Cyber Space에서의 조명 연출 기법에 관한 연구

김형권(Kim Hyung-Kwon),김재명(Kim Jae-Myoung) 한국디자인학회 2003 한국디자인학회 학술발표대회 논문집 Vol.- No.-

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.

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.

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.

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.

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).

파프리카 재배 벤로형 유리온실에서 난방에너지 절감 패키지 기술 적용효과

권진경(Jin Kyung Kwon),전종길(Jong Gil Jeon),김승희(Seung Hee Kim),김형권(Hyung Gweon Kim) (사)한국생물환경조절학회 2016 생물환경조절학회지 Vol.25 No.4

본 연구에서는 유리온실 경영비 절감을 위한 고효율 난방기술을 개발하기 위하여 지하수열원 히트펌프, 알루미늄 다겹보온커튼, 근권부 국소난방장치를 조합한 난방패키지 모델을 구성하고 파프리카 재배 벤로형 유리온실에 적용 시험을 수행하였다. 적용효과 분석을 위하여 관행 경유온수보일러와 일반 보온커튼을 설치한 대조구 온실과 비교시험을 통해 온실환경, 난방비용, 작물생육 등을 검토하였다. 알루미늄 다겹보온커튼과 일반 부직포 보온커튼을 설치한 온실에 대한 무가온 조건에서의 야간온도 비교시험에서 알루미늄 다겹보온커튼 설치 온실의 온도가 일반 부직포 보온커튼 설치 온실에 비해 평균 2.2℃ 더 높게 유지됨을 확인하였다. 또한 근권부 국소난방장치를 설치한 온실에서 미설치 온실에 비해 야간난방 중의 베드내부 근권온도가 4.7℃ 더 높게 유지됨을 확인하였다. 난방패키지를 구성하는 지하수열원 히트펌프의 난방성능을 분석한 결과 지하수를 직접 열원으로 이용하는 시스템 특성상 난방성능계수는 평균 3.7로 비교적 높게 나타났다. 난방패키지를 적용한 처리구 온실과 관행 난방의 대조구 온실에 대하여 연료소비량을 계측한 결과 10a(1,000㎡)당 대조구 온실은 경유 14,071L, 전력 364㎾h를 소비하였고, 처리구는 전력 35,082㎾h를 소비하여 난방비용 기준으로 대조구 온실의 비용 절감율은 87%로 나타났다. 처리구 및 대조구 온실의 작물생육을 비교한 결과 초장과 엽록소 함량에서 차이가 발생하였으나 두 온실의 난방온도가 거의 동일하므로 전체적인 생육은 큰 차이가 없는 것으로 분석되었다. 원예시설의 난방에너지 절감효과를 극대화하기 위해서는 본 연구의 난방패키지를 구성하는 개별 기술뿐 아니라 이미 개발된 고효율 공조기 이용기술, 보온성 향상기술, 온도관리 기술 등을 지역, 시설, 작목, 작형 등에 최적화하여 조합할 수 있는 추가적 패키지 모델의 개발 연구가 필요한 것으로 판단되었다. Glasshouse heating package technologies to improve energy usage efficiency in winter were developed. Heating package was composed of the ground water source heat pump with heating capacity of 105㎾, the aluminum multi-layer thermal curtain with six layers of different materials and the root zone local heater with XL pipes of φ 20㎜. Venlo type glasshouse(461㎡) with the heating package was compared with the same type and area control glasshouse with the light oil boiler, the usual non-woven fabric thermal curtain with respect to the glasshouse inside temperature, relative humidity, crop growth, and heating energy consumption. The results of test in paprika cultivation glasshouses showed that the air temperature inside glasshouse with aluminum multi-layer thermal curtain was maintained 2.2℃ higher than that of control glasshouse in un-heating night time and the temperature in bed with root zone local heating was 4.7℃ higher than that in bed without local heating. Average heating coefficient of performance(COP) of the ground water source heat pump used in paprika cultivation was 3.7 and the glasshouse inside temperature was maintained at 21℃ of heating set up temperature. The heating energy consumptions per 10a were measured at 14,071L of light oil and 364㎾h of electric power for the control glasshouse and 35,082㎾h for the glasshouse applied heating package. As results, the heating cost of the glasshouse applied heating package was 87 percent lower than that of control glasshouse. The growths of paprika in glasshouses of control and applied heating package did not show any significant difference.

