생물생산시설 및 환경공학 분야 : 상변화물질 Na2SO4,10H2O의 잠열량 및 잠열온도 분석

강연구 ( Youn Koo Kang ),김영화 ( Young Hwa Kim ),장재경 ( Jae Kyoung Jang ),권진경 ( Jin Kyoung Kwon ),김종구 ( Jong Koo Kim ),유영선 ( Young Sun Ryou ) 한국농업기계학회 2014 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.19 No.1

발전소 폐열을 이용한 농업시설용 히트펌프시스템의 난방 성능 분석

강연구(Youn Koo Kang),강석원(Suk Won Kang),백이(Yee Paek),김영화(Young Hwa Kim),장재경(Jae Kyung Jang),유영선(Young Sun Ryou) (사)한국생물환경조절학회 2017 생물환경조절학회지 Vol.26 No.4

쓰레기 소각장이나 산업체의 폐열을 농업에 활용한 사례는 몇몇 있었다. 그러나 온배수를 농업에 활용한 사례는 전무하였으며, 치어, 종패 등을 양식하는 수산업이 대부분이었다. 본 연구에서는 화력발전소의 온배수(폐열)를 열원으로 이용하는 120 RT 규모의 냉난방시스템을 제주특별자치도 서귀포시 안덕면 소재의 5,280m² 아열대 작물(망고) 재배온실에 설치, 10월에서 다음해 2월까지 약 5개월 동안 난방을 실시하여 난방에너지 비용 절감 효과 등 분석하였다. 난방에너지 비용 절감효과는 면세경유에 대하여 87%이였으며, 또한 발전소의 온배수를 에너지원으로 재활용함으로서 62%의 이산화탄소 배출 저감 효과를 얻었다. 본 연구를 계기로 2015년에 해수가 수열에너지 분야로 재생에너지에 포함되었다. 해수의 표층의 열을 히트펌프를 사용하여 변환시켜 얻은 에너지라는 수열에너지 분야의 기준과 범위를 볼 때, 이는 온배수가 재생에너지에 포함되었다고 말해도 과언이 아닐 것으로 사료된다. 그 이유는 온배수도 해수임에도 불구하고 온도가 일반 해수보다 7~8℃ 높아, 일반 해수를 히트펌프의 열원으로 이용하는 것보다 온배수를 열원으로 이용했을 때 히트펌프의 성능이 높기 때문이다. 또한 같은 해 농식품부의 폐열 재이용 시설 지원 사업이 발표되어, 발전소 온배수뿐만 아니라 산업체와 소각장의 폐열을 농업에 활용하면 지원을 받을 수 있게 되었다. 이 사업에 의하여 2015년 당진시, 하동군, 제주시, 곡성군이 선정되었으며, 2016년 태안군, 서귀포시 등이 선정되어, 2016년 말 곡성군과 제주시가 공사를 완료, 농업에 폐열을 활용하고 있으며(제주시는 발전소, 곡성군은 산업체폐열을 이용하고 있음), 기타 지역은 추진 중이다. In this study, the heating performance and the energy saving effect of the heat pump system using hot waste water(waste heat) of the thermal power plant discharged from a thermal power plant to the sea were analyzed. The greenhouse area was 5,280m² and scale of the heat pump system was 120 RT(Refrigeration Ton), which was divided into 30 RT, 40 RT and 50 RT. The heat pump system consisted of the roll type heat exchangers, hot waste water transfer pipes, heat pumps(30, 40, 50 RT), a heat storage tank and fan coil units. The roll type heat exchangers was made of PE(Poly Ethylene) pipes in consideration of low cost and durability against corrosion, because hot waste water(sea water) is highly corrosive. And the heating period was 5 months from October to February. During the heating performance test(12 hours), the inlet water temperature of evaporator was changed from 32℃ to 26℃, and heat absorption of he evaporator was changed from 175 kW to 120 kW. The inlet water temperature of the condenser rose linearly from 15℃ to 50℃, and the heat release of condenser was reduced by 40 kW from 200 kW to 160 kW. And the power consumption of the heat pump system increased from 30 kW to 42 kW. When the inlet water temperature of condenser was 15℃, the heating COP(Coefficient Of Performance) was over 7.0. When it was 30℃, it dropped to 5.0, and when it was above 40℃, it decreased to less than 4.0. It was analyzed that the reduction of heating energy cost was 87% when compared to the duty free diesel that the carbon dioxide emission reduction effect was 62% by recycling the waste heat of the thermal power plant as a heat source of the heat pump system.

