최근 관심이 집중되고 있는 스마트온실의 기술적용 실태와 문제점을 파악하고 이를 토대로 단동온실의 ICT 기술적용 장애요인 극복과 생산성을 제고하기 위하여 실험을 수행하였다. 자동화 시설의 도입 장애요인으로는 시설비 부담(24%)이 높았으며, 설치업체 사후관리 미흡 (19%), 잦은 고장(16%), 관리기술 미흡(15%), 기능 미흡 (13%), 소득향상기여 미흡(12%) 순이었다. ICT 도입필 요성은 노동력절감(15%)이 가장 높았다. 자동화 온실에서 문제가 발생되는 부분은 온실구조, 구동기제어, 복합 환경제어기, 센서기술이 각 14%로 비슷하였고, 원격제어 기술 13%, 작물관리기술 12%, 에너지절감기술 10%, 소프트웨어활용 8%이었다. 온실구조 측면에서의 문제점은 천창개선이 18%로 가장 많았다. 효율적인 온도 및 환기 제어를 위해 농촌진흥청 고시 10-단동-7형 온실에 랙피 니언 천창을 추가하였으며, 지붕형태를 복숭아형으로 변경하였다. 온실내 환경의 균일성을 위해 공기 유동팬은 6대를 설치하도록 하되 필요에 따라 증설 가능하도록 하였으며, 에너지 절약을 위해 1, 2중은 두께 0.1mm필름을 사용하고 3중은 5겹보온커튼을 설치하였다. CFD 유 동해석 결과, 측창이 열린조건에서는 풍상 방향의 평균 유속이 빠르고 온도가 낮았으며, 풍하 방향으로 멀어 질수록 평균 유속이 점차 느려지고 온도는 높게 나타났다. 반면, 측창이 닫힌조건에서는 평균 유속이 낮으며, 구역 별로 큰 편차는 없었다. 다만 풍상 풍하의 천창이 모두 열린 조건에 비하여 풍하 방향의 천창만 열린조건이 영역별 평균 유속에서 더 높은 값을 보였다. 측창을 닫은 조건에서는 외기의 유동이 아닌 온실 내 설치된 환기용 유동팬에 의해 유속이 발생하며 외부 환기가 없는 조건 에서 유동팬에 의한 순환은 실내 전체 공간의 유동 편차를 줄여 줄 수는 있지만 전체적인 온도에는 영향을 미치지 못하였다. 저측고의 영역별 평균 온도는 고측고 보다 균일하게 나타났다. 겨울철 3중 다겹보온커튼 여닫 음에 관계없이 유동팬 근처에서 유속이 높고 유동팬에서 멀어지면 유속이 거의 없는 것으로 나타났다. 또한, 시간경과에 따른 평균 온도는 3중다겹보온커튼 열림상태에서 약 2시간 후에 외부온도와 같아졌으나 닫힘상태에서는 5시간 이후에 외부온도와 같아져, 3중 다겹보온커튼의 보온효과가 뚜렷하였다. 같은 조건에서 열용량의 차이로 인해 저측고 온실이 고측고 온실에 비하여 온도 하강 속도가 빨랐다.

온실의 환기설계 기준 설정 및 단동 플라스틱 온실의 원형 천창 설치 가이드라인 제정을 위한 기초자료를 제공할 목적으로 천창이 설치된 토마토 재배 단동 온실에서 환기실험을 통하여 자연환기 성능을 분석하고, 열평형 모델을 이용하여 온실 재배 토마토의 증발 추정하였다. 직경 60cm의 원형 천창을 지붕의 중앙에 8m 간격으로 설치한 단동온실의 자연환기 성능을 실험한 결과 환기회수는 분당 0.02~0.32회(평균 0.17회 min-1)의 범위를 보여 상당히 낮은 것으로 나타났다. 그러나 상업용 온실의 권장환기율과 비교하면 6m 간격으로 설치할 경우에는 봄이나 가을철에 필요한 환기량을 충족할 수 있을 것으로 판단되며, 여름철 권장환기를 위해서는 2m 정도의 간격으로 설치한 해야만 가능할 것으로 판단되므로 광투과를 저해하지 않으면서 지붕의 개구면적을 확대할 수 있는 방안을 찾아야 할 것으로 생각된다. 실험에 사용한 단동 온실은 인접 동 간격이 1.2m에 불과한 밀집된 단지 내에 위치하고 있어서 측창 주변의 외부 풍속이 최대 0.9m·s-1(평균 0.4m·s-1에 불과하고 풍력에 의한 환기효과를 기대하기가 어려웠다. 환기량과 풍속 및 실내외 온도차와의 관계를 비교 분석해 본 결과 중력환기가 우세함을 확인 할 수 있었다. 본 환기실험 자료를 온실의 환기설계를 위한 열평형모델에 적용하여 증발산계수를 추정해 본 결과 0.39~0.85의 범위(평균 0.62)를 보였고, 다른 연구자들이 제시하는 일반적인 온실의 설계 권장 값과 유사한 경향을 나타냈다. 따라서 토마토 재배 단동 플라스틱 온실의 환기설계에서 증발산계수는 0.6 정도를 사용하면 적당할 것으로 판단된다.

