This study was carried out to develop the technology to manage the growth of mushrooms, which were cultivated based on long-term information obtained from quantified data. In this study, hardware that monitored and controlled the growth environment of the mushroom cultivation house was developed. An algorithm was also developed to grow mushrooms automatically. Environmental management for the growth of mushrooms was carried out using cultivation sites, computers, and smart phones. To manage the environment of the mushroom cultivation house, the environmental management data from farmers cultivating the highest quality mushrooms in Korea were collected and a growth management database was created. On the basis of the database value, the management environment for the test cultivar (hukthali) was controlled at 0.5 °C with 3–7% relative humidity and 10% carbon dioxide concentration. As a result, it was possible to produce mushrooms that were almost similar to those cultivated in farms with the best available technology.

버섯은 생육에 적합한 온도 및 수분이 유지되면 자연 상태에서도 원활하게 발생할 수 있지만 이러한 기간은 1년중 극히 일부에 지나지 않는다. 따라서 오늘날 시장에 유통되는 버섯은 대부분 인공적으로 조절된 환경에서 생산된 것으로 볼 수 있다. 기존 연구자들의 보고에 의하면 버섯재배사 내부의 온도 및 습도에 대한 불균일성이 큰 것으로 알려져 있고, 이를 극복하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있다. 본 연구에서는 느타리버섯 균 상재배사 내부에 공기를 위로 토출 할 수 있는 대류팬을 설치하고, 이에 따른 느타리버섯 균상재배사 내부의 위치에 따른 온도 및 습도 균일성을 향상하기 위하여 수행하였다. 시험기간 동안의 외기온도는 5.2~20.4oC까지 변화하였고, 외기 상대습도는 40~100%까지 변화하였다. 외기온도의 변화에 영향을 받아 버섯재배사 내부의 온도도 13.3~18.4oC 변화하였지만 동일한 기록 시간의 균상 위치에 따른 온도 차이는 0.2~1.3oC로 매우 균일하게 유지 되는 것으로 나타났다. 버섯재배사 내부의 상대습도도 외기 상대습도 변화에 영향을 받아 82~96%로 변화하였지만 동일한 기록시간의 균상 위치에 따른 상대습도 변화의 차이는 2~7%로 나타났고, CO2 농도 변화는 약 575~731ppm으로 목표로 하는 1,000ppm 이하로 유지되는 것으로 나타나 내부 대류팬의 설치로 버섯재배사 내부의 균일한 환경관리가 가능한 것으로 나타났다.

Importance of alternative energy has been increasing due to environmental issues and lack of fossil fuels. In addition, heating cost that occupies from 30 to 40 % of the total production cost in Korean protected cultivation needs to be reduced for profitability and global competition. Therefore, this study was conducted to develop energy model and regional resource for recycling of resource in greenhouse. Based on the results of the theoretical and statistical investigations, energy model of regional resource was developed. This results was shown with a new standard 2,000 heads of pigs. Livestock manure was originated 8.6 kg/day/one head, and the average biogas yield was 1.23 Nm3/day occurred. The biogas reactor and engine showed that scale of 300 m3 was 25kW respectively. Agricultural and Forest Residual-products Biomass quantity in heating road of 200,000kcal/h were 1,224 kg, 912 kg respectively.

