공기유동 제어기술의 개발을 위한 기초자료를 제공 할 목적으로 토마토 재배 온실의 냉난방과 환기 및 공기유동 관련 실태를 조사하고, 온실유형과 난방방식별 온습도 분포를 실측하여 균일도를 분석하였다. 충남 부여 세도지역의 토마토 재배 온실 136농가를 대상으로 조사한 결과 대부분을 차지하는 단동 플라스틱 온실의 천창 설치 비율이 낮고 환기팬과 유동팬 설치비율도 매우 낮을 뿐만 아니라 설치제원도 편차가 매우 큰 것으로 나타났다. 아치형 단동 플라스틱온실의 천창 환기 구조의 개발보급과 연동곡부의 천창도 지붕상부로 이동시킬 필요가 있으며, 개별 천창구조 및 환기팬과 유동팬에 대한 설치 가이드라인의 제정이 요구된다. 냉방설비를 설치한 농가는 하나도 없었으며 난방방식의 대부분을 차지하는 온풍난방에서 덕트의 설치제원 역시 편차가 큰 것으로 나타났고, 온풍덕트의 배기풍속 및 배기온도 또한 거리에 따른 편차가 매우 큰 것으로 관측되었다. 수출경쟁력 화보를 위한 고품질의 생산물을 연중 안정적으로 생산하기 위해서는 온실냉방기술의 보급이 절실하며 난방방식이나 덕트설치 방식의 개선이 필요한 것으로 판단된다. 온실내 온습도 분포가 균일한지 여부를 판단하는 지표로 사용되고 있는 최대 편차와 실제 균등한 정도를 나타낼 수 있는 균일도와의 관계를 분석해 본 결과 높은 상관관계를 보였으나 주간에는 직선식으로 야간에는 2차 곡선식으로 다르게 표현되었다. 온습도 분포의 균일한 정도를 판정할 수 있는 객관적인 기준이 마련된다면 최대편차 대신 균일도를 지표로 사용하는 것이 더 합리적일 것으로 판단된다. 온실유형과 난방방식에 따라 온 습도분포의 균일도가 상당히 다른 것을 확인할 수 있었으며 야간에는 온수난방의 경우 이랑배관으로, 온풍난방의 경우 온풍덕트의 적절한 배치를 통하여, 주간에는 환기와 공기유동을 통하여 균일도를 개선할 수 있을 것으로 판단되었다.
공기유동 제어기술의 개발을 위한 기초자료를 제공 할 목적으로 토마토 재배 온실의 냉난방과 환기 및 공기유동 관련 실태를 조사하고, 온실유형과 난방방식별 온습도 분포를 실측하여 균일도를 분석하였다. 충남 부여 세도지역의 토마토 재배 온실 136농가를 대상으로 조사한 결과 대부분을 차지하는 단동 플라스틱 온실의 천창 설치 비율이 낮고 환기팬과 유동팬 설치비율도 매우 낮을 뿐만 아니라 설치제원도 편차가 매우 큰 것으로 나타났다. 아치형 단동 플라스틱온실의 천창 환기 구조의 개발보급과 연동곡부의 천창도 지붕상부로 이동시킬 필요가 있으며, 개별 천창구조 및 환기팬과 유동팬에 대한 설치 가이드라인의 제정이 요구된다. 냉방설비를 설치한 농가는 하나도 없었으며 난방방식의 대부분을 차지하는 온풍난방에서 덕트의 설치제원 역시 편차가 큰 것으로 나타났고, 온풍덕트의 배기풍속 및 배기온도 또한 거리에 따른 편차가 매우 큰 것으로 관측되었다. 수출경쟁력 화보를 위한 고품질의 생산물을 연중 안정적으로 생산하기 위해서는 온실냉방기술의 보급이 절실하며 난방방식이나 덕트설치 방식의 개선이 필요한 것으로 판단된다. 온실내 온습도 분포가 균일한지 여부를 판단하는 지표로 사용되고 있는 최대 편차와 실제 균등한 정도를 나타낼 수 있는 균일도와의 관계를 분석해 본 결과 높은 상관관계를 보였으나 주간에는 직선식으로 야간에는 2차 곡선식으로 다르게 표현되었다. 온습도 분포의 균일한 정도를 판정할 수 있는 객관적인 기준이 마련된다면 최대편차 대신 균일도를 지표로 사용하는 것이 더 합리적일 것으로 판단된다. 온실유형과 난방방식에 따라 온 습도분포의 균일도가 상당히 다른 것을 확인할 수 있었으며 야간에는 온수난방의 경우 이랑배관으로, 온풍난방의 경우 온풍덕트의 적절한 배치를 통하여, 주간에는 환기와 공기유동을 통하여 균일도를 개선할 수 있을 것으로 판단되었다.
