유리온실설계기준 및 검토항목

[천지인]

      사업내용 목차로 

                 

설계기준

환기설계

커텐시스템

난방설계

냉방설계

관수시설

방제 시스템

재배시설

전기설계

계측 및 제어

설계기준

1997년 농림부 발행 「한국형 유리온실 표준 설계도」에 준함.

1. 설계개요

  (1) 적용 : 식물관련 시설(온실)

  (2) 구조 : 경량 철골조, 알미늄 유리온실

  (3) 형태 : WIDE SPAN 형 및 VENLO형

  (4) 적용 규모 : 표준설계도에 정한 각 형별 「적용규모 범위」를 기준으로 함

2. 기초설계

  (1) 지내력 : 부지에 대한 별도의 지질 조사 자료가 없는 경우 지내력 5ton/㎡를 기준으로 함

  (2) 기초깊이 : 대전 이북 지역 및 해발 300m이상 지역 - 1150㎜,

                대전 이남 지역 - 850㎜를 표준으로 하여 지역별 동결선을 고려함

  (3) 기초변형 허용범위 : 기초상부에서 횡방향변형 5mm 이내어야 한다.

3. 구조설계

  (1) 시설물의 최소 내구년수는 15년, 재현기간 22년 안전율 50%를 기준으로 함

  (2) 적용하중

     1) 고정하중 : 27kg/㎡

     2) 풍하중 : 기본풍속 35m/sec 기준

     3) 적설하중 : 최심적설 깊이 25㎝(25kg/㎡)기준

     4) 적재하중 : 설비하중 - 7kg/㎡  , 작물하중 - 15kg/㎡

     5) 이동하중 : 125kg/㎡

 (3) 수평변형 제한(허용범위) : GUTTER 높이에서 WIDE SPAN : h/100 이하, Venlo : h/80이하, PLASTIC온실 : h/60 이하로 한다.

4. 사용재료의 강도 및 규격

  (1) 콘크리트 : 4중 압축강도 Fc=210kg/㎠

  (2) 철    근 : 원형철근     Fy=2400kg/㎠

                이형철근     Fy=3000kg/㎠

  (3) 철    골 : 파이프   SPS 400  Fy=2400kg/㎠

                PLATE  SWS 400A Fy=3000kg/㎠

                조립볼트 M12, M16, M20

  (4) 철재의 부식 방지 대책

     1) 기둥, TRUSS 및 부자재 : 가공제작후 아연 용융도금 (KSD-8308 기준)

     2) 홈통 및 PURLIN 재(C형강 등) : 아연용융도금 또는 AL-Zn 합금도금강판 제작형재

5. 알미늄 형재 검토

  (1) 온실용 알미늄 재질 : KSD-6759, 6063-T5 (인장강도 19kg/㎠)

  (2) 사용 부위별 기능을 만족 시킬 수 있는지 여부

  (3) 기밀성 : 누기 및 누수 방지 기능 및 결로수 처리 기능 등

              고무가스켓 및 덮개 고무와 결합 기밀도 검토

  (4) 조립성 : 알미늄 형재와 알미늄 형재, 알미늄 형재와 구조용 철재,

              각종 조립 부품등과의 상호 결합, 고정의 합리성, 견고성 등 검토

  (5) 지붕과 측면 모서리 부분은 끝단에서 2m 정도를 기존 유리의 1/2폭(폭이좁은유리)으로 설치한다

  (6) 시공성 : 결합 시공의 난이도, 조립공의 숙련도 요구정도 검토

  (7) 강  도 : 피복재 지지 및 각 설계 하중에 견딜 수 있는지 여부

              강도에 따른 알미늄 형재의 지지 간격 검토

  (8) 골격율 : 광투과율을 증가 시키기 위하여 적정강도를 유지 하면서 골격율을 경감시키는 것이 필요하다.

