하절기 주간 포그 냉방과 야간 히트펌프 냉방이 온실 환경 및 작물에 미치는 영향 분석

이태석,김진구,박석호,이충근,Lee, Taeseok,Kim, Jingu,Park, Seokho,Lee, Choungkeun 한국생물환경조절학회 2021 생물환경조절학회지 Vol.30 No.4

본 연구에서는 하절기 토마토 재배 시 주간 포그 냉방, 야간히트펌프 냉방을 처리를 하여 냉방 처리가 온실 내 온습도, 작물의 생육 및 수확량에 미치는 영향을 분석하였다. 하절기 주간에 차광 처리한 대조구 온실의 평균 온습도는 32.1℃, 59.4%였고, 포그 처리한 시험구 온실의 평균 온도는 30.0℃, 74.3%로 나타났다. 이 때 외부의 평균 온습도는 31.4℃, 57.7%로 대조구 온실의 온도는 외기보다 0.7℃ 높았으나 시험구 온실의 온도는 외기보다 1.4℃, 대조구보다 2.1℃ 낮게 나타났다. 평균 습도는 시험구 온실 74.3%, 대조구 온실 59.4%로 포그 처리를 한 시험구에서 높게 나타났다. 야간 대조구 온실의 평균 온습도는 25.2℃, 85.1%였고, 히트펌프로 냉방을 한 시험구 온실의 평균 온습도는 23.4℃, 82.4%, 로 나타났다. 야간 외부의 평균 온습도는 24.4℃, 88.2%로 대조구 온실의 온도는 외기보다 0.8℃ 높았으나 시험구 온실의 온도는 외기보다 1.0℃, 대조구보다 1.8℃ 낮게 나타났다. 평균 습도는 시험구 온실 82.4%, 대조구 온실 85.1%로 나타나 시험구 온실의 습도가 더 낮게 나타났다. 작물 생육은 정식하고 8주 후에는 두 온실 간의 큰 차이는 없는 것으로 나타났으나 냉방 처리 후에는 시험구 온실의 작물이 대조구에 비해 경경, 초장, SPAD 값이 높게 나타났다. 토마토의 수확량은 냉방을 시작하고 2주 후까지 총 생산량의 차이는 1.2%로 큰 차이 없었으나 3주 후와 4주 후의 일 생산량이 시험구에서 대조구보다 많게 나타났다. 최종적으로는 시험구의 수확량이 81.3kg, 대조구의 수확량이 73.8kg으로 시험구가 대조구에 비해 10.2% 많게 나타남으로써 하절기 주간 포그 냉방, 야간 히트펌프 냉방이 작물 성장에 적합한 환경을 조성해 줌으로써 생육 및 생산성에 영향을 미친 것으로 판단된다. 냉방 처리에 따른 경제성을 비교해보면 대조구 온실에서는 142,166원의 수익이 있었던 반면 시험구 온실에서는 28,727원의 손해가 발생하여 냉방 처리는 경제성이 떨어지는 것으로 나타났다. 그러나 재식 밀도, 히트펌프 운용 시간 및 기간을 조절하여 에너지 사용은 줄이면서 생산성을 증가시킨다면 경제성도 확보할 수 있을 것으로 기대되며 이에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다. This study was conducted to analyze the effect of fog cooling during daytime and heatpump cooling at night in greenhouses in summer. During daytime, the average temp. and RH of the control greenhouse which had shading screen were 32.1℃ and 59.4%. and the average temp. and RH of the test greenhouse which had fog cooling were 30.0℃ and 74.3%. At this time, the average outside temp. and RH were 31.4℃ and 57.7%. So, the temp. of the control was 0.7℃ higher than outside temp., but the temp. of the test was 1.4℃ lower than outside and 2.1℃ lower than control. The average RH was 74.3% in the test and 59.4% in control. The average temp. and RH of the control greenhouse which had natural ventilation at night were 25.2℃ and 85.1%, and the average temp. and RH of the test greenhouse which had heat pump cooling were 23.4℃, 82.4%. The average outside temp. and RH at night were 24.4℃ and 88.2%. The temp. of the control was 0.8℃ higher than outside temp., but the temp. of the test was 1.0℃ lower than outside and 1.8℃ lower than control. The average RH was 82.4% in test and 85.1% in control greenhouse. There was no significant difference between the plants growth eight weeks after planting. But after the cooling treatment, the values of stem diameter, plant height, chlorophyll in test were higher than control. The total yield was 81.3kg in test, 73.8kg in control, so yield of test was 10.2% higher than control. As a result of economic analysis, 142,166 won in profits occurred in control greenhouse, but 28,727 won in losses occurred in test greenhouse, indicating that cooling treatment was less economical.