횡성지역 인삼 영농조합법인 이용 인삼 재배 기계 예시

강연구 ( Youn-koo Kang ),이상희 ( Sang-hee Lee ),최승렬 ( Seung-ryul Choi ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

인삼은 우리나라가 원산지이고 그 가치를 세계적으로 인정받고 있는 작목으로 인력부족, 생산비 증가 등의 원인으로 재배면적과 생산량은 ’10년 이후 감소 추세이다. 인삼 재배 과정의 평균 기계화율은 74.9%로 높은 편이나, 인삼의 파종·정식에서는 기계화율이 미흡한 실정이다(’20, 농업기계 이용실태 조사). 본 연구에서는 인삼 생산 전과정 기계화 작업체계를 설정, 제시하기 위하여 조사한 횡성지역을 인삼 재배 농가가 사용하고 있는 농업기계를 예시하고자 한다. 횡성지역의 인삼 재배 면적은 102 ha이며, 조사에 참여한 법인의 재배 면적은 66 ha, 참여 농가는 20여 농가로 횡성지역 인삼 재배 농가를 대표할 수 있을 것으로 사료된다. 재배지 중 논이 60%, 밭이 40%를 차지한다. 계약재배로 대부분 묘삼을 정식하고 있으며, 생산량은 2.5∼5 kg/(0.9×1.8 m)이다. 예정지 관리는 2년, 녹비작물은 수단그라스와 호밀이다. 3,807 kW급 트랙터에 파쇄기를 장착하여 녹비작물을 파쇄한 후 쟁기로 갈이를 한다. 녹비작물 파쇄는 1일 8시간 기준 3.3 ha가 가능하며, 약 167 L의 유류를 사용한다. 파종은 2.25 kW급 동력파종기를 사용하고 1일 0.66 ha를 파종, 유류 10 L를 소비한다. 정식은 1.5 kW급 동력정식기를 사용하고 1일 약 0.10∼0.13 ha를 정식, 유류는 파종과 비슷하게 유류 10 L를 소비한다. 방제는 동력분무기를 사용하며, 2인 1조로 1일 2.31∼2.64 ha를 방제한다. 인삼의 수확은 땅속작물수확기를 이용하며 1일 0.66 ha를 수확, 유류 150 L를 소비한다. 해가림 시설의 설치에는 구굴기, 에어펌프, 에어타카를 사용하지만, 지주목의 운반, 세우기, 결속과 차광망 씌우기 및 철거(철포), 인삼 식재 부분의 제초, 인삼 수확시 수집, 선별은 여전히 인력에 의존하고 있으며, 향후 다른 지방의 조사자료와 시험자료를 통합하여 기계화 작업 체계를 제시하고자 한다.

보통형 콤바인을 이용한 들깨의 기계 수확

강연구 ( Youn-koo Kang ),우제근 ( Jea-keun Woo ),전현종 ( Hyeon-jong Jun ),최용 ( Yong Choi ),최일수 ( Il-su Choi ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.2

농촌 경지면적은 지속적으로 감소하고 있으며 농가인구는 경지면적 대비, 감소 폭이 더 커 농가호당 경지면적은 증가추세이나 고령화로 인해 노동력 부족현상이 나타나고 있다. ’20년 기준 전국 밭농업기계화율은 61.9%로 논농업 98.6% 대비 미흡한 실정이며 특히 파종ㆍ정식(8.9%), 수확(23.9%)의 기계화율 제고가 필요한 실정이다. 쌀 이외의 밭작물 재배 수요 증가에 따른 들깨 재배면적은 (’10) 13,449ha → (’20) 18,515로 확대 추세이나, 수확작업 중 예취, 탈곡 및 정선 작업의 기계화는 각각 분리되어 이루어져 단일화가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 보통형 콤바인을 활용한 예취, 탈곡, 정선 단일화를 위해 들깨 수확시험을 실시하였다. 들깨의 수확시기 선정은 종실 탈립에 의한 손실률을 최소화하고 실수확량을 높이기 위해 들깨의 최정단 화방군의 갈변(성숙)률이 60%와 80%일 때 예취 및 탈곡하였을 경우 통계적으로 유의차가 없이 비교적 높은 순수량을 나타내었다는 보고를 참고하였다(국립식량과학원, 2018). 상용화된 국산과 일산의 보통형 콤바인을 이용하여 배진구 손실률, 수확물의 분포, 작업정도를 분석하였다. 수확시기 작물특성은 초장 118 cm, 최하분지높이는 지상에서 3 cm이었고 줄기함수율은 71% (d.b.)이었다. 국산 및 일산 보통형 콤바인의 배진구 손실률은 1.53~1.55% 범위이었다. 수확물의 분포는 곡립이 80.1~87.8%이었고 잡물은 12.2~19.9% 범위이었다. 작업정도는 국산 및 일산 보통형 콤바인 모두 0.3 m/s에서 손실률 및 작업정도가 가장 양호한 것으로 나타났다.

