국내 농업기계 연구개발을 전담으로 하는 국가연구조직으로는 국립농업과학원 내의 농업공학부가 있다. 농업 생산작업의 자동화‧로봇화 기술, 농가경영안정을 위한 에너지절감기술, 농산물 부가가치향상을 위한 수확후 품질관리‧가공‧유통기계기술, 농업재해 예방관리기술 개발업무를 수행하고 있다. 농업기계개발의 산실인 농업공학부의 16개 전문연구실의 주요기능과 실적, 계획 등에 대해 연간기획으로 살펴본다.

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농업에너지절감에 앞장서고 있는 에너지융복합연구실 연구원들

“계간축열시스템으로 설치비 33%절감”

배기열회수‧관부냉난방기술이어 계간축열시스템 개발

에어로겔 이용 고효율보온기술‧도시형 소형온실모델도

◇ 화석연료 대체에너지 개발필요성

농업부문 에너지원별 소비량을 살펴보면 화석연료(석유류, 연탄)의 사용비중이 약 70% 이상으로 타 산업에 비해 매우 높은 수준으로, 화석연료에 의존한 농업생산은 온실가스배출 및 유가상승에 따른 농업경쟁력 악화의 원인이 되고 있다. 또한 우리나라 시설재배는 에너지를 많이 소비하는 형태로 난방비가 경영비의 약 30∼40%를 차지하고 있어 농가경영에 부담이 되고 있다. 이러한 농산물생산을 위한 에너지문제와 환경문제 해결을 위한 근본적인 대책은 화석연료를 대체할 수 있는 신재생에너지의 사용일 것이다. 그러나 경제성 면에서 에너지이용효율 제고, 보온성증대 등이 보다 더 현실적인 대안으로 알려져 있다. 에너지융복합연구실에서는 주로 농업시설의 에너지이용효율화기술 및 보온성향상기술을 연구하고 있으며, 농업‧농촌의 에너지자립을 위한 저탄소 에너지융복합기술도 개발하고 있다.

◇ 배기열회수 및 관부냉난방기술 개발

온풍난방기의 열이용효율을 높이기 위해 연통을 통해 배출되는 200∼300℃의 뜨거운 배기가스 열을 핀 부착형 히트파이프을 이용해 흡수하고, 이 열을 응축부로 전달하면서 송풍기에 의해 강제 흡입된 차가운 공기와 열교환이 이루어지도록 하는 배기열회수 환기장치를 개발보급했다. 온풍난방기에 배기열회수 환기장치를 부착해 사용하게 되면 외부기온에 따라 다소 차이는 있으나, 11.5∼25.2%의 연료가 절감되고, 일 평균 약 16%의 에너지절감효과가 있는 것으로 나타났다.

백색의 연질 PE관을 작물의 생장부인 뿌리부, 관부 등의 온도민감부에 밀착시켜 지하수와 히트펌프 또는 온수보일러로 생산된 냉온수(20±3℃)를 환류해 에너지사용을 최소화하면서 농작물의 수확량 증대를 도모하는 관부(생장부) 부분냉난방기술도 개발했다. 여름딸기 재배 시 7∼8월의 고온기에 24시간 관부의 평균온도를 약 3℃ 정도 낮추면서 수확량을 증가시켜 소득증대가 가능하게 된다. 동절기 딸기재배 시에는 12∼2월의 저온기에 관부 평균온도를 약 3∼5℃ 상승시키면서 초기수확량이 크게 늘어 소득증대가 가능하다.

지하수층을 이용한 계간축열조

◇ 계간축열시스템 및 고효율보온기술 개발

최근에는 지하수층이용 계간축열시스템과 풍향가변형 공기순환팬 운용기술을 개발했다. 지하수층이용 계간축열시스템은 지하수층을 열저장고로 활용해 여름철 동안 온실에서 발생된 열을 온수로 만들어 지하수층에 저장해 겨울철난방에 활용하고, 겨울철 동안에 발생된 냉열로 냉수를 만들어 지하수층에 저장했다가 여름철 온실냉방에 활용하는 기술이다. 이 기술은 온실 난방비용 절감 및 작물수량 증대효과가 탁월했으며, 깊이 20∼30m의 개방형 지중열교환기 사용으로 수직밀폐형 지열시스템 대비 설치비를 33% 절감할 수 있었다. 풍향가변형 공기순환팬 운용기술은 기존 수평으로 고정되어 있는 순환팬 대신 온실 내 온습도를 균일하게 해주기 위해 바람의 방향을 조절해 운용하는 기술이다. 또한 기존 다겹보온커튼의 통기성 문제를 해결하기 위해 고밀도 단열소재인 에어로겔을 이용한 시설원예의 고효율 보온기술을 연구하고 있다. 에어로겔 이용보온재는 기존의 다겹보온커튼과는 달리 결로현상을 저감할 수 있으며, 통기성 및 보온성을 동시에 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다.

온실내 온습도를 균일하게 해주는 풍향가변형 공기순환팬

◇ 미래 에너지 융복합기술 개발에 역량집중

2017년부터 도시지역 자투리 공간에 적합한 소형온실모델 및 환경제어기술개발 연구도 수행하고 있다. 소형온실 모델을 양지붕형, 더치라이트형, 아치형 등으로 구분해 소형온실에 적합한 난방장치, 보온장치, 관수 및 관비장치를 개발로 도시농업의 활성화에도 기여할 것으로 판단된다.

향후 농산물생산을 위한 고성능 농업기계사용, 농업시설 대형화 및 자동화에 따른 에너지 투입비용이 더욱 증가할 것으로 예상된다. 따라서 에너지융복합연구실에서는 기존 농업에너지 절감기술개발 뿐 만 아니라, 농업시설 필름의 단열 및 차광기능향상, 온실에서의 절대습도저감 및 간척지 농업시설에서의 농업용수확보 등 농업생산성향상을 위한 융복합기술을 개발하는데 역량을 집중할 계획이다.

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