단동 플라스틱 온실의 천창 환기효과와 설치기준 분석 Analysis on the installation criteria and ventilation effect for round roof windows in single-span plastic greenhouses원문보기
Dimensions, operation conditions and improvement items for round roof windows were investigated in arch shape single-span plastic greenhouse with roof vents, and natural ventilation performance was analyzed based on the ventilation theory. Diameter of round roof windows was mostly 60 cm, and chimney...
Dimensions, operation conditions and improvement items for round roof windows were investigated in arch shape single-span plastic greenhouse with roof vents, and natural ventilation performance was analyzed based on the ventilation theory. Diameter of round roof windows was mostly 60 cm, and chimney height projected on roof was average 30 cm. Installation space was mostly 5 to 6 m but farmhouse of 10 m and over was 16.7% also. A round roof window which has 60 cm diameter was installed to 6 m space generally and 80 cm diameter was installed to 10 m space, but correct standards did not exist. There were a lot of opinions that ventilation effect of round roof windows is fairly good and user satisfaction is generally excellent. It is problem that there is few effects in summer and that vinyl around each vent tears well and rainwater leaks, and improvement hope item required development of automatic control system. In the wind speed of 0.3 m/s, it was estimated that natural ventilation rates were 0.69, 0.55, 0.50 and 0.48 volumes per minute in case of 2, 4, 6 and 8 m installation space for round roof windows, respectively. It was analyzed that the ratio of ventilation due to buoyancy out of total ventilation were 65.2, 41.9, 29.9 and 22.8% in case of 2, 4, 6 and 8m installation space, respectively. By the round roof windows installed at space of 6 m, ventilation rate was estimated to 0.5 volumes per minute, and we can expect the increase in ventilation rate of 30%. In order to meet the recommended ventilation rate for summer season, we have to install the round roof windows at space of 1 to 2 m. However, it is difficult to apply those installation space because of falling productivity due to lower light transmittance as well as rising costs. It is estimated that the installation space of 6m is appropriate for spring or fall season. Therefore it is necessary to encourage installing the roof windows in single-span plastic greenhouses.
Dimensions, operation conditions and improvement items for round roof windows were investigated in arch shape single-span plastic greenhouse with roof vents, and natural ventilation performance was analyzed based on the ventilation theory. Diameter of round roof windows was mostly 60 cm, and chimney height projected on roof was average 30 cm. Installation space was mostly 5 to 6 m but farmhouse of 10 m and over was 16.7% also. A round roof window which has 60 cm diameter was installed to 6 m space generally and 80 cm diameter was installed to 10 m space, but correct standards did not exist. There were a lot of opinions that ventilation effect of round roof windows is fairly good and user satisfaction is generally excellent. It is problem that there is few effects in summer and that vinyl around each vent tears well and rainwater leaks, and improvement hope item required development of automatic control system. In the wind speed of 0.3 m/s, it was estimated that natural ventilation rates were 0.69, 0.55, 0.50 and 0.48 volumes per minute in case of 2, 4, 6 and 8 m installation space for round roof windows, respectively. It was analyzed that the ratio of ventilation due to buoyancy out of total ventilation were 65.2, 41.9, 29.9 and 22.8% in case of 2, 4, 6 and 8m installation space, respectively. By the round roof windows installed at space of 6 m, ventilation rate was estimated to 0.5 volumes per minute, and we can expect the increase in ventilation rate of 30%. In order to meet the recommended ventilation rate for summer season, we have to install the round roof windows at space of 1 to 2 m. However, it is difficult to apply those installation space because of falling productivity due to lower light transmittance as well as rising costs. It is estimated that the installation space of 6m is appropriate for spring or fall season. Therefore it is necessary to encourage installing the roof windows in single-span plastic greenhouses.
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문제 정의
본 연구는 아치형 단동 플라스틱 온실의 원형 천창 설치 가이드라인 제정을 위한 기초자료를 제공할 목적으로 수행하였다. 천창이 설치된 아치형 단동 플라스틱 온실을 대상으로 원형천창의 설치제원과 운영실태 및 개선방안을 조사하고, 원형천창의 설치기준 마련을 위해 환기이론에 근거하여 자연환기 특성을 분석하였다.
