지구온난화 문제 해결을 위한 지속적인 노력과 더불어 온실가스의 국제적 배출 규제는 더욱 강화되고 있다. Non-CO2 사업단은 온실가스의 종류와 발생원에 따른 적합 기술을 선택적으로 개발함으로써 기술별 균형을 추구하고 발생원에 대한 대응방안을 모색하고 있다. 주로 화학, 전자, 자동차, 선박과 같은 수출주력산업에서 발생하므로 향후 무역규제와 연계될 경우 그 파급효과가 클 것으로 예상된다. 선택적, 집중 투자와 효율적인 관리를 통하여 우리나라 온실가스저감 목표 달성에 일조하고 수출주력산업에 도움이 될 것으로 기대한다. 본 연구는 Non-CO2 사업단개발기술, 특히 멤브레인 관련기술에 관한 토의이다. ※ 환경부 글로벌탑 환경기술개발사업 중 “Non-CO2 온실가스 저감기술개발 사업”의 지원으로 수행되었다.

The negative factors of fishery in environmental aspect of view are Greenhouse gas emission problems by high usage of fossil fuel, destruction of underwater ecosystem by bottom trawls, reduction of resources by fishing and damage of ecosystem diversity. Especially, the Greenhouse gas emission from fisheries is an important issue due to Cancún meeting, Mexico in 1992 and Kyoto protocol in 2005. However, the investigation on the GHG emissions from Korean fisheries did not much carry out. Therefore, the quantitative analysis of GHG emissions from Korean fishery industry is needed as a first step to find a relevant way to reduce GHG emissions from fisheries. The purpose of this research is to investigate which degree of GHG emitted from fishery. Here, we calculated the GHG emission from Korean bottom pair trawl fishery using the LCA (Life Cycle Assessment) method. The system boundary and input parameters for each process level are defined for LCA analysis. The fuel use coefficient of the fishery is also calculated. The GHG emissions from the representative fishes caught by bottom pair trawl will be dealt with. Furthermore, the GHG emissions for the edible weight of fishes are calculated with consideration to the different consuming areas and slaughtering process also. The results will be helpful to understand the circumstances of GHG emissions from Korean fisheries.

This paper presents PKES(PuKyung -Excel based Simulator) for WWTPs(wastewater treatment plants) by using MS Excel and VBA(Visual Basic for Application). PKES is a user-friendly simulator for the design and optimization of the whole plant including biological and physico-chemical processes for the wastewater and sludge treatment. PKES calculates the performance under steady or dynamic state and allows changing the mathematical model by the user. Mathematical model implemented in PKES is a improved integration model based on ASM2d and ADM1 for simulation of AS(activated sludge) and AD(anaerobic digestion). Gaseous components of N2, N2O, CO2 and CH4 are added for estimation of GHGs(greenhouse gases) emission.The simulation results for comparison between PKES and Aquasim(EAWAG) showed about the same effluent concentrations. As a result of verification using by measured data of BOD, TSS, TN and TP for 2 years of operation, calculated effluent concentrations were similar to measured effluent concentrations. The values of average RMSE(root mean square error) were 1.9, 0.8, 1.6 and 0.2 mg/L for BOD, TSS, TN and TP, respectively. Total GHGs emission of WWTP calculated by PKES was 138.5 ton-CO2/day and GHGs emissions of N2O, CO2 and CH4 were calculated at 21.7, 28.9 and 87.9 ton-CO2/day, respectively. GHGs emission of activated sludge was 32.5 % and that of anaerobic digestion was 67.5 %.

