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문제 정의
- 김과 이(1998)는 근접 조명용 광원으 로서 형광등의 광강도와 분광 특성을 분석한 바 있으나, 폐쇄형 묘생산 시스템과 같이 다단 선반을 이용할 때 상면에서 균일한 광량 분포를 얻을 수 있는 광원의 배치, 광원 과 식물체 사이의 적정 거리 등 근접 조명 설계에 필요한 자료는 부족한 실정이다. 본 연구의 목적은 국내에 보급되어 있는 주요 3파장 형광등을 대상으로 광원의 배치, 광 원과 식물체 사이의 거리에 따른 광합성유효광양자속(photosynthetic photon flux, PPF) 분포를 해석하는데 있다.
제안 방법
- 2에 실려 있다. 55W 형광등이 10cm 간격 으로 설치된 바, 3개 위치(A, B 및 C)의 3지점에서 측정한 바 전부 9개 지점에서 측정 이 이루어졌다. Fig.
- 그러므로 상면에서의 PPF 분포가 불균일하게 나타나는 바, 이러한 문제점을 해소하고자 형광등의 소켓 부분에 20W의 형광등을 각 1 개씩 설치하였다. Fig. 1에서 측정 위치 A, B, C, D 및 E는 형광등의 좌측 경계, 좌측, 중앙, 우측 및 우측경계에 해당하고, 각 위치별로 3 지점에서 측정이 이루어진 바 전 부 15 지점에서 PPF를 측정하였다. Fig.
- 2m이므로, 소켓으로 부터의 거리에 따라 광량 분포가 불균일하게 나타날 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 Fig. 1과 같이 배열된 40W 형광등하에서 소켓으로부터 떨어진 거리가 각기 다른 지점, 즉 A, B, C, D, E에서의 PPF를 측정하였다. 형광등으로부터의 수직거리가 28.
- 40W 형광등은 다른 종류의 램프에 비해서 램프 길이가 길기 때문에 양 끝 부분에 서의 광강도가 중앙에 비해서 매우 낮다. 그러므로 상면에서의 PPF 분포가 불균일하게 나타나는 바, 이러한 문제점을 해소하고자 형광등의 소켓 부분에 20W의 형광등을 각 1 개씩 설치하였다. Fig.
- 5cm, 120cm 떨어진 지점에 해당한다. 본 연구에서는 20W 형 광등을 추가로 설치하기 전후의 PPF를 측정하여, 상면에서의 광량 분포를 비교하였다 한편 55W 형광등하에서의 측정 지점은 Fig. 2에 실려 있다. 55W 형광등이 10cm 간격 으로 설치된 바, 3개 위치(A, B 및 C)의 3지점에서 측정한 바 전부 9개 지점에서 측정 이 이루어졌다.
- 소비전력이 각각 40W, 55W인 3파장 형광등하에서 광원의 배치, 광원과 식물체 사이의 거리에 따른 PPF 분포를 검토하였다. 40W 형광등의 경우 양 끝단에서의 PPF가 중앙에서 의 PPF에 비하여 20~28%에 불과하여 PPF 분포가 매우 불균일하게 나타났다.
- 2와 같이 배열된 55W 형광등하에서 Bl, B2, B3점은 소켓으로부터 각각 6cm, 26cm, 43cm 떨어진 지점에 해당한다. 형광등으로부터의 수직거리에 따른 광 량 변화를 살펴보고자 40W 형광등의 경우 8.5~33.5cm의 수직거리에서 5cm 간격으로, 55W 형광등에서는 8.5~ 33.5cm의 수직거리에서 5cm 간격으로 PPF를 측정하였다.
대상 데이터
- 40W와 55W 형광등하에서 근접조명에 필요한 PPF 자료를 얻고자 광양자센서 (LI-COR, LI-190SA)를 사용하였으며, 40W 형 광등하에서 의 측정지점 이 Fig. 1에 실 려 있다. 40W 형광등은 다른 종류의 램프에 비해서 램프 길이가 길기 때문에 양 끝 부분에 서의 광강도가 중앙에 비해서 매우 낮다.
- 본 연구에 사용된 형광등 가운데 FL20SEX-D/18과 FLR40EX-D/A는 금호전기(주)에서 생산한 직관형 형광등으로서, 주광색의 광원색을 갖는다. 한편, DULUXL55W/21-840은 OSRAM에서 직관형을 브릿지(bridge) 기술로 결합시킨 이중형광등(twin fluorescent lamp) 으로서 냉백색의 광원색을 갖는다(Table 1).
성능/효과
- 4에 실려 있다. 40W 형광등의 경우 중 앙에서 46.1μmol · m-2 · s-1로서 PPF 의 최고치가 나타났으나, 소켓으로 접근할수록 PPF가 감소하는 가운 데 40W 형광등의 양 끝단에서 PPF는 9~12μmol · m-2 · s-1이며, 평균 PPF는 26.3μmol · m-2 · s-1로 나타났다. 결국 형광등 양 끝단에서의 PPF는 중앙에서의 PPF에 비하여 20~28%에 불과하여 소켓으로부터의 거리에 따라 PPF가 매우불균일하게 분포됨을 알 수 있다.
