본 연구에서는 BES 기법을 활용하여 온실을 대상으로 실시간 에너지교환 시뮬레이션 모델 개발 및 검증을 수행하고 냉·난방부하 산정 및 경향성을 분석하였다. 우선 BES 기법과 현장실험을 기반으로 온실의 실시간 에너지 교환 모델을 개발하였다. 광흡수율, 엽면적지수, 잎 특성 길이 등 대상작물인 애플망고의 특성 값들과 온실 내부 이산화탄소 농도, 광량, 온도 등 실시간 입력 자료를 고려하여 작물 및 토양의 에너지교환을 구현하였다. 모델의 검증은 온실 내부 기온으로 수행하였으며 실측 내부 기온과 연산된 내부 기온 간의 결정계수, 일치도로 평가 하였다. 내부 기온 비교는 결정계수 0.89, 일치도 0.93으로 높은 유사성을 확인하였으며 모델의 유의성을 판단하였다. 개발한 모델과 2005년부터 2014년까지의 기상자료, 대상작물의 생육단계별 적정생육온도를 이용하여 대상온실의 냉·난방부하 산정하였다. 연도별 냉·난방부하산정 및 경향성을 파악하였으며 최대 냉·난방부하 산정을 통하여 대상온실의 냉·난방장치 용량설계의 기초자료를 확보하였다. 최근 10년 치 기상자료를 통하여 평균 최대 난방부하 525,473 kJ·hr-1, 평균 최대냉방부하 630,870 kJ·hr-1가 산정되었으며 대상 온실에 지열, 온배수, 태양열 등 신재생에너지를 활용할 경우 유용하게 활용될 것으로 판단된다. 본 연구를 통하여 온실 내 각 구성요소 간의 실시간 에너지교환을 모의할 수 있었으며 추후 온배수 활용을 위한 저류조, 히트펌프, 축열조 등의 설비를 구현함에 따라 전반적인 냉·난방 시스템의 구현 가능성을 확인하였다. 또한 동적 해석방법을 통하여 재배작물, 생육단계 및 토양을 고려하였으며 온실 에너지교환 모델에 다양한 형태로 적용 가능할 것으로 판단된다.

정부는 정책적으로 ICT 기반 시설원예의 첨단화로 농작물의 생산성을 높이고 에너지 절감형 스마트 온실의 보급 확대를 계획하고자 한다. 그러나 농업 분야에 있어서 모니터링 및 제어의 다양성 및 연계성은 매우 부족한 실정이다. 이에 자동화된 시설원예를 활용하여 다양한 모니터링 및 제어를 위한 복합형 알고리즘을 활용한 농업생산 전주기적 과정의 지능적 시스템화를 위한 현장 중심형 사물인터넷 기반 스마트팜 융합 서비스 시스템의 개발이 필요하다. 따라서, 농업분야 ICT 현장적용 관련 국내·외 연구 동향을 소개하고 이로부터 시설원예 분야에 접목 가능한 ICT 기반 미래 핵심기술을 분석 및 제시하고자 하였다.