        ※ 각종 창호재의 개폐 유연성, 기밀성, 결합 안정성 검토

6. 사용유리 검토

  (1) 4㎜ 맑은유리(KSL-2012, Float )

  (2) 사용유리는 기본 크기 (W)1000×(L)1800㎜ 이내에서 지역적 특성을 고려하여 설계

  (3) 2변 지지의 경우(일본 기준)

      3㎜유리는 (W)610㎜×(L)914㎜

      5㎜유리는 (W)762㎜×(L)1270㎜    

  (4) 기타 6～8㎜유리, 강화유리, 접합유리, 망입유리, 복층유리(12～24㎜) 등

7. 처마 홈통 및 선홈통 배수 능력

구    분	Venlo 형		Wide Span(12.8m이내)형
홈통 배수 길이	48m이내	80m이내	40m이내	60m이내
선홈통 규격	ø125	ø150	ø125	ø150

     ※ 조건 1) Gutter는 표준도 규격

             2) 홈통 구배 1/400 이상

             3) 강수량 100mm/hr이내 기준임

                                                          

환기설계

(온.습도 조절, 유해가스 배출, CO₂조절 등의 기능)

1. 환기 기초이론

  (1) 자연환기 : 천창 및 측창을 통하여 이루어지는 환기로서 풍속이 2m/sec 이상일 경우에는 풍압이 주 원동력이 되고,

                       바람이 1m/sec 이하에서는 기온차에 의한 대류현상에 의해 환기가 이루어진다.

  (2) 강제환기 : 배기팬이나 흡기팬을 설치하여 강제적으로 환기하는 방법으로 duct등 보조시설을 이용하지 않거나 큰 면적의

                       온실에서는 균일 환기 효과를 기대하기 힘들다.

  (3) 천   창 : 적어도 개구면적이 온실상(床) 면적의 15%이상이어야하며(영국농림어어식량성의 온실 천창기준),

                    천창 개구면적이 크면 클수록 환기에는 유리하다.

  (4) 측  창 : 일반적으로 소형 단동 또는 3연동 이내의 온실에 유효하다. 다연동 대형 온실에서는 환기효과를 기대하기 힘들며,

                   오히려 측창 부분의 국부적 환기로 실내환경의 불균일이  조장 될 수도 있다.

  (5) 환기 횟수 및 환기율

n=	Q	[h-1]	n : 환기 횟수        q : 환기율
	V		Q : 환기량(㎥/hr)    A : 상면적(㎡)
q=	Q	㎥/㎡․min	V : 온실의 체적(㎥)
	A

  (6) 유동팬 : 실내 공기 순환(교반), 실내 환경(온도, 습도, CO₂농도 등)의 균일화

              실내 공기 유동 속도는 20cm/sec～50cm/sec가 적당하다.

2. 환기설계시 검토사항

  (1). 지역별 기후적 특성(계절별 풍향, 풍속, 지형에 따른 상습 풍향 등)을 고려하여 자연환기 및 강제환기 조화검토

  (2). 천창, 측창의 위치 및 크기 개폐방식, 제어조건 검토

  (3). 환기 횟수, 환기율 검토 및 환기량 결정

  (4). 배기팬 또는 흡기팬의 사양 및 설치대수 결정

  (5). 유동팬의 사양 및 설치대수 검토 (수직형순환FAN, 수평형순환FAN)

  (6). 배기 열회수식 환기 시스템

  (7).제어조건 및 제어방법 검토(온도, 습도, 일사, 시간, CO₂등)

3. 천창 및 측창

  천창.측창은 자연(풍력) 환기 시설이다.

  천창, 측창은 개폐형태 및 구동방식에 따라 다양하므로 온실 형태 및 환경요구 조건에 맟추어 적합한 것으로 선정하여야 한다.

  (1) PROJECT TYPE : 온실 지붕 및 측벽에 설치된 창문을 창틀 고정축을 기점으로 밀어올리거나 당겨 개폐하는 형식으로 온실에서는 주로
                                  연속형 천창,측창개폐에 이용된다.
                                  열림 각도에 연관된 실,개구 면적에 따라 환기 효율은 많이 달라지지만 현재 가장 널리 보급된 방식이다.         

