농가 이렇게하면 여름철 고온 극복할 수 있다 (2004-07-23)

[한국공정육묘연구회]

Ⅰ. 우리나라 여름철 기상환경 및 시설활용 실태 분석

1. 여름철 기상환경 특성

 가. 여름철 우리나라 최고기온은 34℃ 내외로 네덜란드보다 13~15℃ 높음

 나. 우리나라의 여름철 최대일사량은 800~820kcal·m^-2·hr이며, 그중 70%(560~574kcal·m²·hr)가 원예시설 내부로 유입

 다. 7~8월에 30℃이상 되는 날이 44~65%, 상대습도 70% 이상이 13~20%로 고온다습

○ 한국과 네덜란드의 기상 비교

○ 지역별 최근 3년간 7,8월 최고기온                    단위 : 일수(%)

○ 지역별 최근 3년간 7,8월 최고습도

2. 여름철 원예시설 활용실태 분석

 가. 여름철 시설내 온도는 40℃ 이상 되는 날이 많아서 작물재배를 포기하거나 시설 보수, 토양소독 등 실시

 나. 여름철 온실의 최고기온은 44.3~69.4℃ 수준임

 다. 연중 장기 재배 위해 차광, 세무냉방 등이 이용되고 있으나, 시설 냉방기술은 기술적·경제적 측면에서 아직 미흡

○ 지역별 유리온실내 최고기온 (작물 미경작 상태)

※농가보급형 유리온실 : 6연동 380평, 환기횟수 : 15회/시간

라. 초기 시설 투자비용이 높은 유리온실이 비닐하우스보다 휴경율이 3%정도 낮음

 마. 단동형 비닐하우스가 연동보다 휴경율이 18%정도 높으며, 평균 휴경 일 수는 41일

○ 여름철 고온기 시설종류별 휴경 실태

바. 휴경 이유는 고온과 작기 전환이 89%

○ 휴경 기간과 금후계획                    단위 : 농가수(%)

사. 차광망은 유리온실 75.4%, 비닐하우스 39.7%로 전체 시설의 56.0% 설치 됨

 아. 지붕살 수는 막대한 지하수와 많은 운영비가 소요되고, 냉방 효율은 낮아 이용저조

○ 고온극복을 위한 냉방설비 현황

자. 차광율 50%이상에서는 시설내 기온하강 효과는 있으나, 전일 차광에서는 작물 생육이 억제됨

○ 차광 율과 환기에 따른 기온

※ 농가보급형 유리온실 : 380평, 자연환기회수 : 15회/시간, 57지역평균값

※ 권장 차광율 : 전일 차광 35~40%, 수시 차광 50~70%

 차. 유리온실 환기는 천창과 측창의 자연환기와 환기팬과 유동팬을 이용한 강제환기, 비닐하우스에는 천창과 측창의 자연환기가 90%이상

○ 시설종류별 환기실태                    단위 : 농가수(%)

 카. 유리온실의 차광망은 알루미늄 스크린 71.7%, 비닐하우스에는 흑색망사 79.3% 사용

 타. 차광율은 농가마다 큰 편차를 보이고 있으며, 평균 57.6% 임

 파. 차광망 설치방식은 유리온실이 100% 내부커튼, 비닐하우스는 내부커튼 41.4%, 외부커튼 58.6%

○ 시설종류별 차광실태

Ⅱ. 시설원예 냉방 필요성 및 작물 생육환경

1. 시설원예 냉방 필요성

 가. 시설의 주년이용과 고품질 생산

 나. 연중 계획적인 재배와 출하

 다. 강광 조건으로 작물생육 촉진, 조기수량증가 및 조기출하

 라. 습도가 높고 온도가 낮아져 병해충 발생 억제

 마. 노동 환경 개선으로 작업 능률 향상

2. 원예작물의 생육환경

 가. 시설작물의 적정 생육온도

○ 시설채소 및 시설화훼의 적정 생육온도                                (단위 : ℃)

나. 시설 작물의 적정광량 및 최고한계 차광율

○ 시설채소 및 시설화훼의 적정광량 및 최고한계 차광율

다. 여름철 원예작물의 수량에 미치는 주요 환경요인

  1) 작물의 생육수량에 미치는 환경요인은 기온·지온·일사량·습도 등이 요인들이 복합적·상호 의존적으로 작용

  2) 여름철 시금치 생육과 환경을 편상관 분석 결과 결정계 수가 지온(0.71)>일사(0.45)>기온(0.07) 순으로 지온이 중요변수

○ 여름철 시금치 수량에 미치는 주요환경요인분석

. 작물의 고온장해 발생기구

 가. 고온장해의 개념

  1) 대부분의 작물은 45℃ 이상에서는 생육할 수 없지만, 종자는 120℃, 꽃가루는 70℃, 선인장은 60~65℃에서도 견딜 수 있음

  2) 고온장해란 생육온도보다 높은 온도에서 발생하는 열해(熱害)이며, 온도가 너무 높아 생육한계온도 이상이 되면 열사(熱死)

 나. 고온장해를 일으키는 한계온도와 감수성

  1) 고등식물의 생육최적온도는 10~35℃의 범위

  2) 토마토, 오이, 가지는 45℃이상 온도에서 지속시간이 길수록 고온장해 증상이 심함

  3) 고온장해에 대한 감수성은 식물의 종류·기관의 발육단계에 따라 감수성이 다름

  4) 토마토는 40℃ 정도의 온도에서 잘 견디지만, 생식기관은 심한 장해를 받을 수 있음

  5) 꽃가루 발아의 고온한계는 토마토와 가지 35℃, 오이 40℃, 꽃가루관 신장은 각각 32.5℃ 및 30℃ 정도가 실용적 한계

  6) 딸기는 40℃ 이상의 고온에 의해 수꽃의 임성이 저하되며 개화기에 고온 영향을 받기 쉬움

  7) 고온에 의한 생육장해는 로젯트, 블라인드 현상과 같이 식물의 형태 형성 등에서 볼 수 있는 질적인 면과 생육지연, 품질저하 등에서 볼 수 있는 양적인 면으로 크게 구별

  8) 고온에 의한 생육장해는 여름철 고온기에 발생하는 것이 대부분, 겨울철 낮 동안의 환기나 야간온도 설정이 부적절한 경우에도 연약 도장 등의 고온 생육장해 발생

 다. 고온장해의 발생기구

  1) 생체막 지질의 장해

   가) 무기이온 유출

   나) 엽록체의 ATP 생성 억제

   다) 단백질의 변성

  2) 광합성 장해

   가) 광호흡 증진

   나) 광합성과 호흡이 모두 감소

   다) 물질이 분해될 때 생성되는 암모니아가 독성물질로 작용

  3) 증산 장해

   가) 증산과 증발이 모두 많아져 수분부족 현상 초래

   나) 뿌리로부터의 수분흡수보다도 잎의 증산이 과다하여 위조 유발

   다) 증산에 따른 기화열로 잎의 온도(엽온) 저하

   라) 증산억제제나 ABA 처리에 의해 기공이 폐쇄되어 증산 억제

  4) 뿌리 장해

   가) 뿌리의 생장 및 양·수분 흡수 저해

   나) 뿌리의 호흡활성 저하

 라. 내열성

  1) 식물의 내열성은 종류에 따라 다름

  2) 식물은 증산작용이나 잎의 수광면적을 줄여 엽온을 조절하여 고온장해를 회피, 잎에 털이 많으면 광을 반사하여 고온장해를 줄일 수 있음

  3) 열충격단백질(heat shock protein)

