초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
○ 시설딸기 재배용 축열온실 개발
- 재배면적, 광환경, 환기, 피복재 층수, 파이프 길이 및 경지면적 등을 고려하여 딸기 시설재배에 적합한 온실 모델 6종을 개발하였다. 개발된 온실 모델에 대하여 딸기 주산지의 내재해 설계기준(설계풍속, 설계적설심)을 만족시키는 서까래 파이프의 규격과 설치간격을 제시하였다. 이러한 온실 모델은 기존 온실에 비해 골조율 0.9∼2.8% 감소로 광환경이 개선되었으며, 파이프 사용량이 30% 감소하여 경제적인 온실로 평가할 수 있다.
- 딸기 고설재배용 온실의 무가온

Ⅳ. 연구개발결과
○ 시설딸기 재배용 축열온실 개발
- 재배면적, 광환경, 환기, 피복재 층수, 파이프 길이 및 경지면적 등을 고려하여 딸기 시설재배에 적합한 온실 모델 6종을 개발하였다. 개발된 온실 모델에 대하여 딸기 주산지의 내재해 설계기준(설계풍속, 설계적설심)을 만족시키는 서까래 파이프의 규격과 설치간격을 제시하였다. 이러한 온실 모델은 기존 온실에 비해 골조율 0.9∼2.8% 감소로 광환경이 개선되었으며, 파이프 사용량이 30% 감소하여 경제적인 온실로 평가할 수 있다.
- 딸기 고설재배용 온실의 무가온 재배를 위하여 지중축열 및 공간축열 시스템을 개발하여 실증시험을 수행하였다. 실증시험을 통하여 온실 내부환경 및 축열·방열량 등을 분석하였다.
- 외기온 일 최저온도가 –9.1℃∼13.5℃(평균 –1.2℃) 일 때 이중에어온실의 내부 최저온도는 –1.9℃∼15.0℃(평균 8.1℃), 이중피복온실 내부 최저온도는 –3.8℃∼14.0℃(평균 6.3℃) 범위로 변화하였다. 또한 외기온 일 평균온도가 –3.2℃∼18.4℃(평균 4.8℃) 일 때, 이중에어 및 이중피복 온실의 내부 평균온도는 각각 8.1℃∼21.0℃(평균 13.3℃), 3.8℃∼14.0℃(평균 6.3℃) 범위로 변화하였다.
- 지중축열온실과 공간축열온실은 대조온실에 비하여 각각 평균 3.5℃, 1.2℃의 난방 효과가 있었으며, 연료소모량은 대조온실에 비해 85%, 25%의 절감효과가 있었다. 그리고, 축열효과에 따른 승온억제효과는 지중축열온실 4.3℃, 공간축열온실은 1.2℃ 정도 인 것으로 나타났다.
- 지중축열시스템의 축열성능은 1,596kcal/h 이고, 방열성능은 512kcal/h 인 것으로 분석되었다.

○ 시설딸기 재배용 온습도 환경제어시스템 개발
- 시설딸기 재배온실 내부의 공기온도 및 상대습도 환경을 최적조건으로 관리하기 위하여 실내공기 순환, 열회수 환기, 실내공기 혼합 열회수 환기, 바이패스 환기 등의 4가지 모드운전을 자동으로 수행하는 온습도 환경제어시스템을 개발하고자 하였다.
- 환경제어시스템은 L 1,700 × D 1,200 × H 1,540mm 크기의 외부 하우징, 배기입·출구, 급기 입·출구, 열 교환기, 전동댐퍼, 송풍팬, 프리필터, 컨트롤러 등으로 구성하여 제작하였다.
- 환경제어시스템의 온도효율은 온실 내외부 온도차가 3.6℃∼7.7℃까지 변화할 때 최고 94%부터 79%까지 변화하였으며 온도차가 적을수록 온도효율이 높은 것으로 나타났다. 동일조건에서 온실 외부로 배출되는 열량은 평균 5,172kcal/h로 나타났으며 열교환기에 의해 회수되어 실내로 공급되는 열량은 평균 4,375kcal/h로 열회수율은 평균 85%로 나타났다.
- 2016년 1월 2일 07:20경 외기온은 최저 –4.2℃까지 떨어졌으며 시험구 및 대조구 내부의 공기온도는 난방기의 가동으로 8℃를 유지하고 있었고 19:00부터 다음날 오전 09:00까지의 상대습도는 시험구가 78.3∼88.0%(평균 82.4%)로 대조구 87∼99.0%(평균 95.6%)에 비하여 평균 13.2% 낮게 유지되었다.

