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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.
고석남 ( S. N. Ko ),유주열 ( J. Y. Yu ),김태욱 ( T. W. Kim ),이종원 ( J. W. Lee ),이현우 ( H. W. Lee ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-
국내의 측고인상기술은 온실 기둥 승강 장치와 지반이 고정되지 않는 비 고정방식이며 별도의 전도방지장치를 포함하고 있지 않는 기술이다. 그리고 기둥과 기둥 승강 장치를 고정하기 위해서는 기존 구동에 천공 후 승강 장치에 연결핀을 설치하여 고정하는 방식이다. 인상장치 구동방식은 웜기어를 이용한 전동방식으로 전기모터 및 기어장치에 의해 기계적 동력 전달이 원활하고 시스템의 구성이 간단하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 타 구동방식(유압식, 공압식)에 비해 일률적인 인상이 구현되기 어려운 구조를 가지고 있다. 이로 인하여 인상 시 전체적인 인상이 이루어지 않아 유연성 부족으로 인한 온실 구조체의 비틀림이 발생으로 인한 온실의 변형 또는 파손 발생 등의 가능성이 있고, 인상지점마다 모터를 설치해야 하므로 많은 소요대수가 요구된다. 또한 과부하가 발생될 수 있는 취약한 구조를 가지고 있다. 본 연구에서는 온실측고 인상장치 모델실험을 위해 4m(폭)×12m(길이)×2.5m(높이)의 실험용 온실 모형을 제작하여 설치하였다. 실험용 온실 모형은 인상장치 및 공압유니트의 작동 여부와 인상장치의 문제점 및 결함을 도출하기 위한 목적임으로 실제 온실의 구조를 구현하기 위한 것은 아니며 각각의 실험용 온실 기둥에 온실의 자체 하중(300kg, 500kg, 800kg, 1000kg)을 구현하기 위한 틀(1.3m×1.3m)를 설치하여 실험을 실시하였다. 실험 결과 스토크의 용접부분에 파손이 발생되어 원인이 용접 불량에 의한 파손으로 판단되어 추가 용접을 하여 다시 실시하였지만 동일 문제가 발생되어 스토크의 구조적 문제로 파악되어 스토크의 구조 분석을 실시하였다. 분석 결과, 스토크와 연결축의 중심선이 일직선으로 연결되어 있지 않고 편심이 작용되는 구조로 이루어져 있기 때문에, 하중이 집중되는 현상이 발생되어 파손일 발생된 것으로 분석되었다. 이를 보완하기 위해 스토크 연결축을 편심이 작용되지 않도록 스토크 중심축의 구조를 개선하였다.
플라스틱온실의 피복방식에 따른 보온성능 및 광환경 평가
이현우 ( H. W. Lee ),김영식 ( Y. S. Kim ),심상연 ( S. Y. Sim ),이종원 ( J. W. Lee ),소레이멘디옵 ( S. Diop ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-
본 연구는 우리나라 상업용 온실의 보온성능 및 광투과 성능을 개선할 수 있는 피복방식을 결정하는데 필요한 자료를 제공하기 위하여 토마토 재배용 실험온실의 세 가지 피복방식에 대한 보온효과 및 광투과 특성을 평가하였으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 공기주입 이중피복온실과 관행 이중피복온실의 관류열손실량이 거의 비슷한 것으로 나타났으나 외부기온이 비슷할 때 피복재와 보온커튼 사이의 온도가 공기주입 이중피복온실이 더 낮게 나타난 것은 공기주입 이중피복온실의 경우 나비식 천창의 틈새로 인한 환기전열손실이 크기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 공기주입 이중피복온실에서 나비식 천창을 사용할 경우 틈새 환기전열손실을 줄일 수 있는 대책이 수립되어야 할 것으로 판단된다. 일중피복온실과 관행이중피복온실의 관류열전달계수에 대한 온실실험결과와 모형실험결과를 비교한 결과 모두 비슷한 값을 나타내었다. 이러한 결과는 측정된 관류열전달계수가 타당성 있는 값임을 보여주는 것이며 향후 온실의 난방설계시 직접 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 공기주입 이중피복온실이 비록 일중피복온실보다는 광투과율이 낮으나 동일한 이중피복온실인 관행이중피복온실보다 광투과율이 높기 때문에 보온을 위해서 이중피복을 설치할 경우에 광투과율을 확보하기 위해서는 공기주입 이중피복방식을 채택하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 공기주입 이중피복온실에 비해 일중피복온실의 피복재 내부표면에서 발생하는 결로량이 큰 이유는 일중피복온실의 피복재 내부표면온도가 훨씬 낮기 때문에 피복재에서의 포화습도가 작아져 내부공기의 절대습도와의 차이가 증가하기 때문인 것으로 판단된다.