관부 난방시스템과 온수 양액 공급이 온실 에너지 사용량, 딸기 생육 및 생산성에 미치는 영향 분석

이태석,김진구,박석호,이재한,문종필,Lee, Taeseok,Kim, Jingu,Park, Seokho,Lee, Jaehan,Moon, Jongpil 한국생물환경조절학회 2021 생물환경조절학회지 Vol.30 No.4

본 연구에서는 '설향' 딸기의 관부를 부분 난방하고 양액을 온수로 공급하면서 관행 재배 방식에 비해 온실 공간 온도를 낮게 관리하는 딸기 부분 난방 시험을 수행하였다. 정식 후 11월까지는 특별한 처리가 없어 대조구, 시험구 모두 온실 내 환경이 유사하게 관리되었으며 관부 난방 및 온수 양액을 공급하기 시작한 12월부터는 야간의 온실 온도, 관부 온도 및 베드 온도가 차이를 보였다. 12월의 온실 야간 평균 온습도는 대조구 7.1℃, 87.2%, 시험구 5.7℃, 88.7%로 시험구의 온도가 낮았으나 관부 난방을 수행함으로써 시험구 온실의 관부 및 베드의 온도를 9.3℃, 12.7℃로 유지하였고, 대조구 온실의 관부 및 베드 온도 7.9℃, 10.8℃보다 높게 관리할 수 있었다. 시험기간 내에서 시험구 온실의 딸기 관부 및 베드 온도는 대조구에 비해 모두 약 2.0℃ 가량 높게 유지되는 것으로 나타났다. 주간에는 온수 양액을 공급함으로써 지하수를 이용했을 때보다 평균 8.7℃ 높은 온도 양액을 공급할 수 있었고 이로 인해 베드 온도도 약 5.0℃ 가량 높게 나타났다. 시험구에서는 시험기간 동안 온실 난방, 관부 난방 및 온수 양액 공급에 총 9,475.7×10³ kcal의 에너지를 소비하였고 대조구에서는 온실 공간 난방에 총 16,847×10³ kcal의 에너지를 소비하여 시험구에서 대조구 대비 약 43.8%의 에너지 절감 효과를 확인할 수 있었다. 시험구에서 딸기 관부의 온도를 높게 관리함으로써 작물의 생육을 촉진시킬 수 있었고 그로 인해 정식 후 초세가 대조구에 비해 좋지 않았던 시험구의 딸기가 25주 후에는 대조구와 생육적인 면에서 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 딸기의 수확량은 초세가 좋았던 대조구에서 1화방의 수확량이 시험구에 비해 많았으나 2화방, 3화방에서는 관부의 온도를 높게 관리한 시험구의 수확량이 더많았다. 3월 말까지의 주당 수확량은 시험구 412.7g/plant, 대조구 393.3g/plant로 유의미한 차이는 없었으나 시험구가 대조구에 비해 4.9% 많이 나온 것으로 보아 딸기의 온도 민감부인 관부의 온도를 높게 관리하는 것이 딸기 생육과 생산성에 영향을 미치는 것으로 판단된다. In this study, experiments of local heating on crown and supplying warm nutrient for energy saving and improving growth of 'Seolhyang' strawberry were conducted. The temperature of inside and crown in greenhouses which were control (space heating 8℃) and test (space heating 5℃+crown heating) was measured. In the control greenhouse, the average of temperature and humidity in December was 7.1℃, 87.2%, respectively. In the test greenhouse, the average of temperature and humidity in December was 5.7℃, 88.7%. The temperature of crown and inside the bed were 7.9℃, 10.8℃ in control, 9.3℃, 12.7℃ in test. During the test period, the total 16,847×10³ kcal of energy was consumed in control greenhouse including space heating. In test greenhouse including space heating, crown heating and warm water supplying, total 9,475.7×10³ kcal of energy was consumed. So, energy consumption in test was 43.8% less than in the control. The total yields of strawberry during test period were 412.7g/plant for test greenhouse and 393.3g/plant for control greenhouse respectively.

