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문제 정의
- 본 연구에서는 연동형 온실에 사용되는 보온커튼의 보온성을 향상시키기 위해 단동형 온실의 터널 보온자재로 많이 사용되고 있는 다겹보온자재와 기존의 부직포, 알루미늄스크린 등의 열관류량을 측정하여 상대적인 보온성을 비교하고 두께가 두꺼운 다 겹 보온 자재를 이용하여 연동형 온실에 적용할 수 있는 고장이 적고 작동이 원활한 커튼 개폐장치를 개발하여 작물재배 및 난방 연료 절감효과를 검토하고자 수행하였다.
제안 방법
- 겨울철 난방연료가- 많이 소모되는 대규모 연동형 온실의 보온성을 향상시키기 위해 터널용 보온자재로 많이 사용되는 다겹보온커튼을 이용하여 기존의 부직포, 알루미늄스크린 등과 보온성을 상대적으로 비교하였다. 또한 다겹보온자재는 보온성이 높으나 두께가 두꺼워 전동모터를 이용한 자동개폐장치를 구성하기 어려운 단점이 있으므로 연동형 온실에 적용할 수 있는 고장이 적고 작동이 원활한 커튼 개폐장치를 개발하여 작물 재배 및 난방연료 절감효과를 검토하였다.
- 권취식 개폐방법은 보온이 필요 없을 때 다겹보온자재를 걷어 외부 일사가 온실 내부로 유입되도록 하는 커튼의 열림 작동에 적용하여 Fig. 5에서 보는 바와 같이 예인드럼을 설치한 반대쪽 기둥 곡부 물받이 아래에 다겹보온자재의 한쪽 끝을 고정시키고 권취축 파이프에 열림모터를 부착하여 보온자재와 예인선을 동시에 권취하도록 설계하였다. 또한 열림 작동이 완료되었을 때 곡부물받이의 하부에 밀착되어 보온커튼에 의해 식재된 작물에 형성되는 그늘면적을 최대한 줄일 수 있도록 구성하였다.
- 6에서 보는 바와 같이 온실 폭을 기준으로 중앙에서 양쪽으로 절개되도록 커튼클립으로 고정시킨 부직포를 예인하여 개폐하는 방식이다. 그에 비해 다겹보온커튼은 보온자재를 7.3 m 정도 폭으로 재단하여 한쪽 기등에서 반대쪽 기둥까지의 온실 폭 전체를 한꺼번에 예인 및 권취하여 개폐하는 형태로 설계하였다. 또한 부직포커튼과 같은 예인식 개폐방법은 도르레와 예인선을 이용하여 여러 동의 커튼을 모터 한대로 작동시키는 방식이므로 각 동마다 개별적인 커튼개폐가 어렵지만 다 겹 보온커튼은 연동온실에서 각 동마다 커튼을 개폐시킬 수 있도록 구성함으로써 정지, 유인 등의 관리작업 시에도 활용할 수 있도록 하였다.
- 기존의 연동형 플라스틱 온실에는 부직포커튼이 설치되어 있는 경우가 많은데, 다겹보온커튼은 이러한 온실의 보온성을 좀더 향상시키기 위한 목적에 중점을 두고 두 가지 커튼방식에 대해 특징 및 보온효과를 비교분석하였다. 부직포커튼이 적용된 농가보급형 비닐하우스 1-2W형의 경우 온실의 폭이 7 m이므로 보온자재의 폭을 3.
- 다겹보온자재를 이용하여 개폐모터, 개폐축, 예인선, 권취드럼, 클러치 등으로 예인 권취식 수평커튼 개폐 장치를 구성하였으며 , 수원에 소재한 원예연구소 탑동 포장의 농가보급형 자동화 하우스 1-2W형, (폭 7 m, 동고 4.55 m, 길이 45 m) 온실에 개발한 다 겹 보온 커튼 개폐 장치와 2층 구조의 부직포커튼을 설치하여 2003년 2월부터 5월까지 풋고추를 재배하면서 생육 및 초기수량, 온풍난방용 경유 소모량 등을 조사하여 작물 재배 온실에서의 보온효과를 비교하였다.
