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Kafe 바로가기주관연구기관 | (주)그린플러스 |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2016-02 |
과제시작연도 | 2015 |
주관부처 | 농촌진흥청 Rural Development Administration(RDA) |
등록번호 | TRKO201600003167 |
과제고유번호 | 1395039793 |
사업명 | 농업기후변화적응체계구축 |
DB 구축일자 | 2016-06-25 |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201600003167 |
Ⅲ. 연구개발 내용 및 결과
1. 간척지 설치 경량형 현대화온실 모델 개발(제1세부)
1) 국내외 경량향 온실 형태 및 규격 조사를 통해 특성을 분석하였다. 우리나라의 경량온실은 온실폭이 7.0, 8.0m로 규격화 되어 있는 반면, 일본이나 유럽의 경우 좁게는 5.4m에서 길게는 12.8m까지 다양한 형태가 있는 것으로 나타났다. 서까래 부재는 우리나라와 일본이 원형파이프를 사용하는 반면, 유럽은 각관이나 타원형 파이프를 사용하는 것과 곡부와 서까래 연결을 위해 물받이(거터)를 체결하는 것이 큰 차이점으로 나타났다. 환기
Ⅲ. 연구개발 내용 및 결과
1. 간척지 설치 경량형 현대화온실 모델 개발(제1세부)
1) 국내외 경량향 온실 형태 및 규격 조사를 통해 특성을 분석하였다. 우리나라의 경량온실은 온실폭이 7.0, 8.0m로 규격화 되어 있는 반면, 일본이나 유럽의 경우 좁게는 5.4m에서 길게는 12.8m까지 다양한 형태가 있는 것으로 나타났다. 서까래 부재는 우리나라와 일본이 원형파이프를 사용하는 반면, 유럽은 각관이나 타원형 파이프를 사용하는 것과 곡부와 서까래 연결을 위해 물받이(거터)를 체결하는 것이 큰 차이점으로 나타났다. 환기의 경우 우리나라와 일본은 곡부 권취식이나, 용마루 개폐식을 주로 사용하고 있으나, 유럽의 경우 풀오픈이나, 반쪽오픈식등 다양한 방법을 적용하고 있다. 경량온실 피복재로는 일본이 간척지 온실에 유리대신 경질불소필름을 적용하고 있으며, 유럽의 경우 피복재 고정구로 슬라이딩이나 조립식의 전용패드를 사용하고 있는 것이 큰 특징이다.
간척지와 같은 연약지반 상에 온실을 설치하는 경우 온실의 구조적 안성성을 확보하기 위하여 지반을 보강할 수 있는 구조물 및 공법에 대한 특허분석결과, 출원건수는 연도별로 꾸준한 증가세를 보여주고 있고, 기술개발 싸이클상 성숙기에 도달한 기술이다. 미국을 중심으로 유럽과 일본이 관련 출원을 주도하고 있으며, 한국이 그 뒤를 추격하고 있는 상황인 것으로 나타났는데, 간척지와 같은 연약지반을 보강하기 위한 구조물이나 이들의 시공방법은 주로 Pile, PHC, Pile connector의 구조와 조립에 특징이 있는 기술들이 다수 출원되었으며, 이들을 대상으로 하는 시공방법에 대한 기술도 존재하는 것으로 나타났다. 다만, 간척지와 같은 연약지반을 보강하기 위한 다양한 기술들이 위와 같이 존재하는 것으로 조사되었지만 이러한 보강 구조물이나 공법들이 온실 설치를 위하여 특화된 기술은 거의 존재하지 않는 것으로 조사되었다.
