본 연구는 시설 내 소형 수박 재배 시 관수개시점에 따른 토양수분 함량별 생육, 수량 및 생리적 반응 특성의 차이를 구명하고 소형 수박 생산에 유리한 관수조건을 구명하고자 수행하였다. 토양수분 센서를 이용하여 정식 후 14일부터 수확 7 ~ 10일 전까지 관수개시점별 5처리(-10, -20, -30, -40, 50 kPa)를 두어 관수하였다. 토양수분 함량이 가장 낮은 개시점-50 kPa 처리에서 전반적인 지상부 생육특성은 저조하였으나, 근장 및 뿌리 건물율은 증가하였다. 광합성률, 기공전도도 및 증산율 비교 시, 관수개시점-50 kPa 처리에서 가장 낮았고, -20 kPa ~ -40 kPa 처리 시 광합 성률은 높게 조사되었다. 착과율 및 총 상품수량은 -30 kPa 및 -40 kPa 처리에서 각각 84.7 ~ 85.5%, 5,144 ~ 5,305 kg/10a으로 유의하게 증가하였다. 식물체의 외부환경 관련 스트레스 지표 물질로 알려진 프롤린, ABA, 총 페놀 및 시트룰린의 함량은 토양수분 함량이 낮아질수록 증가하였으며, 특히 관수개시점-50 kPa 처리에서 가장 높게 조사 되었다. 따라서 이와 같은 결과를 종합해 볼 때, 시설 내 안정적인 소형 수박 생산을 위하여 관수개시점을 -30 kPa ~ -40 kPa 수준으로 조정하여 토양수분 함량을 조절하는 것이 수박 생육 향상 및 상품수량 증대에 가장 유리한 것으로 판단되었다.

본 연구는 단조가력 하중을 받는 실물크기 비닐온실의 기둥-서까래-도리 접합부의 역학적거동을 알아보기 위해 현장에서 시공되고 있는 두 가지 형식의 실험체로 구조실험을 수행하였다. 실험결과를 바탕으로 두 가지 형식의 접합부에 대해서 휨성능을 분석하고 접합부 분류를 시도하였다. Type B 는 Type A에 비해 휨 성능이 77% 수준으로 나타났으며 두 형식 모두 강성 및 휨내력이 강접합 수준에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 기둥-서까래-도리 접합부의 거동은 용접부 및 체 결구 변형에 의한 국부좌굴이 지배적이었다. AISC 기준에 의한 접합부 분류 결과, Type A와 B 접합부 모두 설계 시 가정하는 강접합 성능에 미치지 못하는 결과를 보였으며 단순 접합으로 분류되는 것으로 나타났다. 따라서 접합부 성능평가 및 분류 결과, 접합부 성능을 고려한 온실 설계가 이루어져야 하며 신뢰성 높은 온실 구조설계를 위해서 온실 접합부에 대한 명확한 설계기준 정립 연구가 필요할 것으로 판단된다.

최근 간척지를 활용한 대규모 수출 원예 단지에 대한 수요가 증대되고 있고, 대규모 시설원예 단지 조성을 위한 현안 중에 하나는 경량 온실용 기초 설계 기준을 확립하는 것이다. 이를 위해 연약지반 기초 보강 방법에 관한 사전 연구들을 검토 하였다. 대상 공법으로는 스파이럴, 나무, 쇄석 다짐 말뚝(팽이) 및 PF 공법이며, 성능 검증을 위해 인발저항력, 지내력, 침하량 측정 등의 시험이 수행되었다. 인발저항력은 동일한 직경에서 근입 깊이가 증가할수록 저항력이 상승하는 것을 확인 할 수 있었다. 스파이럴과 나무 말뚝 기초의 성능을 비교하자면, 유사한 근입비와 마찰 면적을 갖는 기준에 대하여 스파이럴 말뚝의 인발저항력 0.8kN, 나무 말뚝은 인발저항력 1.1kN로 근소하게 나무 말뚝의 성능이 우수하다고 판단되었다. 추가적으로, 일정 근입비(L/D)의 범 위에서의 직경 변화에 따른 인발저항력을 비교하였다. 근입 비 10~12.1 범위에서는 직경 250mm구간, 근입비 14.6~16.7 범위에서의 직경 300mm구간에서 급격한 상승 값을 보였으며, 근입비 범위에 따라 인발저항력 증가 폭이 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 지반 지내력 검토를 위한 재하시험 결과의 경우, 상이한 보강 방법, 직경, 관입 깊이 등의 영향으로 단순 비교하는 것에 한계가 있지만, 나무 말뚝 105kN/m2, 팽이 말뚝 826kN/m2, PF방법 300kN/m2 수준의 최대 허용지지력을 보였다. 위 조건의 경우에, 팽이 말뚝, PF방법, 나무 말뚝 순으로 높은 지내력을 나타냈다. 간척지 기초 시공공법 타당성 검토를 위하여, 일부 국한된 시험 조건하에 인발저항력, 허용지지력, 침하량 측정 등 시험 평가 결과를 비교 검토하였다. 기초 보강 방법 별 일관성있는 경향을 파악하는데 한계가 있었지만, 풍속 40m/s에서 온실에서 받는 인발력이 20kN수준이고(Yu 등, 2012), ’97 한국형 유리온실 표준설계도에 명시된 온실의 기초 지내력 기준이 50kN/m2인 점을 고려한다면 지내력 105kN/m2 ~ 826kN/m2 범위의 기초보강 공법인 팽이, 나무말뚝 및 PF방법 모두 간척지 온실 기초에 적용하기 충분한 공법으로 간주 된다. 장기 침하량 모니터링 및 기초 보강 방법 별 수렴성과 재현성이 확보된 실증 데이터 보완을 통해, 온실 유형별 구조안정성과 경제성을 동시에 만족시킬 수 있는 기초 방식 선정과 설계 가이드 라인 제시가 가능할 것이라고 판단된다.

