온실의 한쪽 벽에 패드를 설치하고 반대쪽 벽에 팬을 설치하여 가동하는 팬 앤 패드 냉방 온실의 온도 경사 문제를 극복하기 위한 목적으로 일체형 팬 앤패드 시스템과 에어 덕트를 설치한 온실의 냉방 실험을 통하여 냉방성능을 분석하였다. 일체형 팬 앤 패드 증발냉각기의 효율은 1단 가동시 75.7%, 2단 가동시 88.6%로 나타나 대체로 우수한 냉각효율을 보이는 것으로 판단된다. 온실의 냉방성능 실험 결과 무차광 조건에서 온실 냉방 시스템을 가동할 경우 대조구 온실에 비해서 $5.7\sim7.6^{\circ}C$ 정도의 냉방효과가 있으며 차광 조건에서는 $7.4\sim9.7^{\circ}C$ 정도의 냉방효과가 있는 것으로 나타났다. 본 시스템을 적용할 경우 여름철 온실의 최고기온을 $37^{\circ}C$ 정도로써 외기온 대비 $5^{\circ}C$ 이내로 유지할 수 있으며, 적절한 차광을 실시할 경우에는 $33^{\circ}C$ 정도에 $2^{\circ}C$ 이내로 유지하는 것이 가능하여 고온기 작물재배에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 생각한다. 한편, 본 냉방 실험에서 온실의 온도 분포를 분석한 결과 18m 길이의 온실 내 최대 온도 편차는 차광시 $1.6\sim1.7^{\circ}C$, 무차광시 $2.3\sim2.7^{\circ}C$ 정도로 나타났다. Kittas 등(2003)과 Nam 등(2005)의 자료와 비교한 결과 본 연구에서 구상한 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 이용한 온실 냉방시스템은 기존의 팬 앤 패드 냉방 온실의 최대 단점인 온도 편차를 40~50% 정도 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 본 시스템은 자연환기 상태에서 가동할 수 있으므로 단동 온실에 적용하기가 쉬우며, 일체형 증발냉각기 출구로부터 온실 내 에어 덕트 시점까지의 연결 덕트 부분을 철저하게 단열하면 냉방성능을 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
온실의 한쪽 벽에 패드를 설치하고 반대쪽 벽에 팬을 설치하여 가동하는 팬 앤 패드 냉방 온실의 온도 경사 문제를 극복하기 위한 목적으로 일체형 팬 앤패드 시스템과 에어 덕트를 설치한 온실의 냉방 실험을 통하여 냉방성능을 분석하였다. 일체형 팬 앤 패드 증발냉각기의 효율은 1단 가동시 75.7%, 2단 가동시 88.6%로 나타나 대체로 우수한 냉각효율을 보이는 것으로 판단된다. 온실의 냉방성능 실험 결과 무차광 조건에서 온실 냉방 시스템을 가동할 경우 대조구 온실에 비해서 $5.7\sim7.6^{\circ}C$ 정도의 냉방효과가 있으며 차광 조건에서는 $7.4\sim9.7^{\circ}C$ 정도의 냉방효과가 있는 것으로 나타났다. 본 시스템을 적용할 경우 여름철 온실의 최고기온을 $37^{\circ}C$ 정도로써 외기온 대비 $5^{\circ}C$ 이내로 유지할 수 있으며, 적절한 차광을 실시할 경우에는 $33^{\circ}C$ 정도에 $2^{\circ}C$ 이내로 유지하는 것이 가능하여 고온기 작물재배에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 생각한다. 한편, 본 냉방 실험에서 온실의 온도 분포를 분석한 결과 18m 길이의 온실 내 최대 온도 편차는 차광시 $1.6\sim1.7^{\circ}C$, 무차광시 $2.3\sim2.7^{\circ}C$ 정도로 나타났다. Kittas 등(2003)과 Nam 등(2005)의 자료와 비교한 결과 본 연구에서 구상한 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 이용한 온실 냉방시스템은 기존의 팬 앤 패드 냉방 온실의 최대 단점인 온도 편차를 40~50% 정도 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 본 시스템은 자연환기 상태에서 가동할 수 있으므로 단동 온실에 적용하기가 쉬우며, 일체형 증발냉각기 출구로부터 온실 내 에어 덕트 시점까지의 연결 덕트 부분을 철저하게 단열하면 냉방성능을 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
The fan and pad evaporative cooling system is one of the main cooling methods in greenhouses. Its efficiency is very high, but it has some disadvantages as temperature gradient in greenhouse is large. This study was conducted to reduce the internal temperature gradients in the fan and pad cooling gr...
