충적대수층 계간축열 냉난방 시스템의 온실 난방 효과

문종필,강금춘,김형권,이태석,오성식,진병옥,Moon, Jong Pil,Kang, Geum Choon,Kim, Hyung Gweon,Lee, Tae Seok,Oh, Sung Sik,Jin, Byung Ok 한국농공학회 2017 한국농공학회논문집 Vol.59 No.6

In this study, a cold well and a warm one with the distance of 100 m were installed in the alluvial aquifer. Groundwater used as the heat and the cold source of heat pump was designed to flow into the warm and the cold well with a diameter of 200 mm. In order to increase the heat and cold storage in aquifer, six auxiliary wells with the diameter of 50 mm and the depth of 30 m were installed at an interval of 5 m from the main well. Also, heat pump 50 RT, the thermal tank $40m^3$, and a remote control and monitoring system were installed in three single-span greenhouses ($2,100m^2$) for growing tomato in Buyeo, Chungcheongnam-do. According to the aquifer heat storage test which had been conducted from Aug. 31 to Sep. 22, 2016, warm water of $850m^3$ was found to flow into warm well. The temperature of the injected water was $30^{\circ}C$ (intake temperature : $15^{\circ}C$), and the heat of 12.8 Gcal was stored. The greenhouse heating test in winter had been conducted from Nov. 21, 2016 to Apr. 30, 2017. On Nov. 21, 2016 when heating greenhouse started, the aquifer temperature of the warm well was $18.5^{\circ}C$. The COP for heating with water source at $18.5^{\circ}C$ was 3.8. The intake water temperature of warm well was gradually lowered to the temperature of $15^{\circ}C$ on Jan. 2, 2017 and the heat pump COP was measured to be 3.2 at that time. As a result, the heat pump COP was improved by 18 %. and retrieval heat was 8 Gcal, the retrieval rate of heat stored in aquifer was estimated at 63 %.

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.

온수배관을 이용한 시설딸기 부분난방기술 개발

문종필,강금춘,권진경,백이,이태석,오성식,남명현,Moon, Jongpil,Kang, Geum-Choon,Kwon, Jin-Kyung,Paek, Yee,Lee, Tae Seok,Oh, Sung-Sik,Nam, Myeong-Hyeon 한국농공학회 2016 한국농공학회논문집 Vol.58 No.5

The effects of spot heating for growing the strawberry cultivated in a plastic greenhouse during the winter that were estimated in Nonsan strawberry experiment station located in Chungnam. The temperature of water for heating was controlled by a electric hot water boiler and kept at the range of $22{\sim}24^{\circ}C$. Heating pipes were set up in root zone for root zone heating and very close to crown for crown heating. Spot heating effects were estimated by applying spot heating system in three test factors of heating root zone, crown only and crown plus root zone. The material for crown heating pipe was white low density polyethylene and the nominal diameter of that pipe was 16 mm. The material for root zone heating pipe was flexible stainless steel and the nominal diameter of that pipe was 15A. The flow rate of heating water circulation was 480 L/h and water circulation lasted for all day long. Temperatures, harvest yield by test beds were surveyed from Nov. 10, 2013 to Apr. 29, 2014. The temperature of crown spot for crown heating bed was at the range of $13.0{\sim}17.0^{\circ}C$ during the night and that of crown spot in control bed was at the range of $8.0{\sim}14.0^{\circ}C$. Also, the temperature of root zone for root zone heating bed was at the range of $18{\sim}21.0^{\circ}C$ and that of root zone in control bed was at the range of $13.0{\sim}15.0^{\circ}C$. The cumulative yield growth rate in earlier harvest period (from Dec. 20 to Mar. 15) of crown heating bed was 43% compared with that of control bed and the cumulative yield of crown plus root zone heating bed was 39 % and that of root zone heating bed was 39 %.