A survey on the actual state of heating, cooling, ventilation, and air-flow and experimental measurement of temperature and humidity distribution in tomato greenhouse were performed to provide fundamental data required in the development of air-flow control technology. In single-span plastic houses,...
A survey on the actual state of heating, cooling, ventilation, and air-flow and experimental measurement of temperature and humidity distribution in tomato greenhouse were performed to provide fundamental data required in the development of air-flow control technology. In single-span plastic houses, which account for most of 136 tomato greenhouses surveyed, roof windows, ventilation and air-flow fans were installed in a low rate, and installation specs of those facilities showed a very large deviation. There were no farms installed greenhouse cooling facilities. In the hot air heating system, which account for most of heating type, installation specs of hot air duct showed also a large deviation. The exhaust air temperature and wind speed in hot air duct also were measured to have a big difference depending on the distance from the heater. We are using the maximum difference as indicator to determine whether temperature distribution is uniform. However if the temperature slope is not identical in greenhouse, it can't represent the uniformity. We analyzed relation between the maximum difference and the uniformity of temperature and humidity distribution. The uniformity was calculated using the mean and standard deviation of data from 12 measuring points. They showed high correlation but were represented differently by linear in the daytime and quadratic in the nighttime. It could see that the uniformity of temperature and humidity distribution was much different according to greenhouse type and heating method. The installation guidelines for ventilation and air-flow fan, the spread of greenhouse cooling technology for year-round stable production, and improvement of air duct and heating system, etc. are needed.
A survey on the actual state of heating, cooling, ventilation, and air-flow and experimental measurement of temperature and humidity distribution in tomato greenhouse were performed to provide fundamental data required in the development of air-flow control technology. In single-span plastic houses, which account for most of 136 tomato greenhouses surveyed, roof windows, ventilation and air-flow fans were installed in a low rate, and installation specs of those facilities showed a very large deviation. There were no farms installed greenhouse cooling facilities. In the hot air heating system, which account for most of heating type, installation specs of hot air duct showed also a large deviation. The exhaust air temperature and wind speed in hot air duct also were measured to have a big difference depending on the distance from the heater. We are using the maximum difference as indicator to determine whether temperature distribution is uniform. However if the temperature slope is not identical in greenhouse, it can't represent the uniformity. We analyzed relation between the maximum difference and the uniformity of temperature and humidity distribution. The uniformity was calculated using the mean and standard deviation of data from 12 measuring points. They showed high correlation but were represented differently by linear in the daytime and quadratic in the nighttime. It could see that the uniformity of temperature and humidity distribution was much different according to greenhouse type and heating method. The installation guidelines for ventilation and air-flow fan, the spread of greenhouse cooling technology for year-round stable production, and improvement of air duct and heating system, etc. are needed.
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문제 정의
특히 냉난방 온실에서 온습도의 편차가 심해 수량 및 품질이 떨어지는 문제를 해결할 필요성이 있으며 온실내부의 균일한 환경 조건조성을 위해서는 공기유동 제어 기술의 개발이 요구된다. 따라서 본 연구에서는 공기유동 제어기술의 개발을 위한 기초자료를 제공할 목적으로 토마토 재배 온실의 냉난방과 환기 및 공기유동 관련 실태를 조사 분석하고 온실유형과 난방방식별 온습도 분포를 실측하여 균일도를 분석하였다.
만약 여러 측점 중에서 모두 동일한 측정값을 가지나 1점만이 편차를 보일 경우에는 최대편차만으로 균일성을 판단하는 것은 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 균일도(식 2) 또는 균등계수의 개념 (Nam과 Kim, 2007)을도입하여 실측치로부터 최대편차와 균일도 사이의 관계를 분석하고, 온실내 온습도의 균일성을 나타내는 지표로서 사용가능성을 검토하였다.
본연구에서는 실제 토마토 재배 온실에서 실측한 데이터를 이용하여 최대편차와 균일도 사이의 관계를 분석하였다. 태양복사조건이나 난방조건 등이 상이하기 때문에 온도와 습도를 각각 주간(07:00~19:00)과 야간 (19:00~07:00)으로 나누어 분석하였다.