The fan and pad evaporative cooling system is one of the main cooling methods in greenhouses. Its efficiency is very high, but it has some disadvantages as temperature gradient in greenhouse is large. This study was conducted to reduce the internal temperature gradients in the fan and pad cooling greenhouses. Experiments on cooling performance were carried out in a greenhouse equipped with air duct and integrated fan and pad system as an idea of this study. It showed that the cooling efficiency of an integrated fan and pad system was 75.7% in the first stage and 88.6% in the second stage. When this cooling system was operated for an unshaded and a shaded greenhouse, there were cooling effects of $5.7\sim7.6^{\circ}C$ and $7.4\sim9.7^{\circ}C$ to the control greenhouse, respectively. Maximum temperature differences in a cooling greenhouse, with a length of 18m, were $1.6\sim1.7^{\circ}C$ for shaded conditions and $2.3\sim2.7^{\circ}C$ for unshaded conditions. This greenhouse cooling method, with air duct and integrated fan and pad system, can reduce about 40~50% of the internal temperature gradients in the usual fan and pad cooling greenhouses.
The fan and pad evaporative cooling system is one of the main cooling methods in greenhouses. Its efficiency is very high, but it has some disadvantages as temperature gradient in greenhouse is large. This study was conducted to reduce the internal temperature gradients in the fan and pad cooling greenhouses. Experiments on cooling performance were carried out in a greenhouse equipped with air duct and integrated fan and pad system as an idea of this study. It showed that the cooling efficiency of an integrated fan and pad system was 75.7% in the first stage and 88.6% in the second stage. When this cooling system was operated for an unshaded and a shaded greenhouse, there were cooling effects of $5.7\sim7.6^{\circ}C$ and $7.4\sim9.7^{\circ}C$ to the control greenhouse, respectively. Maximum temperature differences in a cooling greenhouse, with a length of 18m, were $1.6\sim1.7^{\circ}C$ for shaded conditions and $2.3\sim2.7^{\circ}C$ for unshaded conditions. This greenhouse cooling method, with air duct and integrated fan and pad system, can reduce about 40~50% of the internal temperature gradients in the usual fan and pad cooling greenhouses.
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문제 정의
온실의 외부에 일체형 팬 앤 패드 시스템을 갖추고 온실의 상부에 에어 덕트를 설치하여 냉각된 공기를 공급하면 온실 길이방향의 온도경사를 극복할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 설치한 온실의 냉방 실험을 통하여 냉방성능을 분석하였다.
제안 방법
실험은 2009년 6월 11일부터 8월 9일까지 60일간 실시하였다. 30일간은 무차광 상태에서 30일간은 30%의 차광하에서 실험을 수행하였으며 기상여건에 따라 증발냉각기를 1단 또는 2단으로 가동하였다. 증발냉각기의 가동은 오전 9시부터 오후 6시까지 하였으며 데이터 분석은 오전 10시부터 오후 5시까지의 측정치를 사용하였다.
따라서 온실의 한쪽 벽에 패드를 설치하고 반대쪽 벽에 팬을 설치하여 가동하는 팬 앤 패드시스템의 온도경사 문제를 극복하기 위한 목적으로 팬 · 패드 앤 덕트 시스템을 구상하였다.
)를 이용하여 덕트에서의 단면 풍속을 측정하여 풍량을 구하였다(Nam 등, 2008). 또한 외기 온습도(증발냉각기 입구의 온습도)를 측정하여 습구온도를 구하고, 증발냉각기 출구 온도를 측정하여 건습구 온도차와 냉각온도로부터 증발냉각기의 냉각효율을 구하였다(Albright, 1990).
