선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그러나 난방 배관과 온수를 이용한 에너지 절감 효과를 비교한 연구사례는 없다. 본 연구에서는 수량증대를 위해 관행적으로 이루어지는 전체 공간 난방 방식과 관부난방 처리를 하면서 온실 공간난방에 대한 설정온도를 낮게 운영함으로써 발생되는 고설 딸기의 수량 변화 및 에너지 절감 효과를 정량적으로 구명하고자 하였다.
제안 방법
- 고설 딸기 관부난방 시스템의 구성은 전기 온수 보일러, 축열조, 순환펌프, 부분난방배관(백색 연질 폴리에틸렌관, 직경 16mm), 변온관리 온도제어반으로 구성하였다. 부분난방을 위하여 온수배관은 딸기 정식 후 딸기 관부에 가능한 한 밀착시켜 설치하였으며 원예용 고정핀으로 배관 위치를 고정하였다.
- 3kW로 결정되었으며 이는 2016년도에 시험한 딸기 관부난방시스템의 적용시험에서 도출된 온실 면적 990m2 당 관부난방용 보일러 용량 30kW 를 기준으로 결정하였다(Moon 등, 2016). 관부난방 배관의 방열장치는 축열조 온수온도 23℃, 관부 주변부 온도 5℃, 배관 입출구 온도차 3℃, 온수 순환유량 1,520L/h를 기준으로 설정하였다. 이상의 설계 조건에 의해 관부 국소난방 시스템의 구성은 시판 전기보일러 (7kW), 축열조(600리터), 순환펌프(30L/min), 관부난방배관(백색 연질 폴리에틸렌관, 직경 16mm)로 구성하였다.
- 관부난방 시스템의 가동에 의한 생장부 온도유지 및 조절 시험을 수행하였다. 난방기간은 2017년 11월 2일 ~ 2018년 4월 30일이며 조사항목은 시험요인별 온실 공간 온·습도, 관부난방배관 입출구 온도, 관부온도 등이다.
- 이상의 설계 조건에 의해 관부 국소난방 시스템의 구성은 시판 전기보일러 (7kW), 축열조(600리터), 순환펌프(30L/min), 관부난방배관(백색 연질 폴리에틸렌관, 직경 16mm)로 구성하였다. 관부난방시스템의 운용은 전기온수보일러를 이용하여 20~23℃의 물을 축열조에 저장하였다가 온수 배관을 통해 관부만을 집중난방하며, 변온관리를 적용하여 05시 ~10시는 관부 온도를 15℃, 22시~다음날 05시는 관부 온도를 13℃로 유지하였다.
- 엽수는 주당 6~8매를 기준으로 하여 유지하였다. 난방 시험구별 딸기 생육을 비교하였다. 조사주는 난방 처리구당 45주씩으로 정면에서 좌측, 중간, 우측 베드 각각 15주씩, 베드 길이별로 앞, 중간, 뒤쪽의 5주씩을 대상으로 하여 3반복으로 조사하였으며 관부직경, 화방, 꽃수, 착과수, 엽수, 초장, 엽장, 엽폭을 조사하였다.
- 5와 같이 구성하였으며, 각 온실에는 고설베드를 5개씩 설치하고 딸기를 980주씩 정식하였다. 난방에너지 소비량을 계측하기 위해 공간난방에 소비된 등유 소비량, 관부난방에 소비된 전력 사용량을 각각 계측하였으며, 온실 내부 및 외부 온습도, 관부 난방배관 입출구 온도와 관부온도를 계측하고 수확량을 조사, 분석하였다. 이를 위해 적산유량계와 적산전력량계 및 온습도 센서를 Fig.
- 4와 같이 설치하였다. 또한 관부 관부난방시스템의 길이에 따른 성능 저하를 평가하기 위해 관부 난방배관의 입출구 온도와 관부의 표면온도를 계측하였고, 이를 통해 시험구별 공간난방 설정온도 및 관부난방 시스템 온수온도 유지 여부를 확인하였다.
- 시험품종은 설향이며, 9월 12일에 시험포장에 정식하였다. 배양액은 치바농시 딸기전용 배양액으로 조성하였으며 개화기 이전에는 급액 농도 EC 0.8dS/m, pH 6.0 으로 처리하였다. 1화방의 개화기 이후에는 EC 1.
