This experiment was carried out to study on the effect of greenhouse heating by water-to-water heat pump system employing heating water tank(ground water) as the heat source. Followings are the results obtained from this study ; 1. The heat amount absorbed from evaporator and the heat amount rejected from condenser were approximately 9, 000~ 12, 000kcal/h and 13, 000~ 17, OOOkcal/h, respectively. 2. The heat efficiencies of evaporator and condenser used in this experiment were approximately 79% and 83%, respectively. 3. The maximum heating load estimated for the experimental greenhouse was about 18, 000 ~ 25, OOOkcal/h, which was found to be about 28 ~ 32% higher than the heating capacity of the heat pump system adopted for this experiment. 4. The coefficients of performance(COP) for the heat pump and the total heat pump system were approximately 2.9~3.5 and 1.5~2.4, respectively. 5. The coefficient of performance(COP) calculated from the Mollier Diagram was about 3.2 ~ 3.4, which was reasonably close to the COP estimated on the basis of measured values. 6. The temperature of experimental greenhouse heated by the heat pump system could be maintained about 12~15 。C higher than that of a control greenhouse.
본 연구에서는 우선, 농작물의 생육 및 환경관련 데이터를 활용하여 온실의 최적 환경 구현을 위한 시스템을 선정하고 생산성 향상에 대한 연구에 앞서 현재 국내에 보급되어 있는 스마트 온실의 실태를 파악하기 위하여 7가지의 유형별 스마트 온실 농가를 대상으로 현장조사를 실시하였다. 그 결과 현장에서 전하는 유형별 스마트 팜 선도 사례의 주목적을 보면, 지능형이나 첨단형 정도가 스마트 팜에 가까운 것으로 판단되었다. 연령대를 보면, 상대적으로 40대 및 60대가 가장 많았지만, 50대 이하가 21개 농가로서 전체의 약 70.0%정도를 차지하였고, 재배경력은 10년 이하가 가장 많았다. 온실의 형태로는 1-2W형이 전체의 50.0%정도이고, 연동형이 전체의 80.0%정도로서 24개 농가였다. 재배작물의 경우, 화훼류는 3개 농가뿐이고, 나머지 농가는 채소류 중에서도 과채류만 재배하는 것으로 나타났다. 과채류 중에서도 상대적으로 토마토와 파프리카가 전체 중에 약 63.6%를 차지하였다. 제어시스템은 약 77.4%정도인 24개 농가가 국산제품을 사용하고 있었다. 제어시스템의 제어방식의 경우, 3개 농가는 제어패널만을 사용하여 온습도 등을 조절하였고 나머지 농가는 패널과 컴퓨터에 의한 디지털 제어방식이었다. 디지털 제어의 경우, 휴대폰을 통한 애플리케이션으로 원격조절도 가능하게 설계되어 있고, 대부분 농가에 CCTV도 설치되어 있었다. 계측 및 조절 대상 환경인자는 온도를 포함하여 9개 정도이며, 온도는 전체 조사대상 농가가 계측하고 있었지만, 환기 및 공기유동 팬이나 탄산가스 농도 등의 경우는 다른 인자에 비해 상대적으로 낮았다. 난방시스템의 경우, 대상 농가 중에 46.7%가 전기보일러를 사용하는 것으로 조사되었다. 이 외에도 온수보일러, 히트펌프 및 등유보일러 등으로 나타났다. 제어시스템에 투자한 규모의 경우, 1,000만 원에서 1억원까지로 투자규모가 농가마다 다르게 나타났다.
The purpose of this study is to provide the basic data for passive control and energy conservation strategies of multipurpose greenhouse. Passive design strategies which are appropriate to Jeju environmental circumstance were applied in the multipurpose greenhouse. The field measurement were conducted to examine relationship of micro climate and indoor thermal environment in the multipurpose greenhouse. The result of this study can be summarized as follow ; (1) The indoor temperature was ranged from 5 to $21^{\circ}C$ without a heating system, when the exterior temperature was -1 to $19^{\circ}C$. (2) The multi-purpose greenhouse requires almost no heating energy in winter, when it is used as a greenhouse, an exhibition hall or a cafeteria.