본 연구는 온실의 관류전열량을 분석하고 예측하는데 필요한 기초자료 제공을 위하여, 공기막 이중 PO필름의 열저항식을 모델링하였고, 전도, 복사, 대류에 의한 열저항 특성을 규명하였다. 또한 열저항식의 타당성 검증을 위해 열저항식에 의한 관류전열량의 계산값과 실험값을 비교·분석하였다. 공기막 이중 PO필름의 열저항식은 PO필름, 공기막, PO필름의 직렬 열저항식으로 구성되며, 공기막은 복사와 대류에 의한 병렬 열저항식으로 구성된다. 고온부 T1의 평균온도는 276.1K, 저온부 T2의 평균온도는 266.8K로 나타났으며, 다른 조건들이 동일할 경우 챔버 내부온도가 높을수록 T1과 T2의 평균온도와 온도차가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 전도열저항은 0.00091K ·W−1로 전체 열저항의 1% 미만으로 매우 미미한 수준이고, 공기막의 열저항이 0.18K ·W−1로 전체 열저항의 99% 이상을 차지하는 것으로 나타났다. 공기막의 경우 대류열 저항이 복사열저항에 비해 1.33~2.08배 정도 크게 나타났으며, 복사열저항은 평균온도의 3제곱에 반비례하고 대류열저항은 온도차가 4.7, 5.3, 5.5, 5.7, 12.3, 13.2, 13.3, 13.5, 13.8 및 14.0K로 증가할 때 각각 0.78, 0.75, 0.74, 0.73, 0.57, 0.56, 0.56, 0.56, 0.55 및 0.55K ·W−1 로 감소하였다. 관류전열량의 계산값과 실험값의 차이는 실험조건별로 0.6~17.2W의 범위로 평균 6.9W였으며, 실험값은 계산값의 79.8~97.7% 범위로 평균 87.3% 수준으로 나타났다. 전체적인 계산값과 실험값의 관류전열량 경향성은 잘 일치하고 있으며, 공기막 이중필름의 열 저항은 공기막 두께 및 주입공기의 종류와는 직접적인 상관관계를 보이지 않았다.

Experimental hot-water heating system was consisted of power supply equipment, a hot water storage tank, circulating pump, fan coil unit and a plastic flexible hose. This heating system was manufactured by an electric heater of a power capacity 6kw/h and light-oil hot air heater in control the heating capacity was 5,000kcal/h. As the result, temperature difference due to hot-water heating system and hot air heater in greenhouse showed that air temperature at experimental greenhouse, and comparison greenhouse were 14.8℃, 13.4℃ respectively. It was found that root-zone temperature of experimental plot and control were 22℃, 15℃. Root-zone temperature in the experimental plot was 7℃ higher than that in control. The inlet-outlet water temperature difference of 2℃ and 3℃ corresponded to the difference of the heat exchange of about 3,132kcal/h, 4,916kcal/h, the heat exchange effciency ranged from 54~88% generally. Under the experimental condition, equation heat change(Y) and correlation could be represented as follows : Y = -282.92ｘ2 + 2963.9ｘ -1688.6, R2 = 0.9081. it is suggested to applicate energy of root-zone warming system where energy from the groundwater is extracted and transferred to the water

본 연구는 길이 15 m, 폭 5.6 m, 동고 2.9 m인 단동 비닐 온실 2동을 대상으로 실험구와 대조구로 나누어 실시하였다. 시스템은 전기히터를 이용한 온수가온기로서 온수저장조와 순환펌프, 팬코일유닛으로 구성하였다. 폐회로시스템의 온수배관을 통하여 온수가 순환되도록 하였으며 팬코일유닛을 통해 온실내부를 난방 하도록 하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 실험기간 동안 순환유량은 26L/min 정도의 범위에 있었고, 평균유속은 2.0m/s 정도였다. 유출입수의 평균 온도차는 60±2℃ 이었다. 근권부 온도를 측정한 결과 처리구에는 22℃, 대조구에서는 15℃로 나타나 처리구 근권부 온도가 약 7℃ 높게 유지되었다. 입출구 온도차에 따른 열교환량은 온도차가 2℃일 경우 시간당 열교환량은 3,132kcal이고, 3.4℃일 경우 4,916kcal로서 열교환방정식은 y=-282.92X2+2963.9X-1688.6, R2=0.9081로 상관관계가 매우 높은 것으로 나타났으며 열교환효율은 54~88%로 온도차가 클수록 열교환효율은 높게 나타났다.

Fluid frictional hot-water system consisted of power supply equipment, a motor, fluid heater, fluid tank, circulating pump, fan, flow meter and a heat exchanger. The system had a motor of power capacity 15.2kw/h, light-oil hot air heater in control plot had the heating capacity 20,000kcal/h, by the performance test result, it could supply heat from 24.6 to 28.1 kw depending on the motor, respectively. Thermal efficiency of fluid frictional heater were 88.1% to 91.0% in the same conditions. As the result, a deviation of indoor air temperature between the treatment plot and the control plot was about 2℃. It was heating cost of the each system heater and light-oil hot air heater heating cost were 742,200won, 2,266,000won. therefore heating cost saving was 67%. Yield of tomato cultured in greenhouse with fluid frictional hot-water system was high as 4%. As a result, the fluid frictional hot-water system was 48% higher in economics than the hot air heater.

