방울토마토 생장부 추종 국소난방이 군락 온도분포 및 연료소비에 미치는 영향 Effect of Growing Part Following Local Heating for Cherry Tomato on Temperature Distribution of Crop and Fuel Consumption원문보기
본 연구에서는 동절기 시설원예 난방에너지 절감을 위해 방울토마토의 온도민감부인 생장부를 추종하면서 난방을 수행할 수 있는 국소난방 시스템을 개발하고자 하였다. 방울토마토 생장부 추종형 국소난방시스템은 온실하류로의 균일한 열분배를 위해 내/외부 덕트와 온풍난방기를 연결하는 이중덕트 분배장치, 정식 후 작물 유인에 따라 덕트를 토마토 줄기끝 생장점과 개화화방을 추종하여 상하로 이동시키기 위한 권취장치 등으로 구성되었다. 국소난방 시스템의 운용은 토마토 정식 직후에는 덕트를 작물 상부에 위치시키며 작물 생장에 따라 생장부 국소난방과 차광 회피를 위해 덕트를 상하로 이동시켰다. 방울토마토 수경재배 온실을 대상으로 생장부 국소난방구와 관행의 바닥덕트 난방구에 대해 난방성능과 작물생육 비교시험을 수행하였다. 그 결과 생장부 국소난방구는 야간 난방시간에 작물 군락내 상부 기온이 하부에 비해 $0.9{\sim}2.0^{\circ}C$ 높으며, 바닥덕트 난방구에 비해 군락상부 기온은 $0.3{\sim}1.8^{\circ}C$ 높고, 하부 기온은 $1.4{\sim}1.8^{\circ}C$ 낮게 나타나 온도에 민감한 상부 생장부를 상대적 고온으로 관리하고, 군락하부는 상대적 저온으로 관리 가능하며, 관행 바닥덕트 난방구의 높이별 온도분포를 역전시킬 수 있음을 확인하였다. 토마토 군락에 대한 적외선 열화상 측정을 통해 정식 직후부터 줄기내림 유인재배기간에 걸쳐 생장부 국소난방구는 군락내에 높이별 엽온의 온도성층화를 형성하여 생장부 추종 국소난방이 가능함을 확인하였다. 난방방식별 작물생육 분석결과 초장을 제외한 나머지 항목은 유의적인 차이가 없었으며, 수확량에서도 생장부 국소난방구가 초기 수량이 약간 우세하였으나 총 수확량은 동일한 수준으로 나타났다. 온풍난방비 경유소비량은 생장부 국소난방구가 군락의 높이별 최적 온도관리로 관행 바닥덕트 난방구에 비해 약 23.7% 절감되는 것으로 나타났다. 본 시스템은 길이 90m 온실에 대한 적용시험에서 열분배 성능의 한계로 온실 상/하류간 온도편차가 발생하였으며, 시스템 개선을 위해 내부덕트의 직경 또는 두께 상향, 열복사 억제 재질의 덕트 사용 등 열분배 성능 최적화를 위한 추가연구가 필요한 것으로 판단되었다.
본 연구에서는 동절기 시설원예 난방에너지 절감을 위해 방울토마토의 온도민감부인 생장부를 추종하면서 난방을 수행할 수 있는 국소난방 시스템을 개발하고자 하였다. 방울토마토 생장부 추종형 국소난방시스템은 온실하류로의 균일한 열분배를 위해 내/외부 덕트와 온풍난방기를 연결하는 이중덕트 분배장치, 정식 후 작물 유인에 따라 덕트를 토마토 줄기끝 생장점과 개화화방을 추종하여 상하로 이동시키기 위한 권취장치 등으로 구성되었다. 국소난방 시스템의 운용은 토마토 정식 직후에는 덕트를 작물 상부에 위치시키며 작물 생장에 따라 생장부 국소난방과 차광 회피를 위해 덕트를 상하로 이동시켰다. 방울토마토 수경재배 온실을 대상으로 생장부 국소난방구와 관행의 바닥덕트 난방구에 대해 난방성능과 작물생육 비교시험을 수행하였다. 그 결과 생장부 국소난방구는 야간 난방시간에 작물 군락내 상부 기온이 하부에 비해 $0.9{\sim}2.0^{\circ}C$ 높으며, 바닥덕트 난방구에 비해 군락상부 기온은 $0.3{\sim}1.8^{\circ}C$ 높고, 하부 기온은 $1.4{\sim}1.8^{\circ}C$ 낮게 나타나 온도에 민감한 상부 생장부를 상대적 고온으로 관리하고, 군락하부는 상대적 저온으로 관리 가능하며, 관행 바닥덕트 난방구의 높이별 온도분포를 역전시킬 수 있음을 확인하였다. 토마토 군락에 대한 적외선 열화상 측정을 통해 정식 직후부터 줄기내림 유인재배기간에 걸쳐 생장부 국소난방구는 군락내에 높이별 엽온의 온도성층화를 형성하여 생장부 추종 국소난방이 가능함을 확인하였다. 난방방식별 작물생육 분석결과 초장을 제외한 나머지 항목은 유의적인 차이가 없었으며, 수확량에서도 생장부 국소난방구가 초기 수량이 약간 우세하였으나 총 수확량은 동일한 수준으로 나타났다. 온풍난방비 경유소비량은 생장부 국소난방구가 군락의 높이별 최적 온도관리로 관행 바닥덕트 난방구에 비해 약 23.7% 절감되는 것으로 나타났다. 본 시스템은 길이 90m 온실에 대한 적용시험에서 열분배 성능의 한계로 온실 상/하류간 온도편차가 발생하였으며, 시스템 개선을 위해 내부덕트의 직경 또는 두께 상향, 열복사 억제 재질의 덕트 사용 등 열분배 성능 최적화를 위한 추가연구가 필요한 것으로 판단되었다.
