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.

온실의 동방위 및 지붕경사각, 구조물의 재원, 설치 지역의 위도 등이 단동형 유리 온실내의 직달 및 산란일사 투과에 미치는 효과를 분석하고자 컴퓨터 시뮬레이션 모형이 개발되었다. 개발된 모형은 년중 일수, 온실의 방위 및 설치된 지점의 윈도, 지붕경사각이 서로 다른 단동 및 연동 온실에 대하여 적용할 수 있다. 본 연구에서 수행된 온실의 동방위가 온실내의 직달 및 산란일사 투과율에 미치는 영향에서 얻어진 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 단동의 유리온실에서 계산된 산란일사의 투과율은 60.4％로서, 동방위에 무관하게 일정한 값을 갖는 것으로 나타났다. 2. 겨울철에 직달일사의 투과율은 동서동에서 67∼69％ 정도이고, 남북동의 경우 51∼55％ 정도로서 동서동에서 14∼16％ 정도 높게 나타났다. 3. 여름철에 직달일사의 투과율은 동서동에 서보다 남북동에서 높게 나타났다. 4. 직달일사의 투과율에 미치는 국내 지역간의 차이는 거의 없는 것으로 나타났다.

본 연구에서 수행한 Model 시뮬레이션에 의한 열환경 분석 기법은 지역별로 다양한 기상여건 하에서 대상온실의 난방 및 냉방부하를 보다 합리적으로 예측할 수 있을 뿐만 아니라 냉방이나 난방용 시스템의 결정을 비롯한 난방대책을 수립하고, 에너지 이용 전략의 수립이나 계절적인 작부계획 수립, 온실산업용 적지선정 등에 유익하게 활용될 수 있을 것이라 판단된다. 본 연구에서는 온실의 적극적인 환경조절 유형을 난방과 냉방의 두 가지로 대별하고, 난방 소요열량 산정을 비롯하여 야간의 보온 커튼효과, Heating Degree-Hour 산정 등 난방과 관련된 시뮬레이션은 동적 모형을 이용하여 시간별, 일별 및 월별로 검토하였으며, 환기를 비롯한 차광, 증발냉각시스템의 효과 분석은 정적모형을 이용하여 검토하였다. 특히 하절기 지하수와 같은 저온수를 직접 이용하거나 Heat Pump를 통하여 확보될 수 있는 저온수를 이용하여 온실의 피복면에 살수함으로서 확보할 수 있는 온실냉방효과를 검토하는 데는 1.2m×2.4m 크기의 모형온실을 제작하여 기초실험을 수행함으로서 동절기의 수막시스템의 보온효과와 마찬가지로 하절기 냉방 효과를 거둘 수 있다는 가능성을 확인하였다. 본 연구에 활용된 온실의 수치 환경모형 중 난방관련 시뮬레이션용 동적 수치모형은 소기의 목적을 달성하는데 충분히 응용될 수 있는 이론모형이다. 이 이론모형이 범용성이 높은 것은 온실 내ㆍ외의 미기상 변화, 특히 난방이나 냉방이 본격적으로 요구되는 기간동안에 온도, 습도, 일사, 풍속 등의 미기상 인자들을 면밀하게 관찰하여 실측된 자료를 바탕으로 개발되었고, 다양한 자료에 의해 충분히 검정되었기 때문이다. 본 연구에서는 경남 진주지역의 어느 특정 기간(1987년)의 시간별 기상자료를 중심으로 온실의 열적 환경변화에 대한 수치모형 시뮬레이션을 실시하였으며, 아직 수치모형에 의한 시뮬레이션이 불가능한 일부 냉방효과를 검토하는 데는 모형 실험을 실시하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 주간과 야간의 설정온도를 달리하고 다단계 변온조절방식으로 시뮬레이션을 행한 결과 난방 소요열량은 난방 설정온도에 따라 현저한 차이를 보였다. 특히 주간 설정온도에 비하여 야간 설정온도가 난방 소요열량에 예민하게 영향을 미치므로 야간의 설정온도 결정에 신중을 기해야 할 것으로 판단된다. 2. 기존의 Heating Degree-Hour 자료는 평균 외기온을 중심으로 임의의 설정온도에 대하여 산정된 값이므로 난방 소요열량에 대한 상대적인 비교수단은 되나 고려되는 기상인자의 제한과 설정온도의 임의성 때문에 실용성이 부족하다. 따라서 본 연구에서 제시된 것처럼 온실 주변의 제반 미기상 인자나 경계조건이 반영됨은 물론 작물의 생육상태 및 구체적인 설정온도까지도 고려하는 동적 수치모형으로 시시각각으로 예측된 실내기온을 중심으로 재배기간 동안의 난방열량을 적산함이 합리적이라 판단된다. 기존의 MDH 자료로 난방 설계를 할 경우에는 지나치게 과잉설계 될 가능성이 있다. 3. 산정된 난방 소요열량은 물론 커튼의 보온성능도 월별 기상여건에 따라 현저한 차이를 보이며, 시뮬레이션에 이용된 커튼의 경우 높은 보온효과를 보임으로서 년 평균 50% 이상의 난방 에너지를 절감할 수 있으며, 동절기 3-4개월의 집중 난방기에 에너지가 크게 절감됨을 발견할 수 있다. 4. 고온기 환기성능은 온실의 구조, 기상조건, 작물의 생육상태 등에 따라 다소의 차이가 있으나 환기율에 의해 크게 좌우되며, 시뮬레이션에 이용된 두 가지 농가보급형 온실 모두 환기율의 증가에 따른 실내기온의 강하 효과가 환기율이 1회/min 정도를 넘어서면서 급격히 둔화되는 현상을 보인다. 이는 기존에 권장되고 있는 적정 환기율인 1회/min 전후의 환기 시스템을 갖추는 것이 합리적임을 확인해 준다. 5. 작물이 성숙된 유리온실에서 외기의 상대습도가 50%인 쾌청한 주간동안 연속적으로 1회/min로 환기를 시킬 경우 실내기온 36.5℃의 대조구에 비한 온도강하는 50% 차광만 했을 시 2.6℃이고 효율 80%의 Pad ＆ Fan 시스템만 작동시 6.1℃ 정도이며, 차광과 냉각시스템을 동시에 작동시는 약 8.6℃로서 외기온보다 3.3℃가 낮은 28℃까지 실내온도를 낮출 수 있으나, 동일 조건하에서 외기의 상대습도가 80%로 높은 경우에는 Pad ＆ Fan시스템에 의한 온도강하가 2.4℃에 불과하여 50% 차광하에서도 외기온 이하로 실내온도를 낮출 수 없음을 알 수 있다. 6. 하절기 3개월(6/1-8/31)동안 Pad ＆ Fan 시스템의 냉방효과(δT)는 설정된 작동 온도에 따라 다소 차이를 보일 것으로 예상되나 본 시뮬？.