온실의 환기제어시 외기온도와 풍속변화에 보다 유연하게 대처하면서 온실내 온도제어성능을 향상시키 기 위해서 퍼지제어가 많이 이용되고 있지만, 제어로직이 복잡하여 대용량 메모리를 갖는 컨트롤러가 필 요하다. 본 연구에서는 소용량의 마이크로 컨트롤러에서 프로그램이 가능한 단순퍼지제어 알고리즘을 개 발하여 시험하였다. 개발한 단순퍼지 제어 알고리즘의 성능을 비교하기 위하여 기존의 스텝제어 알고리즘 을 도입한 제어프로그램으로 온실의 천창환기에 의한 온도제어를 실시하여 두 알고리즘의 성능을 직접 비 교하고, 또 PID 및 표준 퍼지제어 성능과는 기존의 연구 결과와 비교하여 상대적 성능을 평가하므로써 온 실의 환기냉방제어의 유리한 제어기법을 확립할 수 있는 기초자료를 얻고자 수행하였다. 단순 퍼지제어에 의한 실내온도 최대 제어오차는 1.2℃, 1시간동안의 평균환기창 적산열림량과 조작회수는 각각 84%, 13회 로 나타났으며, 문헌조사에 의한 퍼지제어에서 각각 1.3℃, 75% 및 12회에 비해 동등한 제어성능을 보였 다. 본 연구에서 개발한 단순퍼지제어는 제어로직이 PID제어보다 단순함에도 불구하고 스텝제어와 PID제 어보다 성능이 우수하고, 퍼지제어와 동등한 제어성능을 갖는 것으로 나타났다.

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.

표고버섯(Lentinus edodes(Berk) Sing)의 품질은 환경조건에 매우 민감하고, 특히 생산기간중의 강우에 의한 수분의 영향이 큰 것으로 알려져 있다. 대부분의 경우, 표고버섯이 강우에 의하여 젖지 않도록 하기 위하여, 강우차단용 플라스틱 필름을 사용하여 측창 환기구 이외에는 모두 밀폐시킨 재배시설을 사용하고 있다. 그러나 이와 같이 천창이 없는 재배시설의 실내온도와 습도는 불량한 환기로 인하여 상승하게 되고, 결국 생산성 및 품질을 떨어뜨리게 된다. 본 연구에서는 모델을 이용하여 개선된 표고재배시설의 천창 면적과 차광율에 따른 환기율 및 실내온도 변화를 분석하였다. 차광율이 50%에서 90%로 증가할수록 온도는 약 2.5℃ 이상의 차이를 나타냈으며 50%의 낮은 차광율에서 풍속의 영향이 크게 나타났다. 환기율은 풍속 1~2m.s-1 이상에서는 차광율에 관계없이 크게 증가하였다. 실외풍속이 0m.s-1에서 2m.s-1로 증가함에 따라 실내온도는 약 2℃이상 하강하였다. 특히, 천창개도가 커질수록 온도가 하강하였지만 개도 50%이상에서는 큰 차이가 없었다. 차광율이 낮을수록 개도 증가가 온도하강에 미치는 영향이 뚜렸하였다. 풍속 및 차광율에 무관하게 천창면적과 측창면적이 거의 동일할 때, 높은 환기효율 및 온도하강 특성을 나타내었다.

본 연구에서는 양파 채종재배 할 경우 차광망설치와 온실천창 개폐, 환기 조건이 양파 채종량에 미치는 영향을 알아보기 위한 연구이었다. 본 연구 결과는 다음과 같다. ‘6701’과 ‘6704’는 채종 방법에 따른 온실 온도의 차이에 대한 채종량은 10시경에 부의 상관관계를 보이나 시간이 지날수록 상관이 거의 없는 것으로 분석되었다. ‘6701’은 채종방법에 따른 온실 습도의 차이에 대한 채종량은 14시까지의 습도에 따라 고위정상관을 이루며 대부부분 상관이 없는 것으로 조사 되었다. ‘6701’과 ‘6704’는 채종방법에 따른 온실 광도의 차이에 대한 채종량은 대부분 부의 상관이 있는 것으로 나타났다. 따라서 양파를 채종 할 경우에는 습도 관리가 영향이 크게 미치는 것으로 생각되었다.