The importance of urban green space creation is increasingly recognized as the most realistic and efficient approach for fine dust mitigation in urban areas. Particularly considering the characteristics of domestic cities, the application of buffer green spaces along roads can maximize the efficiency of fine dust reduction without the need for separate green space creation. Accordingly, this study analyzed the fine dust mitigation effects based on the types of plantings in the central dividers and roadside trees in Jeonju City, Jeollabuk-do. To do this, we controlled various external variables of urban space and considered the planting arrangement types in the central dividers, carrying out the analysis using a CFD simulation. The simulation results confirmed that the central dividers with plantings demonstrated more effective ultrafine dust reduction than those without. Moreover, the arrangement of roadside trees showed a greater ultrafine dust reduction effect when adopting a multilayered structure compared to a single layer. Based on these findings, we concluded that installing both trees and shrubs simultaneously in the central dividers and along roads was effective for ultrafine dust mitigation. On this basis, we quantified the dust reduction effects of plants in urban street environments and proposed planting guidelines for roadside green spaces to improve air quality.

본 연구에서는 육계사에 차열 페인트와 히트펌프의 적용에 따른 내부 온도 변화를 분석 하였다. 이를 위하여 환기율, 환기 방법, 시간별 환기 변화에 따른 실험 조건을 설정하였으며 육 계사 외부 및 내부 기온을 측정하였다. 그 결과, 차열 페인트를 도포한 육계사에서는 최대 1－2°C 실내 기온 상승을 억제하 는 효과가 나타났으며 히트펌프를 가동한 육계사에서는 외기 온도의 영향을 제일 적게 받는 환기율 0%일 때 내부 기온 감소 가 제일 크게 나타났다. 계사 내부의 온도가 외기 온도보다 높 을 경우에는 환기율을 높게 설정하여 환기팬을 이용한 냉방이 더욱 효과적이나 계사 내부 온도가 외기 온도와 유사하거나 낮을 경우에는 히트펌프를 이용하는 것이 가장 효과적일 것으 로 판단된다. 히트펌프 가동 시 외기 온도의 영향이 적은 환기 율을 0%로 설정하였을 때 내부 기온이 가장 큰 폭으로 감소하 였으나 실제 육계사에서는 분진, 이물질, 암모니아 등을 고려 하여 최소환기율 정도로 환기율을 설정한 후 히트펌프를 가동 하는 것이 가장 효율적일 것으로 판단된다. 본 연구는 실험 기 간이 짧아 데이터가 많지 않으며 실제 육계가 사육되고 있는 환경에서 실험을 진행한 것이 아니라는 한계가 있다. 향후 후 속 연구로 실제 닭이 사육되고 있는 환경에서의 히트펌프 효 과 분석과 히트펌프의 전력사용량, 냉방부하, 환기팬 가동시 간 등 다양한 환경인자를 포함한 연구가 진행되어야 할 것으 로 판단된다.

수소는 다양한 신재생에너지 중 환경친화적인 에너지로 각광받고 있지만 농업에 적용된 사례는 드물다. 본 연구는 수소 연료전지 삼중 열병합 시스템을 온실에 적용하여 에너지를 절 약하고 온실가스를 줄이고자 한다. 이 시스템은 배출된 열을 회수하면서 수소로부터 난방, 냉각 및 전기를 생산할 수 있다. 수소 연료 전지 삼중 열 병합 시스템을 온실에 적용하기 위해 서는 온실의 냉난방 부하 분석이 필요하다. 이를 위해서는 온 실의 형태, 냉난방 시스템, 작물 등을 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 건물 에너지 시뮬레이션(BES)을 활용하여 냉 난방 부하를 추정하고자 한다. 전주지역의 토마토를 재배하 는 반밀폐형 온실을 대상으로 2012년부터 2021년까지의 기 상데이터를 수집하여 분석했다. 온실 설계도를 참고하여 피 복재와 골조를 모델화하여 작물 에너지와 토양 에너지 교환을 실시했다. 건물 에너지 시뮬레이션의 유효성을 검증하기 위 해 작물의 유무에 의한 분석, 정적 에너지 및 동적 에너지 분석 을 실시했다. 또한 월별 최대 냉난방 부하 분석에 의해 평균 최 대 난방 용량 449,578kJ·h-1, 냉방 용량 431,187kJ·h-1이 산정 되었다.