들깨 생산 기계화의 노동력 절감 효과 분석

강연구 ( Youn-koo Kang ),우제근 ( Jae-keun Woo ),최일수 ( Il-su Choi ),전현종 ( Hyeon-jong Jun ),최용 ( Yong Choi ) 한국농업기계학회 2022 농업기계공학 Vol.2 No.1

Perilla (seed, leaf, oil) is a crop that is in the spotlight as it is known for its health-promoting ingredients such as antioxidant, anticancer, and dementia prevention etc. Like other field crops, in the production of perilla, mechanization is insufficient in planting, cutting, and threshing. In this study, the labor saving effect was analyzed by machanization for planting, cutting, and threshing, which depended on manpower in perilla production. In addition, by harvesting perilla with full feed combine harvester, cutting and threshing were unified, and the labor saving effect was analyzed. Three types of transplanters were used in the perilla planting test, and the work performances were 1.6, 1.7, and 1.4 h/10a, respectively. In the cutting test, two types of cutters were used, and the work performance of both types was 1.0 h/10a. For the threshing test, one type of thresher was used, and the work performance was 1.0 h/10a. For cutting and threshing perilla, company D’s 6 row full feed combine harvester was used. It was analyzed that mechanization of the whole perilla production process resulted in a 58.4% reduction in labor compared to the conventional process (The labor input time : conventional process 65.4 h/10a → mechanization process 27.2 h/10a). and cutting and threshing process by full feed combine harvester resulted in a 63.3% reduction in labor compared to the conventional process (The labor input time : conventional process 65.4 h/10a → unified cutting and threshing process 24.0 h/10a)

들깨 생산 기계화 작업체계 연구

강연구 ( Youn-koo Kang ),전현종 ( Hyeon-jong Jun ),이상희 ( Sang-hee Lee ),김진구 ( Jin-gu Kim ),강태경 ( Tea-gyoung Kang ),최용 ( Yong-choi ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

들깨는 항산화, 치매 예방 효과 등 건강 증진에 좋은 것으로 알려지면서 주목받는 식품 중 하나로, 2019년 기준 재배면적은 약 3만 7,000ha이다. 들깨 생산 과정 중 경운정지, 비닐피복, 방제 등은 기계화 수준이 높은 편이나 정식, 수확 등은 기계화 수준이 낮아 대부분 인력에 의존하고 있다. 그러므로 들깨의 생산과정 중 정식, 수확 작업의 기계화가 시급히 요구되고 있다. 본 연구에서는 들깨 생산에 있어 정식, 수확 작업의 기계화를 통한 노력 및 비용 절감을 위하여 기존에 개발된 정식기, 예취기, 탈곡기 등을 영농현장에 투입하여 최적의 작업체계를 구명한 후 들깨 생산 전과정 기계화 작업체계를 설정하여 들깨 생산에 투입되는 전체 노력과 비용을 관행 작업과 비교분석 하였다. 들깨는 정식재배방식이 대부분이기 때문에 생산 기계화 작업체계는 정식작업을 통한 전과정 기계화 작업체계로 설정하여 작업공정별로 투입된 기계 및 인력에 따른 노력과 비용을 분석하였다. 또한 들깨 생산 전과정 기계화 작업체계와 관행 작업체계에 투입된 기계 비용을 농기계임대사업 임대료를 적용하여 비교 분석하였다. 시험 결과 기계화 작업체계는 관행과 비교하여 10a당 58.1%의 노력을, 49.5%의 비용을 절감할 수 있는 것으로 분석되었다. 또한 향후 들깨 생산 현장의 의견을 반영하여 보다 효율적인 들깨 생산 전과정기계화 작업체계를 확립하고 영농현장에 투입하여 실용화를 촉진할 계획이다.