Local heating system providing hot air locally to growing parts including shoot apex and flower cluster which were temperature-sensitive organs of cherry tomato was developed to reduce energy consumption for greenhouse heating without decline of crop growth. Growing part following local heating syst...
Local heating system providing hot air locally to growing parts including shoot apex and flower cluster which were temperature-sensitive organs of cherry tomato was developed to reduce energy consumption for greenhouse heating without decline of crop growth. Growing part following local heating system was composed of double duct distributer which connected inner and outer ducts with hot air heater and winder which moved ducts up and down following growing parts with plant growth. Growing part local heating system was compared with conventional bottom duct heating system with respect to distributions of air and leaf surface temperatures according to height, growth characteristics and energy consumption. By growing part local heating, air temperature around growing part was maintained $0.9{\sim}2.0^{\circ}C$ higher than that of lower part of crop and leaf surface temperature was also stratified according to height. Investigations on crop growth characteristics and crop yield showed no statistically significant difference except for plant height between bottom duct heating and growing part local heating. As a result, the growing part local heating system consumed 23.7% less heating energy than the bottom duct heating system without decrease of crop yield.
Local heating system providing hot air locally to growing parts including shoot apex and flower cluster which were temperature-sensitive organs of cherry tomato was developed to reduce energy consumption for greenhouse heating without decline of crop growth. Growing part following local heating system was composed of double duct distributer which connected inner and outer ducts with hot air heater and winder which moved ducts up and down following growing parts with plant growth. Growing part local heating system was compared with conventional bottom duct heating system with respect to distributions of air and leaf surface temperatures according to height, growth characteristics and energy consumption. By growing part local heating, air temperature around growing part was maintained $0.9{\sim}2.0^{\circ}C$ higher than that of lower part of crop and leaf surface temperature was also stratified according to height. Investigations on crop growth characteristics and crop yield showed no statistically significant difference except for plant height between bottom duct heating and growing part local heating. As a result, the growing part local heating system consumed 23.7% less heating energy than the bottom duct heating system without decrease of crop yield.
본 연구에서는 난방에너지 절감을 위해 유인성 작물인 방울토마토의 생장부(줄기끝 생장점 및 개화화방) 국소난방에 적합한 난방시스템을 개발하고자 하였다. 이를 위해 토마토 정식 직후부터 줄기 신장에 따라 생장부를 추종하며 국소난방을 수행할 수 있는 난방시스템을 설계, 제작하였으며 재배 온실에 대한 적용시험을 수행하여 생장부 추종 국소난방에 의한 작물군락 온도분포, 작물 생육 및 난방에너지 절감효과 등을 분석하였다.
제안 방법
본 연구에서는 난방에너지 절감을 위해 유인성 작물인 방울토마토의 생장부(줄기끝 생장점 및 개화화방) 국소난방에 적합한 난방시스템을 개발하고자 하였다. 이를 위해 토마토 정식 직후부터 줄기 신장에 따라 생장부를 추종하며 국소난방을 수행할 수 있는 난방시스템을 설계, 제작하였으며 재배 온실에 대한 적용시험을 수행하여 생장부 추종 국소난방에 의한 작물군락 온도분포, 작물 생육 및 난방에너지 절감효과 등을 분석하였다.