이때 온실 밀집도(인동간격), 작물 번무도 등에 따라서 풍속 감쇄가 예상되므로 고려할 필요가 있다. 본 연구에서는 지역별 기상 관측값을 측창높이로 환산하여 검토하였다.
가설 설정
4 m/s에 불과한 것으로 보고되고 있다 (Nam 등, 2011). 단독으로 설치된 온실이나 밀집된 단지의 외곽에 위치한 온실을 제외하고는 대부분 적정 풍속을 기대하기 어려우므로 0.3 m/s 정도의 풍속을 가정하여 천창 설치간격을 검토하였다.
제안 방법
대전, 계룡, 논산, 부여 지역을 중심으로 원형천창이 설치된 아치형 단동하우스 42농가를 대상으로 온실규격 및 원형천창의 설치제원과 운영실태 및 개선방안을 조사하였다. 2011년 8월 19일부터 10월 4일에 걸쳐 환기효과 계측을 위하여 오전 11시부터 오후 4시 사이에 천창 설치온실을 방문 조사하였다.
국내 단동 플라스틱 온실의 대표규격을 적용하여(Nam 과 Kim, 2009 ; MIFAFF와 RDA, 2010) 원형 천창 설치간격에 따른 환기율 변화를 분석하였다. 적용 온실의 규격은폭 6.
대전, 계룡, 논산, 부여 지역을 중심으로 원형천창이 설치된 아치형 단동하우스 42농가를 대상으로 온실규격 및 원형천창의 설치제원과 운영실태 및 개선방안을 조사하였다. 2011년 8월 19일부터 10월 4일에 걸쳐 환기효과 계측을 위하여 오전 11시부터 오후 4시 사이에 천창 설치온실을 방문 조사하였다.
아치형 단동 플라스틱 온실의 원형 천창 설치 가이드라인 제정을 위한 기초자료를 제공할 목적으로, 천창이 설치된 아치형 단동 플라스틱 온실을 대상으로 원형천창의 설치제원과 운영실태 및 개선방안을 조사하고, 환기이론에 근거하여 원형천창의 자연환기 특성을 분석하였다.
8 m3 /min으로 예측되었다. 이 값을 천창 설치간격에 따라 적용하고, 풍속에 따른 풍력 환기량을 산정하여 식(3)으로 자연환기량을 예측하여 원형 천창 설치간격과 풍속에 따른 환기율의 변화를 분석하였다. 풍력환기량을 산정할 때는 지역별 평균풍속을 이용하였다.
원형천창 설치 간격에 따른 천창과 측창의 면적비는 Table 1과 같다. 직경 60 cm의 원형 천창을 1 m 간격으로 설치하여도 측창면적의 1/8에 불과하며, 중력환기량 산정에서 유동증가율은 모든 경우에 38%를 적용하였다.
본 연구는 아치형 단동 플라스틱 온실의 원형 천창 설치 가이드라인 제정을 위한 기초자료를 제공할 목적으로 수행하였다. 천창이 설치된 아치형 단동 플라스틱 온실을 대상으로 원형천창의 설치제원과 운영실태 및 개선방안을 조사하고, 원형천창의 설치기준 마련을 위해 환기이론에 근거하여 자연환기 특성을 분석하였다.
대상 데이터
국내 단동 플라스틱 온실의 대표규격을 적용하여(Nam 과 Kim, 2009 ; MIFAFF와 RDA, 2010) 원형 천창 설치간격에 따른 환기율 변화를 분석하였다. 적용 온실의 규격은폭 6.5 m, 길이 71 m, 측고 1.5 m, 동고 3.2 m, 측창 개폐폭 1.2 m이다. 천창은 직경 60 cm의 원형 환기창을 지붕 중앙부에 설치한 것으로 적용하였다.
2 m이다. 천창은 직경 60 cm의 원형 환기창을 지붕 중앙부에 설치한 것으로 적용하였다. 환기율 계산에 적용한 값(설치간격에 따른 비교를 위해 단위 길이 당으로 환산)은 다음과 같다.