Using virtual reality technology, users can learn and experience many interactions in virtual space like the actual physical space. This study was conducted to develop air flow simulator that allows farmers and consultants to consult air flow through VR devices by creating a greenhouse or pigpen model. It can help educate farmers about the importance of ventilation effects for agricultural facilities. We proposed CFD visualization system by building a virtual reality environment and constructing database of CFD and structure of agricultural facilities. After consultants can set up situations according to environmental conditions, the users experience the visualized air flow of agricultural facility according to the ventilation effects. Also it can provide a quantified environmental distribution in the agricultural facility. Currently, the CFD data in agricultural facilities are established during winter and summer. In order to experience various environmental conditions in the developed system, The experts need to run CFD data under various environmental conditions and register them in the system requirements.

4차 산업혁명과 함께 국내외로 최첨단융합기술이 농업 분야에 적용되기 시작하면서, ICT, 스마트팜 등이 농촌 에 보급되기 시작하였다. 그러나 국내 농촌인구수의 지속적인 감소, 고령화로 인하여 최신 기술들의 전파에 어려움이 많은 실정이다. 이에, 다양한 농민 교육 프로그 램이 필요한 가운데, 최근 가상현실 기술이 떠오르면서, 농민교육용 프로그램 개발에 활용을 고려해 볼 수 있다. 현재 가상현실 기술은 교육, 의료, 오락 등 다양한 분야에 응용되고 있으며, 교육효과의 증진, 경제적인 교육, 위험성 감소 등의 장점을 바탕으로 농업 분야에 접목이 가능할 것으로 판단하였다. 특히, 스마트팜의 경우 내부의 환경 조절을 위하여 다양한 기술이 집약되어 운영이 되기 때문에, 농민들이 이러한 공기역학적 환경 분포를 이해하는데 가상현실 기술이 매우 효과적일 수 있다. 이를 위해서는 유동, 온도, 가스 등의 분석 및 측정 결과를 바탕으로 가시화하는 기술이 필요하다. 현장에서 직접 환경 요소를 측정하는 것에 한계가 있기 때문에, 최근 연구가 활발하게 이루어지고 있는 전산유체역학을 통 한 농업시설 내의 환경 분포 및 에너지 부하를 분석결 과를 융합하면 용이할 것으로 사료된다. 또한 농민이 대상이기 때문에 사용자 편의성을 고려한 인터페이스 구축이 병행되어야 할 것이다.

본 연구는 4연동 벤로형 유리온실의 냉·난방 부하를 고려한 PV 시스템의 적정 패널 설치 면적을 도출하기 위하여 BES 기법을 이용하여 온실 및 PV 시스템의 에너지 모델을 설계하였으며 동적 에너지 시뮬레이션을 수행하였다. 대상 작물은 파프리카로 선정하였으며 작물의 적정생육온도를 고려하여 냉·난방장치 및 환기장치의 가동조건을 설정하였다. 2012년부터 2016년까지 총 5년 동안의 기간별 냉·난방부하 및 최대 냉·난방 부하를 환 기팬의 환기량 조건 별로 분석을 실시하였다. 온실의 냉 ·난방 부하 산정과 함께 PV 시스템의 설치 각도에 따른 전력 생산량을 분석하였으며 신재생에너지 공급의무비율을 적용하여 최적 PV 시스템 설계 방안을 도출하였다. 환기팬의 환기량 60AE·hr-1 조건에서 대상 온실의 기간 평균 냉방 부하로 인한 전력 소모량은 174,310kWh, 기간 평균 난방 부하로 인한 전력 소모량은 458,903kWh 로 총 633,213kWh의 전력 소모량이 산정되었다. PV 시스템은 설치 각도를 30o로 설정하는 조건에서 가장 높은 전력 생산량이 나타났으며 월별 최적 각도를 적용하는 조건에서는 고정형 PV 시스템보다 약 5.7% 많은 전력 을 생산하는 것으론 산정 되었다. 최종적으로 대상 온실에 적합한 PV 시스템 패널 면적을 도출한 결과, 고정형 PV 시스템은 521m2의 패널이 필요한 것으로 산정되었고, 가변형 PV 시스템의 경우 494m2의 패널이 필요한 것으로 산정되었다. 본 연구를 통하여 4연동 벤로형 유리온실의 냉·난방 부하를 고려한 PV 시스템의 필요 패널 설치 면적을 도출할 수 있었으며 PV 시스템의 온실 적용 가능성 및 경 제성 평가의 기초 자료로 활용 가능할 것으로 판단된다. 한편, 본 연구에서는 작물 특성 데이터를 확보하지 못하여 작물의 에너지 교환을 고려하지 않았다. 보다 정확한 결과를 도출하기 위해서는 현장 실험 데이터에 기반을 둔 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

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 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.