하절기 온실 내 온도와 상대습도를 동시에 제어할 목적으로 압축공기를 이용한 이류체 분무 포그 냉방 을 도입한 유리온실에서 측창의 개폐수준이 온실내의 온도와 상대습도 제어에 어떠한 영향을 주는지 분석하였다. 제어과정은 온실 환경변수들을 측정하고, 이를 반영하여 온실 내 수분평형방정식과 열평형방정식을 정립한 다음, 이 방정식들을 프로그램으로 코딩하여 각 사이클의 천창 개폐량과 포그 분무량을 결정하고 제어하였다. 온실의 온습도 제어목표는 온도와 습도를 각각 28, 75%로 설정하였고, 실험은 측창이 전혀 열리지 않은 0%, 50% 열린 경우, 100% 열린 경우 세 가지 모드를 비교분석하였다. 제어실험결과 온실 내 건구온도의 평균은 모드에 따라 각각 28.2, 27.2 26.3℃로 나타났으며, 표준편차는 0.4∼0.8℃이 었다. 상대습도는 측창을 완전히 닫은 모드인 0%의 경우 평균 76.3% 정도로서 목표 상대습도인 75%에 상당히 근접해서 제어되고 있었으며, 표준편차가 2.1%로서 다른 모드에 비해 상당히 안정된 범위에서 유지되는 것으로 나타났다. 0%의 모드에서 가장 목표온도로 잘 제어되고 있는 것으로 나타났다.

Earth to air heat exchangers made by iron, aluminium, copper and poly-ethylene pipe for single greenhouse heating were experimented and blowers. Earth to air heat exchanger was installed by pipelines in earth tube at 70cm depths and air blower was the heating capacity 3kW/h, As the result, Temperature difference due to temperature history of the inlet and outlet air on the various type in earth tube in greenhouse showed that air temperature at the various type in earth tube, comparison tube were make no difference respectively. Under the experimental condition, heat fluxes and heating load were showed 6,800Kcal/h, 19,699kcal/h generally yield of Lactuca Sativa cultured during days of sowing 90day in greenhouse using copper pipe was 170% incleased.

This carbon nano heating system was consisted of power supply equipment, a carbon fiber and a stainless flexible hose. carbon nano heating system was manufactured by carbon fiber of a power capacity 30kw/h and light-oil hot air heater in control plot was the heating capacity 30,000kcal/h, As the result, Temperature difference due to carbon nano heating system and hot air heater in greenhouse showed that air temperature at experimental greenhouse, comparison greenhouse were 14.8℃, 13.4℃ respectively. It was found that carbon nano heating system and light-oil hot air heater heating cost were 1,095,740won, 2,683,628won. therefore as heating cost saving 60%. Yield of tomatoes cultured in greenhouse using carbon nano heating pipe was 4% inclease. Economic analysis comparison between the carbon nano heating pipe and the hot air heater in greenhouse were 41% respectively.

This is fundamental study to apply the waste edible-oil utilization technology using cooking oil. Especially, this study was carried out to apply a hot air heater using the waste edible-oil. This waste edible-oil hot air heater was a fuel supply equipment, a combustion and a indirect heat exchanger. waste edible-oil hot air heater was remodeled and manufactured by modification of a heavy oil hot air heater of a heating capacity 40,000kcal/h, changing fuel supplying system fitted with the waste edible-oil. An experimental apparatus supplies waste edible-oil, which is heated with intake oil, into an intake fuel injection nozzle of the combustion equipment. As the result, heavy oil, light oil and waste edible-oil Caloric value were 10,000kcal/kg, 10,890 kcal/kg and 9,370 kcal/kg. The waste edible-oil hot air heater performance showed that air temperature at inlet , outlet and exhaust gas were 23℃, 59∼63℃, 280℃ respectively. heat rating and thermal efficiency showed that in hot air heater was 683,333kJ/h, 78% respectively. It was found that CO, CO2 were 13ppm, 13.1%. waste edible-oil consumption rate was 22.1ℓ/h.