- 1 과 같이 두께 50 mm 스티로폼 단열소재로 가로 X 세로 X 높이 100 mm인 단위 체적의 스티로폼 단열 박스를 제작하고 인공환경 제어실 내에서 단열박스 외부의 기온을 일정하게 유지하였다. 단열 박스 내부에는 전열선(IkW, 120 m)을 바닥에 고르게 분포시켜 온도센서(PT 100Q)로 박스 내부 기온을 일정하게 유지할 수 있도록 구성하였으며 , 열관류센서 (MF-9, EKO)를 이용흐} 여 보온자재를 통해 관류되는 열량을 상대적으로 비교하였다.
- 비교하였다. 또한 다겹보온자재는 보온성이 높으나 두께가 두꺼워 전동모터를 이용한 자동개폐장치를 구성하기 어려운 단점이 있으므로 연동형 온실에 적용할 수 있는 고장이 적고 작동이 원활한 커튼 개폐장치를 개발하여 작물 재배 및 난방연료 절감효과를 검토하였다. 다겹보온자재와 부지포, 알루미늄스크린 등의 보온커튼용 자재의 열 관류량을 측정하여 상대적인 보온효과를 비교한 결과 부직포에 비해 알루미늄스크린의 열관류량이 적었고, 알루미늄 및 화학솜의 3겹보온자재와 다겹보온자재는 알루미늄스크린에 비해 열관류량이 각각 23.
- 3 m 정도 폭으로 재단하여 한쪽 기등에서 반대쪽 기둥까지의 온실 폭 전체를 한꺼번에 예인 및 권취하여 개폐하는 형태로 설계하였다. 또한 부직포커튼과 같은 예인식 개폐방법은 도르레와 예인선을 이용하여 여러 동의 커튼을 모터 한대로 작동시키는 방식이므로 각 동마다 개별적인 커튼개폐가 어렵지만 다 겹 보온커튼은 연동온실에서 각 동마다 커튼을 개폐시킬 수 있도록 구성함으로써 정지, 유인 등의 관리작업 시에도 활용할 수 있도록 하였다.
- 5에서 보는 바와 같이 예인드럼을 설치한 반대쪽 기둥 곡부 물받이 아래에 다겹보온자재의 한쪽 끝을 고정시키고 권취축 파이프에 열림모터를 부착하여 보온자재와 예인선을 동시에 권취하도록 설계하였다. 또한 열림 작동이 완료되었을 때 곡부물받이의 하부에 밀착되어 보온커튼에 의해 식재된 작물에 형성되는 그늘면적을 최대한 줄일 수 있도록 구성하였다.
- 4에서 보는 바와 같이 온실의 한쪽 기둥 측고부위에 베어링으로 회전축을 고정하고 닫힘모터와 예인드럼을 부착하여 예인선이 드럼의 요홈에 감기면서 다겹보온자재를 끌어당겨 펼칠 수 있도록 설계하였다. 예인선에 전달되는 장력이 일정수준 이상으로 작용하게 되어 보온자재를 일정한 속도로 예인할 수 없게 되면 다른 예인선의 장력과 동일하게 될 때까지 예인드럼이 공회전하도록 하여 여러 가닥의 예인선이 서로 균형을 맞추면서 닫힘 작동을 원활하게 할 수 있도록 구성하였다.
- 예인식 개폐방법은 다겹보온자재를 펼쳐 온실 내부공간을 보온하는 커튼의 닫힘 작동에 적용하여 Fig. 4에서 보는 바와 같이 온실의 한쪽 기둥 측고부위에 베어링으로 회전축을 고정하고 닫힘모터와 예인드럼을 부착하여 예인선이 드럼의 요홈에 감기면서 다겹보온자재를 끌어당겨 펼칠 수 있도록 설계하였다. 예인선에 전달되는 장력이 일정수준 이상으로 작용하게 되어 보온자재를 일정한 속도로 예인할 수 없게 되면 다른 예인선의 장력과 동일하게 될 때까지 예인드럼이 공회전하도록 하여 여러 가닥의 예인선이 서로 균형을 맞추면서 닫힘 작동을 원활하게 할 수 있도록 구성하였다.
- 다겹보온자재는 여러 겹으로 누빈 조합형 보온자재이므로 두께가 두껍고 화학솜, 폴리폼 등 연신되기 쉬운 자재를 이용하므로 장기간 사용 시 커튼 개폐장치의 예인선이나 보온자재가 처지게 될 우려가 있.으므로 예인식과 권취식 개폐방법을 동시에 적용하여 보온커튼 개폐장치를 구성하였다. 시험용 온실에 다겹보온커튼과 부직포커튼을 설치하고 풋고추를 재배한 결과 다겹보온커튼 설치 온실에서 풋고추의 생육이 유리하였고 초기수량도 27% 정도 증수되었으며, 경유 온풍기의 난방연료 소모량은 46% 정도 절감되었다.