본 연구는 공기열원 히트펌프 온실에서 환기에 의해 배출되는 에너지 즉 잉여 태양에너지 및 태양열 집열기를 이용하여 축열량 및 이들 에너지를 이용한 온실의 난방효과를 실험적으로 검토하였다. 태양열 집열기의 경우, 실험기간동안 누계 수평면 일사량의 최대, 평균 및 최솟값은 각각 52.2, 22.9 및 3.2 MJ․m-2이었고, 총 일사량은 869.8 MJ․m-2 정도였다. 그리고 집열량의 최대, 평균 및 최솟값은 각각 38,118.2, 22,545.9 및 2,622.1 kcal 정도였고, 총 집열량은 856,742.6 kcal 정도인 것으로 나타났다. 잉여 태양에너지의 경우, 여러 가지 요인에 의해서 온실로부터 회수되는 열량은 다르지만, 온실로부터 회수된 총 잉여 태양에너지는 375,946.7 kcal 정도인 것으로 나타났다. 히트펌프의 경우, 설정온도를 고려하지 않고 축열된 총 축열량은 17,519,085.3 kcal이고, 이 때 소비된 소비전력량은 7,169.6 kWh정도이었고, 시스템의 성능계수는 2.84정도이었다. 그리고 온실로 공급된 난방에너지는 최저 외기온과 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났으며, 실험기간동안 총 난방에너지는 9,554,541.9 kcal로서 시간당으로 환산하면 평균 6,653.1 kcal․h-1정도인 것으로 나타났다. 특히 실제 히트펌프에 의해 축열된 량의 54.5%정도만 이용하는 것으로 나타나 난방시스템의 개선이 필요할 것으로 판단되었다. 실험기간동안 태양열 집열기, 잉여 태양에너지 및 히트펌프에 의한 축열량을 난방에너지로 100.0% 이용할 경우, 탄소배출량은 각각 259.7, 116.9 및 5,403.5 kgCO2정도 절감시킬 수 있을 것으로 나타났다.

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 냉각코일과 리튬브로마이드 수용액을 활용 하여 유리 chamber 내 냉각 및 제습 실험을 수행하였다. 냉각수 온도별 냉각 효과와 리튬브로마이드 수용액의 제습량을 확인하였으며, 이를 동시에 적용하여 실험을 수행하였다. 냉각수 온도별 냉각 실험은 279K, 286K, 293K에서 각각 19K, 13K, 10K 가량 감소되는 경향을 보였다. 냉각수 온도가 낮을수록 높은 냉각 성능을 보였으며, 여름철 상하수도 온도인 293K의 물로도 충분히 작물이 생육하기 좋은 온실 내부온도를 유지할 수 있다고 판단되었다. 또한 리튬브로마이드 수용액을 활용한 제습 실험에서는 약 80%의 외부 습도가 리튬브로마이드 수용액과 결합하여 약 50%로 감소되어 약 30%의 제습량을 보였으며, 이는 시설 내 제습 시스템의 적용에 적합한 물질로 판단된다. 냉각코일과 리튬브로마이드 수용액을 동시에 적용한 실험에서 약 9K의 온도 강하, 15%의 제습량을 나타냈으며, 리튬브로마이드 수용액이 수증기를 흡수하는 과정에서 반응열이 발생하는 것을 확인하였다. 또한, 시뮬레이션을 통해 냉각 실험 결과와 대비 비교 한 결과 약 299.7K의 내부 온도를 보여 일치하는 것을 확인하였다. 수분의 제습과정을 거치면서 농도가 낮아진 리튬브로 마이드 수용액(희용액)은 수집탱크로 모아 재생부로 이송되어 가열, 수분을 증발시켜 농용액으로 전환된 후 열 교환을 거쳐 냉각되어 다시 제습시스템으로 공급되는 시스템을 적용하면 일정량의 리튬브로마이드 수용액만으로 온실 제습을 할 수 있을 것으로 판단된다. 본 실험을 통해 냉각 및 제습이 동시에 가능하다는 것을 확인하였으며, 리튬브로마이드 수용액을 활용하여 실제 온실에 적용된다면 기존 온실에서 사용하고 있는 냉방 및 제습 방법에 비해 에너지 절감을 통한 경제적 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 향후, 제습 부분은 시뮬레이션을 통한 분석 및 실험결과와 대비 검증이 요구되고, Lab scale의 제습 시스템에 서 Farm scale의 온실 규모로 확장하여, 추가 변수에 대한 제습 및 냉각 연구가 수행되어야 할 것이다.