2) 경량형 온실 모델 개발에 적합한 피복재에 대하여 국내외 자료조사 결과 네덜란드의 경우 지붕에는 두께 2.0mm의 폴리에틸렌 필름을 주로 사용하고 있고 수요자의 요구에 따라 불소필름이 일부 도입되고 있다. 유럽이나 중동 지역은 대부분 두께 2.0mm의 PE필름을 씌우고 있으며, 전후벽 및 측벽에 기능적 필요에 따라 PC파형 또는 PC복층판을 선택적으로 사용하고 있다. 일본의 경우 주로 두께 0.13mm~0.15mm의 PO필름이 채용되며, 고급 온실의 경우는 지붕은 불소필름, 측벽은 PO필름으로 조합하거나, 지붕측벽 모두 불소필름을 사용하는 온실이 증가하고 있다. 캐나다의 경우 Double Poly라 지칭되는 2중의 폴리에틸렌 필름 사이에 공기를 불어넣어 보온성이 우수한 피복 방법을 채택하고 있으나, 우리나라 아치형 비닐하우스의 경우는 대부분 0.1mm 두께의 PE필름이 사용되고 있으며 근래에 와서 PO필름 피복이 증가하고 있는 추세이다. 온실 피복재로써의 요구 조건이나, 피복재 종류별 특성, 각국의 온실 피복재 추이 등을 살펴볼 때, 앞으로 간척지에 적용할 경량 온실의 피복재로는 경질판류에서 PC 및 PMMA 재질과, 경질필름에서 불소필름, PO를 중심으로 한 연질필름류로 집약할 수 있다.
3) 국내에서 일반적으로 사용되는 온실용 부속자재 및 기계류 가격을 조사하여, 모델 내역에 반영하였으며, 실증온실에는 규격이 맞지 않거나 가격이 높은 제품은 당사에서 직접 제작하여 시공하였다. 실증온실의 기본형태는 다양한 적용성을 가진 폭 8m × 2지붕, 높이 5m의 아치 또는 양지붕형 Venlo 타입 온실로 설정하였으며, 첨단 원예시설로서 손색이 없고 시설재배 작물군에 폭넓게 적용할 수 있으며, 내구성, 기능성 등 물리ㆍ화학적 특성 및 광적 특성이 우월한 불소필름, PCㆍPO, 북쪽 단열 Sheet 피복재를 선정하였다. 또한, 작목, 재배방법, 재배기술에 국한되지 않고, 범용, 실용적이면서 검증된 각종 부대시설 및 시스템을 적용하였다.
4) 설계안을 검증하기 위하여 실증온실을 시공하여, 내부 환경분석과 피복재별 성능분석을 수행하였으며, 이를 통해 온실 시공을 위한 작업별 설명서, 설계도서 및 시방서를 작성하였다. 1ha 기준 표준 설계도 및 내역을 작성하여 시공비를 분석하였으며, 그 결과 유리온실 대비 약 20% 공사비를 절감할 수 있는 것으로 기대된다. 또한, 실증온실 설계를 통해 도출한 기술에 대하여 특허 3건(홈통구조, 지주조립체, 외부차광막)을 출원/등록 하였다.
5) 표준모델을 검증하기 위해 구조분석과 내부열유동분석을 수행하였으며, 그 결과 제시모델의 경우 적설심 32cm, 풍속 26m/s까지는 구조보강없이 안전한 것으로 나타났으며, 풍속에서 취약 부분인 기둥하단 베이스 부분과 거터 고정구 등의 결합방법을 수정하였다. 유동분석에서 표준온실의 천창/측창유무, 천창수량, 개폐비율 및 외부 풍속에 따른 온실내부의 온도/환기특성을 고찰하였으며, 총 10분동안의 환기 시간동안 각 환기조건에 따른 온실내부의 온도분포와 온도하강속도를 비교하였다. 그 결과 필요이상의 온도를 신속히 적정온도로 낮추기 위해 환기가 빠를수록 유리한데, 이는, 환기창의 면적이 넓을수록 , 외부공기가 빨리 유입될수록, 내부 유동휀을 이용한 강제환기를 진행할수록 두드러진 결과를 나타내었다. 이를 반영하여, 온실 천창, 측창 및 내부유동휀의 설계 면적과 개수 등을 1ha 기준 표준 설계를 보완하였다.