이론/모형
입구와 출구면적이 다르면 공기유동의 조정이 필요하다. 여기서는 ASHRAE(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)에서 채택하고 있는 출구와 입구의 비(또는 역비)에 따른 유동증가율 도표를 참고하였다. 입출구 면적비가 2일 경우 유동증가율은 25%, 3일 경우 34%, 5이상에서는 38%를 제시하고 있다(Hellickson과 Walker, 1983).
성능/효과
지붕위로 돌출한 굴뚝높이는 대부분 26 cm이었고, 일부는 30 cm, 50 cm인 것도 있었으며 평균 30 cm 정도로 나타났다. 설치간격은 평균 6.5 m이 었고, 최소 4.2 m에서 최대 15 m까지 다양했으며, 설치기준이 없고 농가 임의로 설치하는 것으로 나타났다. Fig.
직경 60 cm인 원형천장의 경우 대체로 6 m 간격으로 설치하고, 직경 80 cm인 원형천창의 경우에는 10 m 간격으로 설치하고 있으나 설치를 위한 과학적인 근거나 기준은 없는 것으로 나타났다. 원형천창의 환기효과는 상당히 좋다는 의견이 많았으며, 사용자 만족도 역시 대체로 우수한 것으로 조사되었다. 문제점은 여름철에 효과가 거의 없고, 환기창 주변 비닐이 잘 찢어지는 것과 비가 새는 것 등이었으며 개선 희망사항은 자동개폐 시스템의 개발을 요구하였다.
이상의 입력값으로부터 직경 60 cm의 원형천창을 통한 중력환기량은 천창 1개당 13.8 m3 /min으로 예측되었다. 이 값을 천창 설치간격에 따라 적용하고, 풍속에 따른 풍력 환기량을 산정하여 식(3)으로 자연환기량을 예측하여 원형 천창 설치간격과 풍속에 따른 환기율의 변화를 분석하였다.
48회/min인 것과 비교하면 대체로 비슷한 결과를 보이는 것으로 판단된다. 풍속 0.3 m/s에서 전체 환기량 중에서 천창에 의한 중력환기량이 차지하는 비율은 천창 설치간격 2 m일 때 65.2%, 4 m일 때 41.9%, 6 m일 때 29.9%, 8 m일 때 22.8%로 분석되었다. 즉, 풍속 0.
환기 이론에 근거하여 원형천창을 설치한 단동 온실의 중력환기량과 풍력환기량을 구하고 이들의 합성으로 자연 환기량을 예측한 결과 기존의 자연환기성능 실험 결과와 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 풍속 0.
환기효과와 만족도 조사는 현장 방문시 농장주를 만날수 없어서 모두 조사할 수는 없었고, 12농가만 면접조사를할 수 있었다. 환기효과는 ‘매우 좋다’가 7농가, ‘좋다’가 4농가, ‘보통이다’가 1농가로 나타났다.
후속연구
하지만 천창을 설치하면 환기성능이 개선되는 것은 분명한 사실이고, 원형 천창을 6 m 간격으로만 설치하여도 봄이나 가을철에 필요한 환기량을 충분히 만족하므로 천창 설치를 권장할 필요가 있다. 좀 더 환기성능을 높이기 위해서는 광투과를 저해하지 않으면서 공기유동이 잘 되고, 시공이 편리한 최적의 환기창을 설계하고, 적정 크기와 설치간격에 대한 기준을 설정할 필요가 있다. 더불어 독립된 다수의 환기창을 자동으로 제어할 수 있는 시스템의 개발이 요망된다.
하지만 천창을 설치하면 환기성능이 개선되는 것은 분명한 사실이고, 원형 천창을 6 m 간격으로만 설치하여도 봄이나 가을철에 필요한 환기량을 충분히 만족하므로 천창 설치를 권장할 필요가 있다. 좀 더 환기성능을 높이기 위해서는 광투과를 저해하지 않으면서 지붕의 개구면적을 확대할 수 있는 방안을 찾아야 할 것으로 생각된다. 또한 지붕 환기창의 형상에 따른 공기유동의 차이를 분석하여 공기유동이 잘 되면서 시공이 편리한 최적의 환기창을 설계하고, 적정 크기와 설치간격에 대한 기준을 설정할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
온실에서 환기는 어떤 기능을 가지고 있는가?