홈롤러 배종장치의 홈 각도에 따른 배종 성능 분석

강연구 ( Youn-koo Kang ),전현종 ( Hyeon-jong Jun ),이상희 ( Sang-hee Lee ),신소영 ( So-young Shin ),장인배 ( In-bae Jang ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

우리나라의 인삼은 뇌두, 동체, 지근의 형태가 사람의 형상을 이루는 것이 특징으로서, 이러한 인삼의 체형을 더욱 신비시하고 우량한 인삼으로 평가하고 있다. 이러한 우량인삼을 생산하기 위하여 우리나라에서는 정식재배를 위주로 하여 인삼을 재배하여 왔다. 그러나 미국과 캐나다 일부에서는 종자를 파종하여 수확할 때까지 같은 장소에서 재배하는 직파재배를 하고 있다. 인삼의 직파재배는 육묘와 정식과정이 생략되어 노동력과 생산비를 절감할 수 있다는 장점이 있어 국내에서도 직파재배 비율이 점차 증가하고 있다. 본 연구에서는 인삼 파종기 개발에서 파종율을 높이기 위하여 홈롤러의 홈의 각도를 15°, 30°, 45°로, 홈의 사선이 홈의 끝 또는 중간에 닿도록 가공하여 홈롤러의 회전수를 달리하여 배종성능을 분석하였다. 이때 홈의 직경은 7 mm, 깊이는 5 mm로 선행 연구에서 배종율이 가장 좋은 것으로 선정하였으며, 회전수는 7, 14, 21 RPM으로 하였다. 그리고 인삼 종자는 개갑된 연풍을 사용하였다. 홈의 각도와 회전수에 따른 배종 성능은 아래 표와 같으며, 홈의 각도는 30°로, 홈의 끝까지 가공하였을 때가 배종 성능이 가장 좋은 것으로 나타났다.

수열원 이용 히트펌프의 난방성능 및 에너지비용 절감 효과 분석

강연구 ( Youn-koo Kang ),박석호 ( Seokho-ho Park ),문종필 ( Jong-pil Moon ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

본 연구는 여타 재생에너지가 빈약한 제주지역에서 미활용에너지인 용출수를 에너지원으로 사용함으로써 난방에너지비용을 절감할 뿐만 아니라 미활용에너지 분야의 폭을 넓이고, 이를 확대 보급하고자 수열원(지하 용출수) 이용 히트펌프를 온실에 설치하여 난방성능과 난방에너지비용 절감 효과를 분석하였다. 수열원이용 히트펌프는 열원을 용천수로 하는 일반적인 물 대 공기 히트펌프로, 제주특별자치도 서귀포시 월평동소재 2,000㎡ 규모의 천혜향 재배 온실에 설치하였다. 최근(2013∼2017) 5년간의 서귀포지역 일별 최저외기온을 분석하여 설치용량을 선정하였으며, 설치용량은 42 kW(12 RT)급 5대, 총 210 kW(60 RT)이다. 수열원 이용 히트펌프의 난방성능 및 에너지 비용 절감 효과를 분석하기 위하여 물(증발기) 입출구 온도, 공기(응축기) 입출구 온도, 외기온도 등을 K Type thermocouple을 설치, 측정하였으며, 이를 데이터로거(MV1000, Yokogawa, Japan)에 의해 수집되도록 하였다. 또한 소비전력은 전력량계(CW240, Yokogawa, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 총 사용전기량과 요금은 한전의 요금 내역을 이용하였다. 난방기간은 개화기와 착과기를 포함하여 2월 말에서 5월 중순까지이다. 수열원 이용 히트펌프의 난방성능계수는 지하용출수의 평균온도가 15.0℃, 평균 공기입구온도(평균 외기온도)가 8.4℃일 때, 최저 4.3에서 최대 4.9로 나타났으며, 평균 난방성능계수는 4.6로 나타났다. 이때 평균소비전력은 10.0 kW이었으며, 평균 난방열량은 46.4 kW(39,904 kcal/h)이었다. 수열원 이용 히트펌프의 전기사용량은 2월 546, 3월 10,793, 4월 11,852, 5월 2,856 kWh이었으며, 요금은 1,554,040원이었다. 같은 시기, 같은 온도로 가온한 대조구는 등유 9,015L를 소비하였으며, 비용은 7,212,000원(800원/L)이었다. 이를 종합하여 보면 수열원 이용 히트펌프 난방은 기존 경유 난방에 대해 78.5%의 난방에너지 비용을 절감한 것으로 나타나, 제주지역 지하용출수도 가용 자연에너지원으로서의 가능성과, 농가 에너지 비용 절감에 일익을 담당할 수 있은 좋은 열원임을 시사해 주었다.