기능성필름 유리온실 적용을 위한 광합성유효광량자속 투과율 분석 연구

김영화 ( Young Hwa Kim ),오경민 ( Kyung Min Oh ),김형권 ( Hyung Kweon Kim ),이태석 ( Tae Seok Lee ),오성식 ( Sung Sik Oh ),유영선 ( Young Sun Ryou ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

온실 내 온도 관리는 온실 환경관리 요소 중 매우 주요한 요소이다. 온실 내 온도는 작물재배환경에 적합하게 유지시키는 것이 중요하나 기술성 및 경제성 등에 대한 한계로 어려움이 있다. 기능성필름은 구조물 피복재에 부착하여 요구되는 기능을 강화하는 피복보조필름으로 주로 열차단을 목적으로 보급되어 있다. 농업용 기능성필름은 광합성에 관여하는 가시광선 영역을 확보하는 데에 중점을 두고 있으며 하절기 및 동절기 외부 온도교환을 최소화할 수 있는 단열성을 지니고 있는 피복재 개발이 진행 중이다. 농업시설 중 유리온실의 경우 기능성필름 적용 시 상당한 온도조절효과에 기여할 것으로 기대하나 적용사례가 미미하고 관련된 연구가 거의 없다. 본 연구는 유리온실에 기능성필름을 적용하기 위하여 가시광선영역 투과율이 높은 제품 선정 및 제작하여 선별하고 이에 따른 투광성능을 분석하였다. 기능성필름은 국내 제조사를 대상으로 제품 규격으로 가시광선영역 광 파장 투과율이 70% 이상인 것으로 4개사 10종의 샘플을 수집하였으며 30cm×30cm 크기로 제단한 뒤 동일 크기의 온실용 유리에 부착한 뒤 할로겐 램프(50W)를 이용하여 광원을 구비하고 PPF(Photo synthetic Photon Flux)센서를 이용하여 광합성유효광량자속을 측정하였다. PPF 광량에 따른 투과율의 차이는 거의 없었으며, 제품규격 상 투과율 70인 제품을 부착한 샘플들의 PPF 투과율은 66.5~68% 범위로 나타났으며 제품규격 상 투과율 80인 제품을 부착한 샘플들의 PPF 투과율은 71.0~77.7% 범위로 나타났다. 본 연구의 결과로 광투과율이 높은 기능성 필름의 유리온실 적용을 위한 기초자료로 활용할 수 있기를 기대한다.

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 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.

소형풍동을 이용한 단동 비닐온실의 열손실 분석

김영화(Young Hwa Kim),김형권(Hyung kow Kim),이태석(Tae suk Lee),오성식(Sung sik Oh),유영선(Young sun Ryou) (사)한국생물환경조절학회 2020 생물환경조절학회지 Vol.29 No.1

본 연구는 일정한 풍환경하에 온실 피복재 관류전열손실을 분석하기 위하여 온실 열손실 분석용 소형 풍동을 제작하고 그 성능을 분석하였으며 모형온실을 적용하였을 때의 관류전열손실을 분석하였다. 소형 풍동은 시험부 측 공기흐름이 정상상태를 유지하고 편차를 최소화하기 위하여 풍동의 각 요소를 반영하여 구성하였으며 송풍부, 확산부, 정류부, 축소부, 시험부로 구성하였다. 소형 풍동의 형태는 개방형, 토출식으로 결정하였고, 시험부 규격은 제작하고자 하는 모형온실의 규격과 상사비율, 시험부의 단면 폐쇄율을 감안하여 결정하였다. 상사비율을 풍동실험에 적용할 모형은 농업시설 중 가장 큰 비중을 차지하고 있는 단동 비닐온실을 대상으로 하였다. 소형풍동 내 풍속을 조절함에 따라 나타나는 모형온실 피복재의 관류전열계수는 피복재 면을 크게 지붕면과 측벽면, 앞뒷면으로 나누고 각 면별 계측 데이터를 평균 내어 산출하였다. 지붕면은 풍속이 증가함에 따라 전열계수도 증가하나 증가폭이 감소하는 구간은 배치각도에 따라 1-2ms<SUP>-1</SUP>과 2-3ms<SUP>-1</SUP>으로 구분되어지는 것으로 판단되었다. 측벽면의 전열계수가 증가하는 폭이 큰 구간은 0-1ms<SUP>-1</SUP> 구간인 것으로 판단된다. The objective of this study is to analyze the heat transfer loss of covering materials in a single-span plastic greenhouse under the steady-state wind environment. To achieve this objective, the following were conducted: (1) design of a small-scaled wind tunnel (SCWT) to analyze heat losses of the greenhouse and its performance; (2) determination of the overall heat transfer coefficient (OHTC) for the covering materials using a small-scaled greenhouse model. The SCWT consists of the blowing, dispersion, steady flow, reduction and testing areas. Each part of the SCWT was customized and designed to maintain air flow at steady state and to minimize the variances in the SCWT test. In this study, the OHTCs of the covering materials were calculated by separating each with the roof, side wall, front and back of the small-scaled greenhouse model. The results of this study show that the OHTC of the roof increases as wind speed increases but the zones in which the increase rate of the OHTC decreased, were distinguished by wind tunnel wing speed of 2 ms<SUP>-1</SUP>. For the side wall, the increase rate of the OHTC was particularly higher in the 0-1 ms<SUP>-1</SUP> zone.