This study is nutrient heating effect to apply the surplus heat recovery in greenhouse using fan coil unit. Especially, this study was carried out to utilize a surplus heat in greenhouse. This fan coil unit system was composed of a water tank, a fan coil unit, a circulating pump and a water-water heat exchanger. As the result, Temperature difference duing to fan coil unit in greenhouse showed that air temperature at experimental greenhouse on fan , comparison greenhouse were 28.3℃, 33.9℃, respectively. heat ratio showed that exchanged energy quantity in fan coil unit was 19,900∼28,880kcal/h, respectively. It was found that difference of nutrient temperature due to surplus heat recovery, water tank temperature were 19.2∼21.5℃ and 16.2∼18.3℃, The temperature variation of nutrient temperature was about 3℃ and higher . Economic analysis of fan coil unit system was increased gross income cost by 804,787 won.

유한요소해석 코드인 ANSYS를 이용, 폭 5.6m간이 느타리재배사를 3차원 강뼈대 구조물로 모델링하여 베드기둥 형태 및 파이프 규격에 따른 구조적 안전성을 분석하였으며 허용응력 설계법에 기초해 구조안전 여부를 판단하였다. 전산구조 해석 결과, 베드기둥에 따른 구조적 안전성은 안전적설심의 경우, 직립형 베드기둥 구조가 다른 베드기둥 형태보다 훨씬 높게 나타났으나 안전풍속 측면에서는 형태별 차이가 없는 것으로 나타났다. 서까래 규격과 베드기둥 설치 간격에 따른 구조적 안전성은 본 연구에서 고려한 파이프 규격 범위에 있어서 안전풍속 측면의 경우, 베드기둥 설치간격보다 시설 외부적 요소인 서까래 간격에 더 영향을 받는 것으로 나타났으나 안전적설심 측면에서는 안전 풍속과는 반대로 서까래 간격보다는 시설 내부적 구조물인 베드기둥 간격이 더 중요한 것으로 나타났다. 베드기둥의 좌굴에 대한 안전성은 해석의 모든 경우에서 안전한 것으로 나타났다.

작물은 복잡한 형상 때문에 CFD모델에서 다공성 매체로 설계된다. 작물이 고려된 CFD 모델 해석을 위해서는 작물군락의 공기저항값을 입력하여야 하며, 이 값은 작물에 따라 달라진다. 본 연구에서는 풍동실험을 통해 국화군락의 공기저항 값을 구하였다. 풍상측에서는 풍속과 재식밀도가 증가할수록 정압이 증가하였다. 풍하측에서는 풍속이 증가할수록 정압이 낮아졌으나 재식밀도의 영향은 크게 받지 않는 것으로 나타났다. 풍속과 재식밀도가 증가할수록 풍상측과 풍하측의 압력차가 커지는 것으로 나타났다. 국화군락의 공기저항값인 항력계수 Cd값은 0.22였으며, Fluent 프로그램의 공기저항 계수로 이용한다. CFX 프로그램에서 필요로 하는 다공성 매체의 특성값 KQ는 재식간격 9×9cm일 때 2.22, 11×11cm일 때 1.81, 13×13cm일 때 1.07이었으며, 이 값을 CFX 프로그램의 quadratic resistance coefficient로 입력한다.

본 연구는 기존 비닐하우스 아연도 강관을 사용한 하우스 폭 3.6m와 5m 천창개폐형 대립계 포도 비가림하우스에 대한 구조적 안전성을 검토하고, 인장강도 400N·mm-2(SGH400 등) 이상의 파이프를 사용하는 조건에서 하우스 폭 5m인 천창개폐형 대립계 포도 비가림하우스에 대하여 구조적으로 안전한 최적 파이프 규격을 제시하고자 수행하였다. 주기둥 3m×서까래 60cm인 천창개폐형 3.6m 비가림하우스의 경우, 적설심 35cm에서는 구조적으로 안전한 것으로 분석되었으나 측면 및 전후면 풍속 35m·s-1에서는 불안전한 것으로 나타났으며, 동일 주기둥과 서까래 간격을 갖는 천창개폐형 5m 비가림하우스의 경우에는 적설심 35와 풍속 35m·s-1에서 모두 불안전하여 구조보강이 필요한 것으로 분석되었다. 그리고 동일 주기둥과 서까래간격을 가지나 인장강도 400N·mm-2 이상을 갖는 파이프를 사용하는 조건에서 천창개폐형 5m 비가림하우스의 최적 파이프 규격은 지붕높이 1.6m(아치형)와 지붕높이 1.8m(복숭아형)에 대하여 동일하게 두 경우로 규격화 할 수 있었다. 즉, 안전풍속 35m·s-1와 안전적설심 40cm에서 구조적으로 안전한 서까래 규격은 Φ31.8×1.5t@600이었으며, 안전풍속 35m·s-1와ss 안전적설심 35cm에서는 서까래 Φ25.4×1.5t@600인 것으로 분석되었다. 덕면으로부터 곡부보까지의 높이는 안전적설심보다는 안전풍속에 직접적인 영향을 미치는 것으로 분석되었으며, 처마를 높임에 따라 측면풍속에 대해서는 방풍벽파이프(측벽서까래)를, 전후면 풍속에 대해서는 마구리기둥의 규격을 강화하여야 하는 것으로 분석되었다.

