간척지 온실의 환경설계 기술 개발을 위한 기초자료 제공을 목적으로, 첨단 시설원예단지 설치 계획이 있는 국내 7개 대규모 간척지 주변의 기후조건을 분석하였으며, 새만금 간척지 내에 설치된 3연동 플라스틱 온실을 대상으로 하절기에 시설 내외의 열적 환경계측 실험을 통하여 자연환기 및 온도 상승 특성을 분석하고, 간척지 온실의 환경 설계에 적용해야 할 부분을 검토하였다. 작물의 유무에 따른 온실의 환기율을 비교한 결과, 작물이 있으면 온실의 환기율은 낮아지지만 작물의 증발산에 의해 실내기온 상승은 감소하는 것으로 나타났다. 작물이 있는 경우 온실의 환기회수는 대체로 0.3~0.9회/min의 범위에 있었고, 평균 0.7 회/min으로 나타났다. 실외기온 대비 실내기온 상승은 $1{\sim}5^{\circ}C$정도의 범위에 있었고, 평균 $2.5^{\circ}C$로 나타났다. 간척지에 설치된 실험온실의 자연환기 성능은 여름철 권장 환기율을 거의 만족시키고, 실외기온 대비 실내기온 상승도 작물재배 환경을 크게 벗어나지 않으므로 새만금 간척지에서는 냉방설비 없이 자연환기 만으로 온실의 작물 재배가 가능할 것으로 판단된다. 간척지는 해안에 위치하고 있어 내륙지역에 비하여 바람이 강하고, 안개가 자주 끼는 특성을 보이는 것으로 나타났다. 이와 같이 강한 풍속은 온실의 환기율을 증가시키므로 냉방부하의 감소요인으로 작용하게 될 것으로 판단된다. 또한 안개지속시간이 내륙지역에 비하여 현저하게 길기 때문에 기간냉방부하는 감소할 것으로 예상되며 이는 냉방설비의 운전경비 측면에서 유리할 것으로 판단된다. 또한 간척지 온실의 환기 및 냉방시스템 설계 시에는 주변의 기상관측소 자료를 그대로 이용하지 말고, 온실 설치 지역에서 실측한 기상자료 또는 현장 여건을 반영하여 보정된 기상자료를 사용하여 설계하도록 할 필요가 있다.
간척지 온실의 환경설계 기술 개발을 위한 기초자료 제공을 목적으로, 첨단 시설원예단지 설치 계획이 있는 국내 7개 대규모 간척지 주변의 기후조건을 분석하였으며, 새만금 간척지 내에 설치된 3연동 플라스틱 온실을 대상으로 하절기에 시설 내외의 열적 환경계측 실험을 통하여 자연환기 및 온도 상승 특성을 분석하고, 간척지 온실의 환경 설계에 적용해야 할 부분을 검토하였다. 작물의 유무에 따른 온실의 환기율을 비교한 결과, 작물이 있으면 온실의 환기율은 낮아지지만 작물의 증발산에 의해 실내기온 상승은 감소하는 것으로 나타났다. 작물이 있는 경우 온실의 환기회수는 대체로 0.3~0.9회/min의 범위에 있었고, 평균 0.7 회/min으로 나타났다. 실외기온 대비 실내기온 상승은 $1{\sim}5^{\circ}C$정도의 범위에 있었고, 평균 $2.5^{\circ}C$로 나타났다. 간척지에 설치된 실험온실의 자연환기 성능은 여름철 권장 환기율을 거의 만족시키고, 실외기온 대비 실내기온 상승도 작물재배 환경을 크게 벗어나지 않으므로 새만금 간척지에서는 냉방설비 없이 자연환기 만으로 온실의 작물 재배가 가능할 것으로 판단된다. 간척지는 해안에 위치하고 있어 내륙지역에 비하여 바람이 강하고, 안개가 자주 끼는 특성을 보이는 것으로 나타났다. 이와 같이 강한 풍속은 온실의 환기율을 증가시키므로 냉방부하의 감소요인으로 작용하게 될 것으로 판단된다. 또한 안개지속시간이 내륙지역에 비하여 현저하게 길기 때문에 기간냉방부하는 감소할 것으로 예상되며 이는 냉방설비의 운전경비 측면에서 유리할 것으로 판단된다. 또한 간척지 온실의 환기 및 냉방시스템 설계 시에는 주변의 기상관측소 자료를 그대로 이용하지 말고, 온실 설치 지역에서 실측한 기상자료 또는 현장 여건을 반영하여 보정된 기상자료를 사용하여 설계하도록 할 필요가 있다.