2. 간척지 설치 비닐하우스 모델 개발(제2협동)
현재 개발되어 보급 중인 내재해형 비닐하우스는 내륙에 국한하여 설치 가능하며, 간척지가 조성되어 이미 준공되었거나 현재 조성 중인 지역에 비닐하우스를 설치하기 위해서는 간척지 연약지반에 적합한 구조 및 기초 설계가 필요하다. 현재 간척지에 적합한 온실용 기초 형태 및 규격에 관한 연구가 일부 진행되고 있으나 지반조사 결과를 토대로 한 비닐하우스용 스파이럴 기초의 규격 산정 및 특성에 관한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구는 간척지 연약지반에 내재해형 비닐하우스를 설치한다는 전제하에 내재해형 비닐하우스와 구분되거나 기존 모델의 선택의 폭을 넓힐 수 있는 온실 모델과 스파이럴 말뚝기초의 적정 규격을 제시하여 향후 간척지 일반원예단지에 적용 가능한 내재해형 비닐하우스 모델의 기초 자료로 활용하고자 수행하였다. 간척지 설치 비닐하우스로 개발된 모델은 폭 6m와 8m 벤로형 연동하우스와 기존내재해형 단동하우스(폭 6m, 7m, 8.2m)에 스파이럴 말뚝기초를 적용한 모델 그리고 폭 9m, 10m 고측고 단동하우스에 스파이럴 말뚝기초를 적용한 모델 등이다. 간척지 일부 시험포장에서 지반조사와 스파이럴 말뚝기초의 인발재하시험을 수행하였으며 극한지지력 자료를 바탕으로 적정 말뚝기초의 규격을 설계하였다. 또한 실제 영산강 간척지 시험포장에 폭 6m 벤로형 연동하우스와 폭 8.2m 단동하우스를 설치하여 골조피해와 지반침하 여부를 평가하였다.
3. 간척지 설치 온실 모델의 경제성 분석(제3협동)
토마토의 경제성 분석결과, 편익비용비율(B/C)은 1ha 기준 피복재 종류와 독립기초의 유형에 따라 간척지 일반 온실 0.991, 경질필름+스파이럴항 독립기초 2.217, 경질필름+PHC파일ㆍ콘크리트 독립기초 2.175, 내륙 유리+PHC파일ㆍ콘크리트 독립기초 1.992으로 분석되었다.
파프리카의 경제성 분석결과, 편익비용비율(B/C)은 1ha 기준 내륙 일반 온실 1.201, 경질필름+스파이럴항 독립기초 1.736, 경질필름+PHC파일ㆍ콘크리트 독립기초 1.709, 내륙 유리+PHC파일ㆍ콘크리트 독립기초 1.593로 추정되었다.
연간 임대료에 대한 지불의사금액의 평균(WTP truncated mean)은 78,500,107.64원/ha으로 추정되었다. 연간 임대료(원/ha)에 대한 수용확률을 분석한 결과, 임대료의 금액이 높아질수록 응답자들의 선택확률은 감소한다는 것을 알 수 있었다.
원예시설 현대화 사업ㆍ시설원예 품질개선 사업 등 정부지원 조건을 살펴보면, 정부 보조비율이 20~50% 수준으로 가정하였다. 간척지 설치 경량형 온실 시공비가 34억 5,900만 원/ha 기준, 개인 자본 투자비율 50%(정부보조 50%)라면 투자는 약 17억 2,450만원/ha으로 계상된다. 한편, 투자에 대한 이자율(2.5%) 및 시설에 대한 감가상각비(정액법, 내구년수 20년 가정)를 고려한 연간 임대료는 129,712,500원/ha 이며, 이 경우 수용확률이 0.33으로 입주의향자는 충분한 것으로 판단된다.
중요도-만족도 분석(Importance-Performance Analysis: IPA) 결과에 따르면, 첫째, 공동 활동부분 효과에 대한 IPA분석결과, 지속적으로 잘 유지해야 할 영역(B 사분면)에 포함된 요인은 ‘소모품 공동구입’, ‘기자재 공동구입’, ‘공동출하’ 등 총 3개 항목인 것으로 나타났다. 응답자의 중요도와 만족도가 모두 높기 때문에 지속적으로 잘 유지해야 할 필요가 있는 영역으로 분석된다.
