온실 광환경 평가방법 개발

박효제 ( Hyo Je Park ),강동현 ( Dong Hyeon Kang ),강정균 ( Jeong Gyun Kang ),이용범 ( Yong Bum Lee ),서명훈 ( Myeong Whoon Seo ),이종원 ( Jong Won Lee ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

작물은 광에 의해 생육이 촉진 및 억제되며, 광 에너지를 공급받아 광합성을 하게 되고, 이를 통해 각종 대사작용에 필요한 물질을 생산한다. 또한, 밤과 낮의 길이, 광량의 차는 꽃눈의 형성과 발달에 영향을 미친다. 최근에는 시설 온실의 대규모화 및 대형화에 따라 온실 내부 광환경은 불균일화가 초래되어 균일성 향상 연구가 필요한 실정이다. 본 연구는 온실 내부의 광환경 균일도 조사를 통해 광환경 불균일 원인분석을 밝히고 해결방안을 구명하기 위하여 플라스틱 단동온실, 연동온실, 유리 연동온실에 일사량 센서 12개(외부 1개소, 내부 11개소)를 배치하고, 각 위치에 따른 일사량을 측정하였다. 측정된 일사량을 이용하여 시간대별 적산 일사량과 시간대별 투과율을 계산하여 광 불균일 원인을 분석하였다. 일사량 분석은 시간대별 적산 일사량 평균값과 표준편차를 계산하였고, 광환경 불량조건은 시간대별 적산일사량 평균값에 표준편차를 뺀 값보다 낮은 위치를 광환경 불량으로 간주하였다. 광 투과율은 농업과학원에서 2015년 작성된 온실 환경설계기준(안)에서 제시한 투과율보다 낮으면 광환경이 좋지 않은 것으로 간주하여 분석하였다. 시간대별 적산 일사량 기준과 투과율에서의 광환경 분석기준을 교차분석을 통해 광환경이 기준 이하 위치를 찾고, 원인을 분석하였다. 적산 일사량 기준과 투과율 기준 불량위치 교차분석 결과 주로 해질녁 남서쪽 위치에서 겹쳐진 피복재의 영향을 받았으며, 유리온실은 외부의 먼지 등으로 인하여 광한경이 불량하였다. 이는 온실 구조물 및 보온커튼으로 인한 광환경 저하와 피복재의 사용기간에 따른 저하 등의 원인을 분석할 수 있을 것으로 생각된다.

기능성 필름의 광투과율에 따른 유리온실의 에너지절감 효과 추정

윤남규 ( Nam Kyu Yun ),김형권 ( Hyung Kweon Kim ),권진경 ( Jin Kyung Kwon ),오성식 ( Seong Sik Oh ),김영화 ( Young Hwa Kim ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

유리온실에 부착하여 적외선 영역의 광을 선택적으로 차단함으로써 고온기 냉방부하 및 저온기 난방부하를 절감할 수 있는 기능성 필름을 선택하기 위해 70% 이상의 가시광 투과율을 가진 10종의 기능성 필름에 대한 파장대별 광투과율을 측정하였다. 실험에 사용된 10종의 기능성 필름 중 6종은 현재 시중에 판매되고 있는 제품으로 공시 광투과율이 70%로 낮으므로 제조업체와 협의하여 광투과율이 75%인 제품 1종과 80%인 제품3종을 추가로 제작하여 각각의 광투과율을 측정하였다. 또한 이들 필름을 부착한 유리온실의 냉방부하와 난방부하를 계산하고, 연간 에너지 소비량을 비교함으로써 에너지 절감 효과를 비교·분석하였다. 기능성 필름 종류별 광투과율 측정 결과, 가시광(400~700nm) 투과율은 67.2%~86.5%이고, 자외선(380~400nm) 및 근적외선(780~3,000nm) 투과율은 각각 4.7%~39.6% 및 8.3%~41.9%이었다. 동일한 실험에서 유리의 경우 영역별 광투과율은 가시광 92.1%, 자외선 86.3%, 근적외선 82.6%이었다. 이들 10종의 기능성필름을 투광성과 단열성을 기준으로 3가지 유형으로 구분하고 각각의 유형에 속한 샘플들 중 가장 우수한 특성을 가진 것을 선발하여 유형별 기능성 필름 3종을 선정하였다. 기능성 필름의 유형은 가시광 투과율이 높은 투광형(가시광 투과율 86.5%, 근적외선 차단율 72.5%), 근적외선 차단율이 높은 단열형(가시광 투과율 77.3%, 근적외선 차단율77.4%), 가시광 및 근적외선 투과율이 각각 투광형과 단열형의 중간 정도인 일반형(가시광 투과율 75.9%, 근적외선 차단율 78.0%)으로 구분하였다. 이 3가지 유형의 기능성 필름을 부착한 유리온실의 냉방부하와 난방부하를 계산하고, 필름을 부착하지 않은 일반 온실과 비교함으로써 각각의 에너지절감 효과를 추정하였다. 지역별 비교를 위해 2019년 수원, 춘천, 강릉, 대전, 전주, 광주, 대구, 부산, 제주 등 전국 9개 지역의 전천일 사량, 기온 등의 기상자료를 이용하여 측고 5m인 벤로형 유리온실 1ha의 냉방부하 및 난방부하, 연간 에너지 소비량을 계산하였다.

