교육용 시뮬레이션 설계를 위한 온실 환경 제어 모델의 활용

윤승리(Seungri Yoon),김동필(Dongpil Kim),황인하(Inha Hwang),김진현(Jin Hyun Kim),신민주(Minju Shin),방지웅(Ji Wong Bang),정호정(Ho Jeong Jeong) (사)한국생물환경조절학회 2023 생물환경조절학회지 Vol.32 No.1

교육용 시뮬레이션 설계를 위한 온실 환경 제어 모델의 활용

윤승리(Seungri Yoon),김동필(Dongpil Kim),황인하(Inha Hwang),김진현(Jin Hyun Kim),신민주(Minju Shin),방지웅(Ji Wong Bang),정호정(Ho Jeong Jeong) (사)한국생물환경조절학회 2022 생물환경조절학회지 Vol.31 No.4

국내외로 첨단 ICT 융합기술이 농업 분야에 적용되기 시작하면서, 시설원예 설비들이 고도화되고, 스마트팜 구축 기술 및 인력이 축적되기 시작하였다. 그러나 우리나라 농촌의 경우, 농업생산 연령의 고령화, 국내 농촌 인구의 지속적인 유출, 저출산 등으로 인하여 스마트팜 확대 및 적용에 어려움이 많은 실정이다. 따라서 공간 및 시간에 구속을 받지 않는 간편한 농업인 교육 프로그램이 필요하며, 최근 부상하고 있는 시뮬레이션 기술을 활용한다면 농업 교육용 시뮬레이션 툴 개발도 가능할 것으로 판단된다. 온실 환경 제어 모델을 이용한 시뮬레이션은 다양한 지역과 기상 조건 하에서 대상 온실의 열과 물질에너지의 상호작용을 합리적으로 예측할 수 있게 해준다. 본 연구에서는 온실 환경 제어 모델을 활용하여 외부 기상 데이터를 통해 온실의 환경 변화를 예측하고 가상의 환경 제어시스템을 통해 환경 제어 시 필요한 에너지값들을 시뮬레이션 할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 이용자가 직접 맞춤형 환경제어를 할 수 있도록 편의성을 고려한 사용자 인터페이스를 구축할 것이며, 실제 파프리카 재배 온실의 제어 요소들을 반영할 수 있도록 설계될 것이다. 농업용 교육 시뮬레이션 툴을 최근 활발하게 연구가 이루어지고 있는 작물 생육 모델링 기술 및 전산유체역학 기술과 융합하면 더욱 타당한 결과를 보일 것이다. Modern agriculture is being transformed into smart agriculture to maximize production efficiency along with changes in the 4th industrial revolution. However, rural areas in Korea are facing challenges of aging, low fertility, and population outflow, making it difficult to transition to smart agriculture. Among ICT technologies, simulation allows users to observe or experience the results of their choices through imitation or reproduction of reality. The combination of the three-dimension (3D) model and the greenhouse simulator enable a 3D experience by virtual greenhouse for fruits and vegetable cultivation. At the same time, it is possible to visualize the greenhouse under various cultivation or climate conditions. The objective of this study is to apply the greenhouse climate management model for simulation development that can visually see the state of the greenhouse environment under various micrometeorological properties. The numerical solution with the mathematical model provided a dynamic change in the greenhouse environment for a particular greenhouse design. Light intensity, crop transpiration, heating load, ventilation rate, the optimal amount of CO₂ enrichment, and daily light integral were calculated with the simulation. The results of this study are being built so that users can be linked through a web page, and software will be designed to reflect the characteristics of cladding materials and greenhouses, cultivation types, and the condition of environmental control facilities for customized environmental control. In addition, environmental information obtained from external meteorological data, as well as recommended standards and set points for each growth stage based on experiments and research, will be provided as optimal environmental factors. This simulation can help growers, students, and researchers to understand the ICT technologies and the changes in the greenhouse microclimate according to the growing conditions.

한남정맥에 분포하는 관속식물상의 특성 - 문수산, 계양산, 수리산, 광교산을 중심으로 -

오현경 ( Hyunkyung Oh ),김동필 ( Dongpil Kim ),유주한 ( Juhan You ) 한국환경영향평가학회 2017 환경영향평가 Vol.26 No.2

