본 연구에서는 토마토 재배에 적합한 규격을 가지면서 기상재해에 안전한 토마토 재배용 연동 비닐하우스를 설계하였다. 토마토 하우스의 규격은 폭 7m, 측고 4.5m, 동고 6.5m이다. 1995년에 농촌진흥청에서 개발한 1-2W형 하우스와 비교해서 폭은 같지만 측고는 1.8m, 동고는 2m 더 높다. 중방은 작물하중과 장치하중을 견딜 수 있도록 트러스 구조로 설계하였다. 토마토 하우스는 높으면서도 내재해 설계 기준(MIFFAF, 2010)에 맞게 만들어졌다. 즉, 최고 설계 기준인 풍속 $40m{\cdot}s^{-1}$, 적설 40cm 이상에 안전하도록 구조안전성 분석을 통해 하우스 기둥, 서까래 등의 부재 규격과 설치 간격을 설정하였다. 1-2W형 하우스와 달리 토마토 하우스에는 랙-피니언 타입의 천창을 용마루 부분에 설치하여 외부 공기 유입과 자연 환기를 극대화할 수 있도록 하였다. 하우스 높이가 증가하면 난방비는 증가하므로 토마토 하우스에는 보온력이 우수한 다겹 보온커튼을 설치하여 하우스 바깥으로 빠져나가는 열을 최소화하였다.
본 연구에서는 토마토 재배에 적합한 규격을 가지면서 기상재해에 안전한 토마토 재배용 연동 비닐하우스를 설계하였다. 토마토 하우스의 규격은 폭 7m, 측고 4.5m, 동고 6.5m이다. 1995년에 농촌진흥청에서 개발한 1-2W형 하우스와 비교해서 폭은 같지만 측고는 1.8m, 동고는 2m 더 높다. 중방은 작물하중과 장치하중을 견딜 수 있도록 트러스 구조로 설계하였다. 토마토 하우스는 높으면서도 내재해 설계 기준(MIFFAF, 2010)에 맞게 만들어졌다. 즉, 최고 설계 기준인 풍속 $40m{\cdot}s^{-1}$, 적설 40cm 이상에 안전하도록 구조안전성 분석을 통해 하우스 기둥, 서까래 등의 부재 규격과 설치 간격을 설정하였다. 1-2W형 하우스와 달리 토마토 하우스에는 랙-피니언 타입의 천창을 용마루 부분에 설치하여 외부 공기 유입과 자연 환기를 극대화할 수 있도록 하였다. 하우스 높이가 증가하면 난방비는 증가하므로 토마토 하우스에는 보온력이 우수한 다겹 보온커튼을 설치하여 하우스 바깥으로 빠져나가는 열을 최소화하였다.
This study aimed to develop the multi-span plastic greenhouse which is suitable for tomato cultivation and is safe against climatic disasters such as typhoon or heavy snow. The width and heights of eaves and ridge of newly developed tomato greenhouse are 7, 4.5 and 6.5 m, respectively. The width is ...
This study aimed to develop the multi-span plastic greenhouse which is suitable for tomato cultivation and is safe against climatic disasters such as typhoon or heavy snow. The width and heights of eaves and ridge of newly developed tomato greenhouse are 7, 4.5 and 6.5 m, respectively. The width is the same but the eaves and ridge heights are 1.8 and 2 m higher than conventional 1-2 W greenhouses, respectively. Cross beam has been designed as a truss structure so it can sustain loads of tomato and equipment. Tomato greenhouse has been designed according to climatic disaster preventing design standard maintaining the high height. In other words, the material dimensions and interval of materials including column and rafter have been set to stand against $40m{\cdot}s^{-1}$ of wind and 40 cm of snow. Tomato greenhouse has been equipped with rack-pinion type roof vents which have been used in glass greenhouse in order to prevent excessive rise in air temperature. This vent type is different from that of 1-2 W type greenhouse which is made by rolling up and down the vinyl at upper part of column. Roof vents are installed at ridge, and thus external air inflow and natural ventilation are maximized. As the height increases, heating cost increase as well and, therefore, tomato greenhouse has been equipped with multi-layered thermal curtain, of which thermo-keeping is excellent, to prevent heat from escaping.