         1) Rack & Pinion 방식 : Wide Span 온실의 천창 및 Venlo 형 온실 측창개폐의 대표적 방식이다.

         2) Swinging Ventilation system(Swing 방식) : Venlo형(다지붕형) 온실의 분산형 천창 동시개페에 사용된다.
                                                                               우리나라의 대부분의 Venlo 형 온실에서 채택하고 있다. 

         3) Truss Rail Ventilation System : Venlo 나 Wide Span 등 다연동온실의 천창 동시개폐에 쓰인다.
                                     Pull & Push Rod 가 수평 TRUSS Rail 에지지되어 Swing Ventilation System 에 비해 설치비는 증가되나
                                     안정성은(바람등에 대한) Swing 방식보다는 높다.                     

         4) ARM방식  : 소규모 Wide Span 온실의 천창이나, 개별 Project 식 측창의 개폐에 많이 쓰이던 방식이다.
                               구동 부하가 크고, 안전성이 낮은 편이나 소형온실(관리온실, 가정온실)의 천창 수동개폐에 효과적이다.     

    (2) SLIDING TYPE
       1) Horizontal Sliding  방식 : 수직측벽에 창문을 설치하여 좌우 미닫이 형태로 개폐한다.
                             창문 면적의 반이 개폐개폐되는 2-Way 방식과,  2/3 가 개폐되는 3-Way 방식이 있으며, 예인식으로 동시 연동개폐가
                             가능하다.
       2) Vertical Sliding 방식 : Wide Span 온실의 천창, 측창에 이용되며 Venlo 온실의 측창에도 활용될 수 있다.
                               개별 창문에 장착된 Rack 이나 Chain을 구동축에 고정된 기어가 회전하면서 끌어 올리거나 내려 상하방향으로 개폐한다.
                               측창 면적의 70~80% 까지 개폐되며 환기성, 밀폐성, 안정성 두루 양호하나 시공비가 증가한다.

    (3) 권취식 ( Roll Up - Down ) : 연질 필름이나 커텐(부직포,천류)을 축에 감거나 풍어줌으로써 개폐하는 방식이다.
                               연질필름 하우스의 천창, 측창 개폐 및 측벽커텐개폐에 주로 쓰이며,요구하는 창 면적 전체를 개방할 수 있어 환기 효과가
                               우수하다.

    (4 ) 패널굴절식 : Wide Span 양지붕형 온실의 천창에 이용된다. 전체 지붕면적의 50% 이상 개폐할 수도 있다. 
                           환기 효과는 우수하나 아직 널리 보급되어 있진 못하다. 

    (5) Open - Roof (Full - Open) 방식

                               지붕 완전개방형 온실이다. 현재 미국, 유럽등에 등장하여 환기 효율이 불량한 다지붕 연동온실에 적용한다.
                             환기 효과는 우수하나 바람에 취약하며, 경제성이 낮아 실용화 단계가 되지 못한 상태이다.

                                         

커텐 시스템 설계

커텐은 용도에 따라 주로 ① 차광용(광도조절, 암막-일장조절)과 ② 보온용(열전도 및 관류, 누기 억제)으로 구분되며

이 두 기능의 절충형, 하절기 온도 절감용으로도 쓰인다. 다만 이러한 기능은 커텐지의 선택(종류)에 따라 구분되어지며 개폐 장치나 System은 동일하다.

1. 커텐 설계 검토사항

  (1) 작목 및 외기 환경 조건을 고려하여 적합한 커텐지 선정(Sector별, 부위별) 검토

  (2) 온실의 종류 및 구조에 적합한 개폐 시스템 검토

  (3) 시스템에 맞는 구동 Area 분할

  (4) 각 Area별 부하검토에 의한 기계 장치의 선정

  (5) 제어 방식 및 제어조건 검토(실내외 온․습도, 일사, 시간, Co₂, 바람 등)

2. 커텐 방식

  (1) Pull & Push Screen system(Rack & Pinion 방식)

     유럽의 Venlo형 온실에서 도입된 방식이다.

