스마트팜 예습 정리 - 시설관리, 전기전자, 시설 구축

시설 관리

노지 재배의 한계

- 생육 데이터 측정이 매우 힘듦.

- 최저/고 온도 정도만 체크 가능함.

- 해당 시기의 대략적인 수확량 체크만 가능

 

스마트팜의 장점

- 작물 조건에 맞게 시설 장치 활용 등으로 적정 환경 제공

- 빛이 강하면 차광 스크린을 사용하는 등 노지 재배에선 불가능한 환경 제어 가능

- 매우 정확한 생육 데이터를 수집하고 분석 및 활용이 가능함

- 이러한 작업들의 자동화가 활발히 이루어지고 있음.

 

데이터 관리의 중요성

- 다량 원소와 미량 원소를 양액에 희석해야함

- 드리퍼를 통해 비료와 물을 희석해 공급해야함

- 양액의 적정한 EC, pH를 공급하는데 필요함

- 시스템에 입력하고 확인하는 과정을 거치지 않으면 위 작업이 틀어질 수 있음

 

데이터 관리 종류

- 작물 변화

- 생육 데이터

- 환경 데이터

 

외부 환경정보

- 일사량, 외부 습도, 외부 온도, 외부 주야간 평균온도, 주야간 온도 편차 등이 있다.

내부 환경 정보

- 내부 Co2, 내부 습도와 온도, 내부 주야간 평균온도, 주야간 온도편차, 습도 부족분, 이슬점 등이 있다.

배지 정보

- 배지 내에 pH, EC, 온도 등을 조사할 수 있다. 매일 수집하는 것을 추천함

공급액, 배액 정보

- 각각의 EC, pH, 공급/배액량 등이 있다. 매일 수집하는 것을 추천함

 

꼭 필요한 주요 데이터에 대해

농장 데이터를 관리하는 것은 힘들다. 하지만 생산량/품질 향상에 직접적인 영향을 끼치기에 데이터가 쌓이는 기간에 작물 생육 조사를 일정하게 꾸준히 해주어야 올바른 기준을 잡고 분석을 할 수 있다. 분석 항목으로는 내외부 각 환경 정보, 배지 정보, 공급액, 배액 정보 등이 있다.

데이터 관리를 매일 해야하는 이유

- 측정 데이터가 쌓일 수록 원하는 값에 일정하게 도달할 수 있다.

- 농장 데이터를 보고 쉽게 알아채기 힘든 문제가 있는지 없는지 객관적으로 판단 가능해짐

- 그래프 변동이 있다면 문제점이 무엇인지 데이터 비교를 통해 확실하게 대처할 수 있어진다.

 

데이터 관리 노하우

- 한 작기가 끝날 때 마다 정리할 데이터를 분리

- 매일/주/달/작기 확인해야할 데이터로 구분함

 

외부 기상대 장치

스마트팜 온실 외부에서 환경 측정을 진행하는 장비. 온실 밖의 환경 변화를 측정하고 이를 환경제어 프로그램으로 전달하는데 쓰인다. 측정된 외부 환경의 데이터는 온실 내부 환경에 끼칠 영향을 평가하고 이에 대응할 수 있도록 조절한다.

 

외부 기상대 장치의 종류와 기능
풍향계	풍량계
풍향 측정	풍량 측정
강우 센서	일사 센서
강우계로, 비가 내린 양이나 강도 측정. 기상청 예보만으로는 빠른 대응 불가능하기에 사용함	일사계, 전체적인 또는 간접적인 태양 복사선 측정.
온도 센서	습도 센서
외부 온도를 측정하는 센서	외부 습도를 측정하는 센서

 

백엽상

기온이나 습도 등을 재기 위해 최고/최저 온도계, 자기 온도계, 습도계 등을 넣어 실외에 설치한 작은 집모양의 나무 상자. 스마트팜에서는 온실 내부에 설치해 내부 환경을 측정하는데 쓴다.