This study aimed to develop the multi-span plastic greenhouse which is suitable for tomato cultivation and is safe against climatic disasters such as typhoon or heavy snow. The width and heights of eaves and ridge of newly developed tomato greenhouse are 7, 4.5 and 6.5 m, respectively. The width is the same but the eaves and ridge heights are 1.8 and 2 m higher than conventional 1-2 W greenhouses, respectively. Cross beam has been designed as a truss structure so it can sustain loads of tomato and equipment. Tomato greenhouse has been designed according to climatic disaster preventing design standard maintaining the high height. In other words, the material dimensions and interval of materials including column and rafter have been set to stand against $40m{\cdot}s^{-1}$ of wind and 40 cm of snow. Tomato greenhouse has been equipped with rack-pinion type roof vents which have been used in glass greenhouse in order to prevent excessive rise in air temperature. This vent type is different from that of 1-2 W type greenhouse which is made by rolling up and down the vinyl at upper part of column. Roof vents are installed at ridge, and thus external air inflow and natural ventilation are maximized. As the height increases, heating cost increase as well and, therefore, tomato greenhouse has been equipped with multi-layered thermal curtain, of which thermo-keeping is excellent, to prevent heat from escaping.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 토마토 재배에 적합한 규격을 가지면서 구조적으로도 내재해 최고 설계 기준을 만족하며, 보온력이 우수한 비닐하우스를 개발하고자 하였다.
본 연구에서는 토마토 재배에 적합한 규격을 가지면서 기상재해에 안전한 토마토 재배용 연동 비닐하우스를 설계하였다. 토마토 하우스의 규격은 폭 7m, 측고 4.
서까래 및 방풍벽 부재가 Ø59.9 × 2.3t@4,000, 기둥이 □75 × 75 × 2.3t@4,000의 경우 최대응력이 허용 응력보다 약간 크게 나타났는데, 서까래 보강을 통해서 응력을 줄이고자 하였다.
가설 설정
비닐하우스에 대한 세장비 제한 기준은 현재 제시되어 있지 않으나 강구조설계기준(2005)의 압축부재 세장비 제한 기준인 λ = 200을 적용하고, 기둥의 지점 및 절점조건을 고려하여 유효좌굴길이계수를 K = 1.2(한단고정, 타단 회전구속/이동자유)로 가정하였다(Ryu 등, 2009).
제안 방법
1995년에 개발된 1-2W형 하우스의 설계 풍속은 30m · s−1, 적설심은 19cm인데 비해 토마토 하우스는 높으면서도 내재해 최고 설계 기준(MIFFAF, 2010)인 풍속 40m · s−1, 적설심 40cm 이상에 안전하도록 설계하였다.
전국을 북부, 중부, 남부권역으로 구분하여 북부권역에서는 영월, 춘천, 화천, 중부권역에서는 부여, 논산, 남부권역에서는 사천, 보성, 장성 등 총 8개의 시군을 규격 설정을 위한 조사 대상지역으로 하였다. 각 시군 농업기술센터로부터 추천받은 토마토 재배 농가를 현지 방문하여 시설 유형을 파악하고 적합성을 검토한 후, 100개 대상 농가에 설문지를 우송하여 조사하였으며, 시군별 설문 응답자 분포는 Table 1과 같다. 응답자 82개 농가 중에서 연동 온실을 운용하고 있는 37개 농가를 분석 대상으로 하였다.
조사 내용은 온실 형태별 폭, 동고, 측고, 길이, 구조개선(하우스 폭 및 중방 높이) 희망사항, 하우스 설치 방향, 피복자재 종류 및 교체주기, 보온자재 현황 및 제원, 난방방법, 난방기 용량, 온도 관리방법, 설정온도, 재식방법 등이었다. 농가의 구조개선 희망사항을 분석하여 토마토 재배용 연동 비닐하우스의 규격을 도출하였다.
5m 정도가 되어야 한다. 따라서 토마토 하우스의 폭은 7m 로 설정하였으며, 측고는 중방 하부까지의 높이 3.6m, 중방 트러스의 높이 0.3m, 다겹보온커튼과 차광커튼의 높이 0.6m를 고려하여 4.5m로 설정하였다. 동고는 6.