본 연구는 PO필름과 PE필름을 온실의 피복재로 적용하였을 때 작물 수량 증대 및 에너지 절감에 미치는 영향을 조사하였다. 시험온실은 국립원예특작과학원 시설원예연구소 내에 위치한 단동온실(1-1W) 2동(B21, B23)과 2연동온실(1-2W 형) 2동(B15, B16)을 사용하였다. 단동온실의 규격은 폭 7.2m, 길이 30m, 측고 1.5m, 동고 3.6m 이고, 연동온실의 규격은 폭 8m, 길이 40m, 측고 3.1m, 동고 5.8m의 온실로서 이 중 골조로 된 아치형 표준온실이다. 동절기 시험을 위하여 PO 필름(외피 0.15mm, 내피 0.10mm)을 단동과 연동의 온실 피복재로 사용하였으며 대조구 온실로서 PE필름(외피 0.15mm, 내피 0.10mm)을 단동과 연동에 설치하였다. 시험작물은 완숙토마토 ‘해피니스’를 토양재배 하였고 2019년 12월 3일에 정식하여 2020년 4월 30일까지 재배하였다. 온실내부 야간 설정온도는 15℃를 유지하였으며 주간에는 23∽24℃를 유지할 수 있도록 측창 및 천창을 개방하였다. PO필름의 단동 및 연동온실 내부에서의 일사량, 온습도 등을 측정하였고, 재배 기간 동안의 생육량을 조사하였으며 에너지 절감 효과를 조사 하기 위해 피복재별 시험온실의 온풍난방기 연료 소비량을 조사하였다. 조사 결과 단동온실에서의 일사량은 PO필름 온실 에서 PE필름 온실보다 7% 증가하였고 수확량은 20% 증대되었다. 연동온실에서의 일사량은 PO필름 온실에서 PE필름 온 실보다 11% 증가되었고, 수확량은 9% 증가하였다. 또한 온실내부의 일평균 온습도 측정 결과 단동온실은 PE, PO필름 온실이 19.0℃, 19.1℃, 상대습도 75%를 나타냈고 연동온실 은 PO필름 온실이 19.6℃, 상대습도 57%를 나타냈고 PE필 름 온실이 18.8℃, 상대습도 63%를 나타냈다. 연료 소비량은 단동온실의 PO필름 온실이 PE필름 온실보다 12.4% 절감되 었고 연동온실에서는 PO필름 온실이 PE필름 온실보다 11.5% 절감된 것으로 나타났다.