The purpose of this study was to provide basic data for development of environmental design technology for greenhouses constructed in reclaimed lands. The climatic conditions around seven major reclaimed land areas with a plan to install advanced horticultural complexes in Korea were analyzed. The c...
The purpose of this study was to provide basic data for development of environmental design technology for greenhouses constructed in reclaimed lands. The climatic conditions around seven major reclaimed land areas with a plan to install advanced horticultural complexes in Korea were analyzed. The characteristics of natural ventilation and temperature rise through the thermal environment measurement of the greenhouse in Saemangeum were analyzed. The part to be applied to the environmental design of the greenhouses in reclaimed lands were reviewed. Results of comparing the ventilation rate of the greenhouse according to the presence or absence of plants showed the greenhouse with plants had the lower ventilation rate, but the smaller rise of indoor temperature due to the evapotranspiration of plants. In the greenhouse with plants, the number of air changes was in the range of 0.3 to 0.9 volumes/min and the average was 0.7 volumes/min. The rise of indoor temperature relative to outdoor temperature was in the range of 1 to $5^{\circ}C$ and the average $2.5^{\circ}C$. The natural ventilation performance of the experimental greenhouse constructed in the reclaimed land almost satisfied the recommended ventilation rate in summer and the rise of indoor temperature relative to outdoor temperature did not deviate considerably from the cultivation environment of plants. Therefore, it was determined that the greenhouse cultivation in Saemangeum reclaimed land is possible with only natural ventilation systems without cooling facilities. As the reclaimed land is located in the seaside, the wind is stronger than the inland area, and the fog is frequent. This strong wind speed increases the ventilation rate of greenhouses, which is considered to be a factor for reducing the cooling load. In addition, since the fog duration is remarkably longer than that of inland area, the seasonal cooling load is expected to decrease, which is considered to be advantageous in terms of the operation cost of cooling facilities.
The purpose of this study was to provide basic data for development of environmental design technology for greenhouses constructed in reclaimed lands. The climatic conditions around seven major reclaimed land areas with a plan to install advanced horticultural complexes in Korea were analyzed. The characteristics of natural ventilation and temperature rise through the thermal environment measurement of the greenhouse in Saemangeum were analyzed. The part to be applied to the environmental design of the greenhouses in reclaimed lands were reviewed. Results of comparing the ventilation rate of the greenhouse according to the presence or absence of plants showed the greenhouse with plants had the lower ventilation rate, but the smaller rise of indoor temperature due to the evapotranspiration of plants. In the greenhouse with plants, the number of air changes was in the range of 0.3 to 0.9 volumes/min and the average was 0.7 volumes/min. The rise of indoor temperature relative to outdoor temperature was in the range of 1 to $5^{\circ}C$ and the average $2.5^{\circ}C$. The natural ventilation performance of the experimental greenhouse constructed in the reclaimed land almost satisfied the recommended ventilation rate in summer and the rise of indoor temperature relative to outdoor temperature did not deviate considerably from the cultivation environment of plants. Therefore, it was determined that the greenhouse cultivation in Saemangeum reclaimed land is possible with only natural ventilation systems without cooling facilities. As the reclaimed land is located in the seaside, the wind is stronger than the inland area, and the fog is frequent. This strong wind speed increases the ventilation rate of greenhouses, which is considered to be a factor for reducing the cooling load. In addition, since the fog duration is remarkably longer than that of inland area, the seasonal cooling load is expected to decrease, which is considered to be advantageous in terms of the operation cost of cooling facilities.
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문제 정의
그러기 위해서는 간척지 주변지역의 기후조건을 분석하고, 간척지 설치 온실의 실내 환경 특성을 파악할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 간척지 온실의 환경설계 기술 개발을 위한 기초자료 제공을 목적으로, 첨단 시설원예단지 설치 계획이 있는 국내 7개 대규모 간척지 주변의 기후조건을 분석하였으며, 새만금 간척지 내에 설치된 3 연동 플라스틱 온실을 대상으로 하절기에 시설 내외의 열적 환경계측 실험을 통하여 자연환기 및 온도 상승 특성을 분석하고, 간척지 온실의 환경 설계에 적용해야 할 부분을 검토하였다.
