[논문]아치형 단동온실의 지붕환기구조 및 천창효과

남상운

문제 정의

가능한 모든 종류의 지붕환기시설을 조사하기 위하여 광범위 한 대상지역 을 조사하였으나, 조사에 서 누락된 부분도 있을 것으로 사료된다. 또한 본 조사는 지붕환기시설을 설치하기 어려운 구조인아치 형 단동 온실의 지 붕환기창으로 보급된 사례를 분석하기 위한 것이며, 전국의 모든 시설농가를 조사할 수 없으므로 각 종류별로 전체적인 보급 농가수나 설치율 등은 알 수 없다. 조사항목은 온실규모, 재배 작목과 방식, 작기, 지붕환기창의 종류 및 구조, 개구부 면적과 설치간격, 개구부 높이, 개폐방식 등이었다.
온실의 자연환기 성능을 극대화하기 위해서는 지붕 환기창의 설치가 중요한데, 아치형 단동온실의 경우에는 천창을 설치하기 어려운 구조로 되어 있어서 대부분의 농가가 측창만 설치하여 운영하고 있다. 본 연구에서는 아치형 단동 온실의 지붕에 환기창 설치를 장려하기 위한 일환으로 사례조사와 효과분석을 실시하였다.

가설 설정

A: Ridge and side vent open, below mean wind speed. B* Side vent open, ridge vent close, below mean wind speed.
W' Ridge and side vent open, below mean solar radiation. X: Side vent open, ridge vent close, below mean solar radiation. Y- Ridge and side vent open, above mean solar radiation.
Y- Ridge and side vent open, above mean solar radiation. Z: Side vent open, ridge vent close, above mean solar radiation.

제안 방법

시간적 변화를 실측하였다. 30분 간격으로 ① 밀폐-측창열음-천창열음, ② 밀펴P천창열음-측창열음, ③ 밀펴F천측창 동시열음 등의 3가지 조작을 반복하면서 실험을 실시하였다.
또한 측창 및 천창의 개폐방식에 따른 환기효율을 분석 하기 위 하여 환기창 개폐 에 의 한온도의 시간적 변화를 실측하였다. 30분 간격으로 ① 밀폐-측창열음-천창열음, ② 밀펴P천창열음-측창열음, ③ 밀펴F천측창 동시열음 등의 3가지 조작을 반복하면서 실험을 실시하였다.
본 연구에서는 아치형 단동 온실에서 천창을 설치하여 운영하고 있는 사례 조사를 통하여 지붕환기구조의 특징을 분석하고, 지붕 환기구 설치 온실과 관행의 측면 권취식 단동 은실의 대조 실험을 통하여 천창 설치효과를 검토하였으며, 천측창 개폐 조작 실험을 실시하여 환기효율을 분석하였다.
온실내외의 온도와 습도는 전용 온습도 센서(HOBO), 일사량은 전천일사계(LI200X), 풍속은 열선풍속계(Dwyer640)를 이용하여 계측하였으며, 실내온도는 온실중앙에 높이를 4등분하여 0.7, 1.4, 2.1m의 높이에서 각각 측정하였고, 외기온과 풍속은 온실의 중간높이에서, 일사량은 바닥에서 측정하였다. 천창 설치효과에 대한 대조 실험은 10분 간격으로, 환기효율분석을 위한 환기창 개폐조작 실험은 10초 간격으로 계측을 실시하였으며, 모든 계측자료는 다채널 데이터로거를 이용하여 기록하였다.
또한 본 조사는 지붕환기시설을 설치하기 어려운 구조인아치 형 단동 온실의 지 붕환기창으로 보급된 사례를 분석하기 위한 것이며, 전국의 모든 시설농가를 조사할 수 없으므로 각 종류별로 전체적인 보급 농가수나 설치율 등은 알 수 없다. 조사항목은 온실규모, 재배 작목과 방식, 작기, 지붕환기창의 종류 및 구조, 개구부 면적과 설치간격, 개구부 높이, 개폐방식 등이었다.
천창 설치효과를 검토하기 위하여 지붕 환기구 설치 온실과 관행의 측면 권취식 단동 온실의 대조 실험을 실시하였다. 실험은 2001년 7~8월중에 충남대학교 부속 농장에 설치된 아치형 단동 플라스틱 온실에서 비교적 일사가 강한 오전 10시부터 오후 4시 사이에 계측을 실시하였다.
1m의 높이에서 각각 측정하였고, 외기온과 풍속은 온실의 중간높이에서, 일사량은 바닥에서 측정하였다. 천창 설치효과에 대한 대조 실험은 10분 간격으로, 환기효율분석을 위한 환기창 개폐조작 실험은 10초 간격으로 계측을 실시하였으며, 모든 계측자료는 다채널 데이터로거를 이용하여 기록하였다.
충청, 영남, 호남지방의 국도변을 중심으로 전국의 시설원예 단지를 방문하여 아치형 단동온실의 지붕환기구조 실태를 조사하였다. 아치형 단동 온실로서 지붕환기시설이 설치된 온실 중 지붕환기창의 종류와 설치 규격이 상이한 온실만을 조사대상으로 하였다.

대상 데이터

대조 실험을 실시하였다. 실험은 2001년 7~8월중에 충남대학교 부속 농장에 설치된 아치형 단동 플라스틱 온실에서 비교적 일사가 강한 오전 10시부터 오후 4시 사이에 계측을 실시하였다. 실험 온실의 크기는.
아치형 단동 온실로서 지붕환기시설이 설치된 온실 중 지붕환기창의 종류와 설치 규격이 상이한 온실만을 조사대상으로 하였다. 가능한 모든 종류의 지붕환기시설을 조사하기 위하여 광범위 한 대상지역 을 조사하였으나, 조사에 서 누락된 부분도 있을 것으로 사료된다.
실험 온실의 크기는. 폭 5.4m, 길이 18m, 측고 1.6m, 동고 2.8m이고, 측창 개폐 폭은 0.6m, 지붕 환기창은 원형(060)을 6m 간격으로 3대 설치하여 온실면적 97.2m2, 측창 면적 21.6m2, 천창면적 0.85m2으로 하였다.