ETc 손실을 보상하는데 필요한 물의 양을 작물 용수 요구량(Crop water requirement, CWR)로 정의되며, ETc 평가는 작물 필요 요구량을 정확하게 정량화하는 데 필요하며, 물 균형 계산에서 중요한 역할을 한다. 토마토와 파프 리카의 실제 관수 요구량(Actual crop water, ACW)이 적절한 CWR인지 평가하였다. 토마토와 파프리카 재배에 적정한 AWC 예측 및 추정을 위하여 온실 내부 환경데이터를 Penman-Monteith을 이용하여 기준 작물 증발산(ET)을 계산한 후, 기준 증발산은 작물 상수(Kc;토마토-1.15, 파프리카-1.05)계수로 조정하였다. 토마토와 파프리카의 CWR과 ACW를 계산하여 비교 평가한 결과 ACW가 CWR을 대체할 수 있지만 파프리카의 ACW는 필요 이상으로 높게 나타났다. 또한, 토마토의 ACW는 1일 100 ~ 1,200 ml이고, 파프리카의 ACW는 1일 100 ~ 500 ml가 적절한 것으로 나타났다. 그러나, 스마트 온실에서 ETc의 정밀도를 높이려면, ETc가 CWR로 변환되고 ACW와 비교하기 위해서 클래스 A팬 설정이 필요하다. 향후 실시간으로 CWR을 측정하기 위한 시뮬레이션 프로그램 연구가 필요하다.

This study was conducted to investigate cucumber plants response to greenhouse environments by solar shading in greenhouse in the summer. In order to estimate heat stress reduction of cucumber plants by solar shading in greenhouse, we measured and analyzed physiological conditions of cucumber plants, such as leaf temperature, leaf-air temperature, rubisco maximum carboxylation rate, maximum electron transport rate, thermal breakdown, light leaf respiration, etc. Shading levels were 90% mobile shading of full sunlight, 40% mobile shading of full sunlight and no shading(full sunlight). The 90% shading screen was operated when the external solar radiation is greater than 650 W·m-2. Air temperature, solar radiation, leaf temperature, leaf-air temperature and light leaf respiration in the 90% shading of full sunlight was lower than those of 40% shading and no shading. Rubisco maximum carboxylation rate, arrhenius function value and light leaf respiration of the 90% shading were significantly lower than those of 40% shading and no shading. The thermal breakdown, high temperature inhibition, of 90% shading was significantly higher than that of 40% shading and no shading. Therefore, these results suggest that 90% mobile shading made a less stressful growth environment for cucumber crops.

Because the inner environment of greenhouse has a direct impact on crop production, many studies have been performed to develop technologies for controlling the environment in the greenhouse. However, it is difficult to apply the technology developed to all greenhouses because those studies were conducted through empirical experiments in specific greenhouses. It takes a lot of time and cost to develop the models that can be applicable to all greenhouse in real situation. Therefore studies are underway to solve this problem using computer-based simulation techniques. In this study, a model was developed to predict the inner environment of glass greenhouse using CFD simulation method. The developed model was validated using primary and secondary heating experiment and daytime greenhouse inner temperature data. As a result of comparing the measured and predicted value, the mean temperature and uniformity were 2.62°C and 2.92%p higher in the predicted value, respectively. R2 was 0.9628, confirming that the measured and the predicted values showed similar tendency. In the future, the model needs to improve by applying the shape of the greenhouse and the position of the inner heat exchanger for efficient thermal energy management of the greenhouse.

To increase the utilization of the intelligent methodology of smart farm management, estimation modeling techniques are required to assess prior examination of crops and environment changes in realtime. A mandatory environmental factor such as CO2 is challenging to establish a reliable estimation model in time domain accounted for indoor agricultural facilities where various correlated variables are highly coupled. Thus, this study was conducted to develop an artificial neural network for reducing time complexity by using environmental information distributed in adjacent areas from a time perspective as input and output variables as CO2. The environmental factors in the smart farm were continuously measured using measuring devices that integrated sensors through experiments. Modeling 1 predicted by the mean data of the experiment period and modeling 2 predicted by the day-to-day data were constructed to predict the correlation of CO2. Modeling 2 predicted by the previous day's data learning performed better than Modeling 1 predicted by the 60-day average value. Until 30 days, most of them showed a coefficient of determination between 0.70 and 0.88, and Model 2 was about 0.05 higher. However, after 30 days, the modeling coefficients of both models showed low values below 0.50. According to the modeling approach, comparing and analyzing the values of the determinants showed that data from adjacent time zones were relatively high performance at points requiring prediction rather than a fixed neural network model.