둘째, 정보교류 및 교육부분 효과에 대한 IPA분석결과, 가장 집중적으로 관리되어야 할 요인으로 ‘생산기술 교육’이 도출되었다. 또한, 지속적으로 잘 유지해야 할 영역에 포함된 요인으로 는 ‘생산기술 정보’, ‘온실시설 관리정보’, ‘유통관련 정보’ 등 총 3개인 것으로 분석되었다.
단지 운영 방안에 대해서는, 간척지 환경에 적응성이 높고 시공비를 낮추어 경제성을 높인 경량형 온실모델의 보급이 필요하고, 원예시설을 설치 후 농업인에게 임대하는 형식으로 운영하고, 소모품 및 기자재 공동구입에 대한 단지별 생산자 니즈를 파악하고, 원예전문생산단지가 수출집중형인 경우, 공동출하 체계를 적극 활용해 수출대상국별 경쟁력ㆍ교섭권을 강화해 나가야 하고, 육묘장과 냉ㆍ난방시설의 경우, 에너지 이용 효율성 제고 및 환경 친화적 원예단지 조성을 위한 방안을 모색하여야 하며, 원예전문단지 교육을 실시하기 위해서 생산기술 교육을 타 교육(온실관리 및 유통 관련 교육) 보다 집중적으로 실시해야 한다. 또한, 생산기술 정보, 온실시설 관리정보, 유통관련 정보는 지속적으로 잘 유지해야 하고, 다양한 정보에 대한 농가들의 적극적 정보교류를 활성화 시켜야 한다.
파급효과로는, 규모에 따른 소득 자료를 제공하여 무리한 시설투자를 지양하고, 초기 투자비 절감으로 간척지 시설원예 단지의 투자효율성을 증대하고, 농가 및 시설원예 단지의 리스크를 감소시키고, 시설원예단지 작물의 수출증대 방안을 모색한다. 또한, 시설원예 단지 농가의 선호도 조사를 통한 원예단지의 효율적 관리 방안 및 교육내용을 개선하고, 간척지 환경에 적합한 온실보급에 의한 농가소득을 증대시키며, 간척지 원예단지 조성의 수월성 제고가 기대된다.
Ⅲ. Research development contents and results
1. Reclaimed land installation lightweight modernization greenhouse model development (The 1st details)
1) The features were analyzed through domestic and international lightweight greenhouse type and specification investigation. Korea's lightweight
Ⅲ. Research development contents and results
1. Reclaimed land installation lightweight modernization greenhouse model development (The 1st details)
1) The features were analyzed through domestic and international lightweight greenhouse type and specification investigation. Korea's lightweight greenhouse is standardized with greenhouse width of 7.0 and 8.0, while various types of from short 5.4m and long 12.8m are used in Japan and Europe. For rafters subsidiary material, circular pipe is used in Korea and Japan, and there is a big difference in Europe using square pipe or oval pipe, and connecting waterspout (gutter) for connection of curve part and rafters.
For ventilation, curve part winding type or roof ridge open and close type is mainly used in Korea and Japan, but various methods such as full open, half open, and others are applied in Europe. For lightweight greenhouse covering material, hard fluorine film is applied in reclaimed land greenhouse in Japan instead of glass, and as a distinctive feature in Europe, sliding or exclusive assembling pad is used for covering material fixture.
If greenhouse is installed on weak ground like reclaimed land, as result of patent analysis about structure and method of construction that can supplement ground in order to secure structural stability of greenhouse, number of patent cases shows steady increase by year, and this technology reached mature stage for technology development cycle. It seems that Europe and Japan with U.S. as the center take the lead in related patent applications, followed by Korea, and for structure and construction method to supplement weak ground such as reclaimed land, many cases of technologies featuring mostly structure and assembling of Pile, PHC, Pile connector were applied for patents, and technology about construction method with those as the subject was shown to exist. Even though various technologies to supplement weak ground such as reclaimed land were investigated to exist, technology specialized for greenhouse installation of supplementary structure or method of construction was investigated to hardly exist.