○ 시설딸기 재배용 축열온실 및 환경제어시스템 현장실증 연구
- 시설딸기 재배시 난방에너지 절감과 시설내부의 과습한 환경을 개선하기 위하여 지중축열 및 환경제어 시스템의 재배효과를 구명하고자 실증시험을 수행하였다.
- 2014년(1년차) 시험결과 대조구에 비하여 내부의 공기온도는 지중축열구가 6∼8℃ 높았고, 환경제어구는 비슷하였으나 상대습도는 지중축열구가 20% 높았고, 환경제어구는 10∼15% 낮았다. 야간 상대습도가 높을 경우 곰팡이병의 발생이 많아지기 때문에 2015년(2년차) 시험에서는 이러한 문제점을 개선한 지중축열+환경제어구에서 상대습도를 비교적 일정하게 제어할 수 있었다.
- 생육에 있어 엽수 초장, 관부직경, 엽장, 엽폭 등 처리간에 큰 차이는 없었다. 주당 상품수량은 지중축열+환경제어구가 373g, 공간축열구가 321g, 대조구는 290g으로 지중축열+환경제어구가 28.6% 높게 나타났으며, 비상품수량은 다습에 의한 곰팡이 병해 등의 발생으로 대조구에서 많았다. 잿빛곰팡이 병의 발병과율은 대조구에서 16.0%, 지중축열+환경제어구 4.5%로 71.9% 저하되었다.
- 2016년 1월 1일부터 2월 15일까지 45일 동안 시험구 및 대조구 온실에 투입되는 난방에너지를 비교한 결과 피복면적당 연료소모량은 대조구 1.23L, 공간축열구 1.01L, 지중축열+환경제어구 0.71L가 소모되어 지중축열+환경제어구가 대조구에 비하여 난방에너지가 42.3% 절감되는 것으로 분석되었다.

Abstract ▼

○ Development of thermal storage greenhouse for protected cultivation of strawberry
Considering the factors –i.e. cultivation area, light environment, ventilation, the number of covering layer, pipe length and cultivated area - , six models have been developed in terms of the cultivation of straw

○ Development of thermal storage greenhouse for protected cultivation of strawberry
Considering the factors –i.e. cultivation area, light environment, ventilation, the number of covering layer, pipe length and cultivated area - , six models have been developed in terms of the cultivation of strawberries. In doing so, the study has proposed/produced the optimal standard/measurements that the installation interval of rafter pipe complementing the embedded design standard(design wind speed and snowfall) in major strawberries area. Given the models have improved in terms of light environment by reducing the frame rates from 0.9∼2.8%. And it has also improved cost effective in building greenhouse by reducing 30% the materials such as the pipes.
In order to achieve non-heated cultivation of the elevated production system greenhouse for strawberry, the study has developed the underground thermal storage greenhouse and underbed thermal storage greenhouse. Throughout demonstrating the tests, it has been analysed inside the greenhouse environment, yields, etc.
By measuring the lowest temperatures in outside ranged of –9.1℃ to 13.5℃(average –1.2℃), the temperatures of inside has been measured the lowest one of air-inflated greenhouse from –1.9℃ to 15.0℃(average 8.1℃) and the other case of double-layer greenhouse has changed from 3.8℃ to 14.0℃(average 6.3℃).
In terms of the average temperature, when measured outside temperature were ranged from –3.2℃ to 18.4℃(average 4.8℃), the inside-average temperature of air-inflated greenhouse were from 8.1℃ to 21.0℃(average 13.3℃) and the case of double-layer greenhouse changed from 3.8℃ to 14.0℃(average 6.3℃).
The underground thermal storage greenhouse and the underbed thermal storage greenhouse were proven in that heating effect than comparative greenhouse. For instance, the underground thermal storage greenhouse was average 3.5℃ higher than comparative greenhouse. The underbed thermal storage greenhouse was average 1.2℃ higher than comparative greenhouse. In terms of fuel consumption, the underground thermal storage greenhouse was reduced 85% and the underbed thermal storage greenhouse was reduced 16.3%, comparing to the comparative greenhouse.
In the aspect of cooling effect by using the effect of heating storage, the underground thermal storage greenhouse was 4.3℃ and the underbed thermal storage was 1.2℃, comparing to the comparative greenhouse.
In terms of the heat storage performance, the underground thermal storage greenhouse was 1,596kcal/hr and heat radiation perfomance was 512kcal/hr.