수출용 온실 단지로 기대되는 간척지의 광환경은 해무 등에 의해 내륙과는 다른 광환경 특성을 나타낸다. 이러한 간척지에서 온실 설계 기준을 작성하기 위해서 산란 광과 직달광을 고려한 온실 내 광분포 연구가 필요하다. 본 연구에서는 간척지의 고유의 광환경 특성을 분석하고 3-D 온실 모델에 적용하여 간척지의 온실 내 공간적인 광분포를 추정하고자 하였다. 먼저 간척지의 일사량을 산란광과 직달광으로 구분하여 측정하고 내륙의 일사량과 비교하였다. 또한 간척지 지역에 설치된 온실 내의 광분포를 측정하고 이를 시뮬레이션을 통해 계산된 값과 비교함으로써 3-D 온실 모델에 대한 검증을 실시하였다. 간척지는 내륙에 비하여 전체 일사량에 대비 높은 산란광의 비율을 나타내었으며, 특히 일출 및 일몰 부근에서 크게 나타났다. 3-D 온실 모델에 의한 온실 내 예측 광 분포는 실제 간척지의 온실 내 광분포와 유사하게 나타 났다. 검증된 3-D 온실 모델을 통하여 임의의 외부 광조 건에 대하여 간척지 지역의 온실 내부의 시간적인 평균 광도의 변화와 광분포를 예측할 수 있었다. 이러한 결과는 간척지 지역의 온실 내 광환경 해석 이외에도 작물의 수광량 해석에도 유용하게 활용될 것으로 예상된다.

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.

1990년대 초부터 대규모 상업적 시설원예의 현대화 및 기업화 진행에 따라 현재 국내 시설원예 재배면적의 규모는 중국에 이어 일본, 스페인과 함께 2위를 차지하고 있다. 원예시설에 대한 안정적이고 합리적인 설계가 주요 관심사로 대두된 가운데, 특히 온실의 경우 일반적인 건축물보다 낮은 안전율로 설계가 이루어지므로 풍하중에 대하여 취약한 경량 구조물로 간주되고 있다. 최근 최대순간풍속이 40~60m/s에 다다르는 대형 태풍 및 강풍이 빈번하게 발생하고 있으며 이로 인한 농촌 시설물의 피해 규모 또한 증가하고 있다. 그러나, 국내에 활용되고 있는 온실설계기준의 경우 연구기관별로 혼재하고 있으며 대부분 해외자료를 근거로 작성된 것으로 국내온실에 적합한 설계기준의 마련이 시급한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 온실의 안정성 확보를 위한 설계기준을 위한 기초자료를 확보하기 위하여 풍동실험을 통해 국내 대표적인 복숭아형 온실을 대상으로 지붕곡률에 따른 풍압계수 및 국부풍압계수를 평가·제시하였다.

This study examines the contribution level of greenhouse gas(GHG) emission reduction and installation costs of renewable energy facilities. The GHG emission forecasts and industrial structures in the 16 regions of Korea are then analyzed to identify the proper supply of renewable energy sources for each region. The results show that water power is the most effective and efficient renewable energy source to reduce GHG emissions, followed by sunlight, wind power, geothermal heat, and solar heat, respectively. The 16 regions are then categorized into 4 groups based on their GHG emission forecast and industrial structure: high emission and manufacturing group, low emission and manufacturing group, low emission and service group, and high emission and service group. The proper supply of renewable energy sources for each group is then determined based on the contribution level and cost efficiency of GHG emission reduction.

