생물환경조절학회지 31권 4호에 게재된 논문의 사사가 잘못 기재되어 있어 바로 잡습니다.

Understanding the light environment in greenhouse cultivation and the light utilization characteristics of crops is important in the study of photosynthesis and transpiration. Also, as the plant grows, the form of light utilization changes. Therefore, this study aims to develop a light extinction coefficient model reflecting the plant growth. To measure the extinction coefficient, five pyranometers were installed vertically according to the height of the plant, and the light intensity by height was collected every second during the entire growing season. According to each growth stage in the early, middle, and late stages, the difference between the top and bottom light intensity tended to increase to 69%, 72%, and 81%. When leaf area index and plant height increased, the extinction coefficient decreased, and it showed an exponential decay relationship. Three-dimensional model reflecting the two growth indexes, the paraboloid had the lowest RMSE of 1.340 and the highest regression constant of 0.968. Through this study, it was possible to predict the more precise light extinction coefficient during the growing period of plants. Furthermore, it is judged that this can be utilized for predicting and analyzing photosynthesis and transpiration according to the plant height.

국내외로 첨단 ICT 융합기술이 농업 분야에 적용되기 시작 하면서, 시설원예 설비들이 고도화되고, 스마트팜 구축 기술 및 인력이 축적되기 시작하였다. 그러나 우리나라 농촌의 경 우, 농업생산 연령의 고령화, 국내 농촌 인구의 지속적인 유출, 저출산 등으로 인하여 스마트팜 확대 및 적용에 어려움이 많 은 실정이다. 따라서 공간 및 시간에 구속을 받지 않는 간편한 농업인 교육 프로그램이 필요하며, 최근 부상하고 있는 시뮬 레이션 기술을 활용한다면 농업 교육용 시뮬레이션 툴 개발도 가능할 것으로 판단된다. 온실 환경 제어 모델을 이용한 시뮬 레이션은 다양한 지역과 기상 조건 하에서 대상 온실의 열과 물질에너지의 상호작용을 합리적으로 예측할 수 있게 해준다. 본 연구에서는 온실 환경 제어 모델을 활용하여 외부 기상 데 이터를 통해 온실의 환경 변화를 예측하고 가상의 환경 제어시스템을 통해 환경 제어 시 필요한 에너지값들을 시뮬레이션 할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 이용자가 직접 맞춤형 환경 제어를 할 수 있도록 편의성을 고려한 사용자 인터페이스를 구축할 것이며, 실제 파프리카 재배 온실의 제어 요소들을 반 영할 수 있도록 설계될 것이다. 농업용 교육 시뮬레이션 툴을 최근 활발하게 연구가 이루어지고 있는 작물 생육 모델링 기 술 및 전산유체역학 기술과 융합하면 더욱 타당한 결과를 보 일 것이다.

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.

본 연구는 데이터를 기반으로 한 인공지능 기계학습 기법을 활용하여 온실 내부온도 예측 시뮬레이션 모델을 개발을 수행 하였다. 온실 시스템의 내부온도 예측을 위해서 다양한 방법 이 연구됐지만, 가외 변인으로 인하여 기존 시뮬레이션 분석 방법은 낮은 정밀도의 문제점을 지니고 있다. 이러한 한계점 을 극복하기 위하여 최근 개발되고 있는 데이터 기반의 기계 학습을 활용하여 온실 내부온도 예측 모델 개발을 수행하였 다. 기계학습모델은 데이터 수집, 특성 분석, 학습을 통하여 개 발되며 매개변수와 학습방법에 따라 모델의 정확도가 크게 변 화된다. 따라서 데이터 특성에 따른 최적의 모델 도출방법이 필요하다. 모델 개발 결과 숨은층 증가에 따라 모델 정확도가 상승하였으며 최종적으로 GRU 알고리즘과 숨은층 6에서 r2 0.9848과 RMSE 0.5857℃로 최적 모델이 도출되었다. 본 연 구를 통하여 온실 외부 데이터를 활용하여 온실 내부온도 예 측 모델 개발이 가능함을 검증하였으며, 추후 다양한 온실데이 터에 적용 및 비교분석이 수행되어야 한다. 이후 한 단계 더 나아 가 기계학습모델 예측(predicted) 결과를 예보(forecasting)단 계로 개선하기 위해서 데이터 시간 길이(sequence length)에 따른 특성 분석 및 계절별 기후변화와 작물에 따른 사례별로 개발 모델을 관리하는 등의 다양한 추가 연구가 수행되어야 한다.

