• 생물환경조절학회지
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• 제28권3호
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• pp.225-233
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• 2019

여름철에 자연환기는 온실의 온도를 낮추는데 중요한 역할을 한다. 온실의 형태, 환기창 종류, 환기창의 위치 등은 자연환기 성능에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 전산유체역학(CFD)을 이용하여 다양한 천창구조에 대하여 측창에 따른 부력환기 효과를 비교분석 하였다. Boussinnesq 가정을 사용하여 전체 계산영역에 대한 부력효과를 시뮬레이션 하였다. 또한 RNG $K-{\varepsilon}$ 난류모델을 사용하였다. 일사량 효과를 시뮬레이션 하기 위해 Solar ray tracing과 함께 Discrete originates (DO) radiation 모델을 사용하였다. 실험온실 내부의 온도를 측정하여 CFD모델을 검증하였으며, 실험값과 계산값이 잘 일치하는 것으로 나타났다. 7가지의 천창구조에 대하여 온실의 내외부 온도차이와 환기횟수를 비교하였다. 내외부온도의 차이는 $3.2{\sim}9.6^{\circ}C$ 범위로 나타났고, 환기횟수는 $0.33{\sim}0.49min^{-1}$ 범위로 나타났다. 고깔형 천창구조 온실의 경우 내외부 온도차이가 $3.2^{\circ}C$로 가장 낮았고 환기횟수도 $0.49min^{-1}$로 가장 높게 나타나 환기효과가 가장 우수한 것으로 나타났다.

• 생물환경조절학회지
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• 제31권3호
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• pp.152-162
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• 2022

본 연구는 데이터를 기반으로 한 인공지능 기계학습 기법을 활용하여 온실 내부온도 예측 시뮬레이션 모델을 개발을 수행하였다. 온실 시스템의 내부온도 예측을 위해서 다양한 방법이 연구됐지만, 가외 변인으로 인하여 기존 시뮬레이션 분석방법은 낮은 정밀도의 문제점을 지니고 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위하여 최근 개발되고 있는 데이터 기반의 기계학습을 활용하여 온실 내부온도 예측 모델 개발을 수행하였다. 기계학습모델은 데이터 수집, 특성 분석, 학습을 통하여 개발되며 매개변수와 학습방법에 따라 모델의 정확도가 크게 변화된다. 따라서 데이터 특성에 따른 최적의 모델 도출방법이 필요하다. 모델 개발 결과 숨은층 증가에 따라 모델 정확도가 상승하였으며 최종적으로 GRU 알고리즘과 숨은층6에서 r² 0.9848과 RMSE 0.5857℃로 최적 모델이 도출되었다. 본 연구를 통하여 온실 외부 데이터를 활용하여 온실 내부온도 예측 모델 개발이 가능함을 검증하였으며, 추후 다양한 온실데이터에 적용 및 비교분석이 수행되어야 한다. 이후 한 단계 더 나아가 기계학습모델 예측(predicted) 결과를 예보(forecasting)단계로 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.

• 생물환경조절학회지
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• 제29권3호
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• pp.259-264
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• 2020

본 연구에서는 겨울철 보온으로 인해 야간 및 새벽에 상대습도가 높아지는 온실에 대향류형 환기장치를 설치하고 그 효과를 분석하였다. 대향류형 환기장치는 크기 0.96×0.65×0.82(W×D×H, m)의 케이스에 크기 0.54×0.40×0.75(W×D×H, m)의 PE소재의 열교환 소자와 급기와 배기를 위한 송풍팬(풍량 6,800㎥/h, 소비전력1.7kW) 2대가 내부에 있다. 환기장치는 총 2대를 이용하였으며 토마토의 적정 생육 환경을 고려하여 설정 습도를 80%하고 18시부터 익일 8시까지 온실 내 온도 및 습도를 측정하고 분석하였다. 관행 온실에서 야간 평균 온도 및 습도는 14.9℃, 82.8%, 시험구 온실에서 야간 평균 온습도는 15.1℃, 79.9%로 측정되어 온도는 0.1℃, 습도는 약 3% 차이가 났다. 온실 평균 온도 및 습도를 월별로 비교하고 독립표본 t검정을 통해 분석해 본 결과, 유의수준 1%에서 각 월의 온도는 차이가 없는 것으로 나타났으며 습도는 차이가 있다고 판단된다. 따라서 대향류형 환기장치의 사용이 온실의 습도를 관리하고 작물 생육에 적합환 환경을 조성하여 작물 생산성 향상에 도움을 줄 수 있다고 판단된다. 이 외에도 환기장치 사용에 따른 난방비 증가와 같은 손실적 요소와 이익적 요소를 복합적으로 고려한 추가적인 연구도 필요할 것으로 사료된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제25권4호
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• pp.225-231
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• 2016

