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지하수층 계절간 축열 및 히트펌프를 이용한 온실냉방효과
문종필 ( Jongpil Moon ),강금춘 ( Geumchoon Kang ),김형권 ( Hyungkweon Kim ),이태석 ( Taeseok Lee ),오성식 ( Sungsik Oh ),김승희 ( Seounghee Kim ),강연구 ( Younkoo Kang ) 한국농공학회 2018 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2018 No.-
본 연구는 충적대수층 지반에 위치한 충청남도 부여 방울토마토 재배 농가를 대상으로 수행하였다. 시험구로서 단동온실 3동(2,100㎡), 대조구로서 단동 온실 3동(2,100㎡)을 이용하여 온실 냉방 및 지하수층 축냉시험을 실시하였다. 대조구에는 측창 개방에 의한 자연환기 및 팬코일유닛(FCU)의 방열팬 가동에 의해 냉방을 실시하였으며 시험구에는 충적대수층 계간축열 온실냉난방 시스템을 설치하였다. 시스템의 구성은 지상부에 히트펌프 50RT, 축열조 40㎥, 원격 제어 및 모니터링 시스템으로 구성하였고 지하부에는 충적대수층 축냉 및 축열 시험을 위하여 냉수정(관경 200mm) 및 온수정(관경 200mm)을 설치하였다. 지하수층 축냉시험은 동절기의 온실난방시험과 동시에 이루어졌으며 히트펌프의 난방열원으로 사용된 온수정의 지하수가 냉수정으로 주입되도록 하였다. 또한 하절기에는 충적대수층에 저장된 냉수를 히트펌프의 냉방 열원으로 사용하여 온실냉방을 실시하였다. 지하수층으로의 축열 및 축냉량을 증대시키기 위해 주관정 1곳에 보조관정 6개소(관경 50mm)를 깊이 30m, 5m 간격으로 온수정 및 냉수정에 각각 설치하였다. 동절기 히트펌프 열원측 공급수량은 380㎥/day, 입출구 온도차는 8℃로 운영하였다. 2016년 11월 21일부터 2017년 4월 30일까지 지하수층 축냉시험을 실시한 결과 7,100㎥의 냉수(주입수 온도 7.2∼10.3℃)와 43Gcal의 냉열량을 충적대수층에 주입하였으며 축냉 이전의 지하수 온도(15℃)보다 낮은 온도를 냉열량으로 산정하였다. 온실냉방시험은 지하수층에 저장된 냉수를 열원으로 하는 수열원 히트펌프를 이용하여 2017년 7월 12일부터 8월 31일까지 측창을 밀폐하고 야간냉방을 실시하였다. 시험 결과 시험구 온실의 내부 온도가 대조구 온실보다 평균적으로 6℃가 하강되어 유지되었으며 지하수층에 저장된 10℃의 냉수를 이용한 히트펌프의 냉방 성능계수(COPc)는 4.8로서 축냉전의 지하수를 사용한 냉방성능계수(COPc) 4.0보다 20%가 증가되었다. 또한 시험구는 3,470kg을 수확하였고 대조구는 2,706kg을 수확하여 대조구 대비 26% 수량이 증대된 것으로 나타났다.