   가) 작물에 온도를 급격히 상승시켜 40~50℃의 열충격을 주면 새로운 내열성 단백질이 생성되어 내열성 증가

   나) 열충격단백질의 역할은 불명확하나 핵이나 엽록체에 분포하며, 세포막의 포화지방산 생성이나 단백질의 안정성을 높여주는 것으로 보임

   다) 열충격 단백질은 수분부족, ABA처리, 상처, 염류장해에도 발생, 식물은 한 가지 스트레스를 받으면 다른 스트레스에도 저항 할 수 있는 능력 형성

Ⅲ. 여름철 고온 극복 기술

1. 증발냉방 기술

 가. 증발냉방 원리

                                        냉방 모식도

                                       내 증발 냉방 배기팬

1) 물이 증발하여 기체로 될 때 약 580Kcal/ℓ의 열을 흡수하여 냉각

  2) 시설내 건조 공기가 미세 물입자(Fog)와 접촉하여 열에너지를 흡수·증발 시킴과 동시에 냉각

  3) 냉방효과는 건구·습구 온도차가 크고 상대습도가 낮을수록 효과적

 나. 증발냉방 효율

  1) 냉방효율은 외기의 습구온도까지 냉각

  2) 환기의 한계와 시설내 포화 상대습도 유지가 어려워 습구온도 보다 2~3℃ 높음

  3) 증발냉각효율은 외기 습구온도의 약 85%

 다. 증발냉방 설계

  1) VETH (Ventilation Evaporation Temperature Humidity) 선은 시설내 기온 및 상대습도로 환기율과 실내 증발산율의 관계 추정

  2) 환기율(실선)과 실내 증발산율(파선)의 교점이 기온 및 상대습도

  3) 증발냉방 설계

   가) VETH선도①에서 기온 30℃유지 위해 환기율이 1.5~4.0㎥·m^-2·min^-1의 경우 실내증발산율은 14.8, 15.3, 17 및 18g·m^-2·min^-1

   나) VETH선도①과 1/2차광온실②를 비교하면 차광에 의해 환기율과 증발산율이 낮음

   다) 시설면적 300㎡의 환기팬 소요대수

    ◆환기율1.5㎥·m^-2·min^-1이면 환기풍량은 1.5㎥·m^-2·min^-1×300㎡=450㎥·min^-1이므로 풍량 220~240㎥·min^-1의 환기팬 2대

   라) 토양과 식물에서 증발산량은 약 5~10g·m^-2·min^-1

   마) 시설면적 300㎡의 증발량은 실내증발산율 14.8g·m^-2·min^-1이고 평균증발산율 7g·m^-2·min^-1 경우 전체의 증발량은 (14.8-7)×300=2,340g·min^-1

   바) 시설면적 300㎡의 노즐 수

    ◆노즐분무량이 100㎖·min^-1, 증발비율이 0.5일 때 2,340÷100÷0.5=47개

라. 증발냉방 방법

  1) 세무(Fog) 냉방 시스템

가) 고압노즐에 의한 분무방식

    ① 고압노즐 시스템 구성

                                        노즐 분무 시스템 모식도

㉮ 시설 상부에서 50㎛ 이하의 미세 물입자(Fog)를 분사하여 기화된 더운공기를 환기팬으로 배출

     ㉯ 노즐 분무량은 50~150㎖·min^-1로 미세 입자일수록 기화 용이

     ㉰ 분무 물 입자를 작게 하기 위해 노즐의 구멍을 작게 하면 압력이 높아져 누수 우려

     ㉱ 시설면적 10a당 120~180개의 분무노즐 소요

     ㉲ 포그 노즐에 동력분무기(7~15kg·cm^-2)를 이용 압력 분무

     ㉳ 세무(Fog)분무는 환기창을 열어 두고 일정한 간격 작동

     ㉴ 과잉분무 방지를 위해 작동을 1분 전후로 하고 정지시간을 조정하여 분무량 조정

     ㉵ 작물에 약간의 세무(Fog)가 부착되지만 맑은날에는 1~2분이면 증발

     ㉶ 분무 1분, 정지 4분으로 하면 1시간 분무량은 10a당 600ℓ

    ② 노즐배치 및 간격 조정 요령

     ㉮ 분무 입자의 직경이 25㎛ 이하이면 노즐의 설치 높이는 2m이상

     ㉯ 분사방향은 충분한 낙하거리를 확보할 수 있도록 수직 상향

     ㉰ 측창에서 유입되는 바람에 의한 분무 입자의 쏠림 현상을 고려하여 주풍향측의 측창쪽에 최대한 근접 설치

     ㉱ 노즐의 분사폭을 고려하여 옆 노즐의 분사에 영향을 주지 않는 범위에서 1동당 2~3개의 급수라인 설치

   ③ 유지 관리 요령

     ㉮ 노즐에 공급되는 물속의 이물질에 의한 마모를 방지하기 위해 반드시 필터를 설치

     ㉯ 분무 종료 직후 수압 때문에 일시적으로 물방울이 떨어지는 현상 발생방지용 드롭방지시스템 설치

     ㉰ 노즐에서 분무되는 수량은 분무압력에 비례하므로 압력이 일정하게 유지되도록 관리

     ㉱ 물이 분사될 때 압력에 의해 노즐이 흔들리게 되므로 노즐의 분사각도를 수시 점검

     ㉲ 사용않는 기간에는 압력 펌프와 노즐, 배관 내부의 물을 완전 제거

   나) 물입자 미립화장치

   물을 미립화 하는 노즐은 많은 종류가 있으나 증발 냉각용 분무노즐로서 이용되는 형태는 다음과 같음

    ① 압력형 노즐 : 직접 가압 분무 노즐

     ㉮ 단공노즐 : 원형의 작은 구멍이 뚫려 있는 가장 간단한 형태이며, 분무각이 15° 이내, 노즐 구멍 판부를 얇게 하고 내부에 와류실을 만들어 분무각을 키우고 미립화

     ㉯ 선형 분무노즐 : 노즐내부에서 서로 반대 방향의 두 흐름을 충돌시켜 노즐 출구에서 부채꼴 형태의 분무가 되도록 한 노즐로 분무단면의 형태가 일직선의 선형

     ㉰ 디플렉터형 노즐 : 압력노즐에서 분출되는 액체가 디플렉터(deflector)나 포펫(poppet)에 부딪히게 하여 미립화 분무

    ② 2류체 노즐 : 고속의 기체를 노즐의 외부 또는 내부에서 분사액체에 충돌시켜 분무, 다른 노즐보다 더욱 미세화된 분무립을 형성하며, 공기압축 때문에 미립화 에너지 소요량이 큼

○ 분무장치(노즐)별 평균입경

다) 회전 분무방식

    ① 회전 분무 시스템 구성

  