표고버섯 균상공조재배 시스템 개발을 위한 버섯사 현황 조사

권진경 ( Jin Kyung Kwon ),김승희 ( Seung Hee Kim ),전종길 ( Jong Gil Jeon ),김형권 ( Hyung Kweon Kim ),장갑열 ( Kab Yeul Jang ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2

본 연구에서는 국산 표고품종의 연중생산을 위한 베드공조재배 시스템을 개발하기 위해 다양한 시설과 공조장치를 채용하고 있는 국내 6개 지역 시설재배 농가에 대한 현장조사를 통해 시설특성 및 개선방안을 검토하였다. 시설구조는 3중피복, 보온커튼, 차광막을 조합한 비닐하우스형과 공조부하 경감을 위한 우레탄 샌드위치패널 하우스로 나뉘며 조명은 비닐하우스형과 패널하우스 모두 LED 또는 백열등을 설치하고 있었다. 품종은 5개 농가에서 중국산 추제2호(동절기)/ 808(하절기)를 사용하였으며 1개 농가에서 국산품종 산조701을 사용하였다. 중국품종은 봉형배지, 국산품종은 상면배지형이며 봉형배지는 5~9단, 상면배지는 2단 균상대에서 재배하였다. 냉방은 6개 농가 모두 유닛쿨러를 사용하며 난방은 증발기 후면에 설치한 전기방열기, 온수보일러, 전기온풍기 등 다양한 설비가 사용되었다. 공조는 시설 및 생육단계별 적정 요구온도에 따른 부하계산이 고려되지 않아 냉난방 관리 온도 및 습도는 시설 간에 차이가 있었다. 발이단계의 가습을 위해 바닥가수(4농가), 초음파가습기(1농가), 전자전극봉가습기(1농가)를 사용하고 있었다. 고품질 표고 생산을 위한 제습은 대부분 자연환기와 냉방제습을 이용하며 일부는 강제환기를 이용, 봄, 가을 습도관리를 하고 있었다. CO2 관리는 비닐하우스형은 측장(2농가) 또는 측장/천창(2농가)을 이용하며 패널하우스형은 하부배기팬 또는 열회수형환기장치를 이용하고 있었다. 환경관리는 온도(2농가), 온습도(1농가), 온습도, CO2(3농가) 센서를 기반으로 비닐하우스는 수동 중심, 패널하우스는 자동화가 진행되고 있었다. 수확은 중국산 배지는 입상 연 3~6회, 각 3~4주기 재배를 하며 국산 배지는 4월입상, 5~6주기 재배를 하고 있었다. 온도충격은 중국산 배지는 침봉기를, 국산 배지는 상부 스프링클러를 이용하며, 공기순환은 선풍기(1농가), 분지덕트(2농가) 외에는 고려하고 있지 않았다. 화고생산 3개 농가에서는 공조시스템 제어정도에 따라 화고수율의 차가 컸으며 저온저장고용 유닛쿨러와 전기방열기를 조합한 공조기는 내구성과 정밀 환경관리를 위해 개선이 필요하였다. 또한 생육단계별 적정 환경관리를 위한 공조공정 정립과 냉/난방, 가/제습, 보온, 환기, 공기순환, 조명 등의 구성설비 대한 적정 설치기준 마련이 필요한 것으로 판단되었다.