본 연구에서는 유리온실 경영비 절감을 위한 고효율 난방기술을 개발하기 위하여 지하수열원 히트펌프, 알루미늄 다겹보온커튼, 근권부 국소난방장치를 조합한 난방 패키지 모델을 구성하고 파프리카 재배 벤로형 유리온실에 적용 시험을 수행하였다. 적용효과 분석을 위하여 관행 경유온수보일러와 일반 보온커튼을 설치한 대조구 온실과 비교시험을 통해 온실환경, 난방비용, 작물생육 등을 검토하였다. 알루미늄 다겹보온커튼과 일반 부직포 보온커튼을 설치한 온실에 대한 무가온 조건에서의 야간온도 비교시험에서 알루미늄 다겹보온커튼 설치 온실의 온도가 일반 부직포 보온커튼 설치 온실에 비해 평균 $2.2^{\circ}C$ 더 높게 유지됨을 확인하였다. 또한 근권부 국소 난방장치를 설치한 온실에서 미설치 온실에 비해 야간 난방 중의 베드내부 근권온도가 $4.7^{\circ}C$ 더 높게 유지됨을 확인하였다. 난방패키지를 구성하는 지하수열원 히트펌프의 난방성능을 분석한 결과 지하수를 직접 열원으로 이용하는 시스템 특성상 난방성능계수는 평균 3.7로 비교적 높게 나타났다. 난방패키지를 적용한 처리구 온실과 관행 난방의 대조구 온실에 대하여 연료소비량을 계측한 결과 10a($1,000m^2$)당 대조구 온실은 경유 14,071L, 전력 364kWh를 소비하였고, 처리구는 전력 35,082kWh를 소비하여 난방비용 기준으로 대조구 온실의 비용 절감율은 87%로 나타났다. 처리구 및 대조구 온실의 작물생육을 비교한 결과 초장과 엽록소 함량에서 차이가 발생하였으나 두 온실의 난방온도가 거의 동일하므로 전체적인 생육은 큰 차이가 없는 것으로 분석되었다. 원예시설의 난방에너지 절감효과를 극대화하기 위해서는 본 연구의 난방패키지를 구성하는 개별 기술뿐 아니라 이미 개발된 고효율 공조기 이용기술, 보온성 향상기술, 온도관리 기술 등을 지역, 시설, 작목, 작형 등에 최적화하여 조합할 수 있는 추가적 패키지 모델의 개발 연구가 필요한 것으로 판단되었다.

• 현장농수산연구지
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• 제25권1호
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• pp.14-19
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• 2023

시뮬레이션 프로그램을 이용하여 철골 유리온실에서 피복재의 투과율 변화에 따른 필요환기량을 산정하고, 측창의 설치 여부와 온실 폭이 자연환기 성능에 미치는 영향을 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다. 여름철에 온실 내부의 온도를 적정수준으로 유지하기 위한 필요환기량은 외기온이 높고 투과율이 높을수록 증가하였다. 투과율 90%(무차광) 유리온실에서 온실 내부의 온도를 35℃로 유지하기 위한 필요환기량은 외기온이 32℃일 때가 외기온이 20℃일 때의 5.5배 정도로 나타나, 외기온이 필요 환기량에 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한, 투과율 50%(40% 차광)인 온실의 필요환기량은 투과율 90%인 온실에 비하여 절반 정도로 나타 나, 차광이 고온기에 온실 내부 온도의 과다상승을 방지하는 효과가 크다는 사실을 확인할 수 있었다. 그리고 측창과 천창의 총면적이 일정할 때, 환기 성능이 최대인 경우는 측창과 천창의 면적이 동일할 때이고, 이는 측창이 없고 천창만 설치한 경우에 비하여 약 3배 정도로 크기 때문에, 여름철에 온실의 자연환기 성능을 향상 시키기 위해서는 반드시 측창을 설치하여야 하는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 벤로형과 와이드스팬 온실에서 천창만 있고 측창이 없는 경우에는 스팬 수에 상관없이 환기율이 일정하게 나타났고, 천창과 측창이 있는 경우에는 스팬수가 증가할수록 환기율이 점차 감소하여 결국 측창이 없는 경우와 거의 동일하게 나타났다. 또한, 천창과 측창을 설치한 경우의 환기율이 천창만 설치한 경우의 환기율의 2배 이상 되도록 하기 위해서는 벤로형인 경우 12연동(폭 38.4m) 이하, 와이드스팬형인 경우 5연동(폭 64m) 이하가 되어야 한다. 따라서 온실 폭이 그 이상 될 경우에는 측창을 통한 환기효과를 크게 기대하기 어려움을 알 수 있다.