그러기 위해서는 간척지 주변지역의 기후조건을 분석하고, 간척지 설치 온실의 실내 환경 특성을 파악할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 간척지 온실의 환경설계 기술 개발을 위한 기초자료 제공을 목적으로, 첨단 시설원예단지 설치 계획이 있는 국내 7개 대규모 간척지 주변의 기후조건을 분석하였으며, 새만금 간척지 내에 설치된 3 연동 플라스틱 온실을 대상으로 하절기에 시설 내외의 열적 환경계측 실험을 통하여 자연환기 및 온도 상승 특성을 분석하고, 간척지 온실의 환경 설계에 적용해야 할 부분을 검토하였다.
간척지는 해안지역에 위치하므로 내륙지역과는 기상환경의 차이가 클 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 첨단원예단지 계획이 있는 시화, 화옹, 석문, 이원, 새만금, 영산강, 고흥 등의 7개 간척지를 대상으로, 주변의 가장 가까운 해안 기상 관측소와 내륙 기상관측소의 30년간 기상자료(KMA, 2011)를 비교 검토하였다. 분석에 사용한 연구대상 간척 지와 주변의 기상관측소 현황은 Table 2와 같다.
가설 설정
본 연구에서는 재료 및 방법에서 언급한 바와 같이 온실의 환경계측 데이터로부터 식 (3)을 이용하여 구한 환기량을 실측 환기량으로 가정하였다. 또한 자연환기 이론에 따라 실측 환기량과 실외 풍속 및 실내외 기온차와의 관계를 다중회귀분석 한 결과 식 (4)의 회귀계수 a, b는 Table 3과 같이 유도 되었으며, 여기서는 이 회귀 식으로 계산한 환기량을 예측 환기량이라고 정의하였다.
제안 방법
간척지 온실의 자연환기 및 냉방 특성을 파악하기 위하여 실험기간 동안의 온실 환기량과 실외기온대비 실내기온 상승분에 대한 빈도분석을 실시하고 고찰하였다. 온실의 환기 및 냉방부하에 가장 큰 영향을 미치는 외 부 기상요인은 풍속과 일사량이다.
따라서 7월 1일 이전까지는 작물이 있는 상태, 그 후로는 작물이 없는 상태로 데이터 그룹을 나누어 분석하였다.
는 작물의 증발산계수와 실 내 일사량 계측치를 이용하여 구할 수 있다. 본 연구에 서는 피복재의 열관류율 6.2 W/m2oC, 토마토의 증발산 계수 0.5를 적용하였다(ASABE, 2008; Nam 등, 2011). 온실에서 환기에 의해 배출되는 열량으로부터 환기량은 다음 식으로 구할 수 있다.
본 연구에서는 자연환기 특성을 분석하기 위하여 식 (3)으로 구한 온실의 환기량과 실외 풍속 및 실내외 기온 계측치를 다중회귀분석 하여 식 (4)를 유도하고, 실험온실의 환기량을 비교 검토하였다.
실험은 2015년 5월 17일부터 8월 27일까지 실시하였으며, 실측 데이터는 작물 증발산 소비열량의 영향을 검토하기 위하여 작물이 있을 때와 작물 철거 후, 작물이 없을 때로 나누어 분석하였다. 대부분의 토마토 재배농가에서 여름철 극고온기를 피하기 위하여 6월말 경에는 재배를 끝내는데, 본 농장에서도 6월 30일까지 수확을 하고, 이틀에 걸쳐 작물을 철거하였다.
온실의 환기율은 환경계측 데이터를 이용하여 열수지 방법으로 구하였으며, 그 절차는 다음과 같다. 냉방부하는 온실의 취득열량과 온실로부터의 손실열량의 차이로 주어지며, 온실의 냉방부하는 다음 식으로 구할 수 있다 (Nam 등, 2015).
따라서 7월 1일 이전까지는 작물이 있는 상태, 그 후로는 작물이 없는 상태로 데이터 그룹을 나누어 분석하였다. 전체 계측 데이터는 1시간 간격으로 평균을 구하여 분석하였고, 환기와 냉방 목적이므로 9:00시부터 17:00시까지의 주간 데이터만을 분석에 사용하였다.
1mm 두께의 PO필름이고, 권취식 측창과 랙피니언 방식의 용마루 천창을 설치한 자연환기식 온실이다. 환경계측 항목은 실내외 온도, 습도, 실내 일사량, 실외 풍속으로 각각을 1분 간격으로 계측하여 데이터로거에 저장하였다. 실험온실의 내부와 외부 전경을 Fig.
대상 데이터
새만금 간척지 내에 위치한 전북 부안군 계화도 간척지에 설치된 토마토 재배 연동형 플라스틱 온실에서 환기 및 냉방 과 관련된 환경 인자를 실측하였다. 실험온실은 길이 48m, 폭 7.