증발냉각기의 가동은 오전 9시부터 오후 6시까지 하였으며 데이터 분석은 오전 10시부터 오후 5시까지의 측정치를 사용하였다. 무차광 1단을 Case N1, 무차광 2단을 Case N2, 차광 1단을 Case Y1, 차광 2단을 Case Y2로 하여 4가지 경우로 나누어 분석하였다. 실험 기간 중에 비가 내린 날이 13일로 이 때는 증발냉각기 가동을 중단하였고, 센서 점검, 전지 교환, 차광망 설치 작업 등으로 5일간의 데이터는 사용할 수 없었으며, 분석에 사용한 데이터는 Case N1 6일치, Case N2 18일치, Case Y1 8일치, Case Y2 10일치였다.
Table 4는 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 설치한 냉방 온실의 최대 온도 편차와 습도 편차를 나타낸 것이다. 본 시스템은 일체형 증발냉각기에서 냉각된 공기를 에어 덕트를 통하여 온실의 상부에 공급하고 에어 덕트의 구멍을 통하여 온실의 하부로 뿜어져서 온실을 냉방하도록 되어 있다. 덕트 높이에서의 온도편차는 2.
실험온실과 대조구 온실의 내외부 기상환경을 온습도기록계(HTR10, Hans system)와 일사센서(LI200X, Campbell scientific Inc.)를 이용하여 10분 간격으로 측정하였다. 실험온실의 온습도 편차를 분석하기 위하여 온습도기록계는 온실의 길이방향으로 온실 중앙을 따라 단부 1.
실험은 2009년 6월 11일부터 8월 9일까지 60일간 실시하였다. 30일간은 무차광 상태에서 30일간은 30%의 차광하에서 실험을 수행하였으며 기상여건에 따라 증발냉각기를 1단 또는 2단으로 가동하였다.
5m 이다. 온실냉방은 일체형 팬 앤 패드 증발냉각기를 온실의 외부에 설치하고 온실 상부에 설치한 에어 덕트를 이용하여 온실 내부에 냉풍을 공급하도록 시스템을 구성하였다(Fig. 1). 에어 덕트는 광을 차단하지 않도록 직경 35cm의 투명 폴리에틸렌 필름 튜브를 이용하였으며 지상으로부터 2.
온실의 냉방 실험에 사용한 일체형 팬 앤 패드 증발냉기기의 냉각효율을 분석하였다. 1단, 2단 가동시의 풍량과 냉각효율을 실험한 결과는 Table 1과 같다.
온실의 한쪽 벽에 패드를 설치하고 반대쪽 벽에 팬을 설치하여 가동하는 팬 앤 패드 냉방 온실의 온도 경사 문제를 극복하기 위한 목적으로 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 설치한 온실의 냉방 실험을 통하여 냉방성능을 분석하였다. 일체형 팬 앤 패드 증발냉각기의 효율은 1단 가동시 75.
30일간은 무차광 상태에서 30일간은 30%의 차광하에서 실험을 수행하였으며 기상여건에 따라 증발냉각기를 1단 또는 2단으로 가동하였다. 증발냉각기의 가동은 오전 9시부터 오후 6시까지 하였으며 데이터 분석은 오전 10시부터 오후 5시까지의 측정치를 사용하였다. 무차광 1단을 Case N1, 무차광 2단을 Case N2, 차광 1단을 Case Y1, 차광 2단을 Case Y2로 하여 4가지 경우로 나누어 분석하였다.
증발냉각기의 펌프 유량은 20~50l · hr−1이고 소비전력은 250W이다. 증발냉각기의 팬은 2단으로 조절할 수 있게 제작되어 있으나 팬의 풍량은 제공되지 않아서 풍속계(Air velocity transmitter, Dwyer instruments Inc.)를 이용하여 덕트에서의 단면 풍속을 측정하여 풍량을 구하였다(Nam 등, 2008). 또한 외기 온습도(증발냉각기 입구의 온습도)를 측정하여 습구온도를 구하고, 증발냉각기 출구 온도를 측정하여 건습구 온도차와 냉각온도로부터 증발냉각기의 냉각효율을 구하였다(Albright, 1990).