변화무쌍한 기상변화가 실험의 정확도에 미치는 영향을 최대한 줄일 수 있도록 강제환기식 온실에서 실험을 하였고, 또한 대체적으로 크지 않은 온실에서의 실험으로 인하여 CFD모델결과의 오차를 크게 줄일 수 있었다. CFD와 현장실험 결과를 비교하여 본 결과, 온실내 1m높이에서의 평균풍속이 각각 0.42m·s-1과 0.39m·s-1으로써 CFD의 지점별 오차 평균값은 7.7% 로 나타났다. Y8.5m 지점에서 가장 큰 오차가 발생하였는데, 최대 오차는 -53.8%로 나타났다. 이의 가장 큰 이유로는 온실 길이방향에서 중간지점인 Y8.5m에서 풍속이 매우 작았기 때문에 소숫점 2번째 자리의 차이라고 해도 큰 오차로 나타났다. 작물형상의 기하학적 복잡성이 매우 큰 것을 고려한다면 오차범위는 매우 양호한 것으로 판단된다. 온실내 1m높이에서 평균온도의 CFD 평균오차는 2.2%로 나타났고, 최대편차는 5.5%이었다. 온실내 바닥으로부터의 복사열 발생량의 차이로 인하여 온실내 동쪽 지역에 상대적으로 큰 오차가 발생하였다. 외기 상대습도가 44%일 때, CFD상대습도의 오차는 2.1%이었으며, 최대 오차는 -3.8%이었다. 식물군의 공기유동저항, 식물군의 수분 및 열평형 모델을 추가하여 보다 사실적인 CFD모델을 설계하였다. CFD 모델의 설계방법이 정립되었기 때문에, 추후에 온실내 다른 작물의 미기상 및 이의 온실내 기상에 미치는 영향 등을 정량적으로 분석할 수 있게 되었다. 또한 작물의 적정생육환경에 주요 대상이면서도 동시에 센서설치의 어려움 등으로 인하여 연구에 어려움이 많았던 작물군내 미기상을 연구할 수 있는 토대를 마련하였다.

온실의 환기연구를 위한 CFD 시뮬레이션 모델에 토마토 작물을 설계함에 있어서 우선적으로 작물군의 기하학적 형상 설계 및 이의 공기 항력계수를 찾고자 하였다. 작물군 형상을 간단한 형태의 공기투과성 매체로 설계하고 이의 공기저항의 물리적 특성을 풍동실험을 통하여 구하였다. 토마토 작물군과 작물군 사이에서 측정된 값과 작물군 중앙부에서 측정되어진 값들을 분리하여 계산하여 된 결과 공기저항값인 항력계수 Cd 값은 각각 0.2551와 0.2621로 나타났다. 최종적으로 이들의 평균값인 0.26을 Fluent CFD 프로그램의 작물군 공기투과성 매체의 x, y, z축의 내부저항값으로 입력되었다. 이 실험결과를 이용하여 전산유체역학 (CFD)을 이용한 시설내 작물군이 존재하는 경우의 온실 환기연구를 효과적으로 수행할 수 있게 되었다. 또한 풍동을 이용한 작물의 공기저항 연구를 위한 실험방법을 개발하여 앞으로도 다양한 작물들을 대상으로 공기유동의 물리적 특성연구를 수행할 수 있게 되었다.