Abstract
The influence of windbreak to minimize the ventilation velocity near the plant canopy of a greenhouse strawberry was thoroughly investigated using computational fluid dynamics (CFD) technology. Windbreaks were constructed surrounding the plant canopy to control ventilation and maintain the concentration of the supplied $CO_2$ from the soil surface close to the strawberry plants. The influence of no windbreak, 0.15 m and 0.30 m height windbreaks with varied air velocity of 0.5, 1.0 and 1.5 m/s were simulated in the study. The concentrations of supplied $CO_2$ within the plant canopy of were measured. To simplify the model, plants were not included in the final model. Considering 1.0m/s wind velocity which is the normal wind velocity of greenhouses, the concentrations of $CO_2$ were approximately 420, 580 and 653 ppm ($1{\times}10^{-9}kg/m^3$) for no windbreak, 0.15 and 0.30 m windbreak height, respectively. Considering that the maximum concentration of $CO_2$ for the strawberry plants was around 600-800 ppm, the 0.30 m windbreak height is highly recommended. This study revealed that the windbreak was very effective in preserving $CO_2$ gas within the plant canopy. More so, the study also proved that the CFD technique can be used to determine the concentration of $CO_2$ within the plant canopy for the plants consumption at any designed condition. For an in-depth application of this study, the plants as well as the different conditions for $CO_2$ utilization, etc. should be considered.
딸기 재배용 온실 내 재배 벤치에서 생산량을 높이기 위하여 벤치 주위에서 이산화탄소를 공급하는 경우 환기 등에 의한 풍속으로 인하여 작물 주변의 적정가스 농도가 유지되지 못하는 현상이 발생한다. 본 연구에서는 이산화탄소를 보존시키고자 벤치 주변에 방풍막을 설치하는 방안에 대하여 분석하였다. 온실 내 벤치와 방풍막을 2차원 CFD 시뮬레이션으로 모델링하고 온실 내 공기의 풍속과 이산화탄소의 공급을 구현하여 보존되는 이산화탄소의 농도 분포를 살펴보았다. 또한 이를 통하여 설계한 온실의 환경조건에서의 적정한 방풍막 설치 높이를 제안하고자 하였다. 시뮬레이션에서 구현한 온실 내 풍속조건은 0.5, 1.0, 1.5 m/s이고, 방풍막의 높이는 미설치, 0.15, 0.30 m이고, 각 조건에서의 이산화탄소 농도를 측정하였다. 설계상의 편의와 시뮬레이션의 간소화를 위하여 벤치위의 작물은 없는 것으로 가정하였다. 일반적인 온실 내의 풍속 조건은 1.0 m/s로, 시뮬레이션 결과 이 때 벤치 위에서의 평균 이산화탄소 농도는 방풍막 미설치 시 420 ppm, 방풍막 설치 높이 0.15 m일 때 580 ppm, 0.30 m일 때 653 ppm으로 나타났다 딸기의 최대 생산량을 위한 적정 생육 이산화탄소 농도가 $600{\sim}800ppm$ 정도인 것을 고려하여, 이와 같은 환경조건에서의 방풍막의 설치 높이는 0.30m가 적당할 것으로 판단하였으나 이산화탄소 공급조건, 작물의 배치 등의 조건변화에 따른 상황에서의 연구가 추가적으로 수행되어야 할 것이다. 이처럼 방풍막의 설치가 온실 내에 시비한 이산화탄소를 작물 주변에 머무르게 하는 효과가 상당함을 알 수 있었으며, 설계한 환경조건에서 작물별로 적정한 수준의 이산화탄소량이 공급되고 있는지를 판단하기 위하여 CFD 기술이 이용될 수가 있음을 보였다.