- 어렵다는 단점이 있다. 전 등(1997)은 연동형 온실의 보온커튼 개폐장치를 개선하기 위해 지지롤러식, 타이밍 벨트식, 축베이링식 의 개폐방법 중 축 베어링 식이 효율적이라고 보고한 바 있으며, 본 연구에서는 예인선과 드럼을 이용하는 기존의 알루미늄스크린이나 부직포커튼에 주로 사용되는 예인식 개폐방법과 비닐하우스의 환기창 개폐장치 등에 주로 사용되는 권취식 개폐 방법을 동시에 적용하여 두꺼운 보온자재를 원활하게 개폐할 수 있도록 수평 예인 및 권취방식 보온커튼 개폐 장치를 구성하였다. 다겹보온커튼 개폐장치를 구성하는 자재에 대한 사양을 Table 2에 나타내었다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용한 다겹보온자재는 각기 다른 종류의 보온용 자재 5겹&로 구성되어 있어 보온커튼 개폐 시 마찰되는 면을 보호하기 위한 폴리프로필렌 소재 (12x12x160 mm)에 부직포(80 g/m2), 화학솜(170 g/m2), 폴리폼(1 mm), 부직포(40 g/nf)의 순으로 자재를 겹쳐 누빈 조합형 보온자재이다. 다겹보온자재를 구성하고 있는 자재 중 보온성을 유지하기 위해 사용되는 폴리폼, 화학솜, 부직포의 열관류 특성을 파악하기 위해 단열 박스를 이용하여 각 자재별로 내부 표면과 외부 표면 사이의 열관류량을 측정하여 비율을 분석한 결과, Table 1에서와 같이 폴리폼 98.
- 온실의 보온용 커튼자재로 사용되고 있는 PE, 부직포, 알루미늄스크린과 알루미늄 및 화학솜의 조합자재, 다겹보온자재의 보온성을 서로 비교하기 위해 Fig. 1 과 같이 두께 50 mm 스티로폼 단열소재로 가로 X 세로 X 높이 100 mm인 단위 체적의 스티로폼 단열 박스를 제작하고 인공환경 제어실 내에서 단열박스 외부의 기온을 일정하게 유지하였다. 단열 박스 내부에는 전열선(IkW, 120 m)을 바닥에 고르게 분포시켜 온도센서(PT 100Q)로 박스 내부 기온을 일정하게 유지할 수 있도록 구성하였으며 , 열관류센서 (MF-9, EKO)를 이용흐} 여 보온자재를 통해 관류되는 열량을 상대적으로 비교하였다.
성능/효과
- 3에 나타냈다. 그림에서 보는 바와 같이 알루미늄스크린의 열관류량이 시간당 2, 193.0 W/m2, 부직포가 2, 253.2 W/m2으로 나타나 상대적으로 알루미늄스크린의 보온성이 좋은 것으로 나타났다. 또한 알루미늄 + 화학솜(170g/m2) +알루미늄 3겹보온자재는 시간당 2, 634.
- 5 Z/lOaS. 나타나 다겹보온커튼을 설치한 온실에서 46% 정도의 연료절감 효과가 나타났다.
- 조합형 보온자재이다. 다겹보온자재를 구성하고 있는 자재 중 보온성을 유지하기 위해 사용되는 폴리폼, 화학솜, 부직포의 열관류 특성을 파악하기 위해 단열 박스를 이용하여 각 자재별로 내부 표면과 외부 표면 사이의 열관류량을 측정하여 비율을 분석한 결과, Table 1에서와 같이 폴리폼 98.2%, 화학솜 89.8%, 부직포 92.2%, 다겹보온자재 58.9%로 나타나 단일소재의 보온자재를 여러 겹으로 누벼 조합함으로써 열관류 비율이 낮아져 다겹보온자재의 보온효과가 나타나는 것으로 판단되었다.