1990년대 초반 이후 국내 시설 원예작물 재배면적은 급격히 증가하였지만 농가당 재배면적은 협소하여 생산성 증대를 위한 생력관리기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 하지만 시설하우스에서는 해충들이 다발생하고 방제가 어려워 많은 양의 살충제를 사용하고 있어 생력재배를 어렵 게 하고 있다. 또한 과도하고 부적절한 살충제의 사용은 저항성 해충의 출현과 농약중독이라는 문제를 야기하였다. 본 연구에서는 시설 재배 온실 에서 무인 연무방제기를 이용한 목화진딧물(Aphis gossypii)과 복숭아혹진딧물(Myzus persicae)의 효율적 방제 가능성을 조사하였다. 무인 연무방 제기를 가동시키는 동안 시설 내 측창과 출입구가 완전히 폐쇄된 조건하에서는 시설 내 상대습도가 높게 유지되었고(>95%) 관행방제 약제처리 구와 유사한 방제 효과를 보였다(방제가 61.0∼94.1%). 반면 무인 연무방제기 가동 시간 동안 측창과 출입구를 50% 정도 개방한 조건에서는 시 설 내 상대습도가 상대적으로 낮았고(<95%) 측창과 출입구가 모두 폐쇄된 온실 조건보다 방제 효율이 낮았다(방제가 36.0∼54.4%).

담배훈연을 이용한 진딧물의 살충효과를 검정하기 위해 건조 담뱃잎을 이용하여 실험실과 온실에서 훈연시험을 실시하였다. 아크릴케이지 에서 담배를 훈연하였을 때 담배품종은 버어리종이 황색종보다 싸리수염진딧물에 대한 살충력이 높게 나타났다. 세 종의 진딧물 복숭아혹진딧 물, 목화진딧물, 싸리수염진딧물을 각각 기주를 이용하여 아크릴케이지에서 50 mg의 담뱃잎으로 훈연시험을 실시한 결과 살충율은 싸리수염진 딧물(97.2%)>목화진딧물(94.4%)>복숭아혹진딧물(63.9%) 순으로 나타났다. 복숭아혹진딧물은 기주를 가지로 했을 때 훈연에 의한 살충율이 배추를 기주로 했을 때보다 높게 나타났다. 100 m 2 규모의 온실에 황색종의 담뱃잎을 2시간 훈연 시 200 g을 이용하였을 때 싸리수염진딧물에 대 해 95.4%의 방제가를 보여주었으나 100 g을 이용하였을 때는 28.9%의 방제가를 보여주었다. 100 g의 담뱃잎은 14시간 훈연하였을 때는 2시간 훈연보다 살충효과가 2배 이상 높아졌다. 오이재배 농가 온실에서 담배훈연을 하였을 때 처리 후 목화진딧물의 방제효과는 80% 이상이었다. 온 실 환경에 따라 적절한 양과 시간을 선택해 사용한다면 담배훈연은 온실 내 발생하는 진딧물에 대한 효과적인 방제방법으로 사용할 수 있을 것이다.

1990년대 초반부터 국내 시설 원예작물 재배면적은 급격히 증가하였고 이에 따 라 생산성 증대를 위한 생력관리기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 하지만 시설하 우스에서는 특성상 해충들이 발생하기에 좋은 조건이어서 많은 양의 살충제를 사 용하는 등 생력재배를 어렵게 하고 있다. 최근 시설재배 고추에서 초미립자 무인방 제기를 이용한 꽃노랑총채벌레 방제효과 조사가 이루어지는 등 무인방제기 등을 이용한 자동약제 살포 및 생력화에 대한 연구가 일부 이루어지고 있다. 본 연구는 시설 재배 온실에서 초미립자 무인 약제 살포기를 이용한 목화진딧물(Aphis gossypii)과 복숭아혹진딧물(Myzus persicae)의 효율적 방제 가능성을 조사하였 다. 초미립자 무인방제기 약제 살포시간 동안 시설 내 측창과 출입구가 폐쇄된 조건 하에서는 관행방제 약제처리구와 방제 효과가 큰 차이가 없었다. 측창과 출입구를 일부 개방한 조건에서는 살포시간 동안 시설 내 상대습도 및 방제 효율이 측창과 출 입구를 모두 폐쇄된 조건보다 낮았다. 이러한 결과로부터 초미립자 무인방제기를 이용할 경우 운용자의 농약 중독을 예방하면서 생력적인 시설 내 진딧물 방제가 가 능할 것이다. 한편, 해충방제 시 시설 내 습도 유지 및 외부 공기유입 차단 여부 등 미세 환경 조건이 방제 효율 증감에 큰 영향을 미칠 것으로 사료된다.