                     회전분무 모식도                                    회전분무 시스템

      ㉮ 원심회전식 분사방식과 충돌핀에 의해 분사 입자가 초미립으로 분사되며 송풍팬에 의해 분사면적이 넓고, 회전자에 의해 넓은

         면적을 고르게 분사함

     ㉯ 구조는 입자를 초미립화 시키는 충돌핀, 분사입자를 원거리 송풍시켜주는 송풍팬, 분사각도를 넓혀주는 회전자와 물 이송 펌프

         로 구성

     ㉰ 사용용도에 따라 분무입자 및 분사량 조절이 가능

     ㉱ 평균 분무립경은 20~40㎛이나 최근 15㎛ 이하의 장치 개발

     ㉲ 분사량 조절이 가능(6~60 ℓ/hr)하고 분사각이 크고 균일 분사 가능

     ㉳ 연무장치와 송풍팬을 별도로 작동시킬 수 있으므로 송풍팬만 작동시켜 공기 유동팬 역할

   ② 회전분무 냉방기 설치요령

     ㉮ 냉각기의 중량을 견딜 수 있는 견고한 곳에 설치

     ㉯ 시설중앙에 작물 닿지 않는 범위의 높이에 설치

     ㉰ 급수호수를 연결파이프와 연결

     ㉱ 본체의 밸브로 분사량 조절

     ㉲ 화재나 감전의 위험이 있으므로 전기에 직접 분사하지 않도록 설치

     ㉳ 회전분무기 이동시 회전자를 손잡이로 사용 엄금

     ㉴ 장기간 사용 않는 경우 전원플러그를 뽑고, 급수밸브를 열어 퇴수

  2) 패드 앤드 팬 냉방시스템

  가) 패드 앤드 팬 시스템 구성

① 패드를 통과한 미세 물입자가 약 580Kcal/ℓ의 열을 흡수하여 냉각②

    ② 시설내의 상대습도가 낮을수록 냉방효율 향상

    ③ 온실 폭이 길면 냉각 공기가 통과중에 온도가 상승하여 냉방효율 저하 (적정 온실폭 30m)

    ④ 패드의 모양은 증발냉각의 효율을 높이기 위하여 벌집모양을 이루고 있으며, 이를 통과 후에는 극 미립자 상태로 증발냉각

    ⑤ 패드는 내구성과 통기성에 문제가 있어 플라스틱 사용

    ⑥ 패드의 두께는 5, 10, 15, 30cm단위로 시판되고 있는데 10cm가 보편적

    ⑦ 배기팬은 120×120cm를 이용하며, 배기용량은 650㎥·min^-1

    ⑧ 사용 물량은 패드 길이가 1m이고 두께가 10cm이면 6.2ℓ·min^-1

    ⑨ 패드 1㎡당 30.6ℓ로 산정하여 물탱크 용량 결정

  

                    패드 설치                                        배기팬 설치

나) 패드 앤드 팬 설계 기준

   온실 체적 : 환기량 : 패드 체적비 기준 ⇒ 1㎥ : 2㎥/min^-1 : 0.0015㎥

    ① 패드 앤드 팬 1열 설치의 경우 (폭 7m, 길이 100m 4연동 유리온실) 온실폭 28m(7m×4연동), 길이 100m, 측고 2.5m, 동고 3.5m, 면적 2,800㎡

    ◆ 온실 체적 : 8,400㎥(28×100×3) ---- A(체적비기준)

    ◆ 필요 환기량 : 16,800㎥·min^-1(A×2)

        환기팬 120cm(650㎥·min^-1) : 16,800㎥·650㎥ = 25.8 ⇒ 26대 필요

    ◆ 필요 패드 체적 : 12.6㎥(A×0.0015)

        패드두께 10cm사용 : 0.1m(두께)×1.3m(폭)×100m(길이) = 13㎥

 ② 패드 앤드 팬2열 설치의 경우(폭  9m, 길이 100m 9연동 유리온실)

       온실폭 81m(9m×9연동), 길이 100m, 측고 3m, 동고 4.5m, 면적 8,100㎥

    ◆ 온실 체적 : 30,375㎥(81×100×3.75) ---- A(체적비기준)

    ◆ 필요 환기량 : 60,750㎥·min^-1(A×2)

        환기팬 120cm(650㎥·min^-1) : 60,750㎥/650㎥ = 93.4 ⇒ 94대 필요

    ◆ 필요 패드 체적 : 45.56㎥(A×0.0015)

        패드두께 15cm사용 : 0.15m(두께)×1.5m(폭)×200m(길이) = 45㎥

다) 설치 요령

    ① 패드와 팬은 원칙적으로 서로 대항하도록 설치하되 온실의 구조 및 상황에 따라 위치 변경(공기 순환이 정체되지 않도록)

    ② 패드와 팬의 거리는 20~35m가 적당하고 부득이한 경우 설계기준에 합당하도록 패드의 체적과 팬의 용량을 가감적용

    ③ 팬과 팬의 설치간격은 7.6m 이내

    ④ 급수관 배관

      - 파이프재질 : PVC·PE관

        패드길이 15.2~18.3m일 때 Ø38mm

        패드길이 18.3m 넘는 경우 구간 분리

      - 급수파이프 : 5~7.6cm마다 Ø3mm 구멍을 뚫고, 패드 상부 덮개판 내부에 위치

    ⑤ 패드 하부에 회수용 물홈통을 설치하고 길이에 따라 적정한 기울기로 집수

    ⑥ 상부 덮개판과 물홈통은 조립식으로 하면 급수 및 회수라인의 사후 관리가 가능

    ⑦ 팬 용량은 설계 기준에 맞도록 결정하되 가능한 팬의 날개 길이가 길고 회전수가 적은 것으로 선정

    ⑧ 패드 및 팬은 온실의 양측면에 각각 밀착 설치

   라) 패드 앤드 팬의 관리 및 운용

    ① 관리

     ㉮ 순환수의 계속된 증발로 잔류수에 미네랄 함량이 높아져서 패드에 축적되면 효율이 떨어지므로 순환수를 1~2회/주 교환

     ㉯ 순환수는 pH6~7 정도의 중성 유지

     ㉰ 물탱크 및 패드에 균이 발견될 경우 클로라이드나 HTH, PACE(Calcium Hypochlorinodes) 정제로 살균

     ㉱ 패드에 물이끼 발생시 차아염소산 나트륨 10% 용액 주입이나 패드 표면에 살포

     ㉲ 월 1회 정도 급수 및 회수라인의 청결 유지

     ㉳ 패드를 사용 않을 때에는 완전히 건조시켜 흑색 비닐로 밀폐 보관

    ② 운용

     ㉮ 처음 가동시 팬이 정지한 상태로 충분히 패드에 급수하여 급수와 회수 라인내의 이물질 제거

     ㉯ 효율을 높이기 위해 팬을 2~3분간 작동한 후 패드에 급수되도록하며 가동을 멈출시 급수를 먼저 중단되고 팬이 2~3분간 더 작동한 후 정지되도록

