본 연구는 권취식 측창을 갖는 아치형 단동 플라스틱 온실 내 강제환기장치 설치 및 운용, 환기 성능 개선방안 등을 제안 하기 위해 온실 내부에 유동팬과 배기팬을 설치하여 강제환기 장치 사용에 따른 온실 내부기온 강하 특성을 정량적으로 조 사하였다. 시험은 3가지 환기 조건(측창, 측창+순환팬, 측창+ 순환팬+배기팬)에서 수행되었다. 각 조건 데이터로거를 이용 하여 환기 시작과 동시에 온실 내외부 기온 및 외부환경 변화 를 측정·기록하였고, 환기 방식별 기온차 변화의 평균값으로 부터 정규기온차를 계산하여 기온 강하 효과를 비교하였다. 오전(11:00－12:00)에는 환기 방식에 상관없이 환기 초반 정 규기온차가 일시적으로 증가했다가 감소하는 것으로 나타났 다. 강제환기장치가 더 많이 사용될수록 최대 정규기온차는 1.158에서 1.037로 감소하였고 최대 정규기온차에 도달하는 시간도 340초에서 110초로 단축되었다. 강제환기장치의 사 용은 정규기온차가 0.8까지 감소하는데 소요된 시간을 1,030 초에서 550초로, 0.6까지는 1,610초에서 915초로, 0.4까지는 2,315초에서 1,360초로, 자연환기의 약 60% 수준으로 감소 시켰다. 오후(14:00－15:00)에는 정규기온차의 증가가 관측되지 않았지만, 환기 시작과 동시에 기온차가 감소하기 시작 했다. 또한 강제환기장치가 더 많이 사용될수록 정규기온차 가 0.8까지 내려가는 시간을 560초에서 345초로, 0.6까지는 825초에서 540초로, 0.4까지는 560초에서 345초로, 약 70% 수준으로 감소시켰다. 따라서, 보다 효과적이고 경제적인 환 기를 위해 강제환기장치는 오전과 같이 열부하가 높은 환경에 서 적극적으로 사용하는 것이 바람직하다고 판단된다.

본 연구는 고온기 원예작물의 안정 생산을 위해 대형 단동하우스 ‘사계절하우스’를 파프리카 재배에 활용 시 시설 내부 기상 환경 및 파프리카 품종별 생육, 수량, 품질 등을 분석하고 근권냉방 효과 등을 구명하여 파프리카 재배환경 조건을 최적화 하기 위한 기초자료로 사용하고자 수행하였다. 정식 후부터 재배 종료 시점(2020년 5－11월)까지 시설내 평균 적산광량은 12.7MJ·m -2 d -1로, 온실외부의 평균 광량인 14.1MJ·m -2 d -1의 90% 수준으로 나타났다. 일 년중 가장 기온이 높은 7－8월의 온실내 24시간 평균온도는 외기보다 3.04℃ 낮았고, 장마가 끝난 8월 12일 이후에는 평균 4.07℃ 낮게 나타났다. 시설 내 포그 냉방 가동(6월 13일) 이전 일평균 상대습도는 최저 40% (주간 20%) 수준까지 떨어져 작물재배에 적합하지 않은 상태였으나 포그를 가동한 이후 주간 상대습도는 70－85% 수준으로 증가된 것으로 나타났다. 평균 수분부족분(humidity deficit)은 포그 공급전에는 최고 12.7g/m 3 까지 상승하여 매우 건조한 조건이었으나, 포그 공급 후 고온기(7－8월)에 평 균 3.7g/m 3으로 감소하였고, 저온기(10－11월)로 갈수록 다시 증가되는 경향이었다. 주간 잔존 CO2 농도는 전체 재배기 간동안 평균 707ppm으로 나타났다. ’20년 7월 27일부터 11월 23일까지 수확한 파프리카의 품종별 상품수량(kg/10a)은 주황색 품종 ‘DSP-7054’과 황색 품종 ‘Allrounder’이 각각 14,255kg/10a와 14,161kg/10a로 다른 품종에 비해 높았고, 다음으로 주황색 ‘K-Gloria orange’, 황색 ‘Volante’, 적색 ‘Nagano’ 품종 순으로 나타났다. 사계절하우스에서 고온기(8 월)에 생산된 대과종 파프리카의 품종별 과실품질 특성을 조사한 결과, 과고, 과폭, 과실당도, 과육두께에서 품종 간 유의성이 인정되었다. 당도는 주황색 품종인 ‘DSP-7054’와 ‘Naarangi’에서 높게 나타났고, 과육두께는 황색과 주황색 품종인 ‘K-Gloria orange’와 ‘Allrounder’에서 높게 나타났다. 근권 냉방처리 기간 동안 배지내 일평균 온도는 20.7℃로 나타났고, 근권 난방처리 기간 동안 배지내 일평균 온도는 23. 4℃로 나타났다. 근권부 냉난방 처리를 통해 상품수량은 무처리구에 비해 비해 ‘Nagano’ 16.5%, ‘Allrounder’ 1.3%, ‘Naarangi’ 20.2%, 및 ‘Raon red’ 17.3% 증가하였고, 품종 전체로는 16.1% 증가하였다. 근권 냉난방처리에 의해 과실의 경도는 4개 품종 평균 5.7% 증가하였으나 다른 품질 지표에서는 유의성있는 차이가 나타나지 않았다.