대상 데이터
본 연구에서 방울토마토 생장부의 국소난방은 온풍난방기에 연결된 공기덕트(두께 1mm, 폴리에틸렌 재질)를 이용하여 수행되었다. 농업용 비닐덕트는 하류로 갈수록 표면에서의 복사 및 대류 열전달에 의해 천공의 분사온도가 감소하므로 하류방향의 열량 공급 균일화를 위해 Fig.
난방 시험구는 관행의 바닥덕트 난방구와 생장부 추종 국소난방구로 배치하였으며 동일규격의 단동온실 6개 동 중 북쪽에서 2번째와 3번째 온실을 각각 해당 시험구로 선정하였다. 재배 품종은 대추형 방울토마토인 ‘베타니티’로 상업 육묘장에서 생산된 묘를 구입하여 2014년 1월 24일 재배베드의 암면큐브에 정식하였다. 1조식 좌우배분으로 높이 1.
성능/효과
5℃, 하엽부는 14℃ 이하의 온도 성층화가 발생하였다. 따라서 생장부 국소난방에 의해 군락 내 높이별 기온차 뿐 아니라 엽온 등 군락 표면온도의 구배도 확인할 수 있었으며 방울토마토 각 기관의 온도감응도에 대응할 수 있는 국소난방이 가능함을 확인하였다.
8oC낮게 나타났다. 이상의 결과에서 방울토마토 생장부 국소난방 시스템에 의해 작물군락의 온도를 온도민감 기관인 줄기끝 생장점과 개화화방 부위를 상대적 고온으로 관리하고, 비대기 후기의 과실과 하엽 등 민감하지 않는 부위는 상대적 저온으로 관리할 수 있으며, 방울토마토의 각 기관의 온도감응도와 반대의 온도분포를 형성한 관행의 바닥덕트 난방의 높이 별 온도분포를 역전시킬 수 있음을 확인하였다.
Table 1에는 난방방식별 작물생육의 분석결과를 나타내었다. 초장을 제외한 주경경, 5마디 길이, 엽장, 엽폭, 엽록소함량, 개화간격에서는 유의적인 차이가 없었으며, 초장이 생장부 국소난방구에서 더 긴 것은 정식 후 생육초기부터 생장부가 바닥덕트 난방구에 비해 상대적 고온으로 관리되어 영향생장이 더 활성화된 때문으로 판단되었다. 전체적으로 마디길이, 엽 크기, 개화간격은 생장부 국소난방구가 약간 크고 빠르며, 엽록소함량은 바닥덕트 난방구가 약간 높은 것으로 나타났다.
)당 환산값으로 나타내면 Table 2와 같다. 총 경유소비량은 생장부 국소난방구가 4,137L/10a로 관행 바닥덕트 난방구의 5,423L/10a 대비 약 23.7% 절감되는 것으로 나타났으며, 농업용 면세경유 가격기준 난방비용은 국소난방구가 바닥덕트 난방구 대비 1,157천원/10a의 비용절감이 가능한 것으로 분석되었다.
후속연구
8oC의 온도편차가 발생한 이유는 본 국소난방 시스템을 90m 길이의 긴 단동온실에 적용했을 때의 시스템의 열분배 성능의 한계와 온풍난방기 제어용 온도센서를 온실 중간지점에 설치함으로써 발생하는 상/하류 간 열량공급의 시차가 복합적으로 작용했기 때문으로 판단된다. 따라서 길이가 긴 온실의 적용을 위해 내부덕트의 직경 또는 두께의 상향 등 열분배 성능 최적화를 위한 추가 연구가 필요한 것으로 판단되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
원예시설의 동절기 난방의 원칙은 무엇인가?
원예시설의 동절기 난방은 난방기를 이용하여 재배공간 전체를 균일하게 가온하는 것을 원칙으로 하고 있으며 이를 위해 순환팬(Yu 등, 2007)과 덕트(Nam과 Kim,2009) 등을 활용하고 있으나 시설공간 전체를 공조대상으로 하는 공간난방 방식은 과도한 난방에너지와 난방기 설치용량이 요구된다.
작물에 있어서 온도반응 특성의 차이 요소는 무엇인가?
한편 작물에 있어서 온도반응 특성은 각 기관에 따라 다르며 저온장해가 발생하는 임계온도 역시 기관에 따라 차이가 있다. 작물체에서 온도에 민감한 기관은 주로 세포분열이 일어나는 줄기끝 생장점이나 뿌리 또는 꽃눈이 형성되는 개화부 등이며 하엽, 하부 줄기, 비대기 후기의 과실 등은 저온에 의한 장해가 적은 것으로 알려져 있다.