     Venlo형에는 수평 직선 구동 방식을 Wide Span에는 굴절식 구동 방식과 수평 구동 방식이 채용된다.

     주로 온실 폭 방향으로 설치되어 Truss 와 Truss 사이에서 각 구간별 온실 길이 방향으로 개폐된다.

  (2) Wide Screen system(예인식)

     비닐하우스로부터 유리온실까지 현재 가장 광범위하게 설치되어 있다. Rack & Pinion 방식과 같이 Truss 방향으로도

     설치할 수 있으나 현재 대부분 온실 길이 방향으로 설치되어 온실 폭 방향으로 개폐된다.

      1) 수평 커텐 방식 : 전폭 방식, 중앙 겹침(2폭) 방식

      2) 경사 커텐 방식 : 4폭 방식, 2폭 방식, 전폭 방식 (편지붕형)

  (3) Roll Screening 방식(권취식)

     회전축을 사용하여 커텐을 감아주고, 풀어줌으로써 개폐하는 방식으로 주로 수직벽 커텐에 사용되며 간혹 천정 및

     지붕 커텐에도 활용된다. 비닐하우스의 천․측창 개폐에도 많이 이용된다.

                                            

난방설계

 온실 내 기온(설정온도)과 외기 온도(지역별 난방 설계 기온)의 차이 및 여타 난방 부하에 영향을 미치는 요인들을 고려하여

  난방 부하 계산-난방 방법 검토 - 난방    설계 시행

1. 지역 및 작목에 맞는 난방 부하 계산

2. 난방기기 용량 및 난방 방법 검토(온수난방, 증기난방, 온풍난방, 전열난방 등)

3. 방열기기 및 방열 방법, 에너지 효율 체적화 검토

  (1) Convector(ST'L+ST'L, ST'L+AL, CU+CU)

  (2) 라디에터(강판제, 알미늄제, 주물제)

  (3) Fan Coil Unit

  (4) Heating Tube

     1) Tube Rail : 온실바닥 통로에 설치하여 작업, 운반 차레일 및 방열관 겸용 설계

     2) Growing Tube : 작물의 성장에 맞추어 높낮이를 조절하면서 방열하도록 설계

     3) Gutter Heating Tube : 적설시 Gutter에 누적되는 눈을 제거하기 위한 융설용으로 설계

     4) Bench Heating Tube : 육묘, Bench재배시 작물 뿌리(근권) 난방 및 기온 난방의 겸용으로 설계

     5) 지중난방 Tube : 시설 내 토경 재배시 지하부(근권)의 적온 유지를 위한 설계

  (5) 전열 온상선, 면상 방열 Sheet, Heat Pipe 등

4. 난방제어 방법 및 조건 검토(실내외 온습도,난방수온,일사,감우,커텐 등)

5. 보조 에너지 활용 및 에너지 절감 대책 검토

  (1) 태양열 이용

  (2) Heat Pump

  (3) 난방기의 배기열 회수 활용

  (4) 축열재 및 열교환 방법 활용

  (5) 단열, 반사 필름 등 활용

  (6) 내부 보온 다중 커텐, 외부 보온 커텐

6. 난방 부하 계산

(1) 최대 난방 부하 산정       Qg = [Ag(qt+qu)+As․qs)․fw             qt=ht(Ts-Ta)(1-fr)             qu=hu(Ts-Ta)             qs=hs(Ts-Tg)   (2) 온수 난방기 설치 용량 산정       Qh = (Qg․fh+Q Loss)․(1+r)

Qg : 최대 난방 부하(kcl/h)  Ag : 온실 피복 면적(㎡)  As : 온실 바닥 면적(㎡)  qt : 관류열 부하(kcl/㎡․h)       ht : 열관류율(kcl/㎡․h․℃)       Ts : 난방 설정 온도(℃)       Ta : 설계 외기 온도(℃)       fr : 보온 피복의 열 절감율  qu : 환기 전열 부하       hu : 환기 전열 계수(kcal/㎡․h․℃)  qs : 지중 전열 부하       hs : 지표면 전열계수(0.244kcal/㎡․h․℃)       Tg : 지중 온도(℃)  fw : 풍속 보정 계수  Qh : 보일러 용량(kcal/h)  Qg : 최대 난방 부하(kcal/h)  fh : 배관 방식에 따른 보정 계수  Q Loss : 온실 외부배관의 열 손실량(kcal/h)  r : 안전계수(0.2～0.3)