     ㉰ 가동시는 외부 공기는 패드를 통과해 유입되고 팬을 통해 배출

     ㉱ 패드에 급수되는 용수는 청정수 사용

     ㉲ 습도 센서를 활용하여 급수 및 환기량 정밀 조절로 냉방 효율 향상

  3) Water curtain식 냉방 시스템

   가) 시설내의 온도 구배와 작물체의 젖음 현상 적은 방식

   나) 시설내 커튼 설치하고 커튼과 지붕사이에서 세무(Fog) 분무

   다) 외부공기는 천창에서 유입되고 가습 냉각 공기는 측면 커텐하부 유입

   라) 양측면의 환기팬에 의해 환기

   마) 구조는 수막시설과 유사하고 분무량을 늘이면 겨울철 수막보은 병용

                                 Water curtain식 세무냉방 시스템

2. 차광냉방 기술

가. 차광냉방 원리

시설 외부 흑색 차광망(40%) 설치시 : 60%열에너지 시설내 유입

시설 내부 흑색 차광망(40%) 설치시 : 90% 열에너지 시설내 유입

시설 내부 은색필름 차광망(40%) 설치시 : 70% 열에너지 시설내 유입

1) 차광재료로 PE 섬유를 직조한 흑색 차광망을 주로 이용하고, 이 자재는 광 방사에너지를 흡수하는 축열 특성으로 시설내 기온저하에는 큰 영향을 미치지 못하나 지온 및 작물체온 하강효과가 있음

  2) 보온피복자재로 활용도가 증가하고 있는 알루미늄 필름류는 열선을 효과적으로 차단할 뿐만 아니라 햇빛과 열을 반사하여 차광, 차열효과가 높아 흑색 차광망에 비해 시설내 기온상승 억제효과가 높음

  3) 여름철 고온기에 시설외피복재로 황토, 또는 석회를 도포하기도 하였으나, 최근에는 거의 활용되지 않고 있음

 나. 차광냉방 효율

  1) 은색 필름(알루미늄 증착필름)을 설치한 비닐하우스가 무차광 하우스보다 기온은 3.1℃, 지온은 2.1℃의 온도하강효과

  2) 흑색 차광망과 은색차광망 하우스의 지온 하강효과는 유사하였고, 기온은 흑색보다 은색이 2.3℃ 낮음

 다. 차광망 설치 방법

  1) 전일고정 차광

    가) 외부 차광의 경우 차광망의 설치 위치는 시설 외피 복재에서 30cm이상 떨어뜨려 설치하는 것이 온실 내부 설치보다 온도하강 효과 높음

   나) 여름철 차광자재를 이용한 작물재배는 차광율이 높을수록 온실내 기온과 지온 및 작물체온이 낮아져 작물생육이 양호해지지만, 차광율이 50%를 넘을 경우 일조부족으로 생육후반은 연약하게 되면서 후기 생육이 억제되어 결과적으로 수량도 떨어 질 수 있음

   다) 차광시설의 설치기간은 작물의 종류에 따라 다르나 일사량이 강한 7월중하순부터 8월 상순까지 차광하는 것이 보편적임

   라) 7~8월의 여름철 차광 재배시 고정차광율은 40~50% 전후

 2) 일사량에 따른 자동 차광

   가) 전일고정 차광은 여름철 일사량이 높을 때에는 어느 정도 효과적이나 우기 또는 구름이 많을 경우에는 작물이 광 부족 현상으로 도장되거나, 낙과, 낙화가 되어 작물의 생산성 저하

   나) 일사량에 따른 자동차광은 작물이 요구하는 광 포화점 수준의 일사량을 일정하게 공급하고 광 포화점 이상으로 일사량이 과다할 때에만 자동으로 수시 차광하여 시설내 온도를 하강시킬 뿐만 아니라 작물의 수량과 상품성을 향상시키는 기술

   다) 시설 내부 커튼을 설치하고 여기에 자동개폐기에 부착하여 일정한 일사량(오이의 경우, 외부의 광도가 600W 이상)이 되면 자동적으로 차광망이 닫히도록 설치

   라) 자동차광장치로는 커튼 자동 개폐기(DC 24V)와 개폐 제어기기 필요

  

         일사량에 따른 커튼 자동개폐기               일사량에 따른 커튼 자동 개폐 모습

3. 환기냉방 기술

가. 환기냉방 원리

  1) 자연환기

   ◆ 자연환기에서는 외부에서 유입되는 공기의 저항 등을 받지 않고 쉽게들어 올 수 있는 것에 따라 환기 유효면적 변화

   가) 완전 개방형 환기창

    ① 연질필름을 사용하는 비닐하우스의 권취식 천창이나 측창 형태

② 시설내로 공기가 유입될 때 압력손실, 풍속, 마찰저항함수의 관계

◆ 압력손실(ΔP) 환기창면적(A) 제곱에 반비례

    ◆ 환기창 면적을 다소 증가시키면 환기능력이 크게 향상

   나) 환기창 전면 환기

    ① 와이드스판형 온실은 길이방향 연속형 천창

    ② 벤로형 온실은 작은 크기의 천창을 교차되게 설치한 분산형 천창

2) 강제환기

   가) 자연환기로 만으로는 시설내 온도를 낮추기 어렵거나 다연동 하우스와 같이 환기율이 낮은 시설에 적용됨

   나) 강제환기의 능률은 환기횟수에 따라 높아지지만 흡입구의 크기나 형상에 따라 달라지며, 외부 바람의 풍속에 따라서 달라짐

   다) 환기에 의한 실내기온의 하강효과는 실내 습도에 영향을 받으며 투과되는 일사량과 현열 발생량에 따라 달라짐

   라) 강제환기는 환기팬의 크기와 모터의 출력에 따라 영향을 받으며, 환기팬의 크기와 정압에 따라 환기량 결정

   마) 팬의 날개 직경이 100cm 일 때 배출되는 풍량은 정압이 없는 상태에서 250㎡·min^-1 이상이지만 흡입구가 적어 정압이 발생하면 풍량 감소

   바) 환기팬 풍량곡선(P-Q곡선)에서 보는 바와 같이 흡입구가 1.0×1.0m 일 때 330㎥의 풍량에서는 정압으로 인해 실제 통풍량이 300㎥가 되며, 250㎥의 경우 실제 통풍량은 220㎥ 정도임

나. 환기장치 종류

  1) 자연환기

   가) 환기창 형태

       ① 권취식

· 비닐하우스의 지붕이나 측벽 하부에서 원하는 위치까지 감아올려서 개폐하는 방식

· 환기효과가 우수하나 개폐축의 휨 현상이 발생할 수 있음

② 프로젝트식

    

