined by the water flow rate and inlet water temperature. Higher water flow rate and inlet water temperature resulted in the increased overall heat transfer coefficient between indoor greenhouse air and water curtain. However, it was found that with higher levels of water flow rate and inlet water temperature, indoor overall heat transfer coefficient was converged about 10W·m<SUP>-2</SUP>·℃<SUP>-1</SUP>. The low correlation of overall heat transfer coefficient between water curtain and air within double layers was likely because the combination of greenhouse shape, wind speed and outdoor air temperature as well as water curtain affected the heat transfer characteristics. As water flow rate and inlet water temperature increased, the heat transferred into the greenhouse by water curtain also tend to rise. However it was demonstrated that the rate of heat transmission from water curtain into greenhouse with water curtain system using underground water was accounted for 22% to 28% for total heat lost by water curtain. The results of this study which quantify heat transfer coefficient and net heat transfer from water curtain may be a good reference for economical design of water curtain system.

천창 유무에 따른 단동온실 온습도 변화 분석

김형권 ( Hyung-kweon Kim ),이시영 ( Si-young Lee ),권진경 ( Jin-kyung Kwon ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

환기는 내부공기를 외부공기로 치환하는 것으로, 온실에서의 작물생산 및 온습도 환경조절에 필수적인 역할을 한다. 겨울철 밀폐된 온실에서 작물을 재배하게 되면, 온실 내 기온이 최고 설정온도 보다 높아져 고온장해 발생, 습도가 높아져 병충해 발생 등의 피해를 받을 수 있다(남 등, 2018). 최근 현대화된 온실에서는 강제환기 시스템이 주로 사용되고 있으나, 대부분의 관행 단동온실에서는 풍압력과 내외부 기온차에 의존하는 자연환기 방식이 사용되고 있다. 자연환기는 측창이나 천창을 이용하는 가장 경제적인 환기방식으로 알려져 있다. 본 연구에서는 단동온실에서 측창만을 사용한 온실과 측창과 천창(원통형)을 동시에 사용한 온실을 대상으로 온습도 환경변화를 계량적으로 비교·분석하였다. 실험은 시설원예연구소에서 2020년에 수행하였다. 실험에 사용된 온실은 단동 비닐하우스로 동서동으로 설치하였다. 1개 동은 좌우 측창을 각각 70 cm 개방하였고(천창 무), 다른 1개 동은 좌우 측창을 70 츠 개방하였고 더불어 원통형 천창을 설치하여 개방하였다. 외부, 측창만 사용온실, 측창+천창 사용온실의 평균기온은 각각 24.4, 33.6, 32.2℃로 나타났다. 평균 상대습도는 각각 60.6, 45.8, 47.4%로 나타났다. 전체적으로 내부기온은 측창+천창 사용온실이 다소 낮고, 상대습도는 다소 높게 나타났다. 향후, 유동팬 등을 설치하여 온실 내부 공기흐름을 추가 조절한 경우와, 고깔형 천창이나 맞배형 천창을 사용하여 천창 개방면적을 넓힌 경우의 온습도 환경변화에 대한 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다.

온실규격에 따른 방열비 및 열관류율 특성 분석

김형권 ( Hyung-kweon Kim ),김승희 ( Seoung-hee Kim ),권진경 ( Jin-kyeong Kwon ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