ETc 손실을 보상하는데 필요한 물의 양을 작물 용수 요구량(Crop water requirement, CWR)로 정의되며, ETc 평가는 작물 필요 요구량을 정확하게 정량화하는 데 필요하며, 물 균형 계산에서 중요한 역할을 한다. 토마토와 파프 리카의 실제 관수 요구량(Actual crop water, ACW)이 적절한 CWR인지 평가하였다. 토마토와 파프리카 재배에 적정한 AWC 예측 및 추정을 위하여 온실 내부 환경데이터를 Penman-Monteith을 이용하여 기준 작물 증발산(ET)을 계산한 후, 기준 증발산은 작물 상수(Kc;토마토-1.15, 파프리카-1.05)계수로 조정하였다. 토마토와 파프리카의 CWR과 ACW를 계산하여 비교 평가한 결과 ACW가 CWR을 대체할 수 있지만 파프리카의 ACW는 필요 이상으로 높게 나타났다. 또한, 토마토의 ACW는 1일 100 ~ 1,200 ml이고, 파프리카의 ACW는 1일 100 ~ 500 ml가 적절한 것으로 나타났다. 그러나, 스마트 온실에서 ETc의 정밀도를 높이려면, ETc가 CWR로 변환되고 ACW와 비교하기 위해서 클래스 A팬 설정이 필요하다. 향후 실시간으로 CWR을 측정하기 위한 시뮬레이션 프로그램 연구가 필요하다.

Because the inner environment of greenhouse has a direct impact on crop production, many studies have been performed to develop technologies for controlling the environment in the greenhouse. However, it is difficult to apply the technology developed to all greenhouses because those studies were conducted through empirical experiments in specific greenhouses. It takes a lot of time and cost to develop the models that can be applicable to all greenhouse in real situation. Therefore studies are underway to solve this problem using computer-based simulation techniques. In this study, a model was developed to predict the inner environment of glass greenhouse using CFD simulation method. The developed model was validated using primary and secondary heating experiment and daytime greenhouse inner temperature data. As a result of comparing the measured and predicted value, the mean temperature and uniformity were 2.62°C and 2.92%p higher in the predicted value, respectively. R2 was 0.9628, confirming that the measured and the predicted values showed similar tendency. In the future, the model needs to improve by applying the shape of the greenhouse and the position of the inner heat exchanger for efficient thermal energy management of the greenhouse.

The purpose of this study is to suggest structural model and analyze design factors for the development of small greenhouse standardization model. The average dimensions of small greenhouse desired by urban farmers were 3.3m in width, 1.9m in eaves height, 2.7m in ridge height, 5.7m in length. The cladding materials for small greenhouse were preferred to glass, PC board and plastic film, framework to aluminum alloy and steel, and heating method in electrical energy. In addition, it was analyzed that small greenhouses need to develop structural model by dividing them into entry-level type and high-level type. The roof type that was used for entry-level type was arch shape, framework was steel pipe, cladding material was plastic film. On the other hand, high-level type was used in even span or dutch light type, framework with square hollow steel, cladding materials with glass or PC board. In consideration of these findings and practicality, this study developed four types of small greenhouses. The width, eaves height, ridges height, and length of the small greenhouses of even span type, which were covered with 5mm thick glass and 6mm thick PC board were 3m, 2.2m, 2.9m, and 6m, respectively. The small greenhouse of dutch light type covered with 5mm thick glass was designed with 3.8m in with, 2.2m in eaves height, 2.9m in ridges height, and 6m in length. The width, eaves height, ridges height, and length of the arch shape small greenhouse covered with a 0.15mm PO film were 3m, 1.5m, 2.8m, and 6m, respectively.