본 연구는 한남정맥의 중점조사지역에 분포하는 관속식물상을 객관적으로 조사 및 분석함으로써 한국의 자연환경을 평가하기 위한 기초자료 및 자연자원 정보 구축을 위해 수행되었다. 식물상은 102과300속 428종 4아종 50변종 6품종 등 488분류군이다. 희귀식물은 쥐방울덩굴, 태백제비꽃, 이팝나무, 왜 박주가리 등 4분류군이다. 한국특산식물은 키버들, 외대으아리, 할미밀망, 고광나무, 오동나무, 병꽃나무, 고려엉겅퀴 등 7분류군이다. 식물구계학적 특정식물은 29분류군으로, IV등급은 1분류군, III등급은 3분류군, II등급은 5분류군, I등급은 20분류군이다. 귀화식물은 큰닭의덩굴, 돌소리쟁이, 뚱딴지, 오리새, 큰조아재비 등 52분류군이다. 생태계교란야생식물은 애기수영, 가시박, 돼지풀, 단풍잎돼지풀, 미국쑥부쟁이, 서양등골나물, 가시상추 등 7분류군이다. The purpose of this study is to construct the information of natural resources and the basic data for assessing the Korean natural environment by objective surveying and analysing vascular plants distributed in the main survey sites of Hannam-Jeongmaek. The vascular plants were summarized, numbering 488 taxa including 102 families, 300 genera, 428 species, 4 subspecies, 50 varieties and 6 forms. The rare plants were 4 taxa including Aristolochia contorta(LC), Viola albida(LC), Chionanthus retusus(LC) and Tylophora floribunda(VU). The Korean endemic plants were 7 taxa including Salix koriyanagi, Clematis brachyura, Clematis trichotoma, Philadelphus schrenckii, Paulownia coreana, Weigela subsessilis and Cirsium setidens. The specific plants by floristic region were 29 taxa including 1 taxa of grade Ⅳ, 3 taxa of grade Ⅲ, 5 taxa of grade Ⅱ and 20 taxa of grade Ⅰ. The naturalized plants were 52 taxa including Fallopia dentatoalata, Rumex obtusifolius, Helianthus tuberosus, Dactylis glomerata, Phleum pratense and so forth. The invasive alien plants were 7 taxa including Rumex acetosella, Sicyos angulatus, Ambrosia artemisiifolia, Ambrosia trifida, Aster pilosus, Eupatorium rugosum and Lactuca scariola.

겨울철 고압나트륨등 보광 하에서 온실재배 파프리카의 줄기 유인 수가 생육, 과실 품질 및 생산량에 미치는 영향

윤승리(Seungri Yoon),김진현(Jin Hyun Kim),황인하(Inha Hwang),김동필(Dongpil Kim),신지용(Jiyong Shin),손정익(Jung Eek Son) (사)한국생물환경조절학회 2021 생물환경조절학회지 Vol.30 No.3

본 연구의 목적은 겨울철 약광기 보광 시 줄기 유인 수가 온실 파프리카의 생육, 과실의 품질 및 생산량에 미치는 영향을 구명하는 것이다. 파프리카는 2020년 10월 26일에 ㎡당 3.2주를 정식하였고, 2020년 12월 1일부터 고압나트륨등을 작기 종료일인 2021년 5월 25일까지 하루 16시간의 광주기로 조사하였다. 줄기 유인 처리는 분지 이후의 생장점이 각각 2, 3개로 유지되도록 유인해 주었다. 초장은 2줄기 유인 처리구에 비해 3줄기 유인 처리구에서 유의적으로 짧았고 마디수 및 엽수는 2줄기 유인 처리구에 비해 3줄기 유인 처리구에서 유의적으로 증가했다. 엽면적 및 기관별 건물중은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 과실 생체중 및 건물중은 모든 처리구에서 생육단계에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 3줄기 유인 처리구가 2줄기 유인 처리구에 비해 낮은 수치를 보였다. 3줄기 유인 처리구의 상품과율은 95.4%로 2줄기 유인 처리구의 93.6%에 비해 높았다. 총 수확량은 3줄기 유인 처리구에서 30.2% 높게 나타났다. 결론적으로 온실 파프리카의 3줄기 유인 재배는 적정 수준의 영양생장을 유지함으로써 과실 생산량에 긍정적인 영향을 미쳤다고 할 수 있다. 본 연구 결과는 파프리카의 생산량 증대를 위한 농가 의사결정에 활용될 수 있을 것으로 사료된다. The objective of this study was to evaluate the effect of stem number on plant growth, fruit quality, and yield of sweet peppers grown in greenhouses under supplemental lighting in winter. The seedlings were transplanted at 3.2 plants·m<SUP>-2</SUP> on October 26, 2020, and started supplemental lighting with 32 high pressure sodium lamps for 16-hour photoperiod from December 1, 2020 to May 25, 2021. Stems were differently trained with 2 and 3 numbers after branching nodes were developed. In the final harvest, the plant height was significantly shorter in the 3 stem-plants than in the 2 stem-plants. The number of nodes per stem and the leaves per plant were increased in the 3 stem-plants than in the 2 stem-plants, while the leaf area was less affected. There were no significant differences in the dry mass of leaves, stems, and immature fruits between the 2 and 3 stem-plants. The fruit fresh weight and fruit dry weight in the 3 stem-plants were decreased by 17% and 12% at 156 days after transplanting (DAT), and by 17% and 15% at 198 DAT compared to those in the 2 stem-plants, respectively. The marketable fruit rates were 93.6% and 95.4% in the 2 and 3 stem-plants, respectively. The total fruit yield in the 3 stem-plants was increased by 30.2% as compared to that in the 2 stem-plants. We concluded that the 3-stem-training cultivation positively affected the total fruit yield by sustaining adaptive vegetative growth of the plants. This result will help producers make useful decisions for increasing productivity of sweet peppers in greenhouses.