온실 내 수분 수집 및 과습 예방을 위한 차광망 표면성질 기초 연구
이태석 ( Taeseok Lee ),유영선 ( Youngsun Ryou ),김형권 ( Hyungkweon Kim ),김영화 ( Younghwa Kim ),오성식 ( Sungsik Oh ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
우리나라 시설원예 재배면적은 약 53,000ha로써 그 중 70%가 무가온 재배 온실이다. 무가온 온실은 가온 온실에 비해 상대습도 조절이 용이하지 않아 과습으로 인한 병해 발생 예방이 어렵다. 무가온 온실에서 동절기 야간, 새벽에 상대습도가 100%를 초과하게 되면 안개 및 결로가 발생하고 작물체에 결로가 생기면 곰팡이병 등의 습해를 유발한다. 1970년대부터 물이 부족한 지역에서 안개바람으로부터 물을 수집하는 방법에 관한 연구가 제시되고 있는데, 이는 나미브 사막의 딱정벌레가 안개로부터 물을 수집하여 마시는 행동을 관찰하고 모사한 것이다. 현재 캐나다에서는 안개가 자주 발생하는 지역에 ‘Fog Cather’라는 그물망을 설치해 물을 수집하고 식수로 활용하고 있다. ‘Fog Cather’는 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 그물로 농업시설에서 쉽게 볼 수 있는 차광망(shade cloth)이다. 따라서 차광망을 활용한 과습예방장치를 제작하여 과습한 온실 내 안개를 제거하고 작물체에 발생하는 결로를 줄이기 위한 방법 중 하나 이용할 수 있을 것 판단되며, 이러한 과습예방 장치 제작을 위해 차광망 표면성질에 따른 수분응축량 및 수분배출량을 조사하였다. 시험방법은 발수성 시험방법(KS K 0590)을 참고하여 응용하였다. 11cm×11cm 시편을 제작하고 시편에 전면 친수코팅, 가로패턴(1cm, 0.5cm 간격) 친수코팅, 세로패턴(1cm, 0.5cm 간격) 친수코팅, 격자패턴(1cm, 0.5cm 간격) 친수코팅을 하였다. 각 시편에 가습기(분무량 800cc/h)를 이용하여 2분간 물을 뿌려준 후 시편의 증가한 무게(수분응축량), 시편에서 떨어진 물의 양(수분배출량)을 측정하여 비교하였다. 수분응축 및 배출량이 1g 이하로 매우 작은 값이기 때문에 3반복 시험 후 분산분석(일원배치법)으로 시험 결과의 타당성을 분석하였다. 시험 결과 시편을 그대로 사용하였을 경우(소수성)수분응축량은 0.98g, 수분배출량은 0.31g 이었고, 전면 친수코팅 시에는 수분응축량 0.75g, 수분배출량 0.63g으로 시편에 맺히는 물의 양은 적었으나 배출량이 증가하였다. 격자패턴 간격에 따라서는 격자패턴 간격에 좁을수록 수분응축량 및 배출량이 증가하는 경향을 보였다.
나리 구근 선별 기계화를 위한 선별 간격에 따른 요인시험
박민정 ( Minjung Park ),강태경 ( Taekyung Kang ),윤남규 ( Namkyu Yun ),권진경 ( Jinkyung Gwon ),김형권 ( Hyungkweon Kim ),임류갑 ( Ryugab Lim ),오성식 ( Seongsik Oh ),손진관 ( Jinkwan Son ),윤성욱 ( Sungwook Yun ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2
국내 절화나리는 절화생산액의 10.0%, 면적8.8%를 차지하는 주요 화훼작목이다(MAFRA, 2020). 구근 선별작업은 단시간 동안 집약적으로 해야하기 때문에 노동력이 많이 소요되는 작업 중 하나이다. 본 연구에서는 구근 선별 시 인력에 의한 노동력을 줄일 수 있는 나리 구근 선별 기계화를 위한 적정 선별 간격 조건을 결정하고자 요인시험을 수행하였다. 나리 구근 선별 기계화시스템은 상자공급부, 구근 및 흙 분리부, 구근 선별부로 구성되며 선별부 앞뒤의 회전선별봉 간격을 조절하여 구근 크기(구근 둘레)별 선별이 되도록 설계하였다. 