대상 데이터
무차광 1단을 Case N1, 무차광 2단을 Case N2, 차광 1단을 Case Y1, 차광 2단을 Case Y2로 하여 4가지 경우로 나누어 분석하였다. 실험 기간 중에 비가 내린 날이 13일로 이 때는 증발냉각기 가동을 중단하였고, 센서 점검, 전지 교환, 차광망 설치 작업 등으로 5일간의 데이터는 사용할 수 없었으며, 분석에 사용한 데이터는 Case N1 6일치, Case N2 18일치, Case Y1 8일치, Case Y2 10일치였다. 실험온실과 대조구 온실은 측창만 설치된 자연환기 온실이다.
실험온실은 대전에 설치된 폭 5.6m, 길이 18m의 아치형 단동 플라스틱 온실로 측고 1.8m, 동고 3.5m 이다. 온실냉방은 일체형 팬 앤 패드 증발냉각기를 온실의 외부에 설치하고 온실 상부에 설치한 에어 덕트를 이용하여 온실 내부에 냉풍을 공급하도록 시스템을 구성하였다(Fig.
)를 이용하여 10분 간격으로 측정하였다. 실험온실의 온습도 편차를 분석하기 위하여 온습도기록계는 온실의 길이방향으로 온실 중앙을 따라 단부 1.8m 지점부터 3.6m 간격으로 5점에 덕트의 하단 높이(2.4m)와 중간 높이(1.2m)에 각각 1대씩 총 10대를 설치하였다.
일체형 팬 앤 패드 증발냉각기는 H사에서 제작한 Hi-cool(KC-500)을 사용하였다. Fig.
성능/효과
Fig. 3 및 Fig. 4에서 보는 바와 같이 무차광 조건에서 온실 냉방 시스템을 가동할 경우 외기온 대비 5℃ 정도 이내로 실내기온을 유지할 수 있으며 대조구 온실에 비해서는 6~8℃ 정도의 냉방효과가 있음을 확인할 수 있다. Fig.
7℃ 정도로 나타났다. Kittas 등(2003)과 Nam 등(2005)의 자료와 비교한 결과 본 연구에서 구상한 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 이용한 온실 냉방시스템은 기존의 팬 앤 패드 냉방 온실의 최대 단점인 온도 편차를 40~50%정도 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 본 시스템은 자연환기 상태에서 가동할 수 있으므로 단동 온실에 적용하기가 쉬우며, 일체형 증발냉각기 출구로부터 온실 내 에어 덕트 시점까지의 연결 덕트 부분을 철저하게 단열하면 냉방성능을 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
8은 각각 냉각기의 팬을 1단과 2단으로 가동했을 때 덕트와 중간 높이에서 측정한 온실단부로부터의 거리에 따른 온도 변화를 나타낸 것이다. 모든 경우에 거리에 따라 온도가 증가하는 것을 볼 수 있으나 기존의 팬 앤 패드 냉방 온실과 같이 직선적으로 증가하지는 않고 약간 불규칙한 온도 경사를 보이는 것으로 나타났다. 이는 기존의 팬 앤 패드 냉방 온실의 경우 밀폐된 온실에서 시스템에 부착된 팬에 의해 강제환기가 이루어지므로 기류의 방향이 패드에서 팬 쪽으로 일정한데 반하여, 본 시스템의 경우에는 측창을 개방한 자연환기 상태에서 냉방이 이루어지므로 기류의 방향이 불규칙하기 때문으로 판단된다.
0%로 높아 증발냉각 시스템을 적용하기에 불리한 여건이지만 실험 결과로 보면 상당한 냉방효과를 기대할 수 있는 것으로 판단된다. 본 시스템을 적용할 경우 여름철 온실의 최고기온을 37℃ 이하로 또한 외기온 대비 5℃ 이내로 유지할 수 있으며, 적절한 차광을 실시할 경우에는 33℃ 이하에 2℃ 이내로 유지하는 것이 가능하여 고온기 작물재배에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 생각한다.