- 시험온실의 난방기 용량 선정을 위해 최대난방부하를 식 (1)(농촌진흥청 국립농업과학원, 2015)을 이용하여 계산하였다. 보온커튼의 난방부하 절감률은 60%이며, 설계 외기온은 전주지방의 20년 빈도 최저기온인 -11.2℃, 온실 난방 설정온도는 10℃, 지중온도는 3.2℃를 설계인자로 하여 계산하였다.
- 시험구 처리는 공간난방 4℃ + 관부난방(시험온실 1), 공간난방 8℃(대조구 온실), 공간난방 6℃ + 관부난방(시험온실 2)로 Fig. 5와 같이 구성하였으며, 각 온실에는 고설베드를 5개씩 설치하고 딸기를 980주씩 정식하였다. 난방에너지 소비량을 계측하기 위해 공간난방에 소비된 등유 소비량, 관부난방에 소비된 전력 사용량을 각각 계측하였으며, 온실 내부 및 외부 온습도, 관부 난방배관 입출구 온도와 관부온도를 계측하고 수확량을 조사, 분석하였다.
- 조사주는 난방 처리구당 45주씩으로 정면에서 좌측, 중간, 우측 베드 각각 15주씩, 베드 길이별로 앞, 중간, 뒤쪽의 5주씩을 대상으로 하여 3반복으로 조사하였으며 관부직경, 화방, 꽃수, 착과수, 엽수, 초장, 엽장, 엽폭을 조사하였다. 에너지 절감 비교 시험인 것을 감안하여 수량조사에 더욱 중점을 두어 실시하였다. 수량은 전수조사를 실시하였으며 10g 이하, 기형과, 병해충과는 조사 수량에서 제외하였다.
- 난방 처리구별 2017년 11월 8일~2018년 3월 30일 간의 난방에너지 소비량을 Table 1과 같이 비교하였다. 적산 전력량은 적산 등유 소비량으로 환산하여 공간난방에 사용된 등유 소비량과 합산하였으며 이때 전기난방기의 효율은 99%, 등유는 실내등유 기준 고위발열량 8,800kal/L, 등유 난방기의 효율은 90%를 각각 적용하였다. 환산 등유 소비량은 공간 8℃ 난방구는 1,320L(100%), 공간 4℃+관부난방구는 928L(70.
- 난방 시험구별 딸기 생육을 비교하였다. 조사주는 난방 처리구당 45주씩으로 정면에서 좌측, 중간, 우측 베드 각각 15주씩, 베드 길이별로 앞, 중간, 뒤쪽의 5주씩을 대상으로 하여 3반복으로 조사하였으며 관부직경, 화방, 꽃수, 착과수, 엽수, 초장, 엽장, 엽폭을 조사하였다. 에너지 절감 비교 시험인 것을 감안하여 수량조사에 더욱 중점을 두어 실시하였다.
대상 데이터
- 난방 시험구별 딸기 생육을 비교하였다. 생육조사는 2017년 11월 14일, 2018년 1월 30일, 3월 28일에 각각 조사하였다. 분석 결과, 난방 방법에 따른 딸기 생육에서 유의한 차이는 없었으나 공간온도 6℃+관부난방구가 상대적으로 높은 온도에서 성장하였으므로 관부직경이 약간 컸으며, 초장, 엽장, 엽폭 등에서 상대적으로 큰 값을 나타내었다.
- 시험은 전북 전주시 국립농업과학원 시험포장에 위치한 폭 7.0m, 측고 1.6m, 동고 4m, 길이 25m, 면적 175m2의 동서동 단동 온실 3개동을 대상으로 하였다. 피복은 폴리에틸렌 2중 피복이었고 권취식 다겹보온커튼이 설치되어 있었다.
- 시험품종은 설향이며, 9월 12일에 시험포장에 정식하였다. 배양액은 치바농시 딸기전용 배양액으로 조성하였으며 개화기 이전에는 급액 농도 EC 0.