                                                                     

냉방설계

1. 증발 냉각 방법

(1) Pad & Fan 시스템 검토

(2) Fog(or Mist) & Fan 시스템 검토

2. 지붕 스프링클러 설치 검토

3. 외부 지붕 차광 커텐 설치 검토

4. Heat Pump 냉․난방 시스템 검토

5. 수막 및 지하수 활용 검토

6. 독립형 냉방기기 설치 검토(연구 및 실험시설)

7. 각 장치별 기본원리

  (1) Pad & Fan 시스템 : 잠열 냉각 방식으로 시설 외벽의 1면에 Pad를 부착하고 물을 흘러 내리면 차고 습한 공기가 실내로 유입되고

       반대편 벽에 Fan을 설치하여 더워진 실내 공기를 밖으로 뽑아낸다. 외기가 고온 건조한 경우 효과가 크다.

  (2) Fog & Fan 법 : 온실내에 20μ이하의 물입자를 고압 분사시키면 안개가 실내에 부유하면서 증발 주변의 열을 빼앗아 나간다.

  (3) Heat Pump : 응축과 증발 과정에서 발생하는 열의 방출 및 흡수 원리를 이용하여 열전달 매체의 온도차를 냉.난방에 이용한다.

  (4) 지붕스프링클러

     지붕 피복면에 물을 뿌려 줌으로써 피복재면 자체를 냉각시키고 물이 증발하면서 지붕주변의 열을 빼앗아 감으로써 실내온도를 낮춘다.

  (5) 외부차광 커텐

     내부차광은 빛 에너지가 일단 온실 내로 들어온 후에 차광하므로 냉방효과가 미약하나, 외부차광은 지붕 외부에서 빛 에너지를 차단하여

     일부만 투과시키므로 냉방효과를 가져온다.

                                                                         

관수시설 설계

1. 가장 효율적이고 합리적인 관수 방법 검토

2. 부하 계산에 의한 펌프 사양, 물탱크 규격, 배관(주관 및 지관) 규격 및 배열, 노즐 설치 간격, 관수 시간 등 검토

3. 일반적인 관수 방법

  (1) 두상 관수 시설

     1) 자주식 살수 장치(적정 관수량 노즐 선택, 살수 장치 이동속도 및 살수 왕복 횟수 조절)

     2) 천정형 또는 지상식 스프링클러 장치(분사량별 노즐 선택, 분사시간 조절)

     3) Mist 시설(분무 시간 조절)

     4) 분수 호스 장치(적정 분수량의 호스 선택, 분수 시간 조절)

  (2) 상(床)면 관수 시설

     1) 점적 관수 - 점적 테프 또는 점적 파이프(호스) 방식

                  - 점적기(점적 단추), 다지식 Dripper방식

                  ※ 적정 관수량 및 점적 간격 검토, 관수 시간 조절)

  (3) 저면 관수 시설

  (4) 지중 관수 시설

  (5) 고랑관수

                                                        

방제 시스템 설계

1. 고정식 두상 분무 방제 시설

   두상 관수 및 Mist시설과 마찬가지로 재배상의 상부에 분사 노즐을 적점 간격으로 설치하여 분무 방제한다. 경우에 따라서는 관수, 습도조절 ,

   엽면시비, 냉방 등의 목적으로 공용할 수도 있다.

2. 레일 자주식 방제 시설

  (1) 두상 자주식 분무 방제 장치

      - 분사노즐이 상부에 수평 일열 배치되어 이동하면서 분무 방제하므로 잎 뒷면이나, 하부엽, 밀식 되었거나 잎이 무성한 속에는 방제 효과가 적다.