• 농업생명과학연구
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• 제46권1호
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• pp.195-206
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• 2012

본 연구는 주간동안 온실 내에서 발생되는 잉여 태양에너지의 적정 축열 시스템 설계에 필요한 기초자료를 제공할 목적으로 확보한 표준기상년 데이터를 이용하여 설정온도별로 잉여 태양에너지를 분석하였다. 주야간 설정온도를 단계별로 증가($15{\sim}19^{\circ}C$)시킨 경우, 온실형태와 지역별로 잉여 태양에너지는 0.2~6.9%정도 증가하여 그 증가폭은 미미하지만 다소 완만히 증가함을 알 수 있었다. 그리고 소요 난방에너지는 29.7~50.0%정도 증가하여 잉여 태양에너지의 증가율 보다 훨씬 큰 폭으로 증가하는 것을 알 수 있었다. 환기 설정온도를 단계별로 증가 (저속 $25{\sim}29^{\circ}C$, 고속 $27{\sim}31^{\circ}C$)시킨 경우, 자동화 온실은 지역별로 잉여 태양에너지는 9.9~35.6%정도로 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 단동형 온실은 지역별로 5.1~13.4%정도로 감소하는 것으로 나타나 자동화 온실에 비해 감소의 폭이 상대적으로 작았다. 또한 소요 난방에너지는 온실형태 및 지역별로 다소 증가하거나 감소하는 경우도 있었지만, 그 영향은 아주 미미한 것으로 나타났다.

• 생물환경조절학회지
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• 제26권4호
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• pp.276-282
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• 2017

본 연구는 방울토마토 재배 단동온실에 공기순환팬을 설치하고 공기순환팬이 온실 내 온도 및 습도 분포, 에너지소비량에 미치는 영향을 분석하였다. 공기순환팬은 날개 크기 230mm의 Stainless 팬으로, Lee 등(2016)의 연구결과를 참고하여 시험구 온실에 9m 간격으로 총 18대를 설치하였다. 온실 내부 온습도는 온실 길이방향으로 4등분하여 1/4 지점과 3/4 지점의 중앙에 센서를 설치하고 0.8m, 1.8m 높이 2곳의 온습도를 난방을 주로 하는 야간(오후 6시~다음 날 오전 7시)에 5분 간격으로 측정하였다. 에너지소비량은 각 온실에 위치한 온수펌프의 유량, 온수 출수부와 환수부의 온도차를 측정하여 계산하였다. 공기순환팬을 사용하지 않았을 때 측점 간 온도차 및 습도차의 평균값은 $0.75^{\circ}C$, 2.19%였으며 공기순환팬 사용 시 측점 간 온도차 및 습도차의 평균값은 $0.42^{\circ}C$, 1.27%로 감소하였다. 공기순환팬 설치 온실과 미설치 온실의 누적 에너지소비량은 각각 4,673kWh, 4,009kWh로 공기순환팬 설치 온실에서 약 14.2%의 에너지를 적게 소모하였다. 이러한 결과로 보아 온실 내 공기순환팬 사용은 공기를 지속적으로 교반시켜 주어 온실 전체의 온도 및 습도를 균일하게 만들고, 공기의 온도가 빠르게 변하지 않도록 해주어 난방 장치의 가동 시간과 에너지소비량을 줄일 수 있다.

• 현장농수산연구지
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• 제6권1호
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• pp.143-154
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• 2004

본 실험은 기존의 난방 부하 모델식을 검토하고 문제점을 수정 보완하여 국내에 적용 가능한 모델식을 선정하고 지역별 온실내 목표온도에 따른 Degree hour 값을 결정하기 위하여 수행하였다. 국내 기상환경에 적용 가능한 모델식을 선정하기 위하여 1961년부터 2000년의 기상자료를 이용하여 온실내 목표온도를 9, 13, 16, 20℃로 설정하여 현재까지 개발된 모델식과 기본식의 지역별 DH값을 산출하였다. 지역별로 산출된 기본의 DH값을 종속변수, Mihara(6식)식, Hayashi(7식)식과 각각의 수정식인 6-1식, 7-1식을 독립변수로 하여 온실내 설정온도에 따른 수정결정상관계수를 분석한 결과 수정 Mihara(6-1)식이 기본식에 가장 근접하였다. 따라서 본 실험 조건하에서 국내적용 가능한 DH모델식은 수정 Mihara식임이 판명되었다. 수정 Mihara식을 이용하여 온실내 목표온도 9, 13, 16, 20℃ 따른 DH값 등고선 그래프를 지역별로 제시하였다.