고온기 포그냉방의 온도 강화 효과 및 작물에 미치는 영향 분석

이태석(Taeseok Lee),김진구(Jingu Kim),한길수(Kilsu Han) 한국원예학회 2022 한국원예학회 학술발표요지 Vol.2022 No.11

시설원예 용수 공급을 위한 지하수 정수 요구도 분석

이태석(Taeseok Lee),손진관(Jinkwan Son),진유정(Yujeong Jin),이동관(Donggwan Lee),장재경(Jaekyung Jang),백이(Yee Paek),임류갑(Ryugap Lim) 한국산학기술학회 2020 한국산학기술학회논문지 Vol.21 No.12

본 연구에서는 시설원예 농가 중 지하수 수질에 문제가 있는 농가와 지하수를 원활히 사용하는 농가의 수질성분을 분석하고 비교하였다. 이를 통해, 국내 수경재배 시설을 대상으로 지하수 수질에 따라 양액 재배용 원수로 사용가능성을 평가하였다. 지하수 수질에 문제가 없는 농가의 지하수는 평균적으로 pH 6.61, EC 0.27 dS/m, NO₃-N 7.64mg/L, NH₄<SUP>+</SUP>-N 0.80 mg/L, PO₄-P 0.09 mg/L, K<SUP>+</SUP> 6.26 mg/L, Ca<SUP>2+</SUP> 18.57 mg/L, Mg<SUP>2+</SUP> 4.38 mg/L, Na<SUP>+</SUP> 20.85mg/L, Cl- 18.10 mg/L, S²- 7.97 mg/L, HCO₃- 55.06 mg/L, Fe 0.09 mg/L, Mn 0.01 mg/L, Zn 0.04 mg/L, Cu 0.01 mg/L, B 0.04 mg/L, Si<SUP>4+</SUP> 8.93 mg/L, Mo 0.01 mg/L로 나타났으며, 모두 양액 재배용 원수의 수질기준을 만족하였다. 반면, 지하수 수질에 문제가 있는 농가의 경우 대다수의 항목이 양액재배용 원수의 수질기준을 초과하였다. 이러한 성분분석 결과로 보아 작물재배에 적합하지 않은 수질의 지하수를 정수하여 원수로 사용하는 것은 지하수의 재충전, 토양정화 측면에서 효과가 있다고 판단된다. 본 연구결과를 바탕으로 농업용 정수시스템을 구성한다면 우선처리 대상 항목 및 연계 항목을 추측할 수 있어 설계가 용이할 것으로 판단된다. 또한 이러한 농업용 정수시스템을 정착시킨다면 시설원예 단지에서 직접 지하수를 사용하면서 재충전 및 재이용할 수 있고, 결과적으로 지속가능한 농업과 국토 정화에 이바지 할 수 있는 기본 정보를 제공한다. This study analyzed groundwater quality in hydroponic cultivation facilities. Through this study, the possibility of groundwater use was evaluated according to the quality of the groundwater for hydroponic cultivation facilities. Good groundwater quality, on average, is pH 6.61, EC 0.27 dS/m, NO₃-N7.64 mg/L, NH₄<SUP>+</SUP>-N 0.80 mg/L, PO₄-P 0.09 mg/L, K<SUP>+</SUP> 6.26 mg/L, Ca<SUP>2+</SUP> 18.57 mg/L, Mg<SUP>2+</SUP> 4.38 mg/L, Na<SUP>+</SUP>20.85 mg/L, etc. All of these satisfy the water quality standard for raw water in nutrient cultivation. But in the case of farmers experiencing problems with groundwater quality, most of the items exceeded the water quality standard. As a result of the analysis, it was judged that purifying groundwater of unsuitable quality for crop cultivation, and using it as raw water, was effective in terms of water quality and soil purification. If an agricultural water purification system is constructed based on the results of this study, it is judged that the design will be easy because the items to be treated can be estimated. If a purification system is established, it can use groundwater directly in the facility and for horticulture. These study results will be available for use in sustainable agriculture and environments.

고온기 야간 히트펌프 냉방에 따른 온실 온습도 및 에너지 사용량 비교 분석

이태석 ( Taeseok Lee ),김진구 ( Jin-gu Kim ),박석호 ( Seok-ho Park ),이충근 ( Choungkeun Lee ) 한국농업기계학회 2021 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.26 No.2