In the summer season, natural ventilation is commonly used to reduce the inside air temperature of greenhouse when it rises above the optimal level. The greenhouse shape, vent design, and position play a critical role in the effectiveness of natural ventilation. In this study, computational fluid dynamics (CFD) was employed to investigate the effect of different roof vent designs along with side vents on the buoyancy-driven natural ventilation. The boussinesq hypothesis was used to simulate the buoyancy effect to the whole computational domain. RNG K-epsilon turbulence model was utilized, and a discrete originates (DO) radiation model was used with solar ray tracing to simulate the effect of solar radiation. The CFD model was validated using the experimentally obtained greenhouse internal temperature, and the experimental and computed results agreed well. Furthermore, this model was adopted to compare the internal greenhouse air temperature and ventilation rate for seven different roof vent designs. The results revealed that the inside-to-outside air temperature differences of the greenhouse varied from 3.2 to 9.6oC depending on the different studied roof vent types. Moreover, the ventilation rate was within the range from 0.33 to 0.49 min-1. Our findings show that the conical type roof ventilation has minimum inside-to-outside air temperature difference of 3.2oC and a maximum ventilation rate of 0.49 min-1.

본 연구에서는 저온기에 참외재배 단동 플라스틱 온실에서 지붕 환기팬을 이용하여 환기할 때 작물에 스트레스를 적게 주면서 바깥 공기를 하우스 내부로 균일하게 유입할 수 있는 방법으로 하우스 전체길이에 대해 측창 안쪽부분에 비닐을 부착하는 방법을 개발하였다. 지면으로부터 측창이 최대한 열렸을 때 높이의 10cm 아래까지 비닐을 설치하였다. 측창 개선에 의한 온실 환경 개선 및 참외 수량증대 효과를 검증하기 위하여 개선 측창형 태와 관행의 측창형태를 비교하였다. 2017년 2월 25일 까지는 두 시험구 모두 환기를 하지 않았는데, 2월 중순 하우스 내 기온이 40oC를 넘어섰다. 따라서 2월 중순부터는 하우스 환기를 시작해야 할 것으로 판단된다. 대조 구에서의 기온이 4월 하순부터 30oC를 넘어섰다. 그러므로 측창 안쪽에 부착한 비닐을 4월 하순, 늦어도 5월 상순에는 제거해야 할 것으로 판단된다. 4월 중순에 처리구에서의 지온은 생육 적온 범위인 20oC를 넘어선데 비해 대조구에서는 여전히 20oC보다 낮게 나타났다. 4월 하순이 되어서야 대조구의 지온도 20oC를 넘어서는 것으로 나타났다. 전기사용량은 처리구 47.2kWh, 대조구 48.3kWh로 처리 간에 큰 차이를 보이지 않았다. 처리구에서의 참외 상품수량은 5,094kg으로 대조구 4,113kg에 비해 23.9% 많았다. 상품과율은 처리구 73.5%, 대조구 73.9%로 차이가 없었다.

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.

국내에 설치되어 있는 원예시설 중 가장 많은 면적을 차지 하고 있는 단동비닐하우스의 기상재해로 인한 피해를 경 감시킬 수 있는 모델 개발에 필요한 기초자료를 제공하고 자 재배작물별로 대표적인 온실규격를 선정하여 안전풍 속과 적설심을 구한 후 재현기간 8년에 해당하는 지역의 설계풍속 및 적설심과 비교하여 온실의 구조 안전성을 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 재배작물별 대표온실에 단위풍하중을 적용한 결과, 최 대 단면력은 과채류, 근채류, 엽채류 온실 순으로 크게 나타났으며 재배작물별 서까래 간격을 고려한 안전풍 속은 엽채류 온실이 17.7 m/s, 과채류 온실이 20.2 m/s, 근채류 온실이 22.3 m/s로 나타나 지역별 8년 빈도의 설계풍하중과 비교하였을 때 홍천, 이천, 성주지역을 제외하고는 대부분의 지역에 있어서 불안전한 것으로 나타났다. 2. 재배작물별 대표온실에 단위 적설하중을 적용한 결과, 근채류 온실의 최대 단면력이 가장 크게 나타났으나 재배작물별 서까래 간격을 고려한 안전적설심은 엽채 류 온실이 8.8 cm, 과채류 온실이 9.4 cm, 근채류 온실이 11.8 cm인 것으로 나타났다. 이러한 결과를 지역별 8년 빈도의 적설하중과 비교하였을 때 경남지역 일부를 제 외하고는 대부분의 지역에 있어서 불안전한 것으로 분 석되었다. 3. 재배작물별 대표 온실의 안전풍속과 적설심에 대하여 구조물에 발생하는 최대 인발력은 12.7~15.1 kgf/개소, 최대 연직하중은 20.6~21.7 kgf/개소로 나타나 기초는 안전한 것으로 분석되었으나 안전풍속과 안전적설심이 매우 작기 때문에 폭설이나 강풍에 대비한 보강이 필요 한 것으로 나타났다.