춘천지역 농가 및 강원도농업기술원 내 시험포장에서 반촉성재배토마토(2~6월)에서 트랩을 이용한 주요 해충의 발생밀도와 천적 등을 이 용한 방제효과를 조사 하였다. 토마토 재배농가에서 주로 사용하는 약제와 유기농자재의 천적곤충에 대한 독성평가도 수행하였다. 반촉성재배 시 발생되는 주요 해충은 온실가루이(Trialeurodes vaporariorum)와 총채벌레류이었다. 온실가루이의 경우 4월 중순경부터 발생하기 시작하여 5 월 중순 이후 발생이 증가하였고, 총채벌레류는 4월 상순 경 발생을 시작하여 6월 이후에 증가하는 경향을 보였다. 저독성약제 선발시험을 통해 온실가루이와 총채벌레의 천적인 온실가루이좀벌과 미끌애꽃노린재에 대해 60% 이하의 독성을 보이는 살충제 1종(spiromesifen SC), 살균제 1종(cyazofamid SC) 및 님 추출물이 함유된 유기농자재 외 1종을 선발하였다. 이상의 결과에서 제시한 천적중심 관리모델을 적극적으로 활용한 다면 토마토 반촉성 시설재배 시 온실가루이와 총채벌레를 효율적으로 관리할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 BES 기법을 활용하여 온실을 대상으로 실시간 에너지교환 시뮬레이션 모델 개발 및 검증을 수행하고 냉·난방부하 산정 및 경향성을 분석하였다. 우선 BES 기법과 현장실험을 기반으로 온실의 실시간 에너지 교환 모델을 개발하였다. 광흡수율, 엽면적지수, 잎 특성 길이 등 대상작물인 애플망고의 특성 값들과 온실 내부 이산화탄소 농도, 광량, 온도 등 실시간 입력 자료를 고려하여 작물 및 토양의 에너지교환을 구현하였다. 모델의 검증은 온실 내부 기온으로 수행하였으며 실측 내부 기온과 연산된 내부 기온 간의 결정계수, 일치도로 평가 하였다. 내부 기온 비교는 결정계수 0.89, 일치도 0.93으로 높은 유사성을 확인하였으며 모델의 유의성을 판단하였다. 개발한 모델과 2005년부터 2014년까지의 기상자료, 대상작물의 생육단계별 적정생육온도를 이용하여 대상온실의 냉·난방부하 산정하였다. 연도별 냉·난방부하산정 및 경향성을 파악하였으며 최대 냉·난방부하 산정을 통하여 대상온실의 냉·난방장치 용량설계의 기초자료를 확보하였다. 최근 10년 치 기상자료를 통하여 평균 최대 난방부하 525,473 kJ·hr-1, 평균 최대냉방부하 630,870 kJ·hr-1가 산정되었으며 대상 온실에 지열, 온배수, 태양열 등 신재생에너지를 활용할 경우 유용하게 활용될 것으로 판단된다. 본 연구를 통하여 온실 내 각 구성요소 간의 실시간 에너지교환을 모의할 수 있었으며 추후 온배수 활용을 위한 저류조, 히트펌프, 축열조 등의 설비를 구현함에 따라 전반적인 냉·난방 시스템의 구현 가능성을 확인하였다. 또한 동적 해석방법을 통하여 재배작물, 생육단계 및 토양을 고려하였으며 온실 에너지교환 모델에 다양한 형태로 적용 가능할 것으로 판단된다.

가온 온실에서 재배하는 망고의 생육에 적합한 광도와 CO2 농도를 결정하기 위하여 위치 별 엽의 광합성속도를 정량적으로 측정할 필요가 있다. 본 연구에서는 어윈 망고(Mangifera indica L. cv. Irwin)의 위치 별 엽 광합성속도를 측정하여 광도와 CO2 농도의 2변수 엽 광합성 모델을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 상단부, 중단부, 하단부 엽의 위치에 따른 엽 광합성속도 측정은 LI- 6400 광합성 분석 장치를 사용하였다. 광도 0, 50, 100, 200, 300, 400, 600, 800μmol·m-2·s-1, CO2 농도 100, 400, 800, 1200, 1600μmol·mol-1의 조합 조건에 해당하는 엽 광합성속도를 위치 별로 측정하였다. 광도와 CO2 농도에 대하여 Negative exponential 함수로 표현된 엽 광합성 속도 모델을 곱하여 2변수 엽 광합성 모델을 구축하였다. 상단부 엽의 경우 엽 광합성속도는 광도 400μmol·m-2·s-1, 중단부와 하단부 엽은 200μmol·m-2·s-1에서 포화되는 것으 로 나타났다. CO2 농도 1600mol·mol-1에서도 엽 광합성속도가 증가하여 포화되지 않는 특성을 보였다. 2변수 엽 광합성 모델의 검증 결과, 중단부에 비하여 상단부와 하단부 엽에 대해서 높은 신뢰도를 갖는 것으로 나타났다. 추후, 위치 별 2변수 엽 광합성 모델을 활용하여 어윈 망고의 온실 재배 시 광합성을 극대화 할 수 있는 광도와 CO2 농도 조건을 결정할 수 있을 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 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.

Chrysanthemum flower model trap (CFMT) developed to attract the flower thrips was evaluated for its optimal trap density that is required to manage the population of flower thrips in a strawberry greenhouse. CFMTs were installed in different rates per unit area (10m×5m), i.e., control (no trap), low (5 traps), medium (10 traps), and high (20 traps), in three different strawberry greenhouses at Namhoo, Andong. From each plot, 10 flowers were sampled every week from 16 May 2008 to 6 June 2008. Five traps were also randomly collected from each plot every week to record the number of flower thrips trapped. The seasonal number of both female and male thrips collected in the flowers was significantly lower in the plots with high density of traps compared to the control. In the plot with medium level of traps, less seasonal number of male F. intonsa were found in the strawberry flowers compared to the plot with low level of traps or control. When the numbers of thrips in the flowers were plotted against the numbers of thrips trapped in the CFMTs, significant correlation was found in female thrips only. However, there was no significant difference in seasonal number of male and female thrips trapped in the CFMTs randomly collected from the plots among the treatments. In conclusion CFMT used in medium or high density in the strawberry greenhouse reduced infestation of F. intonsa in the flowers and can be a good addition to integrated pest management tactics against anthophilous thrips.