· 유리온실이나 경질판온실의 지붕이나 측벽에 창틀을 설치하고 밀어 올려 개폐 

· 외부 바람에 의한 풍력환기 효과는 다소 떨어짐

③ 3-Way식

· 유리온실이나 경질판온실의 측창으로 주로 사용되고 환기창의 2/3가 열리는 방식

· 외부 바람에 의한 풍력환기 효과가 우수

④ 연속형 천창

 · 와이드스판형 유리온실에 사용되며 지붕면 길이방향으로 연속형 창틀을 설치하여 개폐하는 방식

· 일반적으로 사용되는 형태로서 열리는 각도를 크게 하여 환기효과 향상 필요

⑤ 분산형 천창

· 벤로형 유리온실에 사용되며 작은 크기의 창틀을 지붕면 전체에 분산 배치하여 개폐하는 방식

· 창틀의 전면과 측면 환기를 동시에 할 수 있어 환기효과 높음

⑥ 패널굴절식

· 양지붕형 온실의 천창으로 사용되며 지붕면의 50% 이상이 개폐되는 방식

· 환기에 의한 냉방효과가 우수

⑦ 풀오픈식

· 벨기에, 미국 등에서 개발한 형태로 지붕 전체가 개폐되는 방식

· 환기효과가 우수하나 경제성이 떨어지고 바람에 의한 영향이 큼

나) 환기창 개폐방식

① X형 개폐암 방식

· 천창 및 측창으로 사용되는 방식으로 X자형 개폐암을 회전축에 고정시킨 방식

· 사용횟수가 많아지면 회전축 고정 부위에 미끄러짐 현상 발생

② 랙앤피니언 방식

· 유리이나 경질판 온실의 천창 및 측창으로 랙과 피니언을 이용하여 개폐하는 방식

· 비교적 안정적으로 작동되고 마모가 적은 재질 사용이 필요함

③ 스윙 방식

· 벤로형 유리온실의 천창으로 사용되며 다지점 개폐암과 랙앤피니언을 이용하여 개폐

· 개폐축이 회전하지 않고 랙앤피니언에 의해 수평으로 작동되므로 부하가 적음

 3) 강제환기

   가) 환기팬의 종류

 

 

② V벨트식 환기팬

④ 상하유동팬

다. 환기설계

  1) 자연환기

   ◆ 온도차에 의한 중력환기와 바람에 의한 풍력환기로 구성되어 있어 각각의 환기량이 극대화 되도록 설계

   ◆ 자연환기를 위한 환기창은 넓을수록 좋으며, 일반적으로 풍속이 2m/s 이상일 경우는 풍력환기, 1m/s 이하에서는 중력환기에 의해 환기가 이루어지며 1~2m/s에서는 환기창의 위치와 풍향에 따라 풍력환기와 중력환기비율이 변함

   가) 중력환기

    ① 환기구 설치 : 실내온도를 균일하게 하기 위하여 천창, 측창 등 환기창을 전체적으로 균일하게 설치

    ② 권취식 비닐하우스 : 환기구의 면적을 충분히 넓게하지 않으면 환기율이 작아 처마 또는 천장에 환기구 설치가 효율적

    ③ 다연동 유리온실 : Venlo형과 같은 다연동 온실은 대부분 천창을 통하여 환기, 천창을 충분히 넓게 하는 것이 효율적

   나) 풍력환기

    ① 환기구 설치 : 바람이 불어오는 쪽(정,풍상측) 또는 바람이 지나가는 쪽(부,풍하측)에 따라 풍압 및 부압을 고려하여 공기가 유입 또는 유출되도록 설치

    ② 풍향과 환기 : 풍향이 온실의 직각일 경우 풍상측(정)의 천창을 닫고 풍하측의 천창(부)을 여는 것이 원활하게 공기가 배출되도록 하는 방법

    ③ 천창면적과 안전성 : 천창의 면적이 넓을수록 환기에 유리하며 강풍을 고려하여 구조적 안전 설계

    ④ 다연동온실의 천창 : 측창의 환기효과는 크지만 3연동 이상 연동수가 많아질수록 측창보다 천창에 의해 환기

  2) 강제환기

   ◆ 강제환기 설계는 기본적으로 자연환기와 마찬가지로 온도차 및 풍속을 유효하게 이용하도록 환기팬의 크기나 대수 등을 결정해야 함

    가) 환기팬의 종류

    ① 풍량형 환기팬 : 출력의 크기에 비하여 날개가 크며, 통상적으로 직경 80~120cm로 정압이 10mmAq 정도에서 풍량이 거의 0, 통풍저항을 줄이기 위해 환기구를 크게 만들어 통풍량을 증가시키는 배기용 환기에 적합

    ② 풍압형 환기팬 : 출력의 크기에 비하여 날개의 직경이 풍량형보다 작고 풍압형 환기팬은 비교적 풍량의 감소가 적지만 풍량형 환기팬에 비해 출력이 작음, 풍압형 환기팬은 증발냉각용 환기팬이나 덕트를 사용한 배기/흡기용으로 사용

   나) 환기팬 필요 대수

    ① 환기팬 대수 : 온실에 필요한 전체 환기량을 환기팬의 풍량으로 나누어 구하고 흡기구의 크기, 구조 등으로 결정되는 내부정압에 대한 가동 풍량은 사용 환기팬의 성능곡선(정압-풍량곡선)을 이용하여 구할 수 있음

    ② 공칭풍량과 가동풍량 : 원칙적으로 0mmAq 에서의 환기팬의 풍량을 사용하지만 온실의 경우는 0 mmAq가 되지 않기 때문에 가동풍량은 정압 3 mmAq를 사용

   다) 환기팬 설치 위치

    ① 고온기 주풍향의 풍하측에 설치하는 것이 바람직, 풍상측에 설치하면 풍압이 걸리기 때문에 송풍량이 10% 정도 감소

    ② 초장이 높은 작물이 무성할 경우, 작물의 열에 따라서 공기가 유동하도록 한쪽 면에 환기팬을 설치한다. 단, 온실의 길이가 50m이상일 경우는 양측에 설치하여 양쪽으로 배기하도록 하고, 흡기구는 중앙 천장 또는 양측벽에 설치

    ③ 온실간격이 좁은 경우는 한쪽 온실의 배기가 다른 온실로 유입되지 않도록 배기구를 서로 마주보게 하거나 한쪽을 위로 향하게 함

   라) 흡기구의 위치 및 면적

    ① 흡기구의 위치 : 온실내의 공기유동이 균일하도록 환기팬의 반대편에 설치 또한 유입공기는 작물사이를 평행하게 이동할 수 있도록 하고 겨울철에는 차가운 공기가 작물에 직접 접촉하지 않도록 주의

    ② 흡기구의 면적 : 흡기구 면적을 작고 복잡하면 정압이 증가하고 유효면적이 감소하기 때문에 풍량이 현저하게 감소하게 된다.

        일반적으로 흡기구의 면적은 환기팬 면적의 약 2배 정도

○ 농업용 강제환기팬 기준

4. 히트펌프(Heat pump) 냉방 기술

 가. 히트펌프 원리

1) 기체에서 액체로 응축 과정중에 방출되는 열과 액체에서 기체로의 증발 과정에 주위로부터 흡수되는 열을 이용

  2) 압축기를 구동시켜 냉매를 순환시키고 열교환기에서 냉매와 주위의 온도 차이에 의해 열교환으로 저온에서 고온으로 열을 전달

  3) 증발기에서의 흡수열(증발잠열)을 이용하면 냉방장치, 응축기에서의 방출열(응축잠열)을 이용하면 난방장치로 냉·난방 겸용장치

  4) 히트펌프 냉방장치는 증발기에서의 흡수열량을 이용

    - 증발기측(온실내)의 공기온도 : 15~30℃, 응축기측(실외)의 공기온도 : 25~35℃

  5) 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 4-way 밸브 등으로 구성

  6) 냉매(프레온)가 압축기→응축기→팽창밸브→증발기→압축기내 순환

   가) 압축기 (콤프레서)

    - 전기석(전기모터), 엔진식(경유,증유)