7%를 차지하여 가장 많고 충남에서는 부여군이 가장 많은 면적을 재배하고 있다(KAFTC, 2009). 본연구에서는 토마토 재배온실의 실태를 파악하기 위하여 주요 생산단지를 이루고 있는 부여군 세도면 지역의 토마토 재배 농가를 대상으로 조사를 실시하였다.
요인이다. 이에 관한 기초자료를 구축할 목적으로 유동 팬 및 덕트 시스템에서의 풍속 및 온도 분포를 실측하였다. Fig.
제안 방법
온풍덕트는 단동(Fig. 1(a)) 의경우 좌, 우 2열의 덕트를 따라 10m 간격으로 배기공의 풍속과 온도를 측정하였고, 연동(Fig. 2(a)의 경우 방사형으로 배열된 덕트의 각 지선 끝 배기공의 풍속과 온도를 측정하였다.
2)에서 실시하였다. 단동하는 토경재배, 연동 하우스는 수경재배로 이루어지고 있었으며 , 각각 온풍난방과 온수난방으로 규격이 같은 온실을 1농가씩 근처에서 선정하여 실험을 수행하였다. 온습도는 Fig.
온습도 계측은 난방기간인 2008년 11월 초부터 2009년 4월 상순까지로 토마토 성숙기와 수확기에 걸쳐서 이루어졌다. Table 4(주간)와 Table 5(야간)는 온실 유형과 난방방식별 온도분포의 최대편차와 균일도를 월별로 나타낸 것이고, Table 6(주간)과 Table 7(야간) 은 습도분포를 나타낸 것이다.
단동하는 토경재배, 연동 하우스는 수경재배로 이루어지고 있었으며 , 각각 온풍난방과 온수난방으로 규격이 같은 온실을 1농가씩 근처에서 선정하여 실험을 수행하였다. 온습도는 Fig. 1과 Fig. 2에서 보는바와 같이 각각의 온실을 길이방향 4등분, 폭방향 3등분하여 12개의 격자망&로 나누고 각 격자의 중앙에 데이터로거형 온습도센서(HTR10, Hans system)를 지면에서 1.2m 높이에 설치하여 10분 간격으로 계측하였으며 계측기간은 2008년 11월부터 2009 년 4월까지였다. 온풍난방 온실의 경우, 단동은 고랑 전체에 온풍덕트를 배열하고 있으며(Fig.
온실유형과 난방방식별 온습도 최대편차와 균일도를 분석하기 위하여 토마토 재배 온실의 온습도 분포를 실측하였다. 실험은 충남 부여에 위치한 폭 6.
온실유형을 단동과 연동으로 나누고, 난방방식을 온풍난방과 온수난방을 구분하여 온습도분포를 분석하였다. 온습도 계측은 난방기간인 2008년 11월 초부터 2009년 4월 상순까지로 토마토 성숙기와 수확기에 걸쳐서 이루어졌다.
2(a)와 동일한 규격의 온실이었으며 350mm 직경에 100W 용량의 팬 20대를 기둥 2m 높이에 20m 간격을 설치하여 운용하고 있었다. 유동 팬의 영향을 파악하기 위하여 팬 축을 따라 거리에 따른 풍속을 실측하였다. 온풍덕트는 단동(Fig.
유동팬과 온풍덕트 및 온수난방용 열교환기팬이 설치된 온실에서 온도와 풍속분포를 실측하였다. 유동 팬 설치 온실은 Fig.
주요 조사항목은 온실의 종류, 재배면적, 작기 등의 일반현황, 난방시설의 종류와 용량, 사용연료, 온풍 덕트의 설치규격과 배치형식 등의 난방현황, 냉방시설의 종류와 설치용량 및 운영방식 등의 냉방현황, 측창과 천창의 종류와 규격, 개폐폭과 자동화여부, 환기 팬 설치 대수와 조절방식 등의 환기현황, 그리고 유동 팬의 설치 유무와 설치규격 및 제어방식 등의 공기 유동 현황 등이었다.
본연구에서는 실제 토마토 재배 온실에서 실측한 데이터를 이용하여 최대편차와 균일도 사이의 관계를 분석하였다. 태양복사조건이나 난방조건 등이 상이하기 때문에 온도와 습도를 각각 주간(07:00~19:00)과 야간 (19:00~07:00)으로 나누어 분석하였다. 주간의 온습도 최대편차와 균일도 사이의 관계는 Fig.