본 연구에서는 간척지 풍 환경 특성에 따른 온실의 환 기효율 분석 연구에 대한 기초연구로서 단동 양지붕형온실을 대상으로 간척지 풍 환경을 적용한 풍동실험 및 PIV 실험을 수행하여 풍속, 환기방식에 다른 온실 내부 공기유동 분석을 수행하였다. 실질적인 간척지 풍환경 적용을 위하여 ESDU 프로그램을 활용하여 풍속 및 난류 프로파일을 설계하여 풍동실험에 적용하였으며 구현 결과 ESDU 대비 5%의 오차 및 상관계수 0.96이 도출 되었으며 적절한 오차범위라 판단하여 이를 기준으로 실험을 진행하였다. 벡터장, 컨투어장을 통한 분석 결과, 풍상측에서 유입 되는 공기가 온실 하부로 주기류층을 형성하고 온실 상부로는 주풍방향과 반대방향으로 다소 약한 기류를 형성 하는 것으로 측정되었다. 이는 환기 시, 온실 하부영역 이 가장 환기가 원활한 위치이며 후류가 형성되는 상부 영역은 저속의 순환구역으로 온실 내부에 있어 환기에 가장 취약한 위치임을 알 수 있었다. 또한 외부풍속 대비 온실 유입구 유속의 경우 상이하게 나타난 바, 이는 차후 환기량이나 환기효율의 산정에 있어 보다 실질적인 수치가 될 것으로 사료된다. 온실 내부 중앙부 기준 수직 높이에 대한 높이별 유속 수치 도출 및 분석결과, 풍속의 증가율에 비례하여 내부 유속 분포 수치 또한 비례해서 증가하는 것을 알 수 있었다. 환기방식에 따른 내부 유속 저감 비율은 측창 환기, 측창-천창 환기의 경우 각각 약 40%, 30%로 나타났으며 측창-천창 환기조건에서는 천창을 추가적으로 개방 함으로써 공기의 유입되는 면적이 증감함에 따라 온실을 기준으로 발생되는 부압이 감소하여 오히려 측창 환기조 건보다 더 큰 유속 수치가 도출된 것으로 사료된다. 이는 차후 질량교체 환기량, 추적가스 감쇠법 등의 방법을 통한 환기량 산정에 있어 환기방식에 따른 환기량의 변화양상에 대한 분석을 추가적으로 수행할 필요성을 지니는 자료로 판단된다. 본 연구를 통하여 도출된 결과를 바탕으로 전산유체 역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 시뮬레이션에 접목하여 앞서 도출된 정량적인 높이별 유속 수치 및 정성적 유동분포를 기준으로 검증 및 정확도 향상을 통한 환기분석 모델을 설계하고자 하였다. 온실 내부의 공기유동에 따른 보다 실질적인 환기 척도를 도출하여 다양한 온실형태별, 환경조건별, 환기방식별 환기경향 분석 및 예측이 가능할 것으로 전망되며 시뮬레이션을 활용한 온실 체적 전체 및 구역별 환기량을 예측하여 환기 취약 구역을 파악, 보완할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 국내 실정에 맞는 양지붕형 온실을 대상으로 풍동 실험을 통해 간척지 풍환경 조건에 대하여 온실의 풍압 측정 지점별 풍압 계수를 평가하고 관련 기준과 비교하여 그 특성을 분석하였으며, 풍압의 면적 평균으로부터 온실 설계용 풍압 계수 및 국부 풍압 계수를 제시하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 풍향 0도 (용마루 직각 방향)에 대한 풍압계수를 검토한 결과, KBC2009의 경우 온실의 단부에 대한 풍압 계수를 과소평가하고 있는 것으로 나타났으며, NENEN2002의 경우 온실의 단부를 포함한 모든 부위에서 풍압계수를 과소평가하고 있는 것으로 나타났다. (2) 풍향 90도 (용마루 방향)에 대한 풍압 계수를 검토 한 결과, KBC2009, NEN-EN2002의 경우 온실에 작용 하는 풍압 분포 특성을 적절히 반영하고 있지 못한 것으로 나타났다. AIJ2004와 같이 풍압 분포 특성에 따라 풍상측 온실 끝단 1, 2단부 및 풍하측 등 온실의 각 부위에 따라 풍압 계수를 구분하여 제시하는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. (3) 온실에 작용하는 풍향별 풍압 계수를 분석한 결과, 온실과 같은 구조물에 있어서 국부적인 풍압의 영향을 받는 피복재 (covering), 창틀 (glazing bar)등의 설계에 이와 같은 국부 풍압의 영향을 고려해야 할 필요가 있는 것으로 나타났다. (4) 온실에 작용하는 풍압 계수의 면적 평균으로부터 온실 부위별 설계용 풍압계수 및 국부 풍압계수를 제시 하였다. 이상의 결과와 같이 비교적 높이가 낮고 길이가 긴 온실의 경우, 관련기준 KBC2009 및 AIJ2004는 온실의 각 부분에 대한 풍압 계수를 적절히 반영하고 있지 못한 것으로 나타났으며, 다양한 온실에 대한 풍동 실험 결과를 토대로 간척지 설치 온실에 대한 설계 기준을 마련 할 필요가 있을 것으로 판단된다. 향후 연구 과제로는 다양한 온실 형태에 따른 풍압 계수 분포 특성을 분석 하고 온실 설계를 위한 풍압 계수를 제시함으로써, 온실 설계 기준의 정립을 위한 기초 자료를 축적하고자 한다.