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.

본 연구에서는 포그냉방시스템을 수치적으로 시뮬레이션하기 위한 CFD 모델을 개발하였으며, 포그냉방온실에서 측정된 데이터에 의해 개발된 모델의 유효성을 검증하였다. 또한 분무수온, 분무수량, 분무정지시간과 분무입자의 증발률이 포그냉방시스템의 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 개발된 모델을 적용하였다. 시뮬레이션 결과에 의하면, 각 측점에서 실측치와 예측치의 온도차가 무차광조건에서는 0.1~1.4℃, 차광조건에서는 0.2~2.3℃였으며, 상대습도차는 무차광조건에서는 0.3~6.0%, 차광조건에서는 0.7~10.6%였다. 예측치가 실측치와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타나 개발된 모델이 포그냉방시스템의 냉방효과를 예측할수 있는 것으로 판단된다. 포그냉방시스템 성능은 분무수량, 분무정지시간과 분무입자의 증발률의 영향을 많이 받지만 분무수온의 영향은 받지 않는 것으로 나타났다.

여름철 고온기에 시설 이용율을 높이고 안정적인 생산을 하기 위해서는 고온 극복 시스템의 도입이 필요하며, 이러한 시스템을 도입하기 위하여는 적정 설비용량의 중요하다. 온실의 고온극복방법을 차광환기시스템, 차광환기 패드시스템, 차광환기 포그시스템으로 설정하고, 각 방법별로 시스템의 설계제원 결정을 위한 열평형식을 구성하였으며 현장 실험을 통하여 적용성을 검토하였다. 환기창 단면 풍속을 1분 간격으로 측정하여 유량으로 환산한 값을 환기량의 실측치로 하고 열평형식을 이용하여 계산한 환기량과 비교한 결과 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 열평형 모델의 입력변소중 피복재의 열관류이 1% 증가하면 필요환기량은 0.3% 감소하였고, 태양복사에 대한 증발산비(E)의 값이 1% 증가하면 필요환기량은 1.3%나 감소하는 것으로 나타났다. 따라서, E 값의 선택이 매우 중요하며 온실의 환기 및 냉방 설계기준을 설정하기 위해서는 여러 가지 작물의 상태에 따른 E값의 변화를 실측한 자료의 축적을 통해 가이드라인이 제시되어야 할 것으로 판단된다. 온실의 환기 및 냉방 설비 용량 결정을 위한 열평형 모델의 적용성을 검토하기 위하여 6가지의 동일한 조건에 대하여 시뮬레이션한 결과, 필요 공기교환율은 5.1∼7.7%정도, 증발수량은 6.8∼9.3%정도 fan and pad 시스템이 포그시스템에 비하여 큰 것으로 나타났다.

현재 제주도 서귀포시 제주감귤연구소에서 개발중인 내풍형 2중 아치 비닐하우스에 풍하중을 재하하여 탄성수치해석을 시도한 결과, 풍동실험에 의하면 파풍망의 효과는 풍속이 5∼25m/s 일 때 파풍망을 통과한 유출속도가 86∼98%까지 감소하여 매우 효과적임을 알 수 있었다. 본 연구에서는 일반적으로 사용하고 있는 파이프를 지반에 고정시키는 경계조건을 주지 않고 설치한 피라미드형 콘크리트 지지대의 사하중을 지점에 재하하여 경계조건을 준 결과, 하우스가 풍하중의 양력에 의하여 위로 들리는 거동을 나타내고 있었다. 이러한 거동은 현장에서 목격되는 파괴형상이 기초 전체가 인발되고 파이프가 콘크리트 기초로부터 인발됨으로써 야기되는 파괴요인이 된다. 본 연구에서 재하한 45m/s의 풍하중은 재현기간이 100년에 대한 값으로 반영구적인 구조물에 기준으로 비닐하우스의 내구수명이 상대적으로 짧으므로 이 풍하중을 감소시켜서 설계할 수 있었다. 또한 본 연구에서는 지붕아치가 연결되는 Y-형 접속장치를 내부힌지로 모델링한 것을 제외하고는 모든 연결을 고정연결로 보아 해석하였다.

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？.