2) For covering material appropriate for lightweight greenhouse model development, as result of domestic and international data investigation, 2.0mm polyethylene film is mainly used for roof in Netherlands, fluorine film is partly introduced depending on consumers' requests. Mostly 2.0mm thick PE film is covered in Europe and Middle East, and PC corrugate or PC dual layer plate is used selectively depending on functional necessity in front and back walls, and side walls. In Japan, mostly 0.13mm~0.15mm thick PO film is employed, and for high quality greenhouses, greenhouse that roof is assembled with fluorine film, and side wall with PO film, or that uses fluorine film for all side walls of roof are in gradual increase.
In Canada, covering method with excellent thermal effect is employed by putting air between dual polyethylene film named Double Poly, but 0.1mm PE film is mostly used for Korea's arch type vinyl house, and recently PO film covering is on the increase. When examining requirements as greenhouse covering material, or feature by covering material type, greenhouse covering material changes, and others, lightweight greenhouse covering materials to be applied in reclaimed land can be summarized as PC and PMMA material in hardened plate, hardened film in fluorine film, and soft films focusing on PO.
3) Greenhouse subsidiary material and machinery prices used commonly in Korea were investigated, and reflected in model details, and for empirical greenhouse, product not meeting specification or product with high price was manufactured and constructed directly by our company. Basic shape of empirical greenhouse was set as width 8m × 2, roof and height 5m arch with various applicabilities or even span Venlo type greenhouse, and it is state of the art horticulture facilities, can be applied widely in facility cultivation produce group, and fluorine film with excellent physical, chemical, and light properties such as durability, functionality and others, PCㆍPO, North side insulation Sheet covering material were selected. In addition, widely used, practical, and verified various subsidiary facilities and system were applied beyond crop, cultivation method, and cultivation technology.
4) Internal environment analysis and performance analysis by covering material were performed by constructing empirical greenhouse for verification of design plan, and instruction manual, drawing and specification, and specifications were drawn up for greenhouse construction through such analyses. construction cost was analyzed by preparing 1 ha based standard blueprint and details, and as result, it is expected that about 20% of construction cost can be reduced in comparison with glass greenhouse. Furthermore, 3 cases of patents (gutter structure, support assembling body, light shielding films) regarding technology drawn through empirical greenhouse design were applied for patents.
5) Structural analysis and internal heat flow analysis were conducted to verify standard model, and as result, suggested model was shown to be safe without structural supplementation up to snow depth 32cm, wind speed 26m/s, connection method of pillar bottom base vulnerable in the wind and gutter fixture was modified. In flow analysis, we examined features of temperature/ventilation inside greenhouse based on ceiling/side windows, quantity of ceiling window, open and close ratio and outside wind speed of conservatory greenhouse, and we compared temperature distribution and temperature dropping speed by ventilation condition inside greenhouse, for total 10 minutes of ventilation time.
As result, faster ventilation is favorable for lowering unnecessarily high temperature quickly to proper temperature, and this means that if ventilation window area is wider, outside air flows in faster, more forced ventilation using internal flow fan is used, it showed remarkable results. By reflecting this, we supplemented 1 ha based standard design about greenhouse ceiling window, side window and design area and quantity of internal flow fan.
2. Development of greenhouse models to be built in reclaimed land(The 2rd collaboration)
The area under reclamation for horticultural complex will be presumed to be about 2,185 hectares by the year 2020 throughout the country. Therefore various kinds of greenhouses including both single and multi-span greenhouses with coverings of PE film, fluoroplastic film and glass and also with diverse widths for the vast reclaimed land have been requested to be developed. The reclaimed land was located on the coast so that strong winds including typhoons from July to September stroke and sometimes heavy snowfalls came down in winter. So, there have been needs to develop anti-disaster greenhouses as well. Therefore this study was carried out to find out adequate and economical greenhouses including the ground foundation suitable for the reclaimed land. However, the reclaimed land was generally known it had the soft ground so that the greenhouses had to have a special ground foundation to keep the ground from having been sinking. As the first step of the development of the greenhouses suitable for the soft land, the application validity was appraised for two greenhouses with a covering of PE film.