○ Development of environment control system for protected cultivation of strawberry
This study is intended to develop temperature and humidity environment control system that automatically carries out 4 modes of operation such as indoor air circulation, heat recovery ventilation, indoor air mixing heat recovery ventilation and bypass ventilation in order to control temperature and relative humidity environment inside a greenhouse for the cultivation of strawberry so that it is in optimum condition.
The environment control system is composed of L 1,700 × D 1,200 × H 1,540mm external housing, air exhaust inlet and outlet, air supply inlet and outlet, heat exchanger, motorized damper, blowing fan, controller, etc.
The temperature efficiency of environment control system changed from a maximum of 94% to 79% when difference in temperature between the inside and outside of greenhouse changed from 3.6℃ to 7.7℃. And it was shown that the temperature efficiency increased as difference in temperature decreased. It was shown that heat released to the outside of greenhouse was an average of 5,172kcal/h. And heat which was recovered by heat exchanger and which was supplied indoors was an average of 4,375kcal/h. And it was shown that heat recovery rate was an average of 85%.
Outdoor air temperature went down to a minimum of –4.2℃ around 07:20 on 2 January 2016. The air temperature inside the experimental greenhouse and control greenhouse was kept at 8℃ due to the operation of heater. Relative humidity from 19:00 to 09:00 was 78.3∼88.0%(an average of 82.4%) in the experimental greenhouse, and was kept lower by an average of 13.2%, as compared with 87∼99.0%(an average of 95.6%) in the control greenhouse.

○ Study on field demonstration test of thermal storage greenhouse and environment control system for protected cultivation of strawberry
Experiments were carried out to test the underground thermal storage and environment control system for the energy saving and improving micro-environment for the protected strawberry cultivation. In 2014(first year) it was observed that indoor air temperature was increased by 6∼-8℃ in greenhouses equipped with the thermal storage system in comparison with control greenhouse; although ventilation control rate was similar, air relative humidity was increased by 20%, and ventilation rate was decreased by 10∼15%.
High relative humidity levels especially during nighttime can increase an occurrence of fungal diseases in greenhouses. In 2015(second year) experiment results showed that an improved underground thermal storage combined with ventilation control system can control relative humidity in some degree. There were no significant differences in plant height, crown diameter, leaf length and leaf width of strawberry plants due to treatments.
Plant marketable yield in underground thermal storage and ventilation control equipped greenhouses, above ground thermal storage greenhouses as well as in control greenhouses were 373g, 321g and 290g, respectively, non-marketable fruit fraction was also higher in control greenhouses.
Fuel consumption per unit of covered area in control greenhouses, above ground thermal storage greenhouses and underground thermal storage and ventilation control equipped greenhouses were 1.23L, 1.03L and 0.71L, respectively, thereby showing that underground thermal storage and ventilation control system can reduce greenhouse heating energy by 42.3% as compared with the conventional cultivation methods.