우리나라는 4계절이 뚜렷하며 시설하우스는 주로 겨울철 저온기의 작물 재배에 초점을 두고 있다. 시설 하우스의 이용율을 높이기 위해 여름철에도 작물을 재배하는 농가가 있으나 우리나라의 기후 특성상 여름철에는 기온이 높아 작물 재배가 어렵다. 2009년부터 지열히트펌프가 농가에 보급되기 시작하여 현재는 공기 열히트펌프를 포함한 히트펌프 시스템의 보급면적이 증가추세에 있다. 히트펌프는 1대의 장치로 냉방과 난방을 모두 할 수 있는 장점이 있지만 우리나라에서는 난방부하에 맞추어 시스템을 설계하고 있어 고온기 활용도가 낮은 편이다. 본 연구에서는 경상남도 함안군에 위치한 벤로형 유리온실(폭 6.4m, 측고 5.3m, 동고 6.2m, 길이 36m) 2개동에서 7월 16일부터 8월 18일까지 약 한 달간 야간에 히트펌프로 냉방을 하여 온실 온습도 변화와 에너지 소비량을 측정하고 관행 온실과 비교하였다. 관행 온실은 야간에 천측창 환기, 즉 자연환기를 통해 온실의 야간 환경을 관리하였고, 시험 온실은 천측창을 모두 닫고 히트펌프로 냉방하였다. 야간 관행 온실의 평균 온습도는 25.2℃, 85.1%였고, 히트펌프로 냉방한 시험 온실의 평균 온습도는 23.4℃, 82.4%였다. 이때 야간 외부의 평균 온습도는 24.4℃, 88.2%로 관행 온실의 온도는 외기보다 0.8℃ 높았으나 시험 온실은 외기보다 1.0℃ 낮아 관행 온실보다 1.8℃ 낮게 관리되었다. 평균 습도는 관행 온실 85.1%, 시험 온실 82.4%로 시험 온실에서 더 낮게 나타났으며 이는 냉방 시 FCU를 이용하여 온실 내 공기가 지속적으로 순환한 것이 원인이라 판단된다. 히트펌프 사용 시 소모한 전력량은 5,354.3kWh로 농사용 전력량(을, 고압) 요금을 기준으로 186,863원의 전기 요금이 추가된다. 따라서 작물 재배 시에는 작물의 출하 기간을 고려하고, 히트펌프의 사용 시간을 조절하여 이용다면 작물 재배에 더 적합한 환경을 만들면서도 경제성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

외부 광환경 및 생육도일온도가 딸기 생산량에 미치는 영향

이태석(Taeseok Lee),김진구(Jingu Kim),박석호(Seokho Park),이재한(Jaehan Lee),한길수(Kilsu Han),문종필(Jongpil Moon) (사)한국생물환경조절학회 2022 생물환경조절학회지 Vol.31 No.4

온실 내 수분 수집 및 과습 예방을 위한 차광망 표면성질 기초 연구

이태석 ( Taeseok Lee ),유영선 ( Youngsun Ryou ),김형권 ( Hyungkweon Kim ),김영화 ( Younghwa Kim ),오성식 ( Sungsik Oh ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2

우리나라 시설원예 재배면적은 약 53,000ha로써 그 중 70%가 무가온 재배 온실이다. 무가온 온실은 가온 온실에 비해 상대습도 조절이 용이하지 않아 과습으로 인한 병해 발생 예방이 어렵다. 무가온 온실에서 동절기 야간, 새벽에 상대습도가 100%를 초과하게 되면 안개 및 결로가 발생하고 작물체에 결로가 생기면 곰팡이병 등의 습해를 유발한다. 1970년대부터 물이 부족한 지역에서 안개바람으로부터 물을 수집하는 방법에 관한 연구가 제시되고 있는데, 이는 나미브 사막의 딱정벌레가 안개로부터 물을 수집하여 마시는 행동을 관찰하고 모사한 것이다. 현재 캐나다에서는 안개가 자주 발생하는 지역에 ‘Fog Cather’라는 그물망을 설치해 물을 수집하고 식수로 활용하고 있다. ‘Fog Cather’는 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 그물로 농업시설에서 쉽게 볼 수 있는 차광망(shade cloth)이다. 따라서 차광망을 활용한 과습예방장치를 제작하여 과습한 온실 내 안개를 제거하고 작물체에 발생하는 결로를 줄이기 위한 방법 중 하나 이용할 수 있을 것 판단되며, 이러한 과습예방 장치 제작을 위해 차광망 표면성질에 따른 수분응축량 및 수분배출량을 조사하였다. 시험방법은 발수성 시험방법(KS K 0590)을 참고하여 응용하였다. 11cm×11cm 시편을 제작하고 시편에 전면 친수코팅, 가로패턴(1cm, 0.5cm 간격) 친수코팅, 세로패턴(1cm, 0.5cm 간격) 친수코팅, 격자패턴(1cm, 0.5cm 간격) 친수코팅을 하였다. 각 시편에 가습기(분무량 800cc/h)를 이용하여 2분간 물을 뿌려준 후 시편의 증가한 무게(수분응축량), 시편에서 떨어진 물의 양(수분배출량)을 측정하여 비교하였다. 수분응축 및 배출량이 1g 이하로 매우 작은 값이기 때문에 3반복 시험 후 분산분석(일원배치법)으로 시험 결과의 타당성을 분석하였다. 시험 결과 시편을 그대로 사용하였을 경우(소수성)수분응축량은 0.98g, 수분배출량은 0.31g 이었고, 전면 친수코팅 시에는 수분응축량 0.75g, 수분배출량 0.63g으로 시편에 맺히는 물의 양은 적었으나 배출량이 증가하였다. 격자패턴 간격에 따라서는 격자패턴 간격에 좁을수록 수분응축량 및 배출량이 증가하는 경향을 보였다.