분진에 의한 플라스틱 온실의 광투과율 검토

윤성욱 ( Sungwook Yun ),최만권 ( Mankwon Choi ),김하늘 ( Haneul Kim ),유찬 ( Chan Yu ),윤용철 ( Yongcheol Yoon ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

본 연구에서는 온실 피복재의 유지관리 지침마련을 위한 기초자료로 사용하기 위하여 먼지나 이물질 등에 의한 온실의 광투과율 저하를 실험적으로 검토하였다. 그 결과 계화도 온실의 경우, 제거한 분진량은 측정 지점별로 16.8∼1,021.6 mg·m^-2정도의 범위였고, 평균 약 520.7 mg·m^-2로서 지점에 따라 큰 차이를 보였다. 그리고 분진제거 전후에 반복 측정한 광투과율은 각각 68.5∼80.9% 및 80.9∼87.2%정도의 범위였고, 결국 분진을 제거함으로서 평균적으로 광투과율이 약 8.1%정도 증가하는 것으로 나타났다. 경상대학교 온실의 경우, 일일 총 수평면 일사량과, 평균 및 최대 수평면 일사량에 관계없이 결정계수는 그다지 크지 않지만, 광투과율은 시간의 경과와 더불어 조금씩 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 하절기와 동절기를 경계로 광투과율의 증감현상이 확연히 다른 것으로 나타났으며, 결정계수도 0.468∼0.828정도의 범위로서 크게 나타났다. 그리고 분진량은 측정 지점별로 747.1∼983.1 mg·m^-2정도의 범위였고, 평균 약 840.1 mg·m^-2로서 계화도와 다르게 지점별로 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 분진제거 전후에 반복 측정한 광투과율은 각각 73.0∼80.5% 및 81.0∼88.6%정도의 범위로서 분진을 제거함으로서 광투과율이 평균적으로 약 7.9% 증가하는 것으로 나타났다. 물로 세척한 후의 광투과율은 88.7~90.6%정도의 범위로서 분진제거 전후에 비해 평균적으로 각각 13.0% 및 5.1%정도 증가하는 것으로 나타났다. 이 결과로 볼 때, 물로 세척함으로써 광투과율은 많이 개선되겠지만(13.1%), 분진만 제거해도 투과율은 개선효과(7.9%)가 있는 것으로 나타났다. 현미경으로 촬영한 사진의 경우, 사용하지 않은 새 필름과 분진제거 전의 필름에서 배율이나 촬영 부위에 따른 차이는 있지만, 분진제거전의 필름에 분진 등의 이물질이 부착되어 있는 것을 알 수 있었다.

토마토재배용 플라스틱온실의 이중피복방법에 따른 온습도 및 광합성유효광량자속 분포 특성

이현우 ( Lee H. W. ),소레이멘디옵 ( Diop S. ),심상연 ( Sim S. Y. ),김영식 ( Kim Y. S. ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

온실에서 피복의 주된 목적은 주간에 온실 내부로 입사하는 태양복사에 의한 내부공기의 온도상승에 있다. 이러한 목적을 위해 사용되는 피복재가 구비해야 할 가장 기본적인 성질은 투광성과 보온성이다. 그러나 이 두 가지 조건은 서로 상반되는 물리적인 성질이기 때문에 동시에 만족시키는 것은 상당히 어렵다. 따라서, 가능한 한 투광성이 양호한 동시에 보온효과가 우수한 피복재와 피복방법의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다. 공기주입 이중피복방식은 기밀성이 높기 때문에 환기전열량이 적고 관류전열량도 상당히 줄어들어 일중피복에 비해 난방열량을 약 40% 정도까지 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 온실의 용마루에 설치된 창의 개폐방식이 권취식이 아니라 랙피니언방식으로 개폐토록 되어 있어 피복재를 오염시킬 염려가 없다. 본 연구의 목적은 실험용 관행 이중피복 플라스틱온실과 공기주입 이중피복 플라스틱 온실을 설치하고 토마토재배가 이루어지는 온실관리 조건하에서 관행 이중피복방식과 공기주입 이중피복방식에 대한 온습도 및 광합성유효광량자속의 분포특성을 비교분석하여 피복형태에 따른 환경분포특성을 구명하는 것이다. 본 실험에 사용된 온실의 형태는 농촌진흥청 자동화비닐하우스(07-자동화-1형)의 관행형태 이중피복온실과 공기주입식 이중피복온실의 3연동 아치형온실 2개동이다. 온실의 크기는 폭 23.0 m, 측고 3.0 m, 동고 4.9 m, 길이 24 m이다. 피복재는 PE필름을 사용하였다. 관행 이중피복온실의 천창은 처마부위에서 권취식으로 말아올리는 개폐방식이고, 공기주입 이중피복온실의 천창은 용마루 부위에서 랙-피니언 방식으로 개폐하는 창이다. 모든 온실내부의 환경계측은 토마토 재배를 위해 관행적인 이루어지는 환경조절 조건하에서 수행되었다. 각 온실에 0.6m, 1.8m, 3.9m의 높이에 모두 21개의 온습도센서를 설치하였다. 또한, 각 온실의 중방높이에 2개씩의 광합성유효광량자속센서와 일사센서를 각각 설치하였다. 외부에 온습도센서, 광합성유효광량자속센서 및 일사센서 2개씩을 설치하였다. 측정데이터는 10분 간격으로 저장하였다. 난방기간 중 맑은 날의 야간에 온도분포를 비교한 결과 보온커튼 내부의 온도분포는 두 형태 모두 균일한 분포를 보여주었다. 보온커튼과 지붕사이의 온도는 외부온도가 -4.5℃일 때 2.6℃와 2.8℃로 두 형태가 비슷한 값을 나타내어 보온 성능이 비슷함을 알 수 있었다. 습도의 경우도 보온커튼 내부의 습도분포는 두 형태 모두 비슷한 값의 균일한 분포를 보여 주었으며, 보온커튼과 지붕사이의 습도는 100%의 값을 나타내었다. 난방기간 중 우천시 주간에 온습도분포를 비교한 결과 두 형태 모두 균일한 분포를 보여주었다. 이는 일사의 영향을 받지 않았기 때문인 것으로 판단된다. 천창환기시 온도분포를 비교한 결과 공기주입온실이 관행온실에 비해 천정부위의 온도가 약간 더 낮게 나타나 환기효과가 더 우수한 것으로 판단되었다. 습도 역시 약간 더 높게 나타나 환기효과가 더 우수함을 입증할 수 있었다. 온실내부의 위치별로 시간에 따른 광합성유효광량자속의 투과율의 변화는 큰 차이가 있음을 확인하였다. 관행온실의 사용기간에 따른 광투과율 감소량이 공기주입온실에 비하여 훨씬 크다는 사실을 확인할 수 있었다.