겨울철 고압나트륨등 보광 하에서 온실재배 파프리카의 줄기 유인 수가 생육, 과실 품질 및 생산량에 미치는 영향

윤승리(Seungri Yoon),김진현(Jin Hyun Kim),황인하(Inha Hwang),김동필(Dongpil Kim),신지용(Jiyong Shin),손정익(Jung Eek Son) (사)한국생물환경조절학회 2023 생물환경조절학회지 Vol.32 No.1

고압나트륨등 보광 온실의 열적 거동 및 엽온 분석

윤승리(Seungri Yoon),김진현(Jin Hyun Kim),신민주(Minju Shin),김동필(Dongpil Kim),방지웅(Ji Wong Bang),정호정(Ho Jeong Jeong),안태인(Tae In Ahn) (사)한국생물환경조절학회 2023 생물환경조절학회지 Vol.32 No.1

고압나트륨등(high-pressure sodium, HPS 램프)은 작물 생육 발달에 필요한 충분한 양의 광합성유효방사를 제공하는 동시에 복사열을 통해 온실 난방 부하를 절감할 수 있어 겨울철 시설원예 보광 조명으로 널리 이용되고 있다. 그러나 겨울철에 생육 중기를 맞이하는 시설 과채류의 경우, 작물의 정단부가 복사열에 영향을 많이 받고, 캐노피 위치에 따라 엽온 차이가 증가될 수 있다. 또한 온실 기온 역시 보광등에서 발생한 열이 상부로 상승 및 정체되면서 불필요한 에너지 낭비 및 온도 불균일성 역시 심화될 수 있다. 따라서 본 연구의 목표는 CFD 열전달 해석을 통해 HPS 램프에 의한 열적 특성 및 생육 단계별 수평적 엽온 변화를 분석하고, 온실 내 수직적 기온 및 작물의 캐노피별 엽온을 측정하여, 온실 내 환경 균일성 제고 및 효과적 에너지 활용 방안을 모색하는 것이었다. 생육 초기, 중기, 및 후기를 대변하는 초장(1.0, 1.6, 2.2m)에서의 정단부 수평적 엽온을 CFD 시뮬레이션을 통해 분석하였다. 또한 HPS 램프 작동 이후 수직적 기온과 캐노피 높이별 엽온을 측정하였다. 실험 결과, 보광 시 엽온과 기온 간의 차이가 커지고, 수직적 기온 역시 불균일해짐을 알 수 있었다. 생육 단계가 진전될수록, 고온의 복사열이 중심부에 집중되며, 상단부 수평적 엽온 편차가 커지고, 균일성 역시 떨어지는 것을 알 수 있었다. 열획득 모델을 통한 수치해석 결과, 보광등이 2022년 12월 기간 난방부하에 약 50.1% 기여하는 것을 알 수 있었다. 평균절대 오차 및 평균제곱근 오차는 생육 초기 및 생육 중기 모두 0.5 이하로, 실측값과 예측값에 높은 일치도를 보였다. 수직적 기온 및 엽온 분포와 생육 단계별 수평적 엽온 분포에 관한 본 연구의 결과는 효율적 에너지 관리 및 작물 생육 발달에 관한 의사결정에 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다. High-pressure sodium (HPS) lamps have been widely used as a useful supplemental light source to emit sufficient photosynthetically active radiation and provide a radiant heat, which contribute the heat requirement in greenhouses. The objective of this study to analyze the thermal characteristics of HPS lamp and thermal behavior in supplemented greenhouse, and evaluate the performance of a horizontal leaf temperature of sweet pepper plants using computational fluid dynamics (CFD) simulation. We simulated horizontal leaf temperature on upper canopy according to three growth stage scenarios, which represented 1.0, 1.6, and 2.2 plant height, respectively. We also measured vertical leaf and air temperature accompanied by heat generation of HPS lamps. There was large leaf to air temperature differential due to non-uniformity in temperature. In our numerical calculation, thermal energy of HPS lamps contributed of 50.1% the total heat requirement on Dec. 2022. The CFD model was validated by comparing measured and simulated data at the same operating condition. Mean absolute error and root mean square error were below 0.5, which means the CFD simulation values were highly accurate. Our result about vertical leaf and air temperature can be used in decision making for efficient thermal energy management and crop growth.

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박찬준(Chanjun Park),강민호(Minho Kang),박병건(Byunggun Park),김선태(Suntae Kim),황명진(Myeongjin Hwang),김동필(Dongpil kim),김영길(Youngkil Kim) 한국정보과학회 2018 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.2018 No.12