새만금 인근의 간척지 유리온실에서 파프리카의 암면재배시LED 보광처리효과를 실험하기 위하여 본 연구를 시행하였다.식물체는 자연광, LED로 처리하여 일출 후 점등하여 일몰 약1시간전에 소등하였다. 실험의 결과는 다음과 같다. 1. 파프리카 초장은 ‘더비’품종에서는 자연광처리구에서 1월측정 초장이 29cm 더 신장되었다. 2. 1-2월 파프리카의 1주당 수량은 LED 보광처리구 및 자연광처리구에서 ‘쿠프라’품종에서는 764g 및 392g로, LED보광처리구에서 95% 증수되었으며, ‘콜레티’품종에서는 624g 및292g로, LED보광처리구에서 114% 증수되었다. 3. 재배기간 전체의 파프리카 상품수량은 ‘쿠프라’품종에서LED보광처리구에서 7,342g/㎡로 자연광처리구의 4,878g/m2에 비하여 51% 증수되었다.

우리나라 각 지역별 온실의 기간난방부하 산정용 난방 적산온도 자료를 구축하기 위해서는 표준기상데이터가 필요하다. 그러나 국내에는 서울과 6대 광역시 등 7개 지역만 표준기상데이터가 제공되고 있어서 이를 대체할 수 있는 방법을 찾아야 한다. 전국적으로 이용이 가능한 기상자료는 기상청의 일별 평년값 자료 및 30년 (1981~2010)간 매 시각 전체 기상자료이므로 이를 이용하여 난방디그리아워와 난방디그리데이를 구하였다. 표준기상데이터가 있는 7개 지역을 대상으로 평년값 자료 및 전체 기상자료를 사용하여 구한 난방디그리데이와 난방디그리아워를 표준기상데이터를 사용하여 구한 결과와 비교하였다. 전체 기상자료를 이용하여 기본식으로 구한 난방디그리아워의 평균값이 표준기상데이터로 구한 것과 잘 일치하는 것으로 나타났다. 또한 평년값을 이용하여 수정 Mihara식으로 구한 난방디그리아워도 표준기상데이터로 구한 것과 거의 비슷한 경향을 보였다. 이에 비하여 평년값을 이용하여 Mihara식으로 구한 난방디그리 아워는 표준기상데이터로 구한 것 보다 훨씬 작았고 전체 기상자료의 최소값에 가까운 것으로 나타났다. 난방 디그리아워와 동일한 단위로 환산했을 때, 난방 설정온도가 높을 경우에는 난방디그리데이와 난방디그리아워의 차이가 별로 없었으나, 설정온도가 낮을 경우에는 난방디그리데이 방식이 난방디그리아워 방식보다 지역에 따라 3~26%나 작게 나타나는 것으로 분석되었다. 난방디그리데 이는 평년값을 이용하여 기본식으로 구할 수 있기 때문에 간편한 방법이지만 설정온도가 낮을 경우 오차가 크게 발생되므로 난방디그리아워 방식이 더 합리적인 방법으로 판단된다. 결론적으로 온실의 환경설계용 기상자료 구축에 서 난방적산온도는 평년값과 동일한 30년간의 시간별 기상자료를 이용하여 매년 난방디그리아워를 구하고 전체 자료기간의 평균값을 설계 자료로 활용할 것을 제안한다. 또한 최대 및 최소 난방디그리아워 자료를 제공함으로써 기상상황에 따른 에너지 소비량 예측 및 경제성 평가에 활용할 수 있도록 할 필요가 있을 것으로 판단된다.