온수난방용 열교환기팬 (170W)의 경우에는 팬 높이에서 열교환기로부터의 거리에 따른 풍속과 온도를 측정하였다. 풍속과 온도는 열선풍속계(VT100, Kimo)를 이용하여 각 시스템이 가동 중일 때 반복하여 측정하였다.
대상 데이터
야간이 주간보다 편차가 작고, 균일도는 높은 것으로 나타나고 있는데 이는 다중의 보온커텐을 사용하여 밀폐도가 높기 때문으로 판단된다. 실제 실험온실은 4중 피복 온실로 내부에 3층의 보온커텐(PE, 개폐식)을 사용하고 있었다. 주간의 습도분포는 온도분포와 유사한 경향을 보였으며 야간에는 큰 차이는 없으나 반대로 나타나는 경우도 있었다.
실험은 충남 부여에 위치한 폭 6.1m, 길이 100m인 단동비닐하우스(Fig. 1)와 충남 논산에 위치한 폭 50m, 길이 100m인 7연동 비닐하우스(Fig. 2)에서 실시하였다. 단동하는 토경재배, 연동 하우스는 수경재배로 이루어지고 있었으며 , 각각 온풍난방과 온수난방으로 규격이 같은 온실을 1농가씩 근처에서 선정하여 실험을 수행하였다.
조사는 2009년 3월 현지를 방문하여 실측 및 면접 조사 방법으로 실시흐]였고 조사대상 온실은 136 농가였다. 주요 조사항목은 온실의 종류, 재배면적, 작기 등의 일반현황, 난방시설의 종류와 용량, 사용연료, 온풍 덕트의 설치규격과 배치형식 등의 난방현황, 냉방시설의 종류와 설치용량 및 운영방식 등의 냉방현황, 측창과 천창의 종류와 규격, 개폐폭과 자동화여부, 환기 팬 설치 대수와 조절방식 등의 환기현황, 그리고 유동 팬의 설치 유무와 설치규격 및 제어방식 등의 공기 유동 현황 등이었다.
성능/효과
4~3.5。(2, 균일도는 94.2〜95.8%로 나타나고 있으며, 습도분포의 최대편차는 4.6-12.2%, 균일도는 94.2~98.5%로 나타났다. 자연환기 다연동 온실내 6개 측점간 최대 기온편차는 2.
2〜8.2。( 온도 균일도는 87.8〜89.8%로■ 나타났으며 습도 최대편차 18.9-21.3%, 습도 균일도 87.1~90%로 나타나 온습도 분포가 균일하지 못한 것을 알 수 있었다. 주간환기와 공기 유동의 개선을 통하여 균일한 환경조건을 만들 수 있은 연구개발이 필요한 것으로 판단된다.
그러나 실태조사 결과 토마토 재배 농가에서 유동팬을 설치한 경우는 5.9%에 불과했으며 10a당 설치 대수는 평균 3.1 ± 1.5대, 유동팬 설치높이는 1.9 士 0.3m, 설치간격은 온실 길이방향 13.5 ± 8.5m, 폭방향 9.0 士 4.9m로 나타나 편차가 매우 심한 것으로 나타났다. 유동팬 제어방식도 자동 12.
이는 야간 습도가 매우 높아 센서의 추적성에 문제가 있기 때문으로 판단된다. 연동 온실의 경우에는 단동과 반대로 온풍난방방식이 온수 난방방식에 비하여 온습도 편차는 작고 균일도는 높은 것으로 나타났다. 본 실험온실에 설치된 온수 난방방식의 경우 두상배관 및 열교환기 방식&로써 지상에 온풍 덕트를 설치한 온풍난방방식보다 난방효율이나 온습도 균일도가 떨어지는 것으로 판단된다.
5와 같다. 열교환기 팬의 풍속은 유동팬 보다 높았으나 거리에 따른 풍속 편차는 매우 큰 것으로 나타났고 팬 축 높이에서의 온도편차는 3°C 정도로 관측되었다. 실험온실은 팬을 부착한 열교환기 방식을 채택하고 있어 난방과 공기 유동 효과를 동시에 기대할 수 있으나 설치높이가 2m로 작물 높이 이상인 두상배관 방식이라 난방효율은 떨어질 것으로 판단된다(Kim 등, 2000).