 

백엽상을 실내에 설치하는 이유

- 온실 내 다양한 위치에 백엽상을 설치하여 관리하면 내부 환경을 균일하게 관리가능

- 생산량 증대와 에너지 절감으로 이어진다.

 

백엽상의 설치 조건

- 백엽상 안의 ㅇ노도 분포는 일정해야함

- 상 내와 상 외의 온도는 동일하여야함(햇빛이 없는 장소)

- 복사열을 완전히 방지하는 위치에 있어야한다.

- 지열 또는 태양의 직사 및 반사광선의 복사를 방지할 수 있어야한다.

- 통풍이 잘 되어있는 곳이어야함

- 개인적 의견 : 강의에서도 그렇고, 실제로 보면 온실 한복판에 구역 별로 설치되어있는 것을 봤다. 설치 조건에 대해서는 좀 더 알아볼 필요가 있다.

 

 

유동팬 - 공기 유동을 유발하는 기계로 정체된 온실 내부 공기의 대류를 일으켜 온실 내부의 기온이 균등해지게 만드는 장치이다. 주로 천창에 붙인다. 설치 시 구역을 구분하여 설치하고 제어 프로그램으로 어디 구역을 작동시킬지 선택할 수 있는 등 꽤나 능동적으로 사용할 수 있다.

 

미스트 장치 - 온실 내부의 습도를 조절하는 안개식 분무 장치이다. 온실 내부 온도가 환기만으로 제어할 수 없는 고온 환경일 때 강제적으로 낮추기 위한 용도로 사용한다. 다른 기계들과 마찬가지로 제어 프로그램을 통해 어떻게 작동시킬지 고를 수 있다.

 

ICT 설비 작동

ICT의 역할

- 생산에 대한 가공, 보존, 전달, 활용

- 데이터를 작물 생육 데이터와 엮어 활용

- 빅데이터에서 주목받기 시작

 

ICT 설비의 구성

 

계측부

구성 - 일사량 센서, 외부 기상대, 온/습도 센서, EC, pH센서, Co2, 측정기 등

역할

- 작물을 잘 자라게 하기 위한 환경 조건 제공

- 외부의 빛이 어떻게 들어오는 파악

- 작물이 좋아하는 빛 감지하여 빛 조절 가능

- 작물에 도움되는 환경 조성 및 유지

 

환경제어 프로그램

환경제어 프로그램에 대한 정보는 따로 정리글이 있다.

제어 프로그램 선택 시 유의점

- 국내외 프로그램의 큰 차이 없음

- 국내 프로그램도 어지간한 컨트롤은 다 가능함

- 디테일한 차이는 있지만 프로그램 원리는 비슷

 

제어부

구성 - 천창, 스크린, 양액기, 보일러 등

 

천창

건치식	렉 방식
동작 시간과 열리는 시간의 차이	바람 방향, 반대 방향으로 구성
동작 시간과 처마를 벗어나는 시간까지 감안 가능 여부 고려	각 방향 동시 제어 여부 고려

 

천창의 제어 방식 - 바람 방향의 반대 방향으로 환기창을 열어야한다. 맞바람이 들어차 온도가 급변하고, 작물들에게 스트레스를 줄 수 있기 때문이다.

 

가장 대표적인 제어부는 위의 구성들이며 온실 내부에 원하는 온도를 설정하기 위한 것들이다.

 

ICT 설비 구성과 데이터와의 관계

- ICT 설비 구성 안에 찍히는 데이터 수집

- 스마트팜에서 빅데이터에 대한 중요성이 높음

- 데이터를 쌓아 작물에 적용

- 작물 생육 조건에 따른 수확량 증가 기대

 

광 환경제어

광합성에 효율적인 파장 범위는 청색광 440nm, 적색광 660nm이다.

