식량 운송 과정에서 발생하는 온실가스는 전 세계 온실가스 배출량의 15분의 1 수준이다. 식량이 이동하는 거리를 줄여 푸드 마일리지를 절감하는 것은 도시의 지속 가능성과 회복력 을 향상시킬 수 있다. 옥상 온실은 푸드 마일리지를 감소시키 고 에너지를 절감하는 도시농업의 한 형태로 주목받고 있다. 온실과 건물 모두 실내 환경을 유지하기 위해 냉난방이 요구 된다. 건물과 온실의 통합 시스템 운영은 설비 공유로 인한 비 용 절감, 건물과 온실 간 에너지 이동으로 인한 에너지 활용이 가능하다. 건물 에너지 시뮬레이션을 이용해 다양한 통합 시 스템 에너지 성능 평가 연구가 수행되었지만, 실제 통합 시스 템에 대한 검증과 설계변수 분석은 미흡한 실정이다. 본 연구 에서는 건물 에너지 시뮬레이션을 통해 옥상온실의 설치 유 무, 옥상의 단열 성능 및 설치 면적에 따른 에너지 절감을 평가 하고자 하였다. 현장 실험은 서울특별시 성동구 성수동의 옥 상온실에서 수행되었다. 측정한 실내 온도를 통해 건물 에너 지 시뮬레이션의 모델을 검증하였고 R2 = 0.91의 결과를 보였 다. 이후 설계변수가 에너지 부하에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 통합 시스템을 운영하는 경우, 독립적으로 운 영하는 경우보다 에너지 부하량이 감소하는 경향을 보였다. 통합 시스템 설치 시 에너지 부하 절감 효과가 있으며, 효율적 인 에너지 이용을 하는 도시농업이 될 수 있다고 사료된다. 건 물 옥상의 열관류율을 0.251W/m2·K에서 1.535W/m2·K로 증가시켜 단열 성능을 약화시킨 경우, 옥상온실과 건물 최상 층의 에너지 부하는 감소하는 경향을 보였다. 통합 시스템 설 치 시 경계면의 열 교환이 증가하도록 설계하는 것이 에너지 부하 절감에 유리하다고 판단된다. 옥상온실 면적을 2.53배 증가시켰을 때 단위면적당 에너지 부하는 감소하는 경향을 보 였다. 온실 면적 증가로 인해 에너지 부하량은 증가하지만, 건 물과 온실의 열 교환이 증가하여 통합 시스템의 에너지 부하 절감이 가능하다고 판단된다. 본 연구의 결과는 통합 시스템 을 통한 에너지 부하 절감을 위한 자료로 활용될 수 있을 것으 로 판단된다. 향후 연구에서는 기후 변화에 따른 에너지, 식량 문제의 해결 대책으로 옥상온실을 활용하기 위해서 추가적인 방안이 필요할 것으로 판단된다.

본 연구는 급속하게 성장하는 시설농업과 동시에 증가하는 에너지 사용량 및 탄소배출량을 저감하기 위해, 온실의 에너 지 부하를 동적으로 분석하기 위한 작물에너지의 다중 회귀 모델 개발을 수행하였다. 온실은 연중 안정적인 대량 생산을 위한 적절한 환경을 조성하기 위해 에너지 투입이 필요하다. 도시농업의 일종인 옥상온실 플랫폼을 통해 건물에서 버려지 거나 활용되지 않는 에너지를 옥상온실에서 사용할 수 있다. 옥상온실의 효율적인 운영을 위해서는 다양한 환경 조건에 대 한 동적 에너지 분석이 선행되어야 하며, 온실에 도입되는 태 양 에너지의 40－75%가 작물을 위한 에너지 교환이므로 필수적으로 고려되어야 한다. 한국기계연구원 내 옥상온실에서 여름철에 청경채를 재배하며 생장단계에 따른 에너지 교환을 분석하였다. 작물을 중심으로 미기상 및 양액 환경 분석과 생 장 특성 조사를 수행하였다. 정식일수에 따른 엽면적지수를 추정하였으며, 개발된 수식은 결정계수 0.99로 분석되었다. 또한 작물에너지 흐름에 지배적인 잎 표면온도로부터의 현열 부하와 증발산에 의한 잠열부하로 나누어 모델을 개발하였다. 엽온과 증발산량을 각각 다중 회귀모델을 이용하여 추정하고 실측한 값을 비교해 보았을 때, 평균 결정계수 0.95, 0.71로 분 석되었으며, 이 모델을 이용하여 옥상온실의 에너지 부하를 동적으로 산정하기 위한 모델에 입력값으로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

채소내의 칼륨은 만성 신부전 환자에게 악영향을 주는 것으로 알려져 있다. 하지만 채소는많은 다른 영양 물질 또한 함유하고 있으므로, 이러한 환자들에게 채소의 섭 취는 불가피하다. 본 연구는 완전제어형 식물공장에서 신장환자들을 위해 적합한 저칼륨 상추 개발을 위해 수행되었다. 본 연구에 사용된 상추 품종은 ‘찰스’ 품종이 었다. 완전제어형 식물공장에서 정식 후 28일간 수행되었으며, 광 환경은 LED (W:R, 9:1), 일장 16시간, 200μmol·m-2·s-1 이었고 재배 온도, 상대습도와 이산화탄 소 농도는 각각 15-21oC, 65%와 600-650mg·L-1 이었다. 1차 실험에서 배양액은 수확 전 1주전과 2주전에 칼륨농도를 10%와 5%로 낮게 처리하였고, 이를 토대로 2차실 험의 처리는 수확 전 2주전 5%, 1% 낮춘 처리와 원수로 재배한 처리였다. 식물체 내의 다량원소 분석을 위해 수확 후 ICP 분석을 하였으며 생체중과 엽수를 측정하였다. 실험 결과 식물체 내 칼륨함량은 대조구에 비해 2주전 처리에서 통계적으로 유의하게 낮았다. 생체중과 엽수는 대조구와 처리구에서 유의적인 차이를 보이지 않았으나 처리구간의 유의적인 차이는 있었다. 신장환자들 의 채소섭취량을 고려했을 때, 저칼륨 상추 생산을 위한 적당한 칼륨농도 조성은 수확 2주전 1%와 5%로 낮춘 처리였다. 본 연구를 통해 양액 내 칼륨함량과 처리시리를 조절하여 신장환자를 위한 저칼륨 상추를 개발할 수 있었다.