새만금 간척지 내에 위치한 전북 부안군 계화도 간척지에 설치된 토마토 재배 연동형 플라스틱 온실에서 환기 및 냉방 과 관련된 환경 인자를 실측하였다. 실험온실은 길이 48m, 폭 7.0m의 3연동 온실로 바닥면적은 1,008m2 이고, 측고 4.5m, 동고 6.5m의 아치형 온실이다. 피복재는 0.
성능/효과
Fig. 2와 Fig. 3은 앞에서 정의한 실측 환기량과 예측 환기량을 비교한 것으로써 그림에서 보는바와 같이 환기량 예측치와 실측치는 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으며, 작물이 없으면 환기량이 더 큰 것을 확인할 수 있었다.
간척지는 해안에 위치하고 있어 내륙지역에 비하여 바람이 강하고, 안개가 자주 끼는 특성을 보이는 것으로 나타났다. Table 4에서 보는 바와 같이 하절기 냉방이 필요한 기간 동안의 평균 풍속은 간척지 인근의 해안지역에서 대부분 2.
이상의 결과로부터 간척지에 설치된 실험온실의 자연 환기 성능은 여름철 권장 환기율을 거의 만족시키고, 실외기온 대비 실내기온 상승도 작물재배 환경을 크게 벗어 나지 않으므로 새만금 간척지에서는 냉방설비 없이 자연 환기만으로 온실의 작물 재배가 가능할 것으로 판단된다.
따라서 간척지 온실의 냉방시스템 설계 시에는 내륙지역 보다 환기율을 가능한 범위 내에서 상당히 크게 설정하여도 문제가 없을 것으로 판단된다. 또한 냉방설비 의 가동시간을 하루에 1시간 정도 감소시키는 것이 가능하므로 이를 고려하여 냉방설비의 운전경비를 예측하는 것이 타당할 것으로 판단된다. 또한 냉방 설계용 기상자료의 적용 시에도 주변의 기상관측소 자료를 그대로 이용하지 말고, 온실 설치 지역에서 실측한 기상자료 또는 현장 여건을 반영하여 보정된 기상자료를 사용하여 설계하도록 할 필요가 있다.
001)로 나타났다. 본 다중회귀분석 모델은 자연환기 이론과 같이 온실의 환기량이 실외 풍속과 실내외 기온차의 평방근에 비례하는 것을 잘 모의하는 것으로 판단된다.
열수지 방법을 이용한 온실의 환기량 실측은 이미 많은 연구자에 의해서 검증된 바 있으며(Fernandez와 Baily, 1992; Willits 등, 2006), 본 연구에서도 이 방법으로 실측한 환기량이 시설의 자연환기 이론을 잘 따르고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 다중회귀분석을 통해 단순모델을 구축하면 특정한 시설의 자연환기량을 비교적 쉽게 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
이상의 결과로부터 간척지에 설치된 실험온실의 자연 환기 성능은 여름철 권장 환기율을 거의 만족시키고, 실외기온 대비 실내기온 상승도 작물재배 환경을 크게 벗어 나지 않으므로 새만금 간척지에서는 냉방설비 없이 자연 환기만으로 온실의 작물 재배가 가능할 것으로 판단된다.
간척지 온실의 환경설계 기술 개발을 위한 기초자료 제공을 목적으로, 첨단 시설원예단지 설치 계획이 있는 국내 7개 대규모 간척지 주변의 기후조건을 분석하였으 며, 새만금 간척지 내에 설치된 3연동 플라스틱 온실을 대상으로 하절기에 시설 내외의 열적 환경계측 실험을 통하여 자연환기 및 온도 상승 특성을 분석하고, 간척지 온실의 환경 설계에 적용해야 할 부분을 검토하였다. 작물의 유무에 따른 온실의 환기율을 비교한 결과, 작물이 있으면 온실의 환기율은 낮아지지만 작물의 증발산에 의해 실내기온 상승은 감소하는 것으로 나타났다. 작물이 있는 경우 온실의 환기회수는 대체로 0.
5oC로 나타났다. 환기율 빈도분석 결과와 비교해 보면 재배작물의 유무에 따라 온실의 환기율은 거의 2 배의 차이를 보였으나 실내기온 상승은 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 이는 작물이 있으면 온실의 환기율이 낮아지지만 작물의 증발산에 의해 냉각되므로 실내기온 상승이 감소하기 때문으로 판단된다.