 

광 계측용 센서

종류	조도계	광합성 유효 광량자속센서	일사계	열량식 일사계
영어 명칭	Illuminometer	PAR( Photosynthetically Active Radiation )sencor	Pyanometer	Pyanmeter
파장영역(nm)	320 - 720	400 - 700	300 - 1100	300 - 2800
단위	lux	μmol·m⁻²·s⁻¹	w·m⁻²	w·m⁻²
측정원리	Photocell	Photodiode	Photovoltaic detector	Thermophile
적용광원	모두	모두	태양	모두
사용자	모두	식물 연구자	온실 연구자, 농민	기상 연구자
가격	저렴	중간	비쌈	매우 비쌈

 

보광등

역할

- 보광을 통해 작물 광합성을 도움

- 햇빛이 없는 흐린 날, 주간이 짧은 겨울 등에 사용

- 철원 지역은 겨울이 워낙 춥기에 겨울 작기는 사실상 포기해야할지도 모름, 더불어 보광등도.(강사에게 질문함)

- 주로 청색광, 적색광 위주로 보강

- 커다란 막대형 형광등처럼 생김

 

LED 기술 활용법

- 광을 보충해주기 위해 작물들 사이에 설치

- 이파리 옆에 있어 440nm ~ 660nm의 파장대 공급 가능

- 광합성 효율이 훨씬 높음

- 다만 기술력 등에 문제가 재기되고 있음

 

광 환경 제어의 특징과 필요한 것

- 적절한 빛 양으로 작물 생육 조절 가능

- 센 빛으로 잎의 크기를 작게 만듦

- 절간을 짧고 튼튼하게 조절할 수 있음

- 어떤 광제어를 컨트롤 할지 선택

- 보조광, 인공과 사용 시 활용할 스펙트럼 선택 가능

 

구축의 설계 포인트

가설 수립

예산 확정 과정 : 자기 자본 + 은행을 통한 자금 확보 + 정부 정책 자금

고려 사항 : 재배 작물, 재배 지역, 재배 방법

! 가설 수립은 설계 요구 조건서에 명시할 것

 

참고할만한 것

재배 지역의 사업 지원 정책, 재배 지역 관할 및 시설 원예 인허가 여부 등(지자체 관송서, 각 시군 농업 기술지원센터, 각 도 농업기술원 통해 확인 가능)

 

구축 요소

설계 기준

설계 개요 / 기초 설계 / 구조 설계

사용 재료 강도 및 규격 / 알루미늄 형재 / 사용 피복재

재배 부지조건(배수, 지형, 수량, 수질, 일조, 풍향 등)

 

환기 시스템 - 기후특성, 제어 조건, 환기요소, 배기 및 흡기, 유동팬, 환기 시스템 등을 고려해야한다.

커튼 시스템 - 용도 및 개폐 시스템의 구조 확실히 할 것. 구동 구역 분할, 장치 선정, 제어 방식 및 조건, 재료 확인

관수 시스템 - 부하 계산에 의한 펌프 사양, 물탱크 규격, 배관 규격 및 배열, 노즐 설치 간격, 관수 시간 -> 제안서 내 명시 필요

전기 - 전기 설계 기준, 분전반 및 현장 제어반 설계, 조명 설계 등 고려 필요

난방 시스템 - 난방 부하 계산, 기기용량, 난방 방법 검토, 방열 기기 및 방열 방법, 대류난방(FCU), 복사난방(레일튜브 / 그로우튜브)

냉방 시스템 - 증발 냉각 방법(포그, 미스트), 지붕 스프링 쿨러 설치, 외부 지붕 차광 커튼 설치, 히트펌프 냉난방 시스템, 수막, 지하수 활용 고려

계측 및 제어 시스템 - 온실 환경 제어용 계측, 양액 제어용 계측, 제어 장치, 원격제어 및 경보 시스템

IOT - 네트워크, 캄메라 감시, 알람, 원격 감시, 자동 시설 제어, 센서 제어 등

 

공사 개요

관공서 인허가를 위한 필수 요구 자료

구체적인 공사명 명기, 장소, 온실 형태, 온실 규모, 실시 설계, 공사기간, 총 소요시간 등

 