- 관부난방 배관의 방열장치는 축열조 온수온도 23℃, 관부 주변부 온도 5℃, 배관 입출구 온도차 3℃, 온수 순환유량 1,520L/h를 기준으로 설정하였다. 이상의 설계 조건에 의해 관부 국소난방 시스템의 구성은 시판 전기보일러 (7kW), 축열조(600리터), 순환펌프(30L/min), 관부난방배관(백색 연질 폴리에틸렌관, 직경 16mm)로 구성하였다. 관부난방시스템의 운용은 전기온수보일러를 이용하여 20~23℃의 물을 축열조에 저장하였다가 온수 배관을 통해 관부만을 집중난방하며, 변온관리를 적용하여 05시 ~10시는 관부 온도를 15℃, 22시~다음날 05시는 관부 온도를 13℃로 유지하였다.
이론/모형
- 피복은 폴리에틸렌 2중 피복이었고 권취식 다겹보온커튼이 설치되어 있었다. 시험온실의 난방기 용량 선정을 위해 최대난방부하를 식 (1)(농촌진흥청 국립농업과학원, 2015)을 이용하여 계산하였다. 보온커튼의 난방부하 절감률은 60%이며, 설계 외기온은 전주지방의 20년 빈도 최저기온인 -11.
성능/효과
- 2017년 11월 08일~2018년 4월 30일 간의 난방처리구별 누적 수확량을 조사한 결과, 난방 처리구별로 공간 8℃ 난방구는 473g/주(100%), 공간 4℃+관부난방은 487g/주(103%), 공간 6℃+관부난방은 497g/주(105.1%) 로 Fig. 10과 같이 나타났으며 관부난방구가 공간난방 대비 3~5%의 증수효과가 있음을 확인하였다. 다만 공간 8 ℃ 난방구와 공간 4℃+관부난방구는 수확량의 경향이 거의 일치하였으나 공간 6o C+관부난방구는 3월 하순 이전의 수확량이 다른 난방구에 비해 낮은 반면 4월 이후 수확량이 Fig.
- 관부 난방시 관부 주변의 설정온도를 05시~10시는 15 ℃, 22시~다음날 05시는 13℃로 유지하는 변온관리를 하였으므로 공간온도 4℃+관부난방구의 관부온도는 변온관리로 인하여 설정된 관부 주변 온도 평균 14℃ 보다 약 3~7℃, 공간온도 6℃+관부난방구는 0~3℃ 정도 낮아지며 이는 관부난방 배관과 딸기 관부 사이의 간극 및 열전달 과정에서의 손실 등이 작용했기 때문일 것으로 판단되었다. 공간온도 8℃ 대조구의 관부표면온도는 7~8℃ 범위로 온실 야간 기온과 거의 같았으며 4℃+관부난방구와 공간온도 6℃+관부난방구보다 각각 0~4℃, 4~7℃ 정도 낮은 것으로 분석되었다. 이와 같이 관부 난방은 동절기 야간에 온실 기온은 낮게 유지하는 반면 온도 민감부인 관부의 온도는 관행 공간난방에 비해 높게 관리되는 것으로 나타났다.
- 관부난방 및 공간난방을 가동한 야간의 난방시험구별 관부의 표면온도 측정 결과를 분석한 결과 공간온도 4℃+관부난방구의 관부 표면온도는 7~11℃의 범위로, 공간온도 6℃+관부난방구는 11~14℃의 범위로 나타나 각 시험구의 공간난방 온도보다 3~7℃ 및 5~8℃ 높게 나타났다. 관부 난방시 관부 주변의 설정온도를 05시~10시는 15 ℃, 22시~다음날 05시는 13℃로 유지하는 변온관리를 하였으므로 공간온도 4℃+관부난방구의 관부온도는 변온관리로 인하여 설정된 관부 주변 온도 평균 14℃ 보다 약 3~7℃, 공간온도 6℃+관부난방구는 0~3℃ 정도 낮아지며 이는 관부난방 배관과 딸기 관부 사이의 간극 및 열전달 과정에서의 손실 등이 작용했기 때문일 것으로 판단되었다.