본 연구에서는 모델 기반의 온실 환경 제어에 활용될 수 있는 미기상 환경 예측 모형을 개발하고자 하였다. 전산유체역학 시뮬레이션을 활용하여 다양한 기상 조건과 온실의 환기 구조에 따른 온실 내부의 미기상 변화와 환기창에서의 환기량 변화를 모의하고, 다중회귀분석을 통해 수치 모형을 제시하였다. 비정상상태의 환기 작용을 모의한 결과, 환기창 개방 후 환기 효과가 완전히 나타나기까지는 3분 ~ 20분 정도의 시간이 소요될 수 있는 것으로 나타났다. 기존의 센서 실측에 기반을 둔 대부분의 환경 조절 제어 시스템의 경우에는 측정값에 따른 피드백에 의해 환경 제어가 동작하므로 온실 내부의 기온이 상승한 이후에 환경 제어를 시작하게 되지만, 모델 기반의 환경 조절 제어 시스템을 도입하면 이러한 3분~20분 정도의 시간을 사전에 고려하여 적정 환경을 제어할 수 있도록 미리 환기창의 조작이 이루어지게 된다. 작은 규모의 온실에서 는 이러한 영향이 미비할 수 있지만, 근래에 증가하고 있는 대규모 온실들에 대해서는 온실 내부 작물 재배 환경의 균일성과 적정성, 안정성을 확보하고 환경 조절의 경제성을 추구할 수 있는 모델 기반의 환경 조절 시스템이 필수적이다. 본 연구에서 제시된 수치 모형들은 외부의 기온과 풍속, 지면 온도, 일사량 등의 기상 환경과 온실의 천창 개폐율에 따라 유도되는 자연 환기의 성능을 온실 내 미기상 변화와 환기창을 통한 환기량 값으로 제시하고 있으며, 전산유체역학 시뮬레이션 결과와 비교하여 각각 58% ~ 92%, 76% ~ 93%의 예측력을 보였다. 미기상의 변화는 온실을 9개의 세부 영역으로 구분하여 각 영역 에서의 기온 하락 정도로 나타내며, 환기량은 지붕에 형성된 6개의 천창에서의 공기 유출입량을 각각 제시하여 준다. 환기 작용에 의한 미기상의 변화는 반드시 환기창에서의 환기량에 의해 예측되지는 않으므로 환기량과 환기의 효과를 구분하여 적용하는 것이 중요할 것이다. 이러한 수치 모형들은 모델 기반 환경 제어 시스템에서 가상의 환기창 동작에 따른 환기 성능을 예측하는데 활용될 수 있으며, 전산유체역학 시뮬레이션과 같은 매우 복잡한 예측 모델이 비해 상당히 간단한 형태로 이루어져 있어 빠른 계산 시간을 보장한다. 이는 실시간 제어의 관점에서는 복잡한 예측 모델들에 비해 실시간 예측 과 제어가 가능하다는 큰 장점을 가져다준다. 본 연구를 통해 개발되고 시도된 결과들은 모델 기반의 온실 복합 환경 제어 시스템을 위한 알고리즘을 개발하는데 활용될 것이다. 또한 이러한 활용은 농업에 IT 기술을 접목하여 농가의 노동력 부족을 극복하고 생산성 향상과 경쟁력 확보를 도모하는 농업 선진화에 기여할 것으로 기대된다.

기상청에서 제공하는 전체 기상자료와 평년값 자료 및 태양에너지학회에서 제공하는 표준기상데이터를 이용하여 위험률별 난방설계용 외기온과 상대습도, 냉방설계용 건구온도, 습구온도 및 일사량 자료를 분석하였다. 표준 기상데이터는 평균에 가장 가까운 대표성을 갖는 1개년의 데이터로 가공 처리한 매시간별 기상자료이고, 평년 값 자료는 30년(1981~2010년) 평균 일별 기상자료이며, 전체 기상자료는 평년값과 동일기간의 매시간별 기상자료이다. 일부 분석방법은 평년값 자료를 이용하는 경우도 있지만 대부분 매시간별 기상자료가 필요하고 대표성을 갖기 위해서는 표준기상데이터를 이용하는 것이 가장 적합하다. 그러나 현재 표준기상데이터는 서울과 6대 광역시 등 7개 지역만 제공되고 있기 때문에 전국을 커버 할 수 있는 지역별 온실 환경설계용 기상자료의 구축에는 전체 기상자료를 이용할 수밖에 없다. 따라서 본 연구에서는 표준기상데이터가 제공되고 있는 7개 지역을 대상으로 전체 기상자료 및 평년값 자료를 이용한 방법으로 분석하여 표준기상데이터로 구한 값과 비교 검토하였다. 위험률별 설계 기상자료는 전체 기상자료를 이용하여 구한 평균값이 표준기상데이터로 구한 결과와 잘 일치하였다. 따라서 표준기상데이터가 없는 지역의 위험률별 설계용 기상자료는 전체 기상자료를 이용하여 구하고, 전체자료 기간의 평균값을 온실의 환경설계 기준으로 사용하며, 최대값과 최소값을 제공함으로써 참고자료로 활용할 수 있도록 하는 것이 합리적인 방법으로 판단된다. 최근의 기후변화 문제로 냉난방 설계기온의 지 속적인 변화가 예상되므로 이에 대응하기 위해서는 전문 가들로 구성된 온실설계위원회와 같은 기구의 설치가 절실히 요청된다. 위원회에서는 자료기간 및 분석방법에 대한 기준을 설정하고, 최소한 10년 간격의 정기적인 검토를 통하여 기상자료를 분석하고 온실설계기준 및 가이드라인을 제공할 필요가 있다.