본 연구에서는 온실 내부의 태양 잉여열과 외부의 공기열을 선택적으로 열원으로 이용함으로써 히트펌프의 성능을 향상시키고, 온실의 환기 지연을 통해 이산화탄소 시용비용을 절감할 수 있는 온실 공조시스템을 개발하고자 하였다. 본 시스템의 축열 과정은 태양 잉여열을 이용하는 내부순환모드와 외기열을 이용하는 외부순환모드가 온실 내부온도에 따라 자동으로 절환되도록 구성하였으며, 히트펌프 가동, 축열모드 절환, 난방 가동을 위한 6개의 온도값을 입력함으로써 축열과 난방이 자동으로 수행되도록 설계하였다. 단동온실을 대상으로 무환기 조건에서 기초시험을 수행한 결과, 태양 잉여열을 이용한 축열은 약 11시부터 시작되어 평균 3시간 30분 정도 유지되었으며, 주간의 온실 내부온도는 환기를 수행하지 않음에도 대부분 약 $20{\sim}28^{\circ}C$ 범위를 유지하였다. 주간 내부순환모드에서 시스템의 난방성능계수는 약 3.35로 야간 외부순환모드의 2.46 및 주간 외부순환모드의 2.67에 비해 각각 36% 및 25% 향상됨을 확인하였다. 본 시스템의 개선사항으로 태양 잉여열의 효율적 이용을 위해 축열조 관리온도를 상승시킬 수 있는 고효율 히트펌프의 적용이 필요하며, 온실의 무환기 운용에 따른 과습환경의 조성을 방지하고 태양 잉여열 수준이 높은 시기에 온실의 온도상승을 방지하기 위해 강제환기를 운전모드에 추가할 필요가 있는 것으로 판단되었다.
The price competitiveness of photovoltaic system (PV system) has risen recently due to the growth of industries, however, it is rarely applied to the greenhouse compared to other renewable energy. In order to evaluate the application of PV system in the greenhouse, power generation and optimal installation area of PV panels should be analyzed. For this purpose, the prediction of the heating and cooling loads of the greenhouse is necessary at first. Therefore, periodic and maximum energy loads of a multi-span greenhouse were estimated using Building Energy Simulation(BES) and optimal installation area of PV panels was derived in this study. 5 parameter equivalent circuit model was applied to analyzed power generation of PV system under different installation angle and the optimal installation condition of the PV system was derived. As a result of the energy simulation, the average cooling load and heating load of the greenhouse were 627,516MJ and 1,652,050MJ respectively when the ventilation rate was $60AE{\cdot}hr^{-1}$. The highest electric power production of the PV system was generated when the installation angle was set to $30^{\circ}$. Also, adjustable PV system produced about 6% more electric power than the fixed PV system. Optimal installation area of the PV panels was derived with consideration of the estimated energy loads. As a result, optimal installation area of PV panels for fixed PV system and adjustable PV system were $521m^2$ and $494m^2$ respectively.
The ventilation in greenhouse have been important for such as adjustment of temperature, supplying of the oxygen, prevention of the overhumidity, density adjustment of $CO_2$, discharge of harmfulness gas, etc. However, the general ventilation which had been used the quantitative control method in discharge of a property of air mechanism in greenhouse, and caused mainly in waste of the heating energy and growth obstacle of the vegetable. Therefore, this study was peformed to obtain more scientific ventilation method using by analysis and measurement of the isothermal lines according to opening of window ventilation in greenhouse, and the results are summarized as follows. 1. The ventilating amount was more influenced by rather opening amount of window than the ventilating time. 2. In window ventilation, the temperature in greenhouse was mostly changed within 5 minutes after ventilating not regard to the spot of opening, after about 10 minutes temperature became to equilibrium state under the respective ventilating conditions. 3. In opening of the skylight only, isothermal lines were complicated, therefore, a tall vegetable may be possible to damage by a cold-weather from the lower central port in greenhouse. 4. Isothermal lines were a tendency to simply in opening of a side window that may be more effective ventilation in kinds of the short vegetable. 5. In conditions of internal temperature>setting temperature>external temperature, a skylight can be suitable to open 10~20cm in order to the optimum ventilation in greenhouse. 6. In conditions of internal temperature>external temperature>setting temperature, opening of all the windows or both the side windows that can be suitable in order to obtain the optimum ventilation in greenhouse. 7. An effect of ventilation was the most excellent to open of all the windows or both the side windows, and it were also found orderly excellent to open of the side window and the skylight or the skylight only, to open of the side window only. 8. Temperature was varied as the equation of T=Tc+ (To-Tc)e-at, and the ranges of (a) values were limited within 0.34~0.68. 9. A variations of humidity were similar to that of temperature, s.