온실하류로 균일한 열분배를 위한 방울토마토 생장부 추종형 국소난방 시스템의 구성은 어떻게 되어있는가?
본 연구에서는 동절기 시설원예 난방에너지 절감을 위해 방울토마토의 온도민감부인 생장부를 추종하면서 난방을 수행할 수 있는 국소난방 시스템을 개발하고자 하였다. 방울토마토 생장부 추종형 국소난방시스템은 온실하류로의 균일한 열분배를 위해 내/외부 덕트와 온풍난방기를 연결하는 이중덕트 분배장치, 정식 후 작물 유인에 따라 덕트를 토마토 줄기끝 생장점과 개화화방을 추종하여 상하로 이동시키기 위한 권취장치 등으로 구성되었다. 국소난방 시스템의 운용은 토마토 정식 직후에는 덕트를 작물 상부에 위치시키며 작물 생장에 따라 생장부 국소난방과 차광 회피를 위해 덕트를 상하로 이동시켰다.
참고문헌 (16)
Gosselin, A. and M.J. Trudel. 1983. Interactions between air and root temperatures on greenhouse tomato: . growth, development and yield. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 108(6):901-905.
Kim, S.E., S.Y. Sim, S.D. Lee, and Y.S. Kim. 2010. Appropriate root-zone temperature control in perlite bag culture of tomato during winter season. Kor. J. Hort. Sci. Technol. 28(5):783-789(in Korean).
Lee, M.Y., S.J. Hwang, and B.R. Jeong. 2001. Growth and yield of hydroponic rose 'little marble' as affected by root zone temperature and heating method in winter season. Journal of Bio-Environment Control 10(1):61-68(in Korean).
Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA). 2014a. Greenhouse status for the vegetable grown in facilities and the vegetable productions in 2013. ed. Sejong, Korea(in Korean).
Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA). 2014b. Cultivation status of floricultural crop in 2013. ed. Sejong, Korea(in Korean).
Morgan, J.V. and R. O'Haire. 1978. Heated hydroponic solutions as an energy saving technique. Acta Hortic. 76:173-180.
Moriyama, T. and K. Oku. 2012. Development of basal stem heating system with plastic tunnel and branch duct in forcing culture of eggplant. Hort. Res. (Japan) 11(4):531-536(in Japanese).
Nam, S.W. and Y.S. Kim. 2009. Analysis on the uniformity of temperature and humidity according to environment control in tomato greenhouses. Journal of Bio-Environment Control 18(3):215-224(in Korean).
Picken, A.J.F. 1984. A review of pollination and fruit set in the tomato (Lycopersicon esculentum Mill.). J. Hort. Sci. 59(1):1-13.
Sato, K. and N. Kitajima. 2010. Local heating temperature effects on the growth and yield of strawberries [Fragaria] in high-bench culture. Fukuoka Agricultural Research Center Report (29):27-32(in Japanese).
Sone, K., M. Okimura, E. Kitadani, and H. Fushihara. 2005. Effect of stabilization of floral differentiation in strawberry during the summer by regional cooling of the crown. Soc. Hort. Sci. (Japan) 74(1):306(in Japanese).
Sone, K., K. Dan, M. Okimura, and E. Ktanai. 2007. Effect of temperature treatment of crown party on flower-bud formation in ever-bearing strawberry. Soc. Hort. Sci. (Japan) 6(1):423(in Japanese).
Tanaka, K. and H. Yasui. 1986. Study on energy saving cultivation of fruits and vegetables in greenhouse. II effect of low temperature on growth of tomato. Bulletin of the Vegetable and Ornamental Crops Research Station. Series A 14:159-168(in Japanese).
Yu, I.H., M.W. Cho, S.Y. Lee, H. Chun, and I.B. Lee. 2007. Effects of circulation fans on uniformity of meteorological factors in warm air heated greenhouse. Journal of Bio-Environment Control 16(4):291-296(in Korean).
Kawasaki, Y., K. Suzuki, K. Yasuba, H. Kawasima, H. Sasaki, and M. Takaichi. 2010. Effect of local heating around the tomato shoot apex and flower clusters on plant surface temperature and characteristics related to fruit yield. Hort. Res.(Japan) 9(3):345-350(in Japanese).
Kawasaki, Y., K. Suzuki, K. Yasuba, and M. Takaichi. 2011. Effect of local air heating by a hanging duct near the tomato shoot apex and flower clusters on vertical temperature distribution, fruit yield and fuel consumption. Hort. Res.(Japan) 10(3):395-400(in Japanese).
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