In this study, two venlo types of greenhouses and some single-span plastichouses with spiral piles installed were developed. The venlo-typed greenhouses considered here had the two-span width of 6m(=3mx2 spans) and 8m(=4mx2 spans). One of them was built in a reclaimed land of the southern region and has been continually investigated whether the greenhouse has some problems such as the land subsidence especially after strong winds blew and heavy snowfalls came down. As for the ground foundation of the greenhouses, the spiral pile could be used for a SPT N-Value of 2 and a cohesive soil so that it could satisfy the pulling resistances and the compressive forces acting on columns and rafters.
3. Economic Analysis of Horticultural Greenhouse Adjusting to the Reclaimed Land(The 3rd collaboration)
First, according to the economic analysis of tomatoes in 1 hectare, benefit-cost ratio is estimated as follows; reclaimed General Greenhouse is 0.991, rigid film + Spiral independence foundation is 2.217, rigid film + PHC file concrete independent foundation is 2.175, inland glass + PHC files concrete independent foundation is 1.992. Second, the economic analysis of paprika in 1 hectare, benefit-cost ratio is estimated as follows; reclaimed General Greenhouse is 1.201, rigid film + Spiral independence foundation is 1.736, rigid film + PHC file concrete independent foundation is 1.709, inland glass + PHC files concrete independent foundation is 1.539
As the result of the analysis, the WTP truncated mean of the intended payment amount of annual rent turns out to be 78,500,107.64won/ha. As the result of analyzing the acceptability of annual rent (won/ha), the selecting rate of the respondents decreased as the price of rent increased. Estimation of Annual Rent of Light-Weight Greenhouse Installed in Reclaimed Land by the Government Subsidy Rate.
As the condition of the government support on the modernization project of horticultural facilities and the quality improvement project in the field of controlled horticulture, the government subsidy rate is between 20-50%. The investment amount is approximately 1,724,500,000 won/ha on the basis of 3,459,000,000 won/ha as the installation cost of light-weight greenhouses in reclaimed land and 50% of the individual capital investment (50% of government subsidy). The annual rental fee is 129,712,500 won/ha, considering the interest rate (2.5%) of the investment and the depreciation cost of the facilities (straight line depreciation method, 20 years of service life estimated) which resulted in a sufficient number of intended tenants with the acceptability of 0.33.
according to the result of Importance-Performance Analysis: IPA,
First, as a result of the IPA analysis on the effect of communal activity, the three factors included in the fields to be stably maintained (B quadrant) have been shown to be ‘communal purchase of supplies,' ’communal purchase of equipment,' and 'communal shipment.' They need to be continually maintained, due to their high degrees of importance and performance from the respondents.
Second, as a result of IPA analysis on the effects on information-sharing and training, the factor to be intensively managed has been shown to be 'producing skill training' (A quadrant). Also, the three factors included in the field to be stably maintained (B quadrant) have been analyzed to be 'producing skill information,' 'information of greenhouse facility management,' and 'distribution-related information.'
For operation Strategies for Complexes, distribution of Light-weight greenhouse model needed for its high adaptability in reclaimed land and low cost, horticultural facilities to be operated in lease to farmers after installation, investigate producers' needs on communal purchase of supplies and equipment in each complex, for an export-oriented horticultural complex, actively utilize a system of communal shipment to enhance competitiveness and bargaining rights to importing countries, for nursery farms and heating or cooling facilities, a set of strategies to be sought to enhance energy efficiency and eco-friendliness, intensive training for producing skills to be conducted along with other training (greenhouse management, distribution-related training) as a part of training package in horticultural complex. Also, information on producing skills, greenhouse management, and distribution to be stably maintained, Active sharing of diverse information among farms to be encouraged.
A Impact,
Prevention of excessive investment on facilities by offering income data according to size, maximization of investment efficiency of controlled horticultural complexes in reclaimed land by cutting initial investment cost, risk reduction in farms and controlled horticultural complexes, seeking export maximizing strategies for crops from controlled horticultural complexes. Also, Improvement of management strategies and training contents in horticultural complexes via preference survey of farms in controlled horticultural complexes, maximization of profit for farms from supplying suitable greenhouse for the environment of reclaimed land, expected enhancement of convenience in establishing horticultural complexes in reclaimed land.
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