시설재배 제어유형에 따른 공간온도변화 > 저서

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2016년 10월 14일 발행

총 쪽수 343

저자 김중열, 박흥수

발행처 도서출판 이화

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전 세계적으로 스마트폰 보급률이 이미 PC보급률을 앞지르면서 이제는 누구에게나 일상생활에서 없어서는 아니 되는 존재감을 보여주고 있다. 최근에는 모바일과 시설재배의 만남이 이루어져 여행 중이거나 혹은 식사중이라도 잠깐 자기 재배사의 온도나 습도 값을 읽을 수 있고 필요에 따라서는 난방기나 팬을 원격으로 제어 할 수 있게 되었다. 즉 모바일이 갖고 있는 ‘Anywhere, Anytime'이라는 장점이 농업분야에도 접목되어 시간제약 없이 더 많은 온실을 저비용/고효율로 운영할 수 있는 여유를 갖게 된 것이다. 여기에는 재배사 내 최적의 재배환경 조성, 환경인자 측정, 각종 제어유형의 관리, 인터넷을 통한 PC 및 모바일 관리 등이 한데 어우러져 일체화된 하나의 ICT복합환경제어시스템 개발로 진전하게 되었다. 이러한 시스템은 현실적으로 당면한 자유무역협정에 대비하여 궁극적으로 양질이면서 값싼 농작물의 대량생산을 목표로 하고 있는 것이다. 이를 위해서는 무엇보다 우량 품종 개발과 재배기술의 고도화가 요구된다.

농작물의 성장 및 발육은 환경인자(온도, 습도, 탄산가스 등)와 직접적으로 연관된다. 따라서 최적의 생육환경을 조성하기 위해서는 무엇보다 환경인자 측정이 제대로 이루어져야 한다. 그런데 현 ICT복합환경제어시스템의 온도측정은 점형 측정기법에 바탕을 두고 있다. 즉 온도측정을 위해 일반적으로 단지 하나만의 온도센서가 사용되고 있다는 것이다. 이는 바로 캄캄함 재배사 내에서 단지 하나의 등잔불만 켜져 있는 경우가 되겠다. 그로인해 등잔불이 밝히지 못하는 대부분 공간에 위치한 농작물의 상태는 거의 파악될 수 없다는 것이다. 따라서 등잔불에 의해 보이는 농작물만의 상태를 바탕으로 나머지 공간에 분포된 농작물의 상태를 경험적으로 예상함으로써 재배환경을 조성한다는 것이 바로 현존하는 ICT복합환경제어시스템의 실체인 것이다. 물론 조금이라도 더 많은 농작물을 보기위채 단순히 몇 개 더 등잔불을 배치하여 보았으나 우선 그것만으로 재배사 전체를 밝히기에는 크게 미흡할 뿐더러 나아가서 그로인한 성과가 경제성 및 효율성 측면에서 현실적으로 노력한 만큼 기대에 부응하지 못하였다. 이러한 기술적인 현실은 무엇보다 재배기술의 선진화를 위해서는 근원적인 한계를 드러내는 것이 되었다.

최근 기존 점형 측정방식에 대응하여 ‘분포형’ 측정방식이 개발되었다. 분포형 측정기법은 1-wire통신기법을 이용하여 하나의 케이블에 많은 양의 센서를 장착하여 동시에 측정

하고 또한 제어하는 하나의 혁신적인 계측방법이라 할 수 있다. 그로인해 재배사 내에 100개의 등잔불도 밝힐 수 있게 된 것이다. 환언하면 분포형 계측기법은 이전에는 보이지 않았던 농작물 상태를 바로 보이게 하는 기술이 된 것이며 나아가서 최적의 재배환경을 보다 효율적으로 조성할 수 있는 훌륭한 수단이 된 것이다.

디티하이 시스템은 바로 분포형 측정기법에 바탕을 둔 하나의 ICT복합환경제어시스템이다. 여기서 분포형 온도측정기술의 개발은 다시 분포형 습도 및 조도 등의 계측기술개발로 이어지게 되었다.