딸기 재배용 온실 내 재배 벤치에서 생산량을 높이기 위하여 벤치 주위에서 이산화탄소를 공급하는 경우 환기 등에 의한 풍속으로 인하여 작물 주변의 적정가스 농도가 유지되지 못하는 현상이 발생한다. 본 연구에서는 이산화탄소를 보존시키고자 벤치 주변에 방풍막을 설치하는 방안에 대하여 분석하였다. 온실 내 벤치와 방풍막을 2차원 CFD 시뮬레이션으로 모델링하고 온실 내 공기의 풍속과 이산화탄소의 공급을 구현하여 보존되는 이산화탄소의 농도 분포를 살펴보았다. 또한 이를 통하여 설계한 온실의 환경조건에서의 적정한 방풍막 설치 높이를 제안하고자 하였다. 시뮬레이션에서 구현한 온실 내 풍속조건은 0.5, 1.0, 1.5 m/s이고, 방풍막의 높이는 미설치, 0.15, 0.30 m이고, 각 조건에서의 이산화탄소 농도를 측정하였다. 설계상의 편의와 시뮬레이션의 간소화를 위하여 벤치위의 작물은 없는 것으로 가정하였다. 일반적인 온실 내의 풍속 조건은 1.0 m/s로, 시뮬레이션 결과 이 때 벤치 위에서의 평균 이산화탄소 농도는 방풍막 미설치 시 420 ppm, 방풍막 설치 높이 0.15 m일 때 580 ppm, 0.30 m일 때 653 ppm으로 나타났다 딸기의 최대 생산량을 위한 적정 생육 이산화탄소 농도가 600~800ppm 정도인 것을 고려하여, 이와 같은 환경조건에서의 방풍막의 설치 높이는 0.30m가 적당할 것으로 판단하였으나 이산화탄소 공급조건, 작물의 배치 등의 조건변화에 따른 상황에서의 연구가 추가적으로 수행되어야 할 것이다. 이처럼 방풍막의 설치가 온실 내에 시비한 이산화탄소를 작물 주변에 머무르게 하는 효과가 상당함을 알 수 있었으며, 설계한 환경조건에서 작물별로 적정한 수준의 이산화탄소량이 공급되고 있는지를 판단하기 위하여 CFD 기술이 이용될 수가 있음을 보였다.

To investigate the cadmium (Cd) toxicity on the testis, male rats were treated with 1, 2, 4 and 8 mg/kg of Cd by IP. According to histochemical studies, Cd-treated testis tissue showed death of spermatozoa, death of Sertoli cells, death of all the spermatogenic cells, and finally disappearance of basal lamina of seminiferous tubules with increasing doses, and showed decreased ground substances and Leydig cells, increased inflammatory cells and fibroblasts, and fibroblasts, and finally disappearance of ground substances and all the cells except fibroblasts within interstitial tissues with increasing doses. According to biochemical studies, two kinds of proteins, 25 and 45 kDa, were dramatically disappeared from the total protein of rat testis treated with Cd comparing to normal testis. The result of electrophoresis of total protein suggests that actin (45 kDa), presumed on its mmolecular weight and amount, in the testis-cells is the primary target of Cd poisoning. Although its exact mechanism is not clear, the disappearance of two proteins when testis is exposed to Cd should give some clues to understnad the mechanism of necrosis of testis tissue crumbling by heavy metal pollutant such as Cd.