나리 구근 둘레(12cm이하, 13~15, 16~19, 20이상) 별 190개의 시료를 이용하였으며, 봉간격(105cm, 115,125) 3요인에 대하여 3반복으로 시험을 수행하였다. 간격 105mm의 경우에는 크기별 4단계 선별은 이루어졌으나, 선별된 구근의 구둘레를 조사한 결과, 특대 21.5cm∼15.5cm(±1.47), 대 17.4∼12.7(±1.29), 중 14.9∼10.3(±1.13) 소 11.1∼9.0(±0.67)로 분포되어 선별된 구근의 크기 및 구근 둘레의 편차가 컸으며 구근 둘레에 따라 분류 되지 않는 것으로 조사되었다. 간격 115mm의 경우에는 크기별 4단계 선별이 이루어졌으며, 선별된 구근의 구둘레를 조사한결과는 다음과 같다. 특대 21.5.cm∼17.2cm(±1.13), 대 19.3∼14.5(±1.01), 중 14.5∼11.7(±0.86) 소 11.7∼9.3(±0.61)로 분포되어 구근 둘레의 크기 편차도 가장 작았고 4단계의 크기 별로 분류되었다. 간격 125mm의 경우에는 간격이 너무 넓어 크기별 3단계 선별이 이루어졌다. 선별된 구근의 구둘레를 조사한 결과, 대 21.5∼17.3(±1.17), 중 18.9∼11.6(±1.64), 소 13.4∼9.0(±1.17)로 분포되었다. 다른 요인보다 상대적으로 오차가 큰 것으로 나타났으며 간격이 너무 넓어 크기별 4단계 선별이 되지 않는 것으로 나타났다. 회전 봉 간격 115mm에서 구근 둘레 크기에 따른 4단계 선별이 가장 적절하게 이루어지는 것으로 나타났다.
나리 구근 선별 기계화를 위한 구근 특성 조사 및 공정 설계
박민정 ( Minjung Park ),강태경 ( Taekyung Kang ),윤남규 ( Namkyu Yun ),권진경 ( Jinkyung Gwon ),김형권 ( Hyungkweon Kim ),임류갑 ( Ryugab Lim ),오성식 ( Seongsik Oh ),윤성욱 ( Jinkwan Son ),손진관 ( Sungwook Yun ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2
우리나라의 나리, 프리지아 등 절화 구근류는 203 ha에서 재배되고 있으며, 구근 절화류 생산량은 59백만 본, 생산액은 231억원을 차지하고 있다(MAFRA, 2020). 절화나리는 국내 절화생산액의 10.0%, 면적8.8%를 차지하고 있으며 수출액은 6,922천달러에 달하는 주요 화훼작목이다. 그러나 최근 저일조, 고온 등 이상기후에 의한 절화품질이 저하되어 경쟁력이 감소하여 일본 수출량이 크게 감소하고 있다. 이를 해결하기 위해서는 시설화훼 구근 절화류 재배 장치의 기반 조성이 필요하고, 출하시기 조절 및 집중관리가 가능한 재배상자를 이용한 구근 선별 재배 기술이 필요하다. 본 연구에서는 재배상자를 이용한 절화나리 구근 선별 기계화를 위한 기초자료를 수집하기 위해 절화나리 구근의 특성을 조사 및 분석하고 농가의 작업방법에 기초하여 작업공정을 설계하였다. 조사 시료는 나리 구근 둘레에 따라 12 cm이하, 13~15, 16~19, 20 이상의 4가지 크기에 대하여 200개의 시료에 대해 생육특성조사를 실시하였다. 구근 둘레 12 cm이하는 평균 11.2±0.5 cm, 13~15 cm는 13.4±1.4 cm, 16~19 cm는 18.3±1.0 cm, 20이상은 20.2±1.1 cm로 균일하게 나타났다. 구근 둘레에 따라 장경, 단경, 구고, 무게는 커지는 경향이 나타났으며, 뿌리길이의 경우에는 재배환경에 따라 차이가 크므로 상관성이 없는 것으로 나타났다. 나리 구근 선별을 위한 작업 공정은 절화수확이 완료된 상자를 공급하는 상자공급부, 뭉쳐져 있는 구근 및 흙을 분리하여 배출할 수 있는 구근 및 흙 분리부, 크기별 구근이 선별되어 나오는 구근 선별부로 구성하여 작업공정을 설계하였다. 상자재배를 위한 구근 선별을 기계화하기 위해서는 구근의 둘레 및 구근의 뿌리를 고려하여야 할 것으로 판단된다.