5m로 증가시키면 설계하중은 풍속 35m · s−1에서 19m · s−1 정도로 크게 저하되며 특히 방풍벽이 취약하다(Ryu 등, 2009). 따라서 효율적인 방풍벽 보강형태를 결정하기 위하여 수평, 1지점 경사, 2지점 경사 보강 등 3가지 보강 형태(Fig. 5 참조)에 대해 구조성능을 분석하였다. 기둥 부재는 □60 × 60 × 2.
서까래 및 방풍벽 부재의 규격을 결정하기 위하여 다양한 규격에 대해 설계 풍속 40m · s−1를 적용하여 구조 안전성 분석을 하였으며, 그 결과는 Table 5와 같다.
3t이었다. 적정보강 위치를 찾기 위해 측고로부터 50cm, 100cm, 150cm 높은 위치에 보강재를 설치하는 경우에 대해 구조안전성을 분석하였다. 설계 풍속 40m · s−1를 적용 하였을 때, 3가지 경우 모두 최대응력이 허용응력보다 작게 나타나 구조적인 안전성을 확보할 수 있었는데 (Fig.
응답자 82개 농가 중에서 연동 온실을 운용하고 있는 37개 농가를 분석 대상으로 하였다. 조사 내용은 온실 형태별 폭, 동고, 측고, 길이, 구조개선(하우스 폭 및 중방 높이) 희망사항, 하우스 설치 방향, 피복자재 종류 및 교체주기, 보온자재 현황 및 제원, 난방방법, 난방기 용량, 온도 관리방법, 설정온도, 재식방법 등이었다. 농가의 구조개선 희망사항을 분석하여 토마토 재배용 연동 비닐하우스의 규격을 도출하였다.
8m, 동고는 2m 더 높다. 중방은 작물하중(3kg/주) 및 장치(다겹보온커튼) 하중을 견딜 수 있도록 트러스 구조로 설계하였다. 1995년에 개발된 1-2W형 하우스의 설계 풍속은 30m · s−1, 적설심은 19cm인데 비해 토마토 하우스는 높으면서도 내재해 최고 설계 기준(MIFFAF, 2010)인 풍속 40m · s−1, 적설심 40cm 이상에 안전하도록 설계하였다.
즉, 최고 설계 기준인 풍속 40m · s−1, 적설 40cm 이상에 안전하도록 구조안전성 분석을 통해 하우스 기둥, 서까래 등의 부재 규격과 설치 간격을 설정하였다.
8t이었다. 측면에 풍하중, 상현재에 커튼하중, 하현재에 작물하중을 적용하였다. 구조성능 분석 결과는 Fig.
토마토 재배에 충분한 높이를 확보하기 위해서는 기둥의 길이를 증가시켜야 하므로 부재의 좌굴 위험도를 고려하여 기둥 부재 규격별 한계 높이를 결정하였다. 기둥의 한계 높이는 중방 하부까지의 높이를 의미한다.
토마토 하우스의 규격을 결정하기 위하여 농가의 연동 비닐하우스 구조실태와 구조개선 희망사항을 조사하였다. 조사대상 농가의 연동 비닐하우스 폭 및 중방 높이 현황을 분석한 결과는 Table 2와 같으며, 희망하는 폭 및 중방 높이를 분석한 결과는 Table 3과 같다.
토마토 하우스의 보온비, 유효체적비 및 골조율을 1995년에 농촌진흥청에서 개발한 1-2W형 하우스(폭 7m, 길이 48m, 3연동)와 비교 분석하였다. 온실의 보온비는 온실의 바닥면적을 온실의 방열면적으로 나눈 값으로 1보다 작다.
토마토 하우스의 부재 규격을 결정하기 위하여 부재 규격과 설치 간격 등을 다양하게 변화시켜가면서 구조 안전성을 분석하였다. 구조해석 모델링 및 수치계산에는 범용 유한요소해석 코드인 VisualFEA(Ver.
토마토는 유인해서 재배하는 작물로서 통상적으로 중방에 유인줄을 설치하기 때문에 작물하중을 견딜 수 있도록 중방을 설계해야 할 필요가 있다. 효율적인 중방형태를 결정하기 위하여 2중 중방, 수직, 트러스 등 3가지 형태(Fig. 3 참조)에 대해 구조성능을 분석하였다. 기둥 부재는 □60 × 60 × 2.