온실의 생산성을 높이기 위해서는 자연환기 성능을 극대화할 필요가 있다. 온실에서의 환기는 온도뿐만 아니라 습도, 탄산가스 농도, 유해가스, 공기흐름 등을 동시에 조정하는 기능을 갖고 있다. 온실은 투명 자재로 피복되기 때문에 강한 일사의 투과로 실내 기온이 적정온도보다 높아지는 경우에는 외부공기를 유입하여 온도상승을 억제해야 한다.
자연환기를 유도하기 위해 천창과 측창은 온실 바닥 면적의 어느 정도 크기가 되어야 하는가?
환기법에는 풍압력 및 실내외 기온차를 이용하는 자연환기법과 환기팬 등의 기계적인 장치를 이용하는 강제 환기법이 있으나 온실의 구조나 경제적인 이유로 대부분 자연환기에 의존하고 있다. 충분한 자연환기를 유도하기 위해서는 천창과 측창이 필요하며 이들은 각각 온실 바닥 면적의 15~20%정도가 되어야 한다(ASAE, 1997).
아치형 단동 플라스틱 온실은 어떤 한계가 있는가?
아치형 단동 플라스틱 온실의 경우 천창을 설치하기가 어려운 구조로 되어 있어서 대부분 권취식 측창만을 설치하여 운영하고 있다. 그러나 측창만으로는 중력환기가 불량하므로 바람이 불지 않을 경우 환기효과를 기대하기 어렵다. Son과 Choi(2000)는 단동의 버섯재배사에서 천창이 없는 시설은 환기가 불량하여 생육이 좋지 않고, 측창면적과 천창면적이 동일한 경우에 환기효율이 높다고 보고하였다.
참고문헌 (14)
Albright LD. 1990. Environment control for animals and plants. pp. 200-201. ASAE. St. Joseph, Michigan.
American Society of Agricultural Engineers (ASAE). 1997. ASAE Standards : Heating, ventilating and cooling greenhouses. pp. 663-670. ASAE. St. Joseph, Michigan.
Blomgren T, Frisch T. 2007. High tunnels using low-cost technology to increase yields, improve quality and extend the season. pp. 1-22. The University of Vermont Center for Sustainable Agriculture.
Hanan JJ. 1998. Greenhouses: Advanced technology for protected horticulture. pp. 236-243. CRC Press. Boca Raton, Florida.
Hellickson MA, Walker JN. 1983. Ventilation of agricultural structures. pp. 103-124, pp. 297-319. ASAE. St. Joseph, Michigan.
Kim MK, Kim KS, Nam SW. 2001. Efficient application of greenhouse cooling system. pp. 194-204. Ministry of Agriculture and Forestry. [in Korean]
Lindley JA, Whitaker JH. 1996. Agricultural buildings and structures. Revised edition. pp. 463-484. ASAE. St. Joseph, Michigan.
Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (MIFAFF), Rural Development Administration (RDA). 2010. Designated notice of standards to endure disaster for horticultural and herbal facilities. [in Korean]
Nam SW. 2001. Roof ventilation structures and ridge vent effect for single span greenhouses of arch shape. CNU Journal of Agricultural Science 28(2): 99-107. [in Korean]
Nam SW, Kim YS. 2009. Actual state of structures and environmental control facilities for tomato greenhouses in Chungnam region. CNU Journal of Agricultural Science 36(1): 73-85. [in Korean]
Nam SW, Kim YS, Both AJ. 2011. Analysis on the ventilation performance of single-span tomato greenhouse with roof windows. Journal of Bio-Environment Control 20(2): 78-82. [in Korean]
Nam SW, Seo WM, Yoon YC, Lee SK, Lee IB, Lee HW, Cho BK. 2008. Bio-environment control engineering. pp.68-72, pp. 215-218. Cheongsol Pub. Daegu. [in Korean].
Son JE, Choi WS. 2000. Analysis of climatic factors during growing period of high-quality oak mushroom. Journal of Bio- Environment Control 9(2): 115-119. [in Korean]
Tachibana K, Hanekura K, Takahashi K, Ohtsuka E. 1979. Design and construction of greenhouses for protected horticulture. pp. 91-103. Ohm Pub. Tokyo. [in Japanese].
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