국내에서 절화장미의 생산에 있어서, 겨울철 부족한 광량과 저온은 생산량을 감소시키고 품질을 저하시킨다. 이에 일몰 후 고압나트륨등을 보광하여 생산량을 증가하고품질을 향상하기 위해 시험을 수행하였다. 절화장미 ‘챠밍블랙’, ‘핑키걸’ 품종을 사용하였으며 400W의 고압나트룸등을 이용해 35µmol•m−2•s−1의 광을 일몰 후 18시부터 4시간, 8시간, 12시간을 보광하였다. 고압나트륨등을 보광 하였을 때 온실내의 온도는 2~4oC가 상승하였고, 습도는 15~20%가 하락하였다. 고압나트륨 보광에 의한 온도의 상승과 습도의 하락은 절화장미 재배에서 노균병 발생을 억제하는 효과가 있었다. 보광시간이 길어질수록 절화장미의 노균병 발생율이 감소하였다. ‘챠밍블랙’은 8시간 이상의 보광처리구에서, ‘핑키걸’은 12시간보광 시 노균병이 100% 억제되었다. 절화장미에서 일몰후 보광시간이 길어질수록 블라인드의 발생률은 감소하였으나 생산량은 8시간 보광을 실시한 처리구에서 가장많았다. 절화장미의 절화장은 보광을 실시하였을 때 길어졌으며, 보광시간별 유의한 차이는 없었다.

본 연구는 온실기초 및 구조의 유지관리 기준마련을 위한 기초자료로 이용하고자 국내에 보급되어 있는 온실에 대해 전국지역을 대상으로 온실형태, 설치연도, 기초의 형태, 매립깊이 및 기초주변 지반의 관리여부 등에 관한 실태를 조사하고 분석하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 단동 및 연동온실의 경우, 가장 많이 시공되는 것은 각각 아치형 및 1-2W형 온실인 것으로 조사되었다. 온실시공 연도를 보면, 2000년 이전 온실의 경우에는 단동보다 연동 온실의 비율이 상대적으로 높았고, 2000년 이후의 온실은 연동보다 단동이 상대적으로 높게 나타났다. 단동온실의 경우, 일반적으로 알고 있듯이 전체 72농가 중에서 파이프 매립형이 42농가(58.3%)로서 가장 많은 것으로 나타났다. 연동온실의 경우, 콘크리트원형 기초(THP 포함)가 42농가(55.3%)로서 가장 많이 시공되어 있는 것으로 나타났다. 단동 및 연동 온실의 경우, 매립깊이가 상대적으로 가장 높게 조사된 것은 각각 50∼59 cm 및 60 cm 이상인 것으로 나타났다. 또한 단동 및 연동에 관계없이 전체적으로 가장 많은 것은 50∼59 cm이었다. 그리고 온실기초주변의 지반관리는 특별한 경우를 제외하곤 실시하지 않은 것으로 나타났다.