- 또한 다겹보온자재는 보온성이 높으나 두께가 두꺼워 전동모터를 이용한 자동개폐장치를 구성하기 어려운 단점이 있으므로 연동형 온실에 적용할 수 있는 고장이 적고 작동이 원활한 커튼 개폐장치를 개발하여 작물 재배 및 난방연료 절감효과를 검토하였다. 다겹보온자재와 부지포, 알루미늄스크린 등의 보온커튼용 자재의 열 관류량을 측정하여 상대적인 보온효과를 비교한 결과 부직포에 비해 알루미늄스크린의 열관류량이 적었고, 알루미늄 및 화학솜의 3겹보온자재와 다겹보온자재는 알루미늄스크린에 비해 열관류량이 각각 23.3%, 43.0% 적게 나타나 다겹보온자재의 보온성이 우수한 것으로 판단되었다. 다겹보온자재는 여러 겹으로 누빈 조합형 보온자재이므로 두께가 두껍고 화학솜, 폴리폼 등 연신되기 쉬운 자재를 이용하므로 장기간 사용 시 커튼 개폐장치의 예인선이나 보온자재가 처지게 될 우려가 있.
- 다겹보온커튼과 부직포커튼 설치 온실에서 풋고추를 재배한 결과 Fig. 8과 같이 다겹보온커튼을 설치한 온실에서 풋고추의 주경장이 초기에 빠르게 증가하였고, 초장이 길었으며, 분지수도 많은 것으로 나타났다. 풋고추의 초기수량은 Fig.
- 또한 알루미늄 + 화학솜(170g/m2) +알루미늄 3겹보온자재는 시간당 2, 634.9 W/m?로 부직포에 비해 열관류량이 적었던 알루미늄스크린에 비해 25.6% 적었고, 다겹보온자재는 알루미늄스크린에 비 해열 관류량이 적었던 3겹보온자재보다 23.3%, 알루미늄스크린보다 43.0% 적게 나타나 다겹보온자재의 보온성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 이러한 결과로 기존의 유리온실이나 플라스틱온실에 주로 설치되었던 부직포나 알루미늄스크린 보온자재는 두께가 l~3mm 정도로 얇아 커튼 개폐장치를 자동화하는데 유리하나 다겹보온자재와 같이 두께가 30~50 mm 정도로 두꺼운 보온자재에 비해 상대적으로 열관류량이 많으므로 온실의 보온성을 향상시키기 위해서는 다겹보온자재를 이용한 보온커튼 개폐장치의 개발이 필요할 것으로 판단되 었다.
- 으므로 예인식과 권취식 개폐방법을 동시에 적용하여 보온커튼 개폐장치를 구성하였다. 시험용 온실에 다겹보온커튼과 부직포커튼을 설치하고 풋고추를 재배한 결과 다겹보온커튼 설치 온실에서 풋고추의 생육이 유리하였고 초기수량도 27% 정도 증수되었으며, 경유 온풍기의 난방연료 소모량은 46% 정도 절감되었다.
- 7에서 보는 바와 같이 열림 작동이 종료되어 곡부물받이 아래에 거치되어 있을 때 커튼클립에 의해 예인되기 때문에 보온자재가 접히는 폭이 넓고 일정하게 정리되지 않아 하우스 내부의 작물 식재부위에 그늘을 형성하게 되지만, 다겹보온커튼의 경우 권취축 파이프에 보온자재가 권취되어 완전 열림 상태에서 곡부물받이 아래에 밀착하여 정리되므로 그늘 면적을 최소화할 수 있다. 일출직후부터 일몰까지 작물 식재부위의 유효광합성량을 비교해본 결과 다겹보온커튼 설치 온실이 부직포커튼 설치 온실에 비해오전, 오후에 유효광합성량이 많았고 시간대별로 고른 분포를 보였다.
후속연구
- 0% 적게 나타나 다겹보온자재의 보온성이 가장 우수한 것으로 나타났다. 이러한 결과로 기존의 유리온실이나 플라스틱온실에 주로 설치되었던 부직포나 알루미늄스크린 보온자재는 두께가 l~3mm 정도로 얇아 커튼 개폐장치를 자동화하는데 유리하나 다겹보온자재와 같이 두께가 30~50 mm 정도로 두꺼운 보온자재에 비해 상대적으로 열관류량이 많으므로 온실의 보온성을 향상시키기 위해서는 다겹보온자재를 이용한 보온커튼 개폐장치의 개발이 필요할 것으로 판단되 었다.
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