2%로 나타났다. 온풍덕트를 설치한 농가 중 덕트에 구멍을 뚫지 않은 농가가 8.9% 이었으며 , 대부분 구멍을 뚫고 있었으나 구멍의 크기는 평균 5.4± 2.4cm, 배기공 간격은 평균 3.2± 1.8m로 편차가 매우 큰 것으로 나타났다. 이는 난방중인 온실의 온도편차가 심한 이유 중 하나이므로(Lindley와 Whitaker, 1996) 유동팬을 이용한 공기 교반뿐 아니라 덕트의 배치, 배기공의 크기와 간격 등의 설치기준을 정립하여 농가지도에 활용할 필요가 있는 것으로 판단된다.
05는 유의수준 5%로 분석한 결과를 의미하는 것으로서 본 논문에서 나오는 평균 분석은 모두 이와 같은 방법으로 분석하였음을 밝혀둔다. 측창 개폐 방식은 모터를 이용한 자동개폐가 79.4%, 권취기를 이용한 수동개폐가 20.6%로 나타났다. 연동온실의 경우, 모두 권 취식 천창을 설치하고 있었으나 단동온실의 경우에는 창문이나 굴뚝식 등 천창을 설치한 농가가 32%, 설치하지 않은 농가가 68%로 나타났다.
후속연구
자연환기를 극대화하기 위해서는 천창의 설치가 필수적인데 아치형 플라스틱 단동온실의 경우, 천창을 설치한 경우가 많지 않고, 일부 굴뚝식 등의 천창을 설치하고 있으나 설치 간격, 크기 등의 설치기준이 명확하지 않아 효과를 기대하기 어려운 실정이다. 따라서 아치형 단동 플라스틱 온실의 천창환기 구조를 개발하여 보급함과 아울러 연동 곡부의 천창도 지붕상부로 이동시킬 필요가 있을 것으로 판단되며, 이미 설치되어 있는 굴뚝식 등의 독립된 천창구조에 대하여는 효율을 검증하고 설치기준 등의 제정이 요구된다. 자연환기가 부족할 경우에는 강제환기시스템의 도입이 필요하다.
미국 농공학회 기준(Nam과 Kim, 2007)에 의하면 관수 균일도의 경우 95% 이상이면 매우양호, 93% 이상이면 양호, 89% 이상이면 보통, 89% 미만이면 불량, 85% 미만이면 사용불가로 판정하고 있다. 이 기준을 적용할 경우 실험온실의 온습도 분포는 대체로 양호한 수준 이상으로 판정할 수 있지만 Fig. 6과 7에서 보는 바와 같이 불량한 수준도 상당수 존재하고 있어 판정하기가 곤란하므로 보다 객관적인 기준이 마련되어야 할 것으로 판단된다.
이러한 국내 여건 하에서 토마토 생산량의 일부가 수출 확대로 이어진다면 앞으로 국내 토마토 수급 및 가격안정에 크게 도움이 될 것으로 보이며, 토마토 재배 농가의 소득증대에 기여할 수 있을 것이다. 생산 측면에서 본 토마토 수출의 문제점으로 국내가격과 수출가격의 역전에 의한 수출포기, 수출시장에 맞는 품질관리의 어려움과 출하량의 불안정을 꼽고 있다(Park, 2009).
2%로 나타났다. 주간보다는 온습도 분포가 더 균일한 것으로 나타났지만, 고품질 생산을 위해서는 더욱 온습도 편차를 줄이고 균일도를 높일 필요가 있는 것으로 생각되며 난방방식이나 덕트설치 방식의 개선을 통하여 달성할 수 있을 것으로 판단된다.
1~90%로 나타나 온습도 분포가 균일하지 못한 것을 알 수 있었다. 주간환기와 공기 유동의 개선을 통하여 균일한 환경조건을 만들 수 있은 연구개발이 필요한 것으로 판단된다. 야간:의 경우에는 온도 최대편차 2.
생산 측면에서 본 토마토 수출의 문제점으로 국내가격과 수출가격의 역전에 의한 수출포기, 수출시장에 맞는 품질관리의 어려움과 출하량의 불안정을 꼽고 있다(Park, 2009). 환기, 냉난방 및 공기유동 기술의 개발을 통하여 온습도 등의 환경을 균일화함으로써 품질을 향상시키고, 생산량을 증대시킬 수 있으며, 수출시장에 맞는 품질과 출하량의 안정화에 직접적인 영향을 미칠 수 있을 것点 생각한다.
참고문헌 (11)
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