지하공기를 이용하는 농업시설용 난방시스템

강연구(Kang, Youn-Ku),유영선(Ryou, Young-Sun),김영화(Kim, Young-Hwa),성문석(Sung, Moon-Seok),김종구(Kim, Jong-Koo),장재경(Jang, Jae-Kyoung),이형모(Lee, Hyoung-Mo) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

The districts of underground geologic structure in Jeju island where underground air is distributed are lava cave, pyroclastic, open joint, and crushing zone. Such districts are identified to secure an enough airflow when air ventilation layer is to secure 25-35m in depth. In Jeju, Ground air is used for heating greenhouse and fertilizing natural CO₂ gas by suppling directly into greenhouse. But the heating method by suppling ground air into greenhouse directly bring about several problem. The occurrence of disease of the crops by high humidity is worried because the underground air which becomes discharge from underground air layer has over 90% relative humidity. The underground air is inadequate in heating for crops which need high temperature heating such as mangos, Hallbong and mandarin orange because the temperature of it is 15{sim}18?C. Also There is worry where the ventilation loss becomes larger because the air pressure inside greenhouse is high by supplying underground air directly. In this study the heat pump system using underground air as heat source was developed and heating performance of the system was analysed. Heating COP of the system was 2.5~5.0 and rejecting heat into greenhouse and extracting heat from underground air were 40,000~27,000 kcal/h, 30,000~18,000 kcal/h respectively.

채소 정식기의 배추 정식 작업성능

전현종 ( Hyeon-jong Jun ),강연구 ( Youn-koo Kang ),이상희 ( Sang-hee Lee ),강태경 ( Tae-gyoung Kang ),최용 ( Yong-choi ) 한국농업기계학회 2020 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.25 No.2

배추는 대부분 모종을 키워서 옮겨 심는 방법이 일반적이다. 모종의 대부분은 트레이에 파종 후 육묘하여 인력으로 정식하고 있고 대부분 비닐 피복하여 재배하기 때문에 정식작업의 기계화가 쉽지 않다. 특히 배추는 봄배추, 고랭지배추, 가을배추 등으로 재배시기, 지역, 작형 등이 달라 정식의 기계화가 더욱 어렵다. 또한 노동력이 부족한 농촌에서 배추재배에 많은 어려움이 있다. 최근 배추 생산의 노동력 절감을 위한 기계 정식기술이 보급되고 있다. 본 연구에서는 배추 생산의 노력절감을 위하여 기존에 개발된 채소정식기를 이용한 작업 성능을 비교분석 하였다. 배추 기계정식 시험은 승용 자동 2조식, 보행 자동 1조식, 보행 반자동 1조식을 시험대상 정식기로 공시하여 모두 비닐피복을 한 두둑에서 시험하였다. 배추 육묘는 정식기 전용 플러그 육묘트레이(128구)에 파종 후 25일 육묘하였고 3~5엽의 초장은 7~9cm이었다. 재배양식은 승용 2조식의 경우 평두둑의 두둑폭 90cm에 조간 40cm, 주간 40cm로 시험하였고 보행 1조식은 조간 90cm, 주간 40cm로 정식 시험을 하였다. 정식시험은 정식기의 포장작업능률 조사하였다. 시험결과 승용 2조식 자동 정식기의 작업능률은 1.2시간/10a로 정식상태가 두둑의 균평조건에 많은 영향을 받아 정식상태가 일부 불량하였다. 반면 보행 자동 1조식은 작업능률이 1.7시간/10a이고 일부 정식 불 량 육묘의 재정식을 위한 추가 인력이 필요하였다. 보행 반자동 1조식은 작업능률 2.0시간/10a, 정식률은 100%이고 정식상태도 양호하였다. 이 기계정식 시험결과를 통해 자동 정식기의 정식률을 높이기 위해서는 육묘의 초장 및 형상을 균일하게 할 수 있는 재배기술이 요구되며 특히 승용2조 정식기의 경우 포장조건, 비닐피복 상태 등도 정식상태를 좋게 하는 요소라고 판단되었다. 피복상태에서 기계정식을 할 경우 일부 육묘가 비닐 밑으로 들어가 생육에 지장을 줄 수 있어 피복비닐이 두둑에 밀착되도록 피복하는 것이 요구되었다. 또한 자동정식기의 경우 기상조건으로 정식시기가 지연될 경우 육묘의 웃자람으로 인하여 기계정식 작업이 곤란할 수 있다.