대상 데이터
본 하우스에서는 중방 하부까지의 높이가 3.6m이므로 □60 × 60 × 2.3t, □75 × 75 × 2.3t를 기둥 부재로 사용할 수 있다.
각 시군 농업기술센터로부터 추천받은 토마토 재배 농가를 현지 방문하여 시설 유형을 파악하고 적합성을 검토한 후, 100개 대상 농가에 설문지를 우송하여 조사하였으며, 시군별 설문 응답자 분포는 Table 1과 같다. 응답자 82개 농가 중에서 연동 온실을 운용하고 있는 37개 농가를 분석 대상으로 하였다. 조사 내용은 온실 형태별 폭, 동고, 측고, 길이, 구조개선(하우스 폭 및 중방 높이) 희망사항, 하우스 설치 방향, 피복자재 종류 및 교체주기, 보온자재 현황 및 제원, 난방방법, 난방기 용량, 온도 관리방법, 설정온도, 재식방법 등이었다.
전국을 북부, 중부, 남부권역으로 구분하여 북부권역에서는 영월, 춘천, 화천, 중부권역에서는 부여, 논산, 남부권역에서는 사천, 보성, 장성 등 총 8개의 시군을 규격 설정을 위한 조사 대상지역으로 하였다. 각 시군 농업기술센터로부터 추천받은 토마토 재배 농가를 현지 방문하여 시설 유형을 파악하고 적합성을 검토한 후, 100개 대상 농가에 설문지를 우송하여 조사하였으며, 시군별 설문 응답자 분포는 Table 1과 같다.
구조 설계기준은 허용응력설계법을 따랐다. 파이프의 탄성계수는 200GPa, 프와송비는 0.3, 허용응력은 215MPa을 적용하였다. 구조용 강관(SPVHS)의 허용응력 σa는 안전계수(safety factor)를 1.
이론/모형
09; Intuition Software)를 이용하였으며, 3차원 프레임요소(3D beam element)를 사용하여 해석하였다. 구조 설계기준은 허용응력설계법을 따랐다. 파이프의 탄성계수는 200GPa, 프와송비는 0.
토마토 하우스의 부재 규격을 결정하기 위하여 부재 규격과 설치 간격 등을 다양하게 변화시켜가면서 구조 안전성을 분석하였다. 구조해석 모델링 및 수치계산에는 범용 유한요소해석 코드인 VisualFEA(Ver. 5.09; Intuition Software)를 이용하였으며, 3차원 프레임요소(3D beam element)를 사용하여 해석하였다. 구조 설계기준은 허용응력설계법을 따랐다.
) 을 고려하였다. 풍하중 및 적설하중의 재하방법은 Lee 등(1995)과 (일)시설원예협회(2005)의 기준을 따랐다. 풍하중은 측면 유입 풍속만을 고려하였으며, 하우스에 적용한 풍력계수는 Fig.
성능/효과
설계 풍속 40m · s−1를 적용 하였을 때, 3가지 경우 모두 최대응력이 허용응력보다 작게 나타나 구조적인 안전성을 확보할 수 있었는데 (Fig. 8 참조), 측고로부터의 높이가 높아질수록 부재 길이가 짧아지므로 설치비 절감을 위해 측고로부터 150cm 높이에 보강재를 설치하는 것으로 결정하였다.
토마토 하우스와 1-2W형 하우스에서 2011년 1월 20일부터 7월 31일까지 토마토를 재배한 결과, 토마토 하우스에서의 토마토 초장은 430cm, 10a당 생산량은 10.6톤으로 1-2W형 하우스에 비해 초장은 5%, 생산량은 20% 많은 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 하우스 높이 증가로 인한 난방비 증가에 대해 어떻게 대처하였는가?
1-2W형 하우스와 달리 토마토 하우스에는 랙-피니언 타입의 천창을 용마루 부분에 설치하여 외부 공기 유입과 자연 환기를 극대화할 수 있도록 하였다. 하우스 높이가 증가하면 난방비는 증가하므로 토마토 하우스에는 보온력이 우수한 다겹 보온커튼을 설치하여 하우스 바깥으로 빠져나가는 열을 최소화하였다.