산림조합중앙회 산림버섯연구센터-(주)소암컨설턴트 공동연구사업의 일환으로 전국 3곳에 위치(여주, 청양, 진도)한 표고버섯 재배사에 시범사업으로 디티하이 시스템이 적용되었다. 하나의 온도센서봉(직경 약 1cm, 길이 약 3m)을 기본단위로 그 봉에는 온도센서가 평균 8개 장착(온도센서 간격 0.3m)되어 있다. 만약 재배사의 좌측 및 우측 수직단면 각각에 3개의 온도센서봉을 수직으로 세우게 되면 도합 6개의 온도센서봉이 설치되는 것이 되며 이는 총 48개의 온도센서(등잔불)가 재배사 공간에 분포된다는 뜻이다. 물론 디티하이 시스템은 이러한 공간에 최대 200개의 온도센서와 또한 다량의 또 다른 센서(습도, 조도, 탄산가스 등)도 동시에 제어할 수 있다. 참고로 기존 점형 측정기법은 바로 이들로부터 센서 하나씩만 선정하여 활용한 것이 된다.

본 연구대상은 농작물 생육환경 최적화와 연계하여 대체로 다음과 같이 요약된다. 즉

(1) 재배사 내에 정말 그렇게 많은 센서가 필요한 것인가? 아니면 어느 정도가 적정 수준인가?

(2) 기존 점형 측정결과보다 차별화되는 성과는 무엇인가?

(3) 일관성을 띈 제어유형-공간온도반응을 기대할 수 있는가?

2015년 10월부터 2016년 3월 말까지 디티하이 시스템에 의해 측정된 자료를 분석하면 다음과 같이 요약할 수 있다.

① 3곳의 재배사의 경우 수평적인 온도편차는 미소하였다. 그러나 수직적인 온도편차 는 20도를 넘는 경우가 흔히 발생하였다. 이러한 상황 하에서 환경인자감시를 위해 단지 하나만의 온도센서를 사용한다면 그의 높이에 따른 온도편차는 반드시 고려되어야 한다. 만약 작업통로를 고려하여 온도센서를 사람 키에 맞추어 약 1.8m 높이에 설치한다면 상기 수직온도편차는 극대가 됨을 염두에 두어야 할 것이다.

② 본 재배사에는 수평적인 온도편차가 무시할 수 있는 수준이기 때문에 하나만의 온도센서봉이 재배사 내 어디에 세워놓더라도 그것은 공간온도를 대변할 수 있을 것으로 본다.

③ 점형 온도측정은 재배사 내 한 지점에 대한 온도 값을 표현하거나 혹은 한 지점에 대한 시간경과 온도변화를 나타낼 수 있다. 반면 디티하이 시스템은 수직단면에 대한 온도분포(스냅이미지)와 시간경과에 대한 수직온도분포(온도이미지)를 칼라로 표현할 수 있기 때문에 재배환경을 보다 포괄적이며 동시에 시각적으로 판단할 수 있다. 따라서 재배사 관리의 효율성이 극대화될 수 있다.

④ 특히 겨울이나 여름에는 농작물의 적정 재배환경을 조성하기 위해 냉난방기, 순환팬, 쿨러, 온수모터, 환기장치 등의 설비시설을 이용한 제어유형(혹은 제어스케줄)을 작성하여 그것을 수동 혹은 자동으로 가동한다. 디티하이 시스템은 무엇보다 공간온도분포를 구현할 수 있기 때문에 그 결과는 바로 표준화된 제어유형-공간온도반응으로 간주되어 나타낼 수 있다. 이는 나아가서 각종 제어유형에 따른 재배환경을 체계적으로 데이터화하여 표현할 수 있다는 것이 되기 때문에 그로인해 보다 능동적인 영농을 도모할 수 있게 되는 것이다.

이 책에는 디티하이 시스템을 이용하여 각 재배사에서 형성될 수 있는 공간 환경인자 변화를 다양한 방법으로 나타내고 있다. 여기에는 세계 최초로 분포형 온도계측이 적용되었기 때문에 그에 따른 모든 공간온도반응 결과는 무엇보다 최적의 재배환경 조성을 위해서는 물론 나아가서 우량품종개발을 위한 환경조성에서도 큰 몫을 할 것으로 본다.

2016년 7월 15일

저자대표 김중열