The relationship between urban spatial structures and GHG-AP integrated emissions was investigated by statistically analyzing those from 25 administrative districts of Seoul. Urban spatial structures, of which data were obtained from Seoul statistics yearbook, were classified into five categories of city development, residence, environment, traffic and economy. They were further classified into 10 components of local area, population, number of households, residential area, forest area, park area, registered vehicles, road area, number of businesses and total local taxes. GHG-AP integrated emissions were estimated based on IPCC(intergovernmental panel on climate change) 2006 guidelines, guideline for government greenhouse inventories, EPA AP-42(compilation of air pollutant emission factors) and preliminary studies. The result of statistical analysis indicated that GHG-AP integrated emissions were significantly correlated with urban spatial structures. The correlation analysis results showed that registered vehicles for GHG (r=0.803, p<0.01), forest area for AP (r=0.996, p<0.01), and park area for AP (r=0.889, p<0.01) were highly significant. From the factor analysis, three groups such as city and traffic categories, economy category and environment category were identified to be the governing factors controlling GHG-AP emissions. The multiple regression analysis also represented that the most influencing factors on GHG-AP emissions were categories of traffic and environment. 25 administrative districts of Seoul were clustered into six groups, of which each has similar characteristics of urban spatial structures and GHG-AP integrated emissions.

이 연구는 중학교 1학년 70명 학생들의 온실효과에 대한 정신모형을 알아보고자 하였다. 온 실효과에 대한 중학교 1학년 학생들이 표현한 그림들과 이에 대한 설명의 결과들은 5가지로 분류되었고, 그 결과는 다음과 같다. 모형Ⅰ에서 학생들은 태양광선이나 열이 대기와 온실가스 를 지나서 지구에 튀거나 혹은 반사되어 지구로 되돌아가는 현상으로 온실효과의 메커니즘을 이해하고 있었으나, 대부분의 학생들은 온실기체를 이산화탄소로만 생각하고 있었다. 그리고 모형Ⅱ의 학생들은 태양광선이나 열 혹은 에너지가 대기 중에 붙잡혀 있어 지구의 온도가 올 라간다고 생각하였다. 즉, 태양광선이 지구로 흡수되면 다시 지구 밖으로 나가지 못한다고 이 해하고 있었다. 특히 모형Ⅲ의 학생들은 온실효과를 오존층의 생성과 손실로 연결시켰으며, 모 형Ⅳ와 모형Ⅴ의 학생들은 온실효과의 메커니즘은 모르고, 온실효과를 단지 빙하가 녹거나 공 장 또는 공해로 단순히 표상하였다. 이는 대중매체와 같은 미디어를 통한 학생들의 개인적인 경험을 통하여 각자 나름대로의 해석을 통해 온실효과의 개념을 이해하고 있는 것으로 나타났 다. 그러므로 온실효과에 대한 학생들의 정신모형을 바탕으로 학생들이 과학적인 사고와 능력 을 기를 수 있는 교육과정과 수업을 설계한다면, 과학교육에서 지구온난화와 기후변화에 대한 이해를 제고할 수 있는 토대를 마련할 수 있을 것이다.

본 논문은 순차적인 일국 CGE 모형을 구축하여 국가의 온실가스 저감정책과 연계한 물산업 지원 정책의 경제적 파급효과를 분석하였다. 모형은 물산업과 에너지 부문을 세분화하였으며, 온실가스 저감수단으로 탄소세를 도입하였다. 시나리오는 탄소세수를 가계에 이전하는 경우와 물산업에 지원되는 경우로 구축해 모의결과를 비교분석 하였다. 분석결과 물산업 지원 정책은 GDP 기준 약 0.1% 수준의 온실가스 저감 비용을 절감하고 소비와 투자를 확대하는데 기여하는 것으로 나타났다. 그러나 물산업의 에너지 집약도가 높기 때문에 탄소세 부과로 인한 에너지 대체, 비에너지 집약적 산업구조 전환에의 기여도는 미미하였다. 따라서 온실가스 저감정책 하에서 물산업 발전을 위해 에너지 효율개선, 친환경 에너지 개발 및 활용 증진 등 비용효율적인 물산업 정책 추진이 중요할 것이다.