This study was conducted to provide a basis for raising farm income by increasing the yield and extending the cultivation period by creating an environment where crops can be cultivated normally during high temperatures in summer. The maximum cooling load of the multi-span greenhouse with a floor area of 504 m2 was found to be 462,609 W, and keeping the greenhouse under 32°C without shading the greenhouse at a high temperature, it was necessary to fog spray 471.6 L of water per hour. The automatic fog cooling control device was developed to effectively control the fog device, the flow fan, and the light blocking device constituting the fog cooling system. The fog cooling system showed that the temperature of the greenhouse could be lowered by 6°C than the outside temperature. The relative humidity of the fog-cooled greenhouse was 40-80% during the day, about 20% higher than that of the control greenhouse, and this increase in relative humidity contributed to the growth of cucumbers. The relative humidity of the fog cooling greenhouse during the day was 40-80%, which was about 20% higher than that of the control greenhouse, and this increase in relative humidity contributed to the growth of cucumbers. The yield of cucumbers in the fog-cooled greenhouse was 1.8 times higher in the single-span greenhouse and two times higher in the multi-span greenhouse compared to the control greenhouse.

In this study, the humidity control effect of a counter-flow ventilator was analyzed in a greenhouse with high relative humidity at night in the winter season. A case of the counter-flow ventilator was 0.96 × 0.65× 0.82(W× D × H, m) and there were heat transfer element and two fans for air supply and exhaust in the counter-flow ventilator. Two counter-flow ventilators were used in this study and the setting humidity of the ventilators was 80%. The temperature and relative humidity at night(18:00-8:00) in the greenhouse were measured. In a greenhouse without a counter-flow ventilator, the average temperature and humidity was 14.9°C, 82.8%, respectively. When the counter-flow ventilator was operated, the corresponding averages were 15.1°C, 79.9%. The independent sample t test of monthly temperature and relative humidity showed no difference in temperature, and a significant difference in relative humidity with 1% of the significance level. Therefore, using the counter-flow ventilator helps to control relative humidity in greenhouse and increase yield.. And further research considering the pros and cons of using the counter-flow ventilator is needed.

파이프 골조 온실의 내구성 증대를 위하여 4가지의 부식방지 처리를 한 파이프를 실험온실 내부에 설치하여 20년경과 후 표면부식 상태와 강도 변화 실험을 실시하였다. 대기 중에 노출된 지상부위에서 무처리 파이프는 강도가 1.3%정도 줄었지만 다른 처리와의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 지하 매설부위에서 중방식 처리한 파이프의 강도는 0.6%정도 줄어 거의 변화가 없었으나 무처리는 15.7% 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 방청 페인트나 아스팔트 도포는 4.2~4.4% 정도 감소하는 것으로 나타났다. 지상부위는 모든 시료에서 심한 부식상태를 보이지 않았다. 중방식 처리는 변화가 없었고, 방청페인트 처리도 녹은 발견되지 않고 약간의 변색만 있었다. 아스팔트 도포는 검게 변색되고 약간의 녹이 발견되었으며, 무처리는 표면의 20~30%정도가 녹슨 것으로 나타났다. 지하 매설부위 무처리 파이프의 경우에는 전체가 완전히 녹슬어 있었고, 아스팔트 도포한 파이프도 표면의 80~90%가 녹슬어 있었다. 방청페인트 처리는 20~30%정도 녹슬어 있었고, 중방식 처리는 거의 변화가 없었다. 중방식 처리는 지하 매설부위에서도 확실한 부식 방지 효과를 보이는 것을 확인할 수 있었고, 방청페인트 처리도 어느 정도 부식 방지 효과를 나타내고 있으므로 현장에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

국내 시설 농업의 99.2%를 차지하는 플라스틱온실의 내부 환경인자는 외부 환경의 변화에 민감하게 반응하고 온실 공간 내부에서 편차가 발생한다. 온도, 습도, CO2, 광도의 환경인자를 계측하기 위한 지점을 3 × 3 × 5로 구성하여 데이터를 취득하고 내부 공간을 수직, 수평적인 측면으로 분할하여 환경 인자의 분포를 확인하였다. 계측지점의 최적점을 선정하고자 계측 공간을 수직, 수평적인 방향으로 분할하고, 측정 데이터와 이를 활용한 예측지점의 선형회귀분석 결과로 성능평가를 실시하였다. 일반적인 상황에서는 온도와 습도 인자의 경우 1개의 센서로 플라스틱온실 내부 환경의 계측이 가능할 수 있으나, 특정 구간의 경우 다수의 센서를 활용하여 내부공간의 정밀성을 확보하는 것이 필요하다. CO2의 경우 실험기간 내의 계측 매트릭스의 증가에도 불구하고 변이를 정의하는데 한계가 있음을 발견하였다. 조도 분포의 경우 일출 이후 지속적으로 회귀분석 결과가 작아짐을 발견하였다. 구조물의 간섭 등을 고려해 동일한 수평적인 방향에서 미계측 지점의 결정계수가 감소하였고, 센서 매트릭스 배치를 작물 높이 위로 위치하여 다수의 센서 노드 설치로 개선 가능하다고 예상된다. 외부 환경의 변화에 따라 온실 내부 환경이 불규칙하게 변화되며, 이 구간은 시설의 규격을 고려하여 계측 매트릭스를 구성해야 한다. 반대로 안정적인 구간에서는 최소한의 센서 노드로 내부 환경의 예측이 가능한 것을 확인할 수 있었다. 결과적으로 측정하고자 하는 환경인자와 시설의 구조 등 연구 및 재배자의 목적에 맞는 계측 매트릭스 위치 선정의 유동성이 요구되며, 덕트의 개폐위치를 조절하여 필요한 곳에 에너지를 투입하는 국소냉난방 및 생육제어 모델링 설계에 적용 가능하다고 판단된다.