제안서 범위 및 작성 내용

범위	설계도면
	건축, 설비, 전기공사비 예상 금액
	내부 환경 온도, 습도, 강우, 시간 등의 제어 및 생육 감시 방법 명시
	습도 제어를 위한 포그 스트레이 시설(포그노즐, 자동밸브, 여과기 안개 분무식 노즐 등)
	재배 양액 시스템
	식물 생육 온도 유지를 위한 난방 시스템(등유 보일러)
	사업 수행 중 부득이한 설계 변경 사유 발생시 발주처의 지시에 따라 수정 및 보관해야할 사항
예산 견적 금액	VAT (미)포함 여부

 

공사 원가 계산서

재료비, 노무비, 경비, 일반 관리비, 이윤, 설계 및 감리비, 사급자재비 등 필요

재료비	각 공사 항목별 직간접 재료비 합계
노무비	각 공사 항목별 직간접 노무비(직접 노무비 * 요율) 합계
경비	전체 공사에 대한 경비 합계
	산재 보험료, 고용 보험료, 건강 보험료, 연금보험료, 노인장기요양보험료, 산업안전보건관리비, 기타 경비, 환경보존비
일반 관리비	순공사비 원가계 * 요율
이윤	(노무비+경비+일반관리비) * 요율(10% 이하)
설계 및 감리비	공사비의 약 *%이내
시급 자재비	시급 자재가 있는 경우 반영

 

스마트팜 공사 항목 구분

- 기본 건축 공사

- 난방설비 공사

- 양액환경 제어설비 공사

- 전기 공사

- 공조설비 공사

- 외부인입 전기 공사

 

요약

1. 정부 지원 사업을 최대한 이용하고

2. 내가 뭘 키울지를 신경쓰고

3. 그에 맞는 건물 양식 설계도를 만들고

4. 사업 제안서를 평가받고

5. 신뢰할 수 있는 업자를 만나

6. 제대로 된 계약서를 작성해야한다.

 

구축 업체 선정

국내 스마트팜 업계는 크게 Service Provider, Solution Provider, Customer의 3개 대분류로 나뉜다.

 

Service Provider

역할 - 스마트팜 개발, 컨설팅 & 매니지먼트, 스마트팜 구축

주요 업체 - 그린 플러스, 팜스코, 그린포닉스, 화신농건, 대영지에스 등

 

Solution Provider

역할 - 기기, 재료 공급, ICT 기술 제공

주요 업체 - SKT, KT, 우성 하이텍, 신한 에이텍 등

 

업체 평가 기준

평가항목	정의	지표
연동성	환경제어기와의 연동	해외 글로벌(Priva, Hortimax 등) 메이커와 연동
편의성	사용자 편의성	소모품 리필 등 정비 또는 세정 작업 용이성
설치성	조건에 구애받지 않는 설치	통신 / 에너지원(전기 등) / 수도 연결 및 설비 고정의 보편성
표준화	국내 표준 / 국제 표준	RUCFS, TTAK, KO, KC 등 표준 제정 참여 또는 적용 여부
에너지 효율성	에너지 효율 등급	국내 에너지 효율 등급, 고효율 에너지 기자재 기준
용량범위	적용 가능 면적	대규모 또는 소규모 시설원예에 대한 대응 가능 여부
조절범위	온도 / 습도 / 조도 / 투과율(제조시)	재배 작물이 원하는 환경제어 범위에 적합한지 여부
정밀도	미세 조정 및 측정 단위	환경 조건에 민감한 작물에도 대응가능한지 여부
내구성 / 사용연한	내습(방수 포함) / 내광 / 내열 / 내충격	원예 및 식물공장의 환경에서의 내구성 여부 및 보증기간

! 추가적인 업체에 대한 정보가 필요하면 스마트팜 예습 27을 참고할 것

온실의 종류

유리 온실	플라스틱 온실
저철분 유리	아크릴
일반 유리	PC
산란광 유리	PE
AR코팅 유리	PO
AR코팅 산란광 유리	불소수지

 

 

예습에 있던 내용은 아니지만 이론 수업 중 들었던 내용을 적자면, 유리 온실에 비해 플라스틱 온실이 무조건 싸고 좋은 것은 또 아니라고 했다. 수명 대비 비용, 즉 가성비라던지 유지보수 비용이라던지 생각하면 유리 온실이 초기 비용만 감당하면 길게 잘 쓸 수 있다고 말이다.

