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분리막 기술을 이용한 대기 중 CO₂ 분리 및 온실 내 CO₂ 분포 분석
나규동 ( Kyu-dong Nah ),김희태 ( Hee-tae Kim ),김성식 ( Soung-sik Kim ),김현태 ( Hyeon-tae Kim ) 한국농업기계학회 2016 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.21 No.2
온실재배는 보온과 난방에너지 절감을 위해 환기를 최소화하기 때문에 낮 동안 작물에 의한 탄산가스가 소모되어 밀폐된 온실 내 탄산가스의 농도는 100 ppm 이하로 떨어진다. 이처럼 광합성이 활발히 이루어지는 오전시간에 탄산가스의 시비는 작물에게 중요하다. 탄산가스는 작물의 기본적인 필수 원소로써 온실 내 탄산가스 농도가 높아질 경우 순광합성량, 엽면적, 건물량 등이 증가하여 작물의 생장과 생리 반응에 도움을 준다. 그리하여 본 실험에서는 중공사 분리막을 제작하여 대기 중에 있는 이산화탄소를 포집하고 온실에 공급하였다. 그리고 온실 내 공급된 이산화탄소의 분포를 측정하였다. 실험은 폭 6 m, 길이 10 m, 측고 3.3 m, 동고 4.63 m인 유리온실에서 실시되었다. 분리막의 크기는 직경 150 mm, 길이 1580mm이며, 용량은 최대 700 L·min-1으로 제작하였다. 그 외에 중공사 분리막을 운용할 수 있도록 Compressor, Air- dyer, 저장 탱크를 추가적으로 설치하여 시스템을 구성하였다. 중공사 분리막을 통해 분리된 이산화탄소는 200 cm 높이에서 공급관을 통해 온실 내로 시비되도록 하였으며, 유량은 160 l/min로 설정하였다. 그리고 온실 내 45점에서 이산화탄소와 온도를 측정하였다. 공급관에서 측정한 이산화탄소 농도는 평균 954 ppm으로 측정되었으며 온실 내에는 800 ppm에서 1100 ppm 사이의 농도를 유지하였다. 이산화탄소 농도는 온실의 중층부와 상층부에서 높은 농도를 유지하는 것으로 나타났으며, 작물이 직접적으로 영향을 받는 중심부에 분포하지 못하고 창측으로 치우치는 경향이 나타났다. 공급관 바닥에서부터 150 cm 지점에서 높은 농도를 보여주었다. 온도의 경우에는 온실 내부 온도가 외기온보다 약 1~2℃ 높게 측정되었으며 창측과 상층부에서 높은 온도분포를 나타내었다.
류경진(Kyung-Jin Ryu),손재환(Jae-Hwan Son),한창우(Chang-Woo Han),나규동(Kyu-Dong Nah) 한국산학기술학회 2017 한국산학기술학회논문지 Vol.18 No.2
온실에서 버섯을 재배할 때 균일한 온도 분포가 되도록 하는 것이 중요하다. 지하 공기를 이용하여 비닐 하우스, 버섯재배사에 일정 온도의 공기를 공급하며 균일하게 유지하게 한다. 버섯재배사 구조는 7단 4열의 다배열 균상들 사이의 공기 흐름을 원활히 하고 위, 아래 균상 간의 환경 차이를 방지한다. 0.5m/s의 속도로 유입되는 공기는 초기 내부온도 간의 차이에 따라 밀도 차에 따른 부력에 의한 효과 역시 무시할 수 없으며, 온실내의 유동 해석을 통해 적정 온도가 균등하게 분포하도록 FCU(Fan Coil Unit)와 Fan의 위치를 정해야 한다. 본 연구에서는 유동해석을 통해 FCU와 Fan으로 구성된 샌드위치 단열 패널형의 버섯재배사의 공조시스템을 설계할 수 있었다. 그리고 재배사 내부의 온도 및 유동 해석을 통해 FCU(유입구)와 Fan(출구)의 위치가 서로 다른 Case에서 유입되는 공기의 순환 경로가 길어지면서 비교적 균일한 온도분포를 갖는데 유리함을 알 수 있었다. 따라서 이러한 환경 개선을 통해 버섯의 생육 및 품질 균일성을 도모할 수 있었다. It is important to ensure a uniform temperature distribution in greenhouses for the mushroom cultivation. The air temperature of the mushroom cultivation greenhouse is made uniform by supplying a constant air temperature with the underground air. The mushroom cultivation array in a