본 연구는 기존에 사용하여 왔고, 최근에 온습도의 정확도를 검증하였던 강제 흡출식 복사선 차폐장치(Aspirated Radiation Shield; ARS)를 이용하여 모 기업(A 회사)에서 개발한 시스템의 성능을 개선하고, ARS 장치의 풍속이 온습도에 미치는 영향에 대해서도 시험적으로 검토하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. A 회사 제품의 시스템을 개선하기 전, A 회사 시스템의 온도는 ARS 장치로 측정한 온도보다 최대 10.2℃정도 높았고, 상대습도는 20.0%정도 낮게 나타났다. 시스템을 개선한 후, 노드 1, 2의 온도 및 상대습도는 거의 일치하는 것으로 나타났다. 개선 후의 노드 2와 ARS 장치로 측정한 온도간의 최고, 평균 및 최저온도를 포함한 온도편차는 각각 0.2～0.7℃정도로써 ARS 장치가 약간 낮거나 높게 나타나는 경향이 있었다. 상대습도의 경우, 일몰 직후 ARS 장치의 상대습도가 약 10.0%정도 높게 나타나는 경향이 있었지만, 그 이외에는 평균적으로 1.9%정도 ARS 장치가 약간 낮게 나타나는 경향이 있었다. 그리고 노드 1을 최소-중간 사이, 중간-최대 사이 및 최대로 설정한 경우, 노드 1, 2의 최고, 평균 및 최저온도를 포함한 편차는 각각 0.1～0.4℃, 0.0～0.2℃ 및 0.0～0.5℃정도였다. 그리고 노드 1의 3개 측점과 ARS 장치의 최고, 평균 및 최저온도를 포함한 편차는 각각 0.2～0.5℃, 0.1～2.2℃ 및 0.1～1.1℃정도의 범위로써 풍속의 크기에 따른 온도편차는 아주 미미한 것으로 나타났다. 또한 선행연구 및 본 연구의 결과를 종합하여 보면, 온도오차를 개선하기 위한 적정 풍속은 1.0～2.0m·s-1 정도의 범위일 것으로 판단되었다.

본 연구에서는 딸기 재배온실의 최적 환경 구현에 필요한 시스템 선정을 위한 기초자료로 활용할 목적으로 딸기의 엽온을 측정하여 분석하였다. 그 결과는 다음과 같다. 실험 온실의 최대, 평균 및 최소 광투과율은 각각 64.9%, 58.3% 및 48.5%로 나타났다. 그리고 엽온은 재배시기나 처리구별 및 환기의 유무 등에 따라 다르게 나타나는 경향을 보였다. 실험기간 동안 상하 잎의 엽온과 기온의 편차는 –2.4∼3.7℃정도의 범위로 나타났다. 정식 직후에 엽온과 기온과의 차이가 3.7℃정도로써 가장 큰 차를 보였고, 생육이 왕성한 시기에도 전체적으로 엽온이 약간 높은 경향을 보이긴 하지만 엽온이 –2.4∼-2.3℃정도 낮은 경우도 있었다. 그리고 재배후기에는 엽온과 기온 간에는 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 엽온과 일사량 및 주변공기와 결정계수가 각각 0.4567 및 0.8826정도로써 일사량보다 엽온은 주변공기의 온도에 더 민감한 것을 알 수 있었다. 엽기온차와 옥외 수평면 일사량, 평균 및 최소 상대습도와의 상관관계가 거의 없는 것으로 나타났다.