철거용 지중케이블 자동절단기 개발

이영섭(Lee young-seop),김형권(Kim hyung-kwon),윤장중(Yoon jang-joong),김종삼(Kim jong-sam) 대한전기학회 2006 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2006 No.7

한국에 지중배전케이블이 설치된 지 30년이 넘고 현재 지중화율은 12% 가량 되고 있다. 지중화율이 점차 높아지는 추세에서 기존의 매설된 케이블이나 사고 케이블에 대한 교체로 철거케이블이 발생하는 빈도가 높아져 이를 쉽게 철거할 수 있는 방안이 필요하여 철거용 지중케이블 자동절단기 개발을 하기에 이르렀다. 케이블철거 작업이 현재까지는 대부분 수동유압절단기를 통하여 이루어지다보니 작업의 경제성이 상당히 낮고 안전상의 문제가 대두되어 관로내 케이블을 차량의 유압을 이용하여 자동 인출, 자동 절단할 수 있는 기기를 개발하기에 이르렀다. 자동절단기를 사용함으로써 기존 4~5명이 소요되는 작업이 1~2명의 인력으로도 작업할 수 있고 작업시간도 대폭 단축되어 경제성이 크게 향상되었다. 아울러 사람이 절단작업을 수행하다보니 안전성의 문제가 염려시 되었는데 철단작업을 기계가 대행함으로써 작업의 안전이 보장되었다. 이와 같이 케이블 자동절단기는 경제성은 물론 안전성을 확보함으로써 케이블 철거작업의 품질개선에 큰 역할을 담당할 것이다.

온실 확산형 순환팬 설계 및 기초성능시험

권진경 ( Jin Kyung Kwon ),김형권 ( Hyung Kwoen Kim ),김성헌 ( Seong Heon Kim ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

온실 환경 불균일에 의해 발생하는 공조기 과다운전, 생육 불균일에 따른 생산성 저하, 재배관리 어려움, 과습에 의한 병해충 등의 피해를 저감하기 위해 공기 순환팬을 사용하고 있으며 대부분 수평형 순환팬을 여러대 연달아 설치하여 온실 전체 공기를 순환시키거나 일부 수직형 순환팬을 설치하고 있다. 또한 작물 군락의 풍속을 적절히 제어하여 엽면경계층을 감소시키면 이산화탄소 흡수를 증진하여 광합성 속도를 증진시킬 수 있다. 본 연구에서는 기존 수평형 순환팬의 설계배치의 어려움과 성능저하를 개선하고자 온실 상부에 설치하여 수직방향으로 순환하는 확산기류를 생성할 수 있는 확산형 수직 순환팬을 설계하고 기초성능평가를 수행하였다. 순환팬은 직하부에 음압을 형성하여 상부로 기류를 끌어올리고 경사 회전익을 통해 끌어올린 기류를 하부로 보내 순환팬 하부에 상승-하강의 순환기류를 생성하도록 하였다. 시스템의 운용모드는 난방에 의한 온도성층화를 방지하기 위해 군락내의 상부온도센서와 하부온도센서의 온도차를 제어기에서 설정하여 일정 온도차가 발생하면 순환팬을 가동하는 난방모드, 상하부 온습도 차이를 제어기에서 설정하여 일정 수준 이상에 가동하는 균일화모드, 광합성이 활발한 일출~오후 1~2시까지 작물군락의 엽면에 적정 풍속을 조성하는 생육개선모드, 고온기 순환팬을 역방향으로 회전시켜 온실 상부의 공기를 천창을 통해 배출하는 환기모드 등으로 구성하였다. 확산형 순환팬은 초기 3개 시작기에서 모터용량 부족, 날개연결부 하중, 날개각도, 사각형암 등으로 항력증가 등으로 중앙부 상승기류가 발생하지 않았으나 9엽/각도고정/원형암 시작기에서 연기발생 시험을 수행한 결과 중앙상승기류 및 역회전시 상부로의 환기기류가 발생하는 것을 확인하였다. 측고 6.3m의 벤로형 유리온실에서 5.4m 높이에 설치한 시작기 기초시험을 통해 관행 수평형 순환팬, 수직 교반기에 비해 하부 기류 유속이 증가함을 확인하였다. 실증 적용을 위한 시작기 완성도 향상을 위해 고정구의 경량화, 암고정판 개선을 진행 중이며, 진동 감소를 위한 암길이 변경, 모터의 용량(280W)을 수행중이다.