    - 압축기를 이용하여 기체상태의 냉매를 압축

    - 저온·저압(-20℃,3기압)의 포화증기(기체)→고온·고압(120℃,18기압)의 과열증기(기체)

   나) 응축기 (열교환기)

    - 과열증기 상태의 냉매를 응축시켜 열(응축잠열, QH) 방출

    - 과열증기(기체) → 포화액체(액체)

   다) 팽창밸브(모세관)

    - 밸브 또는 단면적이 좁은 통로로 압력 강하 이루어짐

    - 포화액체(액체)→미립화 액체(액체+증기의 혼합상)

   라) 증발기(열교환기)

    - 냉매를 증발시켜 열(증발잠열,QL)을 흡수

    - 미립화 액체(액체+증기)→포화증기(기체)

   마) 4-way 밸브

    - 냉매의 흐름을 바꾸어 주는 역할

    - 증발기→응축기, 응축기→증발기로 변환

 나. 히트펌프 방식

  1) 온실내 열 공급 방식에 따른 분류

   가) 냉수 방식

    ① 온실내에 설치한 물-공기 열교환기에 냉수를 흘려 냉방

    ② 물-물형(증발기와 응축기 모두 물과 열교환), 공기-물형

   나) 냉풍 방식

    ① 증발기측에 냉풍 흡출구 덕트를 설치하여 냉풍에 의해 냉방

    ② 물-공기형, 공기-공기형

  2) 증발기과 응축기의 사용 열원에 따른 분류

   가) 공기 열원 : 외기, 배기, 주간의 온실내 잉여열

    - 추운 지역일수록 COP는 낮아짐

   나) 물 열원 : 지하수, 배수

    - COP는 공기 열원 방식보다 높으나 지하수가 풍부한 지역, 지하수 공급상 규제가 없는 지역, 배수 이용이 가능한 지역에 한정

  3) 축열수조의 유무에 따른 분류

                                             물 열원 히트펌프 냉·난방시스템

4) 보조 냉·난방 사용 여부에 따른 분류

           물 열원 히트펌프 냉·난방시스템

                            공기 열원 히트펌프 냉·난방시스템

다. 히트펌프 효율

                            태양열 이용 히트펌프 냉·난방시스템

1) 히트펌프 효율은 성능계수(COP:Coefficient Of Performance)로 표시

냉방성능계수(COPc) =	출력	=	QL (구한에너지)	=	QL
	입력		W (전기에너지)		QH - QL

  2) 난방성능계수(COPh) = 냉방성능계수(COPc)+1

5. 근권부 냉각 기술

가. 근권부 냉각 방법

1) 양액조 양액 냉각 방법

  가) NFT, DFT, 분무경과 같은 순수경에 사용

  나) 양액탱크내에 열교환기나 파이프, 튜브 등을 설치하고 지하수나 냉각기로 냉각수를 순환시켜 양액을 직접 냉각

  다) 양액을 직접 냉각하기에 냉각에 의한 작물생육 효과는 높지만, 양액량이 많을 경우 냉각부하 증가로 냉각효율이 떨어짐

  라) 양액비료염에 의한 냉각관의 부식을 막기위해 PPT관이나 XL관을 주로 사용하고, 열효율을 위해 알루미늄이나 스테인레스 관을 사용할 경우 표면을 코팅

  2) 배지 냉각 방법

  가) 암면, 펄라이트 등 고형배지를 이용하는 수경방식에서 활용

  나) 열교환 냉각파이프를 배지상·하부 혹은 내부에 배관한 다음 지하수나 냉각기로부터의 냉각수를 순환

  다) 양액을 직접 냉각하는 방식에 비해 상대적으로 근권냉각 효과는 빠르지 않으나, 배지용량이 작고 일정하기 때문에 시설 전체에 고른 냉각효율을 기대할 수 있음

  라) 설치비용은 평당 3,400원으로 대규모 시설에 적합하며 겨울철 난방 배관으로도 활용 가능하여 이용효율이 높음

   

     양액조내 냉각관에 의한 양액냉각                  냉각관을 이용한 배지 냉각

나. 근권부 냉각 효율

  1) 냉각수는 주로 지하수를 이용하며, 필요시 히트펌프와 같은 냉각기로 냉각수온을 조정하여 사용

  2) 지하수와 히트펌프의 양액냉각 효율은 32.1℃의 양액을 지하수 이용시 26.6℃, 히트펌프 이용시 22.4℃까지 냉각 가능

  3) 지하수의 온도는 14~16℃범위로 저온일수록 냉각효율 높음

  4) 지하수(16℃)를 1일 8시간 양액냉각으로 6.6℃까지 낮춤

  5) 화훼, 채소류의 적정 근권온도인 25℃전후가 효과적

  6) 냉각파이프의 재질 및 종류에 따라 냉각효율 5~11.5℃ 차이 발생 : 알루미늄 > PE, 외겹 > 복겹, 역회수 > 직회수

  7) PE, 알루미늄, 이중관식 역대류형 냉각관의 냉각부하(용량)는 각각 41%,70%,81% 정도

  8) 양액온도가 24℃이면 작물체온 평균 0.6℃, 최대 1.5℃ 낮출 수 있음

  9) 중북부 지역에서 10a 규모시설에서 시간당 22,694 칼로리(95kJ/hr:양액냉각부하)가 필요

  10) 10a 규모시설에서 냉각을 위한 소요 지하수 용량은 최대 2㎥/hr

  11) 지하수만으로는 적정 양액온도 조절이 어려워 시설의 차광과 지상부 냉방과 병행

  12) 냉각효율은 냉각관 표면적이 클수록 유속이 빠를수록 효과적

 

                             양액 냉각 처리에 따른 장미 뿌리 상태

 다. 근권부 냉각 설계(배지 냉각 10a 기준)

  1) 냉각관의 주관은 직경 50mm, 지관은 직경 20mm의 PPC관으로 하고 지관과 베드내 냉각관을 연결구로 단단히 연결하고, 주관과 지관은 알루미늄 재질의 단열재로 피복

  2) 베드하부나 상부에 설치하는 냉각관은 직경이 20mm인 XL 파이프 사용이 편리

  3) 냉각관을 베드 상부에 설치할 때는 배지피복용 흑백필름의 하부에 설치하여 햇빛으로부터 차단

  4) 냉각관을 베드하부나 상부에 설치할 경우 베드 내 온도차이가 없도록 역회수방식으로 설치

  5) 양액조에 직접 냉각관을 설치할 경우 유연성이 좋은 PE재질의 튜브나 XL파이프를 양액조 바닥에 고정되게 원형으로 설치

  6) 냉각기용량은 10a당 20kcal/hr이상으로 하고 지하수병용으로 효율 증대

  7) 지하수 및 냉각기에 냉각수 순환 펌프 용량은 시간당 2톤 이상

  8) 냉각수를 순환시킬 때 자동온도조절장치 설치로 설정온도 유지

  9) 파이프 배관시 주관에 밸브를 설치하여 겨울철 온수 순환파이프로도 사용가능 하도록 설계

6. 재배적 방법에 의한 고온극복 기술

가. 이산화탄소(CO₂) 사용 기술

  1) 이산화탄소 고온극복 기작

가) 여름철 고온기 (6~8월) 이산화탄소 시용은 고온에 가장 민감하게 손상받는 광계Ⅱ의 능력을 증대시켜 고온스트레스 극복

  2) 여름철 이산화탄소 사용방법

   가) 이산화탄소 처리시기 : 6~8월

   나) 이산화탄소 처리시간 : 오전 7~9시

   다) 액화탄산가스 사용 방법

    ① 설정 농도로 시설내에 공급하기 위해서는 탄산가스감지센서 및 자동공급장치 이용

    ② 100평(330㎡)에 1200ppm을 공급하려면 약 0.84kg(458ℓ) 소요, 100평 시설에 1일 2시간 공급하면 1개월에 액화탄산가스 24kg 필요