온수난방시스템 온실의 디지털 온도제어 수식모형을 수립하고, 이 수식모형을 이용하여 제어시뮬레이션을 실시하여 최적의 온도제어 방법을 구명하였다. 이용된 제어기법은 종래의 온수온도 일정 공급ON-OFF 제어, 비례제어, PI 제어, PID 제어기법이었으며, 시뮬레이션을 이용해 제어기법별 제어성능을 비교 분석하였다. 대상유리온실의 실내온도( T$_{i}$ )에 관한 디지털 제어수식모형은 공급온수온도( T$_{w}$ )와 외기온도( T$_{o}$ )가 관련된 T$_{i}$($textsc{k}$+1)= 0.851.T$_{i}$($textsc{k}$)+0.055.T$_{w}$($textsc{k}$)+0.094.T$_{o}$ ($textsc{k}$)로 나타났다. 온실의 실내온도제어 시뮬레이션을 실시한 결과 종래의 온수온도 일정공급 ON-OFF 제어, P 제어, PI 제어,PID 제어의 정정시간, 오버슛트, 정상오차는 각각 무한, 3.5$0^{\circ}C$, 3.5$0^{\circ}C$ / 30분, 2.37$^{\circ}C$, 0.51$^{\circ}C$ / 21분, 0.0$0^{\circ}C$, 0.23$^{\circ}C$ / 18분, 0.0$0^{\circ}C$, 0.23$^{\circ}C$로 나타났으며, 온수난방시스템 온실의 온도제어에 가장 적합한 제어기법은 PI와 PID제어인 것으로 나타났다 또한 미분이득은 온실의 난방계에 거의 영향을 미치지 않지만 적분이득은 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 나타났다.
An Aero-NFT nutriculture system using microcomputer for cultivation of greenhouse melon was developed and the performance of the system was evaluated through experiments. The system could control temperature, EC and pH of the nutrient solution within the error ranges of $\pm$ 0.2$^{\circ}C$, $\pm$ 0.2 mS/cm, $\pm$ 0.1 pH, respectively. The results of cultivation experiment showed that temperature, EC and pH of the nutrient solution were generally controlled within the setting ranges during cultivation period. The growth results were good until pinching, but the fruit quality of melons was not high except sweetness and shape. To optimize performance of the system, more techlical information for nutriculture of greenhouse melon was needed.
스마트 농업의 온실 관제 시스템으로 표현되는 생산 모델에서의 구성요소와 관련 서비스 표준 기능에 IT 기술을 적용함으로서 스마트 농업 전 과정의 효율과 질적 향상을 기대하게 되었고 특히 IT 영역의 정보 분석 기술과 자동제어 기술은 농산물 생산에 많은 장점을 제공하게 되었다. 본 논문에서는 IT와 접목한 스마트 농업 환경 중 생산 모델에서의 표준기능과 인터페이스 구성 요소를 제시한다.
In order to set up the basic environmental control systems which the new concept greenhouses have to equip, greenhouse characteristics, environmental management and control systems in domestic glasshouses and plastic houses were investigated and analyzed comparatively. Survey results on the width, length, eaves height, and the number of spans etc. showed that glasshouses were bigger than plastic houses significantly. New concept greenhouses claim to be plastic houses, but it will be reasonable to follow the specifications of the glasshouse. Specifications to be applied to new concept greenhouses were proposed as follows; hot water heating systems, aluminum screens as the thermal curtain, evaporative cooling systems, roof vents on the ridge, circulation fans, $CO_2$ enrichment, hydroponic systems, and automatic irrigation control systems. Environmental measurement systems for the indoor and outdoor temperature, humidity, light, wind speed and indoor $CO_2$ concentration have to be fully equipped. The automatic control system has to be as a complex environmental control system, not a single item control system. Also, for stable dissemination, domestically producing complete greenhouse control system should be made as soon as possible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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