본 연구에서 설계한 토마토 하우스의 규격은 1-2W형 하우스와 어떤 차이가 있나?
5m이다. 1995년에 농촌진흥청에서 개발한 1-2W형 하우스와 비교해서 폭은 같지만 측고는 1.8m, 동고는 2m 더 높다. 중방은 작물하중과 장치하중을 견딜 수 있도록 트러스 구조로 설계하였다.
우리나라 토마토 시설재배 면적은 2001년 대비 2011년에 얼마나 증가하였는가?
우리나라 토마토 시설재배 면적은 2001년 3,218ha 에서 2011년 현재 5,850ha로서 약 82% 정도로 증가하였다(MIFAFF, 2012). 우리나라 토마토 재배용 연동 하우스는 측고(처마높이)가 2.
참고문헌 (17)
Byeon, D.H. 2010. Evaluation of greenhouse functionality according to the change of eave's height. Kyungpook National University. Master thesis (in Korean).
Japan Greenhouse Horticulture Association. 2005. Handbook of protected horticulture. 5th ed. Horticulture Information Center, Tokyo, Japan. p. 38-50 (in Japanese).
Kim, M.K. and S.W. Nam. 1995. Experimental studies on the structural safety of pipe-house. J. Bio-Env. 4(1):17-24 (in Korean).
Korea Society of Steel Construction, 2008. Korean Steel Structure Design Code (KBC2005) (in Korean).
Lee, J.S. 2010. An analysis of structure safety of greenhouse according to column lift. Chunbuk National University. Master thesis (in Korean).
Lee, S.G. 1995. Structural design of plastic greenhouses for prevention of meteorological disaster. Kyungbook National University: p. 1-33 (in Korean).
Lee, S.G., et al. 1995. Greenhouse construction standards. Agriculture and Fisheries Development Corporation. p. 20-60 (in Korean).
Lee, S.G., H.W. Lee, J.W. Lee, and C.S. Gwak. 2006. A study method for structural safety improvement of greenhouse by structural analysis, Proceedings of the 2006 Annual Conference. KSAE:21 (in Korean).
Lee, S.G., J.W. Lee, and H.W. Lee. 2004. Analysis of wind speed and snow depth of single-span plastic greenhouse by growing crop, Proceedings of the 2004 Annual Conference. KSAE:40 (in Korean).
Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (MIFAFF). 2010. Standards in disaster tolerance on facilities for horticultural and special crops (in Korean).
Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (MIFAFF). 2012. The status of the greenhouse and production records for vegetable crops in 2011. p. 98 (in Korean).
Park, C.W., S.G. Lee, J.W. Lee, and H.W. Lee. 2005. Optimum design of greenhouse structures using continuous and discrete optimum algorithms. Proceedings of the 2005 Annual Conference. KSAE:33 (in Korean).
Ryu, H.R., I.H. Yu, M.W. Cho, and Y.C. Um. 2009. Structural reinforcement methods and structural safety analysis for the elevated eaves height 1-2W type plas tic greenhouse. J. Bio-Env. 18(3):192-199 (in Korean).
Yum, S.H., K.J. Kwon, S.H. Sung, and Y.D. Choi. 2007a. The installation effect and optimal pipe sizes of an anti-wind net by computational analysis. J. Biosystems Eng. 32(6):430-439 (in Korean).
Yum, S.H., N.K. Yun, K.W. Kim, S.H. Lee, Y.H. Cho, S.J. Park, and M.K. Park. 2007b. The optimum specification of pipes in rain-sheltering greenhouse with roof vents for large-grain grapevine cultivation. J. Bio- Env. Con. 16(4):275-283 (in Korean).
Yu, I.H., H.J. Jeong, M.W. Cho, H.R. Ryu, and D.H. Goo. 2009a. Design of single-span plastic greenhouse for strawberry bench-cultivation. Proceedings of Korean Society for Bio-Env. Con., 2009 Autumn Conference 18(2):280 (in Korean).
Yu, I.H., H.Y. You, Y.C. Um, M.W. Cho, and J.K. Kwon. 2009b. Structural design of plastic greenhouse for paprika cultivation. Proceedings of Korean Society for Bio-Environment Control, 2009 Spring Conference 18(1):196-200 (in Korean).
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