확실히, 내가 있던 밀양 스마트 혁신밸리의 온실들을 보면 옆면은 아크릴로 구성한 온실들인데, 잘 보면 군데군데 크랙이 나서 테이프 같은 것으로 뗌빵한 흔적들이 보인다.....사람이 많이 지나다니는 흔치 않은 환경이라 그럴 수도 있지만 직접 눈으로 보니 그 리스크가 더 크게 와 닿았다.

 

예습 34에 있던 유리/플라스틱 온실의 광투과율이나 가성비에 대한 정보는 적지 않겠다. 몇 년 전 자료이기도 하고, 얼마 전 들었던 강사들의 정보가 훨씬 상세한 것 같아 그냥 눈으로만 속독하고 이곳에 정리를 적지는 않겠다.

 

비닐 온실의 구조 및 구축

주요 골조

철골 구조물	유선 형태 선형 구조
- 녹이 나지 않게 도금 강관 사용 - 연결 부위는 도금된 부속으로 조립	- 바람에 최소환의 부하를 받도록 설계 - 구조물이 움직여도 변형된 부분이 없도록 용접된 연결부가 없음 - 연질 필름을 피복재로 사용하여도 바람에 펄럭이지 않도록 곡선 지붕 형태

 

구조 철관

- 원형관 또는 각관 50mm 급을 쓰며 요구 하중에 따라 2.3t 두께를 사용

- 가로 7m, 간격, 세로는 요구되는 하중에 따라 2~3m

서까래

- 25mm 또는 32mm 원형관 사용

- 요구 하중에 따라 75~100cm 간격으로 지붕보를 따라 쌍뿔을 써서 장착

주요 장치

출입문

- 작업자 및 자재ㅔ의 유입/유출에 편리하게 크기 고려

전실

- 출입물이 열리고 닫히면서 해충에 노출되므로 이를 차단하기 위해 이중문 설치

- 공간을 확보하여 재배 기기 또는 사무공간으로 활용

 

구축 작업 범위 및 내용

토목	철 구조물
준비 및 금 긋기	기둥 마킹
기둥 터 파기	기둥 박기 / 베이스 앵카
	베이스 콘크리트
	서까래 밴딩 / 조립
	서까래 마킹
	앵글 / 티 클램프 달기
	중방대 설치
	까치발 설치
	서까래 받침보 설치
	쌍뿔 달기
	방풍벽 터파기

 

서까래 / 가로장 / 물받이	패드 설치
서까래 설치 / 직결 나사고정	천정
가로장 서리	방풍벽
서까래 보강대 설치	앞뒤 벽
방풍벽 설치
앞뒤 벽 구조물	비닐 피복
서까래 고정	개폐구 양 끝 처리
앞뒤 벽채 파이프(전실 포함)	방충망
출입문	천정 / 방풍벽 치마 설치
베이스 콘크리트	앞뒤 벽 비닐 설치
자동 컨트롤 시스템	스마트 컨트롤 시스템
컨트롤러	컨트롤러
센서	센서
작동기기

 

구축 프로세스

사진을 보면서 참고해야하는 부분이 많아  https://karoludin.tistory.com/152 를 참고할 것

 

 

유리 온실 구축 공사 일반

벤로형 유리 온실

재배실, 사무실, 복도, 관리실, 기계실, 창고 등 경우에 따라서는 가공 시설도 함께 설치해야하는 매우 복잡한 시설

 

연암대학교 벤로형 온실 준설 규모

온실 형태	벤로형(Venlo Type) 온실 구조
기본 모듈	폭 12.0m, 기둥 높이 6m, 기둥 폭 4.5m, 4mm 강화 유리 / 16mm 아크릴 (PMMA)
규모	온실동 : 24.0m x 13.575m 3개동 (977.4제곱미터), 296.2평
	복도 및 관리동 : 12.0m x 46.725m(560.7제곱미터), 170평
합계	면적 : 1,538.1제곱미터, 466.2평