열회수환기 및 순환팬의 무가온 감귤온실 환경개선 효과

권진경 ( Jin Kyung Kwon ),강석원 ( Suk Won Kang ),백이 ( Yee Paek ),문종필 ( Jong Pil Moon ),장재경 ( Jae Kyung Jang ),오성식 ( Sung Sik Oh ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.1

가온재배 감귤은 2,000년대 후반의 고유가와 출하경쟁에 따른 품질하락을 경험하면서 무가온 시설이 3,200ha까지 확대되었으나 최근의 이상기후 빈발로 개화기 및 착과기의 냉해, 습해와 하절기의 고온장해에 노출되어 있다. 본 연구에서는 서귀포시 소재의 만감류 농가 2개소의 무가온 감귤온실을 대상으로 난방기 부착형 열회수형 환기장치와 풍향가변형 순환팬을 적용하여 동/하절기의 무가온 감귤온실의 적용성을 분석하였다. 열회수형 환기장치와 순환팬을 모두 설치한 농가의 경우 동절기 평균온도는 열회수형 환기 온실이 상부 9.5°C, 하부 9.2°C로 순환팬 온실의 8.2°C, 8.8°C보다 높았으며 평균상대습도는 78.4%, 79.4%로 순환팬 온실의 82.1%, 78.9%보다 낮아 열회수형 환기장치의 적용성이 높았다. 주간온도는 열회수형 환기 온실>유동팬 온실>외기온, 야간은 외기온>열회수형 환기>유동팬의 순서로 나타났으며 열수형 환기장치의 경우 온실기온이 1°C에 접근했을 때 난방기가 수차례 가동되어 기온역전현상에도 불구하고 1°C 이상을 유지하였으나 순환팬 온실은 상부가 -1°C까지 냉각되었다. 풍향가변형 순환팬을 설치한 농가에서 하절기 환경을 분석한 결과 유목영역은 상방운전이, 성목영역은 하방운전이 유효한 것으로 분석되었다. 동절기에는물 군락 평균온도가 대조영역 9.9°C, 순환팬 성목영역 8.9°C, 순환팬 유목영역 7.7°C로 나타났으며 평균상대습도는 대조 83.6%, 성목 84.1%, 유목 88%로 나타나 야간의 순환팬 가동에 의한 열손실을 확인하였다.

토마토 단동온실에서 공기순환팬 설치 방법에 의한 온실 내 온습도 분포 분석

이태석(Tae Seok Lee),강금춘(Geum Choon Kang),백이(Yee Paek),문종필(Jong Pil Moon),오성식(Sung Sik Oh),권진경(Jin Kyung Kwon) (사)한국생물환경조절학회 2016 생물환경조절학회지 Vol.25 No.4