- 난방시간 동안 딸기 관부난방 배관의 온도는 공간난방 4℃+관부난방, 공간난방 6℃+관부난방 모두 Fig. 6, 7과 같이 입구온도 21℃, 출구온도 20℃로 나타나 축열조 온도와 온수 순환펌프의 용량 설계가 적정했으며, 관부 난방 배관 길이방향으로 1℃ 정도의 온도차로 전체 딸기 군락에 대한 균일한 관부난방이 가능한 것으로 분석되었다. 주간의 난방을 하지 않는 시간대의 관부난방 배관의 온도는 난방 종료와 함께 16~17℃ 까지 급격히 낮아졌다가 태양열 입사에 의해 15시경 18~20℃까지 증가한 후 다시 난방개시 시간까지 감소하였다.
- 3월 중순부터는 태양고도가 높아져 아침에도 충분한 광량이 확보되어 작물 생육이 충분이 이루어져 4월의 수확량이 큰 폭으로 회복된 것으로 판단되었다. 따라서 공간 8℃와 공간 4℃+관부난방구를 비교하면 온실 난방온도를 8℃에서 4℃로 낮추어도 관부난방으로 관부온도를 높게 유지함으로써 생육의 저하와 수확시기의 지연 없이 비슷하게 딸기 수확이 가능한 것으로 판단되었다.
- 분석 결과, 난방 방법에 따른 딸기 생육에서 유의한 차이는 없었으나 공간온도 6℃+관부난방구가 상대적으로 높은 온도에서 성장하였으므로 관부직경이 약간 컸으며, 초장, 엽장, 엽폭 등에서 상대적으로 큰 값을 나타내었다. 따라서 온실 공간의 야간 난방온도가 낮더라도 딸기의 온도 민감기관인 관부의 온도를 상대적으로 높게 유지해주면 정상적인 화아 및 엽아의 분화가 발생하며 이후 정상적 생육이 가능한 것으로 판단되었다.
- 생육조사는 2017년 11월 14일, 2018년 1월 30일, 3월 28일에 각각 조사하였다. 분석 결과, 난방 방법에 따른 딸기 생육에서 유의한 차이는 없었으나 공간온도 6℃+관부난방구가 상대적으로 높은 온도에서 성장하였으므로 관부직경이 약간 컸으며, 초장, 엽장, 엽폭 등에서 상대적으로 큰 값을 나타내었다. 따라서 온실 공간의 야간 난방온도가 낮더라도 딸기의 온도 민감기관인 관부의 온도를 상대적으로 높게 유지해주면 정상적인 화아 및 엽아의 분화가 발생하며 이후 정상적 생육이 가능한 것으로 판단되었다.
- 공간온도 4℃+관부난방구는 난방가동시간이 지연되어 0시경부터 난방기가 가동되어 난방설정온도 4℃를 유지하였다. 이와 같이 관부난방을 가동하는 조건에서 공간 난방 기준온도를 6℃ 및 4℃로 설정하면 난방개시 시간이 8℃ 공간 난방구에 비해 각각 약 2시간 및 6시간씩 지연되며, 공간 난방에 사용된 등유온풍난방기의 ONOFF 주기가 길어지는 효과가 중첩되어 유류 소비량이 감소하는 효과가 나타나는 것으로 분석되었다.
- 최근에는 온수보일러, 온풍난방기, 히트펌프(Lee 등, 2011) 및 증발냉각(Nam 등, 2014) 등을 이용하여 시설전체를 냉난방하는 방식에서 벗어나 온도에 민감한 부분을 대상으로 부분냉난방을 실시하여 꽃눈분화 촉진, 병해 방지, 에너지 절감을 실현하는 연구가 꾸준히 수행되어 왔다(Cho 등, 1994; Nam 등, 2002; Kim 등, 2002; Jun 등, 2008; Kim 등, 2010a, 2010b; Kawasaki 등, 2011; Choi 등, 2013). 특히 딸기에 대한 부분냉난방 연구에서는 대관령, 무주 등 고랭지에서 재배되고 있는 사계성 딸기를 대상으로 딸기의 온도 민감부인 관부(크라운부)를 15℃의 냉수로 집중 냉방하여 혹서기 7~8월의 고온스트레스로 인한 생육장해 및 생산량 감소를 극복함으로써 관행적인 재배방식에 비해 생산량을 30%까지 증대시킬 수 있었다. 부분냉방에 대한 선행연구 및 기술개발 과정에서 딸기의 관부가 온도에 특히 민감하다는 것을 확인할 수 있었다(Moon 등, 2014).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.