스마트 스프링클러 개발을 위한 원거리 스프링클러의 유량 균등성 향상에 관한 연구 = A Study on the Improvement Flow Uniformity of Long Distance Sprinklers for Smart Sprinklers Development

국문 초록 (Abstract)

밭작물 재배에서 물관리는 생산성과 가장 밀접하고 중요한 농업 작업이다. 최근 인구 고령화로 인해 노동력 부족과 물 절약, 비용 측면에서 스프링클러의 사용이 점차 증가되고 있다. 스프링클러를 사용하는 채소는 주로 잎이 넓어 수분 증발이 많은 양배추, 무, 시금치, 상추 등의 잎채소에 적합하고 양념채소로는 마늘, 양파, 파, 부추 등이 해당 된다. 2025년 기준 잎채소와 양념채소의 재배 면적은 약 17만~19만 ha이며, 농가당 평균 재배 면적은 약 0.3~0.5 ha(약 900~1,500평) 규모로 알려져 있다. 현재 노지 채소 재배의 약 50~60%가 스프링클러 또는 점적 관개를 사용하며, 특히 스프링클러는 5,000 ha 이상인 강원도 고랭지와 전남과 경남의 양파, 마늘 주산지에 집중되어 있다. 또한 노지 재배 면적이 점차 대형화됨에 따라 스프링클러도 중대형에서 대형으로 확대되고 있으나 우리나라의 경우, 대형 스프링클러의 성능은 여전히 선진국에 비해 취약한 것으로 알려져 있다. 스프링클러의 성능은 유량의 균일성과 분사 거리로 평가된다. 이 두 가지의 성능에서 유량 균일성은 분사 거리가 커지면 통상적으로 나빠지는 경향이 있다. 또한 펌프에서 스프링클러의 노즐까지의 압력 강하가 줄어들어야 분사 거리는 늘어나게 된다. 따라서 스프링클러의 내부 마찰과 단면 설계에 영향을 미치는 요인 분석으로 유량 균일성을 개선하고 노즐의 압력 강하를 줄이는 설계가 필요하다. 본 연구에서는 유량 균일성을 평가하기 위해 국내에서 시판 중인 대형 스프링클러와 해외 제품을 대상으로 성능 비교를 실시하였다. 또한 우리나라 대형 스프링클러의 성능 개선을 위해 성능 평가지수를 분석하고, 유량 균일성과 살수거리를 증가시킬 수 있는 새로운 방법을 모색하기 위해 수행하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the cultivation of field crops, irrigation is the agricultural work that is most closely related to productivity. In recent years, due to the aging population, the use of sprinklers is increasing in terms of labor and water savings and cost. Vegetables that use sprinklers are mainly suitable for cases where there is a lot of water evaporation due to their wide leaves, so they include leafy vegetables such as cabbage, radish, spinach, lettuce and seasoned vegetables such as garlic, onions, green onions, and chives. As of 2025, the cultivation area of these leafy vegetables and seasoned vegetables is about 170,000 to 190,000 ha, and the average cultivation area per farmhouse is reported to be about 0.3 to 0.5 ha Currently, about 50-60% of outdoor vegetable cultivation uses sprinklers or drip irrigation. In particular, sprinkler installation is concentrated in the highlands of Gangwon-do, where the area is more than 5,000 ha locally, and in the main onion and garlic producing areas in Jeollanam-do and Gyeongnam. In addition, as the cultivated area of Korea gradually expands, sprinklers are also expanding from medium and small to large. As the use of sprinklers increases, the performance of medium and small sized sprinklers has improved a lot, but large sprinklers are known to be still weak in terms of performance. The performance of sprinklers is largely divided into two. The first is the uniformity of flow rate, and the second is divided into the spray distance. The performance of these two improves not only the flow dispersibility of the sprinkler, but also as the pressure drop from the pump to the nozzle of the sprinkler decreases. A method for improving the flow dispersibility of a sprinkler through analysis of factors that affect the friction in the sprinkler and the design of the cross-section, and reduce the pressure drop to the nozzle can be suggested. In this study, a performance comparison was conducted between large sprinklers commercially available in Korea and overseas products for flow uniformity. In addition, basic research was conducted to analyze the problems through the flow uniformity performance index and to develop new products that can improve flow uniformity.