• 한국응용곤충학회지
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• 제51권3호
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• pp.235-243
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• 2012

중요 시설해충인 아메리카잎굴파리(Liriomyza trifolii (Burgess))의 개체군 밀도변동모형을 방울토마토 온실내 대기온도와 잎 표면온도를 이용하여 모형 정확성을 비교하였다. 모형 개발에 이용된 생물적 변수들은 기존 발표된 자료들을 사용하였고 모형 작성은 DYMEX$^{(R)}$ 프로그램을 이용하였다. 온도에 따라 상이한 발육기간과 산란수는 생리적 연령으로 표준화시킨 발육완료 분포모형, 연령 특이적 산란수 및 생존율을 비선형회귀 모형에 적합시켜 밀도변동 모형을 개발하였다. 줄내림방식의 방울토마토에서 식물체를 3개의 위치(상단: 지상 1.6 m 이상, 중단: 지상 0.9 - 1.2 m 사이, 하단: 지상 0.3 - 0.5 m 사이)로 나누고 각 위치별로 온실 내 대기 온도와 잎 표면 온도를 기록하였다. 온실 내 잎 표면 최대온도는 대기중 최대온도보다 항상 낮게 유지되고 있었으며, 하단, 상단, 중단의 순으로 온도가 낮아지는 경향을 보였다. 개발된 모형검정을 위한 초기이입 시기와 밀도는 6월초 성충 5마리가 총 50개의 알을 잎에 산란한 것으로 설정하였다. 온실 내 대기 온도와 잎 표면 온도를 이용하여 아메리카잎굴파리 유충 발육모형과 성충의 산란모형을 DYMEX로 프로그래밍하고 모의실험을 하였다. 모의실험결과를 평가하기 위해 기상자료를 수집한 동일한 온실에서 아메리카잎굴파리 유충 밀도를 육안조사 하였으나, 알, 번데기, 성충의 경우 육안조사가 어려워 대상에서 제외하였다. 육안조사결과 밀도변동패턴이 방울토마토 잎 표면 온도를 이용한 모의실험결과 밀도변동패턴과 유사하였다. 육안조사결과와 육안조사시기의 DYMEX모의실험 결과값을 상관분석 한 결과, 육안조사결과와 잎 표면 온도를 이용한 모의실험 결과가 유의한 양의 상관관계를 보였다(r = 0.97, p < 0.01). 대기 온도를 이용한 모의실험 결과와는 유의하지 않은 상관관계를 보였다(r = 0.40, p = 0.18). 본 연구결과 방울토마토 온실에서 아메리카잎굴파리 개체군 밀도변동의 적절한 예측을 위해서는 잎 표면 온도를 고려해야 하는 것으로 나타났다.

• 생물환경조절학회지
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• 제22권3호
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• pp.270-278
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• 2013

본 연구는 우리나라 상업용 온실의 보온성능 및 광투과 성능을 개선할 수 있는 피복방식을 결정하는데 필요한 자료를 제공하기 위하여 토마토 재배용 실험온실의 세 가지 피복방식에 대한 보온효과 및 광투과 특성을 평가하였으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 공기주입 이중피복온실과 관행 이중피복온실의 관류열손실량이 거의 비슷한 것으로 나타났으나 외부기온이 비슷할 때 피복재와 보온커튼 사이의 온도가 공기주입 이중피복온실이 더 낮게 나타난 것은 공기주입 이중피복온실의 경우 나비식 천창의 틈새로 인한 환기전열손실이 크기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 공기주입 이중피복온실에서 나비식 천창을 사용할 경우 틈새 환기전열손실을 줄일 수 있는 대책이 수립되어야 할 것으로 판단된다. 일중피복 온실과 관행이중피복온실의 관류열전달계수에 대한 온실 실험결과와 모형실험결과를 비교한 결과 모두 비슷한 값을 나타내었다. 이러한 결과는 측정된 관류열전달계수가 타당성 있는 값임을 보여주는 것이며 향후 온실의 난방설계시 직접 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 공기주입 이중피복온실이 비록 일중피복온실보다는 광투과율이 낮으나 동일한 이중피복온실인 관행이중피복온실보다 광투과율이 높기 때문에 보온을 위해서 이중피복을 설치할 경우에 광투과율을 확보하기 위해서는 공기주입 이중피복방식을 채택하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 공기주입 이중피복온실에 비해 일중피복온실의 피복재 내부표면에서 발생하는 결로량이 큰 이유는 일중피복온실의 피복재 내부표면온도가 훨씬 낮기 때문에 피복재에서의 포화습도가 작아져 내부공기의 절대습도와의 차이가 증가하기 때문인 것으로 판단된다.