      - 키가 작은 엽채료 재배에 적합

  (2) 멀티 자주식 분무장치

      - 분사 노즐이 수직 배열되고 분사 각도도 상하․좌우 다양한 각도로 조정할 수 있어 식재된 고량을 따라 이동 분사되므로 식물 전면에 고른 방제 가능

      - 키 큰 직물 또는 과수에 적합

  (3) 방제기

      - 독립 일체형 방제 기기 = 상온 연무 방제기

3. 생물적 방제 및 IPM 시스템

   - 천적을 이용한 방제, 기피제, 유인제 등과 관련 시설의 적합성 및 시설 내 환경조성 관련 검토

   - 병․해충의 유입방지를 위한 방충시설, 소독시설, 차단, 통제 시스템 검토

                                                

재배시설 설계

1. 베드 및 벤취 시설

  (1) 정치 고정식 Bed : 한번 설치 후 이동이 거의 불가능한 Bed(콘크리트 Bed 등)

  (2) 배치 고정식 Bed : 바닥 또는 구조물에 고정되지 않았으므로 필요한 경우 배치를 변경 할 수 있는 Bed(조립식 화분대 등)

  (3) Mobile(Rolling) Bench : Bench 설치대는 고정되어 있고 식재상판만 좌우이동이 가능한 Bench(대개 실내유효면적 확대 및

       통로확보 등의 목적으로 설치)

  (4) Moving Bench : Bench에 개별 이동 장치를 하거나 종합적 이동 시스템에 의하여 이동 할 수 있는 Bench

2. 육묘 시설

  (1) 자동 파종 시스템 - 공정육묘 시설

  (2) 발아, 접목 활착, 순화 시설

  (3) 조직 배양, 삼목 등 기타 번식 시설

3. 양액 재배 시설

  (1) 배지경 재배 시설

      퍼라이트, Rockwool, 기타 혼합 배지 시설 등

  (2) 수기경 시설

      DFT, NFT, 분무경, 저면관수, 심지재배 시설 등

  (3) 관비재배 시설

식물공장 시스템 설계

     자료수집, 연구 중 

                                               

전기설계

1. 설계기준

  (1) 사용전원은 수전 가능 전원으로 설계(국내의 경우 일반전력 중 저압, 동력 기준 전원인 380V-3ø-4W-60Hz)

  (2) 전력 부하 계산 - 한국 전력 공급 규정에 의한 단위 입력 적용 기준으로 산정

  (3) 배선 - 전기설비기술 기준, 내선 규정 400-3(시설장소와 배선 방법)의 규정 적용

  (4) 전선 - 전기설비 기술기준 제189도(저압극내 배선 사용 전선)에 의하여 선정

  (5) 전선관 - 내선 규정 제410-5(금속관의 굵기 선정)에 준하여 선정

  (6) 기타부품 - 전기용품 안전관리법에 준함

2. 분전반 및 현장 제어반 설계

   부하사용 전압 (1) 동력 : AC380V-3ø 또는 AC220V-1ø, DC24V

                 (2) 전등 : AC220V-1ø

                 (3) 전열 : AC220V-1ø

3. 조명 설계

  (1) 사무, 관리, 작업용 단순 조명

  (2) 식물 생육 조절용 인공조명

  (3) 연구, 실험을 위한 광량, 광질 조절 및 전환용 특수 조명

  (4) 기타 특수 목적용

                                                 

계측 및 제어 시스템 설계

1. 온실 환경 제어용 계측

  (1) 실내센서 : 온.습도 센서, 광센서, CO₂센서, 근권온도, 수분 측정기

  (2) 실외센서 : 온.습도 센서, 광센서, 풍향․풍속센서, 감우센서

2. 양액 제어용 계측

   EC측정계, PH측정계, 용존 산소 측정계, 액온 측정계, 수위센서, 액량 계측 장치

3. 제어장치

  (1) 개별 제어 방식

  (2) 종합 제어 방식

  (3) 복합 환경 제어 시스템

4. 원격 제어 및 경보 시스템