 

공사회의

- 참여 회사 : 발주처, 시행사, 시공사, 감리회사

- 공사 회의 개최 : 각종 설계도서, 작업 공정 및 점검 제출물, 자재 선정 및 구매 등에 솬한 사항을 상호 협의 및 조정하기 위한 공사착수회의 및 정기 공사 회의 개최

- 공사 회의 시 : 공사 진행에 장애 사항을 해결하는 한편 각 회의 경과를 회의록에 작성하여 회의 참석자 및 관련 당사자에게 사본 배포

 

공정 및 제출불 계획서

- 공사 계약 후 7일 이내에 주요 공정의 공정 시기를 표시한 본공정 계획서와 계약 후 14일 이내 제출하여야할 제출물 목록(제작 및 조립 기간이 장시간 요구되는 목록 포함)을 작성하여 제출

- 소규모 공사 또는 공사 기간에 구애 받지 않는 공사에서는 생략 가능

- 실시 공정 계획서, 견본, 공사 사진 등 필요

 

제출물

공사 보고서	공사 실시 중 현장에서 발생되는 모든 사항으 ㄹ기재한 공사 보고서를 제출하여 감독원의 승인을 받음
시공 제작도	시공자는 계약 후 14일 이내 시공 상에 필요한 전 공정의 시공 제작도를 작성하여 감독원의 승인 받아야함

 

재료 일반

- 가설 공사를 젱외한 공사용 재료 및 시설물은 K.S 규격에 합격한 제품을 사용하되 부득이한 경우 감독원이 인정한 동등품 이상의 재료를 사용

 

재료의 운반, 저장 및 취급

- 손상, 품질 저하, 도난 등의 분실, 위험 및 가연 우려가 있는 재료는 제조업자 시방에 따라 운반 저장 취급하며 보관 및 저장은 그 기간을 줄일 수 있는 자재반입 계획을 세워야함

 

품질 관리

- 현장 반입된 모든 재료는 감독원의 검사를 받아 합격한 것을 사용(다만 K.S 규격품은 검사 생략 가능)

- 재료 시험용 공시체 및 시험편은 감독원의 입회 하에 채위 또는 제작하고 봉인하여 검인을 받고 독립된 공인기관에서 시험을 하되 그 시험성적표를 제출하여 승인을 받음

 

공사장 관리

- 근로 안전관리 규정, 보건 관리 규정, 산재보험법 및 기타 관계 법규에 따라 빠짐없이 행하고 다음 사항을 지킴

• 노무자 기타 출입 감시, 풍기 및 위생 단속
• 화재, 도난, 소음 방지, 위험물 위치 표시, 기타 사고 방지에 대한 단속
• 인접 건물, 시설물, 수목 및 기타의 손상에 대한 보호 서실
• 시공 재료 및 시공 설비의 정리와 관리 현장 내외의 청소

정산 처리

- 다음의 경우에는 계약 체결 후라도 감액 또는 환급 요구가 있을 시에는 이의없이 수락하여야함

• 설계서 내역 중 정부가 발행한 건축공사 표준 품셈, 시중노임단가 등 기준보다 과다하게 책정되었거나 제작비 비율에 착오가 있을 경우
• 입찰 시 제시한 설계 여건과 다른 현장의 생태 및 조건으로 시공 방법이 변경되었을 경우
• 지급 자재가 시공한 물량보다 과다할 경우(지급 자재가 있을 경우)

공사 일정 관리

- 발주자와 시공자 측이 각 공정별 공사 기간, 공사의 범위, 자재 등에 대하여 명확하게 합의함

- 공사 회의를 통하여 공사 진척 현황, 현장 이슈 등을 협의하고 필요 시 공가 기간을 변경함

 

그 외 시설의 유리 온실의 정밀 내용물에 대한 정보는 https://karoludin.tistory.com/153의 중반 부터 참고할 것

 

 

 

 

 

 

현재 강의 순회를 하며 내용을 정리 중이기에 추가될 수 있음

(36강 까지 순회)