    ③ 이산화탄소 시용은 측창은 닫고 천창은 열고 시용

    ④ 액화탄산가스 봄베는 넘어지지 않도록 단단히 고정

    ⑤ 액화탄산가스는 유해성분이 적고 초기투자자본이 적음

   라) 이산화탄소 공급방법

 

             액화탄산가스 설치 전경                이산화탄소 공급파이프 및 노즐관격

① 이산화탄소 공급파이프 (Ø13mm), 노즐간격(2m), 노즐(Ø0.05mm)

    ② 시설의 길이가 긴 경우 이산화탄소 분포를 균일하게 하기 위해서는 유입구 앞쪽 부분의 노즐간격은 넓게 하고, 뒷부분으로 갈수록 간격을 좁게 설치

    ③ 이산화탄소는 공기보다 무거워 시설의 아래 부분으로부터 공급하여 작물이 충분 이용 후 천창을 통하여 배기

 나. 과산화수소(H₂O₂) 사용 기술

  1) 과산화수소 고온극복 기작

가) 과산화수소를 엽면살포로 고온 스트레스로부터 작물체를 보호하는 항산화효소(Antioxidant enzyme)를 활성화시킴으로써 내서성 향상

  2) 여름철 과산화수소 사용 방법

   가) 과산화수소 사용시기 : 6~8월

   나) 과산화수소 처리시간 : 1주일 간격으로 오전 10시 이전

   다) 과산화수소 처리농도 : 500mM

   라) 500mM 과산화수소(분자량 : 34.01) 만드는 방법 : 물 1ℓ당 과산화수소 17㎖

   마) 과산화수소 살포방법 : 분무기로 골고루 엽면살포

7. 지하수이용 열교환 냉방

가. 열교환 원리

  1) 열전도율이 높은 알루미늄을 재료로 냉각핀 표면적을 최대화하여 열교환 효율 증진

  2) 송풍저항이 작은 냉각핀을 설계하여 지하수가 직렬로 흐르도록 배열하고 송풍기로 냉풍을 얻는 방법

           냉각핀의 단면도

                                    열교환기 조립도

                                지하수 냉방기 설계도면

Ⅳ. 시설원예 여름철 냉방관련 주요 연구성적

1. 증발냉방 기술

 가. 세무(Fog)냉방, 차광과 근권 냉방 효과(원예연구소, 1998)

  1) 회전분무 증발냉각은 관행에 비하여 5.5℃ 냉방 효과

  2) 회전분무 증발냉각 +차광은 8.4℃ 냉방 효과

  3) 근권부의 배지내 온도는 관행+ 지하부 냉각(지하수)에 비하여 회전분 무증발냉각이 1.5~2.5℃, 차광+증발냉각에는 3.0~5.0℃ 저하

  4) 지하수 순환 냉각이 무냉각에 비해 6.0℃이상 저하

  5) 카네이션의 상등품 비율이 관행에 비해 증발냉각+근권냉각이 30%증수, 상품수량 189~219% 증수

 

※ 증발냉각장치 : 회전분무 냉방

나. 세무 분무시 증발속도와 증발율(민영봉, 2000)

  1) 노즐로부터 40cm 거리에서 분무립은 완전형성, 분무립경은 25~35㎛

  2) 노즐로부터 2m 떨어진 지점에서 7.7~21㎛, 송풍시 입경은 7.54~20.25㎛로 무송풍보다 0.2㎛ 직경 감소

  3) 분무립이 2m까지 평균도달시간은 무송풍 1.2초, 송풍 0.8초

  4) 2m 지점에서 증발율은 무송풍시 73%, 송풍시는 82%

다. 분무립의 입경과 송풍에 따른 증발율(민영봉, 2000)

  1) 작물에 낙하되더라도 증발할 수 있는 분무립의 평균 입경 안전한계는 송풍시 18㎛이하, 무송풍시 10㎛이하

  2) 안전 입경으로 분무할 수 있는 노즐은 2류체 노즐이고, 초미립화 노즐의 연구 개발 필요

○ 분무립의 평균입경에 따른 증발율

라. 환기, 차광, 세무냉방(Fog)의 복합효과(남상운, 1997)

  1) 환기, 차광, 세무냉방(Fog)으로 외기온보다 5℃ 냉방

 마. 증발냉각시 30℃유지 위한 환기회수와 분무수량(우영회, 1998)

○ 증발냉각시 30℃ 유지를 위한 필요환기 회수 및 분무 수량  (유리온실 380평 기준)

바. 패드공급물량 및 배기팬 회전수별냉각 효과(농업기계화연구소, 2001)

  1) 패드에 공급물량은 60ℓ·min^-1 정도가 적정

  2) 배기팬의 회전속도는 1170rpm이 적정

  3) 냉방장치의 흡·배기구의 냉각온도는 최고 9.2℃

  4) 냉방효과는 최대 5.9℃

  5) 증발량은 최고 약 25ℓ·min^-1

  6) 냉방효율은 65~80%

                      공급물량·배기팬 회전수별 흡·배기구의 온도차

                                 공급물량·배기팬 회전수별증발량

                                 온실과 패드의 온도차이 및 냉각효율

2. 차광냉방 기술

 가. 차광자재별 기온, 지온하강 효과

  1) PE+은색차광(40%)이 무차광(PE)에 비해 기온은 2.6℃, 지온은 2.1℃ 낮음

  2) 은색차광재의 온도가 흑색차광에 비해 3.4℃이상 낮음

○ 차광자재에 따른 온실의 기온 하강효과(℃)

나. 여름철 국화재배시 차광효과

  1) 30%차광 처리가 상품수량 증가와 단가 상승으로 소득 21% 증가

○ 여름철 국화재배시 차광효과

※ 공시품종 : 백광   *정식기 : 3.30  *재식거리 : 10×10cm

 다. 일사량에 따른 오이의 수시 차광 효과 (우영회, 2002)

  1) 기온이 높은 14~16시에는 90% 수시차광이 무차광에 비해 5~6℃ 낮았고, 습도는 반대로 무차광이 낮고 90% 수시차광이 가장 높음

  2) 지온은 무차광, 40%, 90% 수시차광 순으로 낮고, 엽온은 40% 차광에 비해 90% 수시차광이 2~3℃ 낮았음

  3) 오이(싱싱)에서 수시차광 90%처리가 무차광보다 200%이상의 증수효과

           차광법에 따른 기온 비교(7.27)                차광법에 따른 습도 비교(7.27) 

          차광방법에 따른 지온 비교(7.27)            차광방법에 따른 엽온 비교(7.27)

○ 수시 차광율에 따른 오이수량

3. 환기냉방 기술

 가. 여름철 온실의 강제 환기횟수 시험(우영회, 1999)

  1) 7월에 수원지역의 유리온실 6연동 (상면적 2511.0㎡, 용적 10630.0㎥)에서 40%차광시 강제 환기로 35℃ 유지에 필요한 환기팬 대수는?