차광율 및 차광방법이 온실내부의 온도변화에 미치는 영향

이석건,이현우,김길동,이종원 한국생물환경조절학회 2001 생물환경조절학회지 Vol.10 No.2

온실의 차광설계에 필요한 기초자료를 제시하기 위하여 온실모형과 실험온실을 이용하여 외부차광재의 적정 설치간격 분석, 차광재별 광투과율 분석, 차광율에 따른 온실내부온도의 변화 분석, 차광의 온실내부의 지온변화에 미치는 영향 분석 및 외부차광과 내부차광의 차광효과 비교를 실시하였다. 외부경사차광시 온실 지붕과 차광재의 설치간격은 10~30 cm에서 차광효율이 가장 좋은 것으로 나타났으나 환기창의 개폐를 위한 공간이 필요하지 않는 온실에서는 10cm 정도이면 충분한 간격이 될 것으로 판단된다. 경사차광의 온도차가 수평차광보다 높게 나타나 무환기 상태에서는 경사차광의 차광성능이 수평차광보다 더우수함을 알 수 있었다. 차광재 제작사에서 제시한 투과율과 실제 온실에서 계측한 투과율이 상당한 차이가 있으므로 차광재를 온실의 온도환경제어 목적으로 이용하고자 할 경우에는 차광재의 투과율을 미리 측정하여 검증할 필요가 있었다. 자연환기와 무환기 조건 모두에서 85% 차광온실이 55%차광온실 보다 최대 약 4$^{\circ}C$, 평균 약 2$^{\circ}C$ 정도의 승온억제효과가 더 있었다. 차광온실 내무의 지온변화는 차광율과 차광방법에 따른 차이는 매우 작았으나 무차광온실과는 큰 차이가 있었기 때문에 온실내부의 지온변화는 차광율과 차광방법 보다는 차광의 유무에 큰 영향을 받는다는 사실을 알 수 있었다. 50%인 차광재가 55% 차고아재보다 광투과율이 높음에도 불구하고 차광율 50%인 외부차광온실이 차광율 55%인 내부차광온실보다 승온억제효과가 더 우수한 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 외부차광시 차광재가 흡수한 열이 온실내부로 전달되지 않을 뿐만 아니라 천장을 통한 환기효율이 내부차광보다 양호하기 때문인 것으로 판단되었다. This study was conducted to provide basic data for the design of shading facility of greenhouse. The proper distance between external shading screen and roof surface, transmissivity of shading materials, and shading effects of external and internal shadings were analyzed. About a distance of 10 cm between inclined external shading screen and roof surface was enough to guarantee the external shading effect in the greenhouse without roof vent. The inside temperature of greenhouse installed with 85% internal shading screen was lower the maximum of 4$^{\circ}C$ and mean of 2$^{\circ}C$ than that with 55% internal shading screen in both natural ventilation and no ventilation condition. The difference of soil temperature between shading and no shading greenhouse was great, but the difference by shading rate or shading method was small. The performance of external shading for controlling inside temperature down was superior to that of the internal shading. The externally inclined shading screen parallel to the roof surface of greenhouse was more effective than the externally horizontal shading screen in controlling inside temperature of greenhouse without roof vent.

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.