수경재배 지하수 활용을 위한 정수 부하량 평가

이태석(Taeseok Lee),손진관(Jinkwan Son),진유정(Yujeong Jin),백이(Yee Paek),장재경(Jaekyung Jang),임류갑(Ryugap Lim) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11

고온기 포그냉방의 온도 강화 효과 및 작물에 미치는 영향 분석

이태석(Taeseok Lee),김진구(Jingu Kim),한길수(Kilsu Han) 한국원예학회 2022 한국원예학회 학술발표요지 Vol.2022 No.11

동절기 대향류형 환기장치의 온실 내 습도 조절 효과 분석

이태석(Taeseok Lee),강금춘(Geumchoon Kang),장재경(Jaekyung Jang),백이(Yee Paek),임류갑(Ryugap Lim) (사)한국생물환경조절학회 2020 생물환경조절학회지 Vol.29 No.3

본 연구에서는 겨울철 보온으로 인해 야간 및 새벽에 상대습도가 높아지는 온실에 대향류형 환기장치를 설치하고 그 효과를 분석하였다. 대향류형 환기장치는 크기 0.96×0.65×0.82(W×D×H, m)의 케이스에 크기 0.54×0.40×0.75(W×D×H, m)의 PE소재의 열교환 소자와 급기와 배기를 위한 송풍팬(풍량 6,800m³/h, 소비전력 1.7kW) 2대가 내부에 있다. 환기장치는 총 2대를 이용하였으며 토마토의 적정 생육 환경을 고려하여 설정 습도를 80%하고 18시부터 익일 8시까지 온실 내 온도 및 습도를 측정하고 분석하였다. 관행 온실에서 야간 평균 온도 및 습도는 14.9℃, 82.8%, 시험구 온실에서 야간평균 온습도는 15.1℃, 79.9%로 측정되어 온도는 0.1℃, 습도는 약 3% 차이가 났다. 온실 평균 온도 및 습도를 월별로 비교하고 독립표본 t검정을 통해 분석해 본 결과, 유의수준 1%에서 각 월의 온도는 차이가 없는 것으로 나타났으며 습도는 차이가 있다고 판단된다. 따라서 대향류형 환기장치의 사용이 온실의 습도를 관리하고 작물 생육에 적합환 환경을 조성하여 작물 생산성 향상에 도움을 줄 수 있다고 판단된다. 이 외에도 환기장치 사용에 따른 난방비 증가와 같은 손실적 요소와 이익적 요소를 복합적으로 고려한 추가적인 연구도 필요할 것으로 사료된다. In this study, the humidity control effect of a counter-flow ventilator was analyzed in a greenhouse with high relative humidity at night in the winter season. A case of the counter-flow ventilator was 0.96 × 0.65× 0.82(W× D × H, m) and there were heat transfer element and two fans for air supply and exhaust in the counter-flow ventilator. Two counter-flow ventilators were used in this study and the setting humidity of the ventilators was 80%. The temperature and relative humidity at night(18:00-8:00) in the greenhouse were measured. In a greenhouse without a counter-flow ventilator, the average temperature and humidity was 14.9°C, 82.8%, respectively. When the counter-flow ventilator was operated, the corresponding averages were 15.1°C, 79.9%. The independent sample t test of monthly temperature and relative humidity showed no difference in temperature, and a significant difference in relative humidity with 1% of the significance level. Therefore, using the counter-flow ventilator helps to control relative humidity in greenhouse and increase yield.. And further research considering the pros and cons of using the counter-flow ventilator is needed.