온실의 보온력은 방열비(바닥면적에 대한 표면적의 비), 보온자재(다겹보온커튼 등) 등에 따라 달라진다. 이에 따라 온실의 보온력 향상을 위해 온실 표면에 다겹보온커튼 등을 덮어 온실표면에서의 열저항을 높이기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 그러나 내재형 온실의 형태에 따른 방열비를 분석하고, 온실의 바닥면적에 따른 열관류율의 변화를 분석한 연구는 찾아보기 어려웠다. 최근 연구에서 온실바닥을 통한 지중전열부하는 난방부하의 5~6% 이하로 보고되고 있으며, 표면적을 통한 관류열부하는 약 90% 정도로 보고되고 있다. 따라서 온실 난방부하의 대부분을 차지하는 관류열부하를 줄이는 것이 온실 난방부하 감소에 매우 중요하다. 이를 위해 작물이 재배되는 바닥면적은 최대한 넓히면서 열이 방출되는 표면적을 최소화하는 것이 농가경영에 바람직하다. 온실에서 바닥면적 증가에 따라 방열비의 감소폭이 커지는 것으로 나타났으나, 바닥면적이 일정규모 이상으로 큰 온실에서는 방열비의 감소가 극히 완만한 것으로 나타났다. 이러한 결과에서 규모가 지나치게 작은 온실은 보온력 향상에 불리한 조건임을 확인할 수 있었다. 온실 바닥면적에 따른 방열비의 변화를 살펴보면, 바닥면적이 약 400 ㎡ 이상인 경우에 07-단동-2형(폭 6 m, 동고3.3 m), 07-단동-1형(폭 5m, 동고 2.6 m), 07-단동-3형(폭 7 m, 동고 3.3 m), 07-단동-4형(폭 8m, 동고 3.6 m)의 순으로 방열비가 감소하는 것으로 분석되었다. 따라서 폭이 가장 넓은 07-단동-4형 온실의 보온력이 가장 우수하다는 것을 알 수 있었다. 07-단동-4형 온실에서 바닥면적에 따른 열관류율의 변화를 살펴보면, 바닥면적이 변화할 때 열관류율의 변화도 크게 나타났으나, 바닥면적이 일정규모 이상인 경우에는 열관류율도 일정한 수준을 유지하는 것으로 분석되었다.

농업용 트랙터 최대출력에서 연료소모량 분석

김형권 ( Hyung-kweon Kim ),윤남규 ( Nam-kyu Yun ),권진경 ( Jin-kyung Kwon ),오성식 ( Sung-sik Oh ),임류갑 ( Ryu-gap Lim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

비도로 차량에는 농업기계, 건설기계, 기관차 등이 있으며, 이러한 비도로 차량에서 배출되는 배출가스는 증가추세에 있는 것으로 알려지고 있다. 이러한 비도로 차량 중 트랙터와 콤바인은 환경부 대기환경보존법에 따라 배출가스를 규제하고 있으며, 자동차와 달리 실차상태가 아닌 엔진상태에서 배출가스 허용기준을 관리하고 있다. 이러한 배출가스 등 환경규제는 새로운 무역규제 방안의 하나로 볼 수 있으며, 농업기계 배출가스 저감을 위한 연료소모량 절감 및 친환경 고효율화가 중요한 문제가 되고 있다. 반면, 농업용 트랙터는 여러 가지 농작업의 동력원으로 설계되었고, 수십 단의 기어단수를 채택하고 있으며, 농업인의 경험에 의존하는 기어 사용으로 연료 이용효율 및 온실가스 감축에서 불리하고 관심이 낮은 편이다. 최근, 농업용 트랙터는 점차 대형화되고 있으며, 전자제어장치(ECU, electronic control unit) 기반 자동변속기술 적용방식으로 개발 및 보급되고 있다. 이로 인해 전자제어장치 기반 자동변속 농업용 트랙터를 대상으로 온실가스 감축을 위한 연료 소모량 절감 및 친환경 고효율화가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구는 자동변속 대형 트랙터를 대상으로 PEMS 장비를 적용하여 실차 및 전개성능 상태에서 엔진회전속도에 따른 연료소모량을 분석하고 향후 친환경 고효율 트랙터 개발을 위한 기초자료로 활용하고자 수행되었다. 본 연구에서는 엔진출력이 100 kW급인 자동변속 농업용 트랙터를 대상으로 하였다. 이동식 배출가스 측정장치(PEMS, portable emission measurement system)를 적용하여 실차 및 전개성능 상태에서 엔진회전 속도에 따른 연료소모량을 분석하였다. 엔진회전속도에 따른 연료소모량 분석 결과 엔진회전속도 2000 rpm에서 연료소모량이 23.2 kg/h로 가장 높게 나타났다. 엔진회전속도 1500 rpm에서는 16.7 kg/h로 가장 낮게 나타났고, 이후, 엔진회전속도가 2000 rpm으로 빨라짐에 따라 연료소모량이 증가하는 것으로 분석되었다. 반면, 엔진회전속도가 가장 빠른 2200rpm에서는 22.4 kg/h로 분석되었다.