본 연구는 폭 7m, 길이 25m, 동고 3.2m의 토마토를 재배하는 온실에 공기순환팬을 설치하고 순환팬이 온실내 온도 및 습도 분포에 미치는 영향을 조사하였다. 기존의 순환팬 설치 기준(ASAE, 1997)을 참고하여 시험온실에 순환팬 10대를 2열 및 다른 방향으로 설치하여 18시부터 다음날 8시까지 온실 내 온습도를 측정하였다. 온실 내 온습도는 온실을 9개의 격자망으로 나눈 후 온실 중앙부에서는 0.7m, 1.7m 및 2.7m 높이, 온실 좌우측에는 0.7m, 1.7m 높이에 센서를 설치하였다. 공기순환팬을 사용하지 않았을 때 온실 상하부의 온도 및 습도의 평균값은 14.7℃, 74.8%와 13.0℃, 85.6%로 온습도차는 평균적으로 1.7℃, 10.8% 발생하였다. 공기순환팬 10대를 2열 및 다른 방향으로 설치하여 운용했을 때 온실 상하부의 온습도는 14.6℃, 75.9%와 14.5℃, 79.1%로 온습도 차는 각각 0.1℃, 3.2%였으며 순환팬을 사용하지 않았을 때와 비교하여 온실 상하부의 온도 및 습도 차가 감소하였다. 순환팬을 6대 및 5대로 줄여서 운용했을 때 온실 상하부의 온습도 차는 각각 0.3℃, 3.4%와 0.3℃, 4.0%로 나타나 순환팬 10대를 사용했을 때와 비슷한 효과를 보였다. 순환팬 10대를 2열 및 같은 방향으로 설치했을 때의 온실 상하부의 온습도 차는 0.5℃, 4.9%로 팬을 다른 방향으로 설치했을 때보다 온습도 차가 크게 나타났다. 온실 좌우측면, 전후면의 온습도 차를 살펴보면 순환팬을 사용하지 않았을 때 좌우측면의 온습도 차는 0.3℃, 1.7%로 작아 팬을 사용했을 때와 큰 차이가 없었으나 순환팬을 사용하지 않았을 때 1.0℃, 4.2%로 나타났던 전후면의 온습도 차는 순환팬을 사용함으로써 감소하였다. 이는 공기순환팬이 온실 내 공기를 순환시켜 온풍난방 시 상부에 정체된 더운 공기나 열손실로 인해 온도가 다른 공기를 교반시킴으로써 온도 및 습도 차가 감소한 것이다. 폭 7m, 길이 25m, 동고 3.2m인 단동온실에서 날개 크기 230㎜, 풍량 11㎥/min의 공기순환팬을 사용하고자 할 때는 순환팬 5대를 2열로 설치하되 각 열을 방향을 다르게 하고 9m 간격으로 설치하여 운용하는 것이 가장 경제적이고 효과적일 것이다. This study was aimed to investigate the effect of air-circulation fans on air temperature and relative humidity in a single-span tomato greenhouse (W: 7m, L: 25m, H: 3.2m). According to standard of fan layout by ASAE (1997), a total of 10 fans were bilaterally arranged in 2 rows in the experimental greenhouse. The distributions of air temperature and relative humidity were measured from 6 pm to 8 am under different conditions, with and without fans. The measurement heights were 0.7m, 1.7m and 2.7m. Under the condition of “fans off”, the spatial differences of air temperature and relative humidity between upper and lower sides were 1.7℃ and 10.8%, respectively. The operation of 10 fans showed their differences to 0.1℃ and 3.2%. The number of fans and installation direction were evaluated their performance on reducing the spatial variation of air temperature and relative humidity. The experimental layouts were 5 and fans in 2 rows (bilaterally) and 10 fans in the one (same) direction. Under the condition of “6 fans on” and “5 fans on”, the spatial differences of air temperature and relative humidity between upper and lower side were 0.3℃, 3.4% and 0.3℃ and 4.0%. The operation of 10 fans in the one direction reduced their differences to 0.5℃ and 4.9%. The overall findings of this study showed that there was no significant differences under each condition. Therefore, this study suggested that it is more economic and effective to install five fans in 2 rows (bilaterally) in the greenhouse (W: 7m, L: 25m, H: 3.2m).

여름딸기 증발냉각 시스템을 이용한 부분냉방기술 연구

문종필 ( Jong Pil Moon ),강금춘 ( Geum Choon Kang ),백이 ( Yee Paek ),권진경 ( Jin Kyung Kwon ),이태석 ( Tae Seok Lee ),오성식 ( Sung Sik Oh ),이수장 ( Su Jang Lee ) 한국농업기계학회 2015 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.20 No.2