      (환기팬 용량 400㎥/분)

  2) 환기량(㎥/분) = 온실용적(㎥) × 목표환기회수(회/분) = 10630×0.5 = 5315.0(㎥/분)

  3) 환기팬 필요대수 = 환기량 ÷ 환기팬용량 = 5315 ÷ 400 ≒ 13대

○ 여름철 시설내 온도 35℃ 유지위한 환기횟수

나. 양지붕형 온실의 굴절패널방식 환기창 개발 (이시영, 2000)

  1) 패널굴절식 환기창은 창 면적이 온실 표면적의 50%이상

  2) 와이드스판형 이나 벤로형 온실에 비해 환기효율 우수

○ 온실형태별 규격 및 환기창 면적률

                    환기창 개방의 온도하강 효과가 높은 패널굴절식 온실

 다. 비닐하우스의 자율구동 측창개폐 장치 개발 (이시영, 2002)

  1) 외부 온도센서를 이용해 내·외부 온도차에 비례하여 환기창을 자율 구동 시킴으로 온실 내부의 온도를 정밀하게 조절

  2) 자율구동으로 정밀한 환기창 개폐제어에 의한 내부온도 조절효과로 애호박은 18%, 방울토마토는 13% 증수

 

           자율구동 측창개폐장치의 구성

                                   방식별 하우스 내부온도 변화

                                           수박 수량 비교

                                         방울토마토 수량 비교

                         내외 기온차 비례제어 개폐제어기와 외부온도센서

4. 히트펌프 냉방 기술

 가. 히트펌프이용 호접란 저온처리 효과(농업기계화연구소, 1999)

  1) 시험기간 : 1999. 7. 12 ~ 9. 29(80일)

  2) 저온처리 온도 : 25℃(주간), 15℃(야간)

  3) 저온처리용 히트펌프의 성능

   가) 냉방용량 : 33,600kcal/hr

   나) 냉풍토출온도 : 7~17℃

   다) 토출풍량 : 8,500㎥/hr

   라) 냉방성능계수(COP)=3.2~3.4(응축기측의 유입공기온도:30~35℃)

        (ASHRAE 에어컨 성능 기준 : COP=3.0(외기온도 35℃)

                                펌프 시스템의 냉방성능 계수(COP)

4) 연구결과

   가) 온도편차 : 주간 < 3.0℃, 야간 < 2.0℃

   나) 전력 소모량 : 24,118kWh/3개월(1,039,700원)

   다) 저온처리 성공률 (꽃대 형성율) : 99%

   라) 꽃망울 수 : 8~12개(고랭지 4~6개)

   마) 엽면적 증가 : 저온처리전의 1.5~2.0배

   바) 제습에 의한 병해발생 억제 효과

   사) 소득증가율(예상) : 상반기 출하의 2배 이상

   아) 히트펌프를 이용하여 저온처리로 실내온도 유지용이

   자) 히트펌프 저온처리가 고랭지 저온처리에 비해 비용 47% 절감

                       랭지 저온처리 생육 현장

                   펌프 저온처리 생육 현황

                          히트펌프와 고랭지의 저온처리 비교

                        트펌프에 의한 실내외 온도 및 습도

5. 근권부 냉각기술

 가. 지하수 유량 및 열량에 따른 냉각효율(남상운, 1994)

  1) 유량이 많을수록, 냉각열량이 높을수록 냉각효율 증가

  2) 양액 냉각용 지하수온도 : 16℃ 미만

  3) 양액 냉각용 적정 지하수량 : 2톤/시간

나. 양액냉각방식별 작물재배 효과 (이재한, 2000)

  1) 근권냉각으로 토마토 착과율 15~18% 증대

  2) 설치비용은 냉수냉각(지하수)이 냉풍냉각보다 저렴

                               근원냉각방법

                                  근권냉각방법

다. 양액냉각에 따른 오이재배 효과 (고관달, 1999)

  1) 지하수 이용 냉각효율 : 최고온도 대비 6~8℃ 냉각

  2) 오이 수량 증대 : 260%

                    근권냉각에 따른 오이 증수효과

라. 근권온도에 따른 장미 뿌리생장(김완순, 1999)

  1) 장미 뿌리활성 : 20℃~25℃>15℃>30℃>35℃

  2) 30℃이상 근권온도 : 뿌리생육 불량

  3) 장미 적정 양액 온도 : 25℃

6. 재배적 방법에 의한 고온극복 기술

 가. 여름철 국화의 이산화탄소 시용 효과(우영회, 2002)

  1) 시험작물 : 국화(퓨마)

  2) 시험시기 : 6월~8월

  3) 처리농도 : 무처리, 700ppm, 1200ppm

  4) 연구결과

   가) 이산화탄소 농도에 따른 광합성속도는 1200ppm>700ppm>무처리

   나) 이산화탄소 농도에 다른 VPD와 엽기온차에 의한 CWSI(Crop water stress index)는 1200ppm처리가 700ppm, 무처리보다 수분장해적음

   다) 수량은 1200ppm처리에서 33% 증수

   라) 절화장은 이산화탄소 농도가 높아질수록 신장

○ 이산화탄소 처리별 수량

나. 여름철 오이의 과산화수소 처리효과(우영회, 2002)

  1) 시험작물 : 오이(은침, 은성, 싱싱)

  2) 시험시기 : 6월 12일~8월 30일

  3) 처리농도 : 무처리, 250mM, 500mM

  4) 연구결과

   가) 30℃ 온도에서는 과산화수소 농도에 따른 광합성속도의 차이가 없었으나 40℃에서는 H₂O₂ 농도에 따른 광합성속도 변화가 컸으며, 무처리는 광합성속도가 저조

   나) 과산화수소 농도에 따른 VPD와 엽기온차에 의한 CWSI(Crop water stress index)는 500mM처리가 250mM, 무처리보다 수분장해 적음

   다) 오이수량은 과산화수소 500mM처리가 무처리보다 24% 증수

                       과산화수소 500mM 처리

                                 무처리

     온도별 H₂O₂ 농도에 따른 광합성속도        H₂O₂ 농도에 따른 VPD와 엽기온차 비교

○ 과산화수소 농도별 오이수량

. 지하수 열교환 방식 냉방

 가. 지하수 열교환 방식 냉방기 성능 결과(이운용, 2002)

  1) 열교환기로의 지하수 입·출구 온도 차이가 6℃이고 송풍량이 6,000㎥/h일 때 전달 열량은 6,825W

  2) 공기의 입·출구 온도 차이는 25.8℃에서 23.2℃로 2.6℃냉방 효과

  3) 열교환기로의 지하수 입·출구 온도 차이가 2℃이고 송풍량이 4,000㎥/h일 때 전달 열량은 2,625W

  4) 공기의 입·출구 온도 차이는 27℃에서 22.5℃로 4.5℃냉방 효과

                                          지하수 출구 온도별 전달열량

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