후속연구
열수지 방법을 이용한 온실의 환기량 실측은 이미 많은 연구자에 의해서 검증된 바 있으며(Fernandez와 Baily, 1992; Willits 등, 2006), 본 연구에서도 이 방법으로 실측한 환기량이 시설의 자연환기 이론을 잘 따르고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 다중회귀분석을 통해 단순모델을 구축하면 특정한 시설의 자연환기량을 비교적 쉽게 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
첨단수출 원예단지 조성사업을 위해 필요한 것은?
농림수산식품부는 대규모 간척지 활용 기본 구상을 통하여 전국의 간척지에 첨단수출 원예단지 3,000 ha(새만금 1,500 ha), 일반 원예단지 2,185 ha(새만금 1,100 ha) 등 대규모 시설원예단지 조성 계획을 고시한 바 있다 (MIFAFF, 2010). 간척지 활용을 위한 첨단수출 원예단지 조성사업이 정책적으로 추진되고 있는 바, 원예시설의 기술적 기반을 강화하는 동시에 장래 시설원예의 발전을 위해서는 온실설계에 관한 종합적인 기술개발이 정립되어야 한다.
원예시설 환경설계기준의 정립이 필요한 이유는?
원예시설에서 환경조절의 성패는 생산물의 품질과 직결되고, 설치지역의 기후조건 하에서 환경조절이 용이하고 에너지 비용을 절감시킬 수 있는 온실의 최적설계법이 제시되어야 한다. 최근의 급격한 기후변화 현상이나 환경제어 기술의 발전에 따른 설계기술의 대응, 특히 간척지의 기후특성을 반영한 원예시설 환경설계기준의 정립은 시급하다.
대규모 시설원예단지 조성 계획에서 각각 토지의 크기는?
농림수산식품부는 대규모 간척지 활용 기본 구상을 통하여 전국의 간척지에 첨단수출 원예단지 3,000 ha(새만금 1,500 ha), 일반 원예단지 2,185 ha(새만금 1,100 ha) 등 대규모 시설원예단지 조성 계획을 고시한 바 있다 (MIFAFF, 2010). 간척지 활용을 위한 첨단수출 원예단지 조성사업이 정책적으로 추진되고 있는 바, 원예시설의 기술적 기반을 강화하는 동시에 장래 시설원예의 발전을 위해서는 온실설계에 관한 종합적인 기술개발이 정립되어야 한다.
참고문헌 (14)
Albright, L.D. 1990. Environment control for animals and plants. American Society of Agricultural Engineers, Michigan, USA.
American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE). 2008. Standard: Heating, ventilating and cooling greenhouses. ANSI/ASAE EP406.4. ASABE, Michigan, USA.
Choi, M.K., S.W. Yun, I.H. Yu, S.Y. Lee, and Y.C. Yoon. 2015. Settlement instrumentation of greenhouse foundation in reclaimed land. Protected Horticulture and Plant Factory. 24(2):85-92 (in Korean).
Korea Meteorological Administration (KMA). 2011. Climatological normals of Korea. KMA, Seoul, Korea (in Korean).
Kim, M.K., K.S. Kim, and S.W. Nam. 2001. Efficient application of greenhouse cooling systems. Ministry of Agriculture and Forestry, Gwacheon, Korea (in Korean).
Kim, R.W., D.W. Kim, K.C. Ryu, K.S. Kwon, and I.B. Lee. 2014. Estimation of wind pressure coefficients on even-span greenhouse built in reclaimed land according to roof slop using wind tunnel. Protected Horticulture and Plant Factory. 23(4):269-280 (in Korean).
Lindley, J.A. and J.H. Whitaker. 1996. Agricultural buildings and structures. ASAE, Michigan, USA.
Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (MIFAFF). 2010. Designated notice 2010-47: Basic plan for practical use of large scale reclaimed land. MIFAFF, Gwacheon, Korea (in Korean).
Nam, S.W., Y.S. Kim, and A.J. Both. 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, S.W., D.U. Seo, and H.H. Shin. 2015. Empirical analysis on the cooling load and evaporation efficiency of fogging system in greenhouses. Protected Horticulture and Plant Factory. 24(3):147-152 (in Korean).
Song, C.S., M.H. Kim, and U.H. Jang. 2016. Comparison analysis of model test for prediction of uplift resistance in the reclaimed land greenhouse foundation. Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers. 58(2):45-52 (in Korean).
Willits, D.H., C.A. Yunker, and S. Li. 2006. Air exchange rates in a naturally ventilated greenhouse using different vent configurations. Paper No. 06-4095. ASABE.
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