- 6에 제시되어 있다. 55W 형광등하에서의 PPF가 B2점〉B3점〉B1 점의 순서로 나타났으나, 소켓으로부터의 거리에 따른 PPF의 분포는 40W 형광등에 비해서 상대적으로 균일하게 나타났다. 이것은 55W 형광등이 이 중 형광등을 이루며, 형광등의 길이가 0.
- 5에 실려 있다. 광원으로부터의 13.5cm 떨어진 지점에서 평균 PPF는 583.4μmol · m-2 · s-1로서 매우 높으며, 광원으로부 터의 수직거리가 멀어질수록 PPF가 대수적 으로 감소하는 가운데 수직거 리로'각각 20cm, 40cm, 60cm 떨어진 지점에서의 평균 PPF는 약 450iimo 1 - m-2 • s'1, 270μmol · m-2 · s-1, 170 μmol · m-2 · s-1로 나타났다. 일반적으로 식물 종류에 따라 차이가 있으나 묘생산에 요구되는 적정 PPF는 대개 200~350μmol · m-2 · s-1인 바(김, 2000a), 이와 같은 PPF는 55W의 3파장 이중형광등으로부터 30~50cm 떨어진 지점에서 충분하게 확보할 수 있는 광량에 해당한다.
- 533m로서 40W 형 광등 길이의 절반에도 미치지 못하는 구조적인 특성 때문인 것으로 판단된다. 그러므로 55W 형광등의 경우 소켓 부근에 보광용 형광등을 추가로 설치 하면 상면에서의 광량 분포를 보다 균일하게 확보할 수 있으나, 보광용 형광등의 추가 설치 필요성이 40W 형광등에 비해서 떨어짐을 알 수 있었다.
- 5μmol · m-2 · s-1로 나타났다. 양 끝단에 20W 형광등의 추가로 말미암아 중앙에서의 PPF에 대한 양 끝단에서 의 PPF가 47~58%에 이르러 소켓으로부터의 거리에 따른 PPF의 불균일한 분포가 개선 됨을 알 수 있다
- 40W 형광등의 경우 양 끝단에서의 PPF가 중앙에서 의 PPF에 비하여 20~28%에 불과하여 PPF 분포가 매우 불균일하게 나타났다. 이러한 문제를 해결하고자 40W 형광등의 소켓 부분에 20W 형광등을 1개씩 추가한 결과 PPF의 불 균일 분포가 상당히 개선되었다. 한편 55W 형광등하에서 PPF의 분포는 40W 형광등에 비 해서 상대적으로 균일하게 나타났다.
- 결국 형광등 양 끝단에서의 PPF는 중앙에서의 PPF에 비하여 20~28%에 불과하여 소켓으로부터의 거리에 따라 PPF가 매우불균일하게 분포됨을 알 수 있다. 이와 같은 PPF의 불균일한 분포로 인하여 배양중인 식물체의 생장 차이가 나타날 수 있는 바, 이를 해소하고자 40W 형광등의 소켓 부분에 20W 형광등을 1개씩 추가한 결과(40/20W) 불균일한 광분포가 상당히 개선되었다. 즉 40/20W 형광등의 중앙에서 PPF* 51.
- 이러한 경향은 광원으로부터의 거리가 235cm에 이르기까지 지속되었으며, 이 후에는 20W 형광등의 추가에 의한 PPF의 증가 효과가 감소하였다. 조직배양 단계에서 의 대략 4,000~5001x(PPF로 환산하면 대략 40~50μmol · m-2 · s-1에 해당함)의 광량이 요구됨을 고려할 때 본 연구에서 사용된 40W 형광등을 광 원으로 사용하여 배치할 경우 조직배양 또는 순화과정에서 요구되는 PPF를 광원으로부터 18.5~28.5cm 떨어진 지점에서 충분히 확보할 수 있을 것이다.
- 이와 같은 PPF의 불균일한 분포로 인하여 배양중인 식물체의 생장 차이가 나타날 수 있는 바, 이를 해소하고자 40W 형광등의 소켓 부분에 20W 형광등을 1개씩 추가한 결과(40/20W) 불균일한 광분포가 상당히 개선되었다. 즉 40/20W 형광등의 중앙에서 PPF* 51.8μmol · m-2 · s-1로서 최고치를 나타냈으며, 형광등의 양 끝단에서 PPF는 25~30μmol · m-2 · s-1로서, 평균 PPF는 40.5μmol · m-2 · s-1로 나타났다. 양 끝단에 20W 형광등의 추가로 말미암아 중앙에서의 PPF에 대한 양 끝단에서 의 PPF가 47~58%에 이르러 소켓으로부터의 거리에 따른 PPF의 불균일한 분포가 개선 됨을 알 수 있다
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