성능/효과

6%였다. 온실의상하(높이 0.7, 2.1m) 온도 편차는 평균적으로천창만 개방시 1.5"C, 모두개방시 1.8"C, 측창만개방시 2.8"C로써, 천창이 온도분포를 균일하게 하는 것으로 나타났다. 또한 Table 3에서보는바와 같이 지붕환기창을 설치 할 경우 비 록적은 천창면적 이지만 온도하강 l'C이상의 천창 환기효과가 있는 것으로 나타났다.
지붕 환기 창설치 온실과 관행의 권취식 측창만 설치된 은실에 대한 대조 실험 결과 비록 적은 면적의 지붕 환기창을 설치하였지만 온도하강 1"C 이상의 천창 환기 효과가 있었으며, 지붕 환기를 실시함으로써 온도분포를 보다 균일하게 할 수 있는 것으로 나타났다.
Fig. 2를 보면 평균풍속 이하에서 측창만 열었을 때 온도는 가장 높이 상승하고, 풍속이 낮은 경우에 지붕환기 효과는 커짐을 알 수 있었다. 그림의 가는 점선(A)과 굵은 실선(D)을 비교해 보면, 지붕환기창이 있으면서 풍속이 낮아도 측창만 있고 풍속이 높은 경우보다 환기 효율이 높은 것으로 나타나고 있다.
아치형 단동 온실의 지붕환기구조 실태조사 결과 폭 5〜8m의 소형 온실에서는 플라스틱으로 제작된 원형 및 굴뚝형 환기창을, 폭 12- 18m의 대형온실에서는 철재 파이프를 덧붙인양권취식을 많이 사용하고 있었다. 지붕 환기 창설치 온실과 관행의 권취식 측창만 설치된 은실에 대한 대조 실험 결과 비록 적은 면적의 지붕 환기창을 설치하였지만 온도하강 1"C 이상의 천창 환기 효과가 있었으며, 지붕 환기를 실시함으로써 온도분포를 보다 균일하게 할 수 있는 것으로 나타났다.
이상의 결과를 종합해 보면 측창 면적의 3.9% 밖에 되 지 않는 지 붕환기창으로도 천 창환기효과를 얻을 수 있으며, 특히 바람이 약한경우에는 상당한 효과를 기대할 수 있는 것으로 판단된다. 따라서 일부 보급되어 있는 기존지 붕환기창의 보급을 확대 하고, 아치 형 단동온실구조에 설치하기 쉽고 조작이 간편한 경량의 지 붕환기창을 개발할 필요가 있다.
지붕환기창을 설치함으로서 얻을 수 있는온도상승 억제효과는 일사량과 풍속조건에 따라 뚜렷한 차이를 보이며, 풍속이 낮은 경우에효과가 커지는 것을 확인할 수 있었다. 환기창의 개폐순서에 따른 전체적인 온도 하강의 차이는 없으나, 환기로 온도를 제어하는 경우에는 실내온도가 설정온도보다 높을 때는 천창을열은 후 측창을 열고, 반대의 경우에는 측창을닫은 후 천창을 닫는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.
천창설치 효과 및 환기효율 분석을 위한 실험은실의 평균 광투과율은 74.6%였다. 온실의상하(높이 0.
4는 환기창 개폐조작에 따른 온실의 온도 변화를 나타낸 것이다. 환기창을 모두 밀폐했을 때 외기온보다 10.8-17.4‘C 상승하고 환기창을 모두 열면 7.5~15°C 정도 하강하여 측창과 천창 환기를 실시할 경우 외기온보다 1.7〜6.4°C정도 높은 범위에서 실내온도를 유지하는 것으로 나타났다.
환기창의 개폐순서에 따른 전체적인 온도 하강의 차이는 없으나, 환기로 온도를 제어하는 경우에는 실내온도가 설정온도보다 높을 때는 천창을열은 후 측창을 열고, 반대의 경우에는 측창을닫은 후 천창을 닫는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.
환기창의 개폐순서에 따른 전체적인 온도하강의 차이는 없으나, 측창을 먼저 여는 경우가 온도 하강 속도는 더 빠르게 나타났다. 여름철에 고온을 극복하기 위해 환기창을 대부분열어두는 경우에는 상관이 없으나, 봄과 가을철에 환기로 온도를 제어하는 경우에는 온도분포의 균일화나 급격한 온도 변화의 방지 등을고려할 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

아치형 단동 온실로서 지붕환기시설이 설치된 온실 중 지붕환기창의 종류와 설치 규격이 상이한 온실만을 조사대상으로 하였다. 가능한 모든 종류의 지붕환기시설을 조사하기 위하여 광범위 한 대상지역 을 조사하였으나, 조사에 서 누락된 부분도 있을 것으로 사료된다. 또한 본 조사는 지붕환기시설을 설치하기 어려운 구조인아치 형 단동 온실의 지 붕환기창으로 보급된 사례를 분석하기 위한 것이며, 전국의 모든 시설농가를 조사할 수 없으므로 각 종류별로 전체적인 보급 농가수나 설치율 등은 알 수 없다.
9%정도밖에 되지 않지만 설치농가가 늘어나고 있는 추세이다. 소형 온실에서의 지붕 환기창 효과에 대한 검증과 적정 개구면적비, 개구면적 확대방안 등에 관한 연구가필요할 것으로 판단된다.

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