greenhouse in seven columns and four rows can make smooth air flows between the rows and prevent air differences between the top and bottom. The buoyancy effect in the entering air of 0.5m/s based on following density difference depending on initial internal temperature needs to be considered. The locations of the Fan Coil Unit (FCU) and fan were defined through flow analysis in a greenhouse to distribute the optimal uniform temperature. In this study, the air conditioning system of a greenhouse with a sandwich heat insulting panel shape which is composed of a FCU and fan was designed by flow analysis. A relatively uniform temperature distribution can be formed because the circulation path of air becomes longer in the different locations of the FCU (inlet) and fan (outlet) through the internal temperature and flow analysis. The cultivation and quality uniformity of the mushrooms could be promoted through these environmental improvements.
애플망고 농가의 에너지-믹스 하이브리드 스마트 팜에 대한 연구
손재환 ( Jae Hwan Son ),이승용 ( Seung Yong Lee ),한창우 ( Chang Woo Han ),나규동 ( Kyu Dong Nah ),하유신 ( Yu Shin Ha ) 한국농업기계학회 2017 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.22 No.1
최근 애플망고 스마트 농가에 에너지 사용량이 증가됨에 따라 에너지 절감을 위한 대책들과 화석연료를 대체하는 다양한 신재생에너지 도입에 대한 요구들이 늘고있다. 본 연구에서는 애플망고 스마트 농가에 여러 에너지원들을 혼합하여 사용할 수 있도록 실증시험 모델을 구축하고 운영함으로써 그 효용성을 검토하고자 하였다. 우선 애플망고 특성을 고려한 비닐온실의 최대 냉난방부하량과 에너지모델을 분석하여 신재생 에너지원들의 혼합 및 기존 공조설비와의 연계를 계산하였다. 애플망고 시험 농지로는 재배에 적합한 제주도서귀포를 선정하였으며, 기존의 경유 난방기를 사용하는 비교시험 하우스, 기존의 경유와 태양광, 지하공기 히트펌프 난방기를 혼합하여 사용하는 실증시험 하우스, 경유와 지하공기 히트펌프 난방기를 사용하는 대조시험 하우스를 10~11월 두 달간 운영하여 그 결과들을 평가하였다. 온실 내외부에 온도, 습도, CO2를 측정할 수 있는 6점의 센서부들을 설치하였고, 적산 전력계와 유량계를 설치하여 데이터를 수집하였으며, 모든 시험 데이터는 모바일 원격으로 제어 및 모니터링이 가능하도록 구성하였다. 시험 결과, 각 하우스들에서 수확한 과실의 수량과 품질은 유사하게 평가되었지만, 실증시험 하우스의 난방비가 비교시험 하우스보다 절감되었다. 하지만 실증시험 하우스의 경우 높은 시설유지비로 인해 이를 고려한 사용료는 비교시험 하우스보다 더 비싸게 평가되었다. 본 연구를 통해 생산된 잉여전력을 매전할 때 이로 인한 이용비는 비교시험 하우스보다 더 경제적임을 확인할 수 있었다. 또한 기존의 경유와 지하공기 히트펌프 난방기를 혼합한 대조시험 하우스의 난방비용이 경제성에서 더 유리함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구를 통해 애플망고 스마트 농가에 적합한 에너지-믹스 모델을 구축할 수 있었으며, 다양한 신재생에너지들의 효용성들을 검토할 수 있었다.