7℃ 정도의 냉방효과가 있는 것으로 나타났다. 본 시스템을 적용할 경우 여름철 온실의 최고기온을 37℃ 정도로써 외기온 대비 5℃ 이내로 유지할 수 있으며, 적절한 차광을 실시할 경우에는 33℃ 정도에 2℃ 이내로 유지하는 것이 가능하여 고온기 작물재배에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 생각 한다. 한편, 본 냉방 실험에서 온실의 온도 분포를 분석한 결과 18m 길이의 온실 내 최대 온도 편차는 차 광시 1.
8℃ 정도인 것으로 볼 수 있다. 본 실험에서 차광시 1.6~1.7℃, 무차광시 2.3~2.7℃인 것과 비교하면 차광 조건에서 40.7~43.3%, 무차광 조건에서 48.9~53.4%의 온도 편차 개선 효과가 있는 것으로 생각된다. 즉, 본 연구에서 구상한 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 이용한 온실 냉방시스템은 기존의 팬 앤 패드 냉방 온실의 최대 단점인 온도 편차를 40~50% 정도 개선할 수 있는 것으로 판단된다.
증발냉각기의 효율은 유입구의 건습구 온도차에 대하여 냉각온도의 백분율로 표시되며 잘 설계된 증발냉각기의 경우 냉각효율은 80~85% 정도이다(Albright, 1991; Nam 등, 2008). 본 연구에 사용한 증발냉각기의 효율은 1단 가동시 75.7%, 2단 가동시 88.6%로 나타났다. 외기온이 32℃, 습도 57% 조건에서 1단 가동시와 2단 가동시 냉각온도는 0.
6%로 나타나 대체로 우수한 냉각효율을 보이는 것으로 판단된다. 온실의 냉방성능 실험 결과 무차광 조건에서 온실 냉방 시스템을 가동할 경우 대조구 온실에 비해서 5.7~7.6℃ 정도의 냉방효과가 있으며 차광조건에서는 7.4~9.7℃ 정도의 냉방효과가 있는 것으로 나타났다. 본 시스템을 적용할 경우 여름철 온실의 최고기온을 37℃ 정도로써 외기온 대비 5℃ 이내로 유지할 수 있으며, 적절한 차광을 실시할 경우에는 33℃ 정도에 2℃ 이내로 유지하는 것이 가능하여 고온기 작물재배에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 생각 한다.
Kittas 등(2003)은 부분 차광한 온실에서 실험 한 결과 35℃, 25%의 조건에서 60m 떨어진 패드와 팬 사이의 온도차가 9~10℃인 것으로 보고하고 있으며, Nam 등(2005)의 실험에서는 28m에 최대 10o C의 온도차가 발생하고 거리에 따라 선형적으로 증가하며, 35℃,50%의 조건에서 시뮬레이션을 실행한 결과 28m의 거리에서 7~9℃의 편차가 발생하는 것으로 보고하였다. 이들의 결과를 종합하면 18m 떨어진 거리에서 팬 앤 패드 시스템의 온도 편차는 차광 조건에서 2.7~3.0℃정도, 무차광 조건에서 4.5~5.8℃ 정도인 것으로 볼 수 있다. 본 실험에서 차광시 1.
6℃까지 냉방을 할 수 있는 것으로 나타나고 있다(Nam, 2005). 이와 비교하면 외기의 평균 상대습도가 49.3~61.0%로 높아 증발냉각 시스템을 적용하기에 불리한 여건이지만 실험 결과로 보면 상당한 냉방효과를 기대할 수 있는 것으로 판단된다. 본 시스템을 적용할 경우 여름철 온실의 최고기온을 37℃ 이하로 또한 외기온 대비 5℃ 이내로 유지할 수 있으며, 적절한 차광을 실시할 경우에는 33℃ 이하에 2℃ 이내로 유지하는 것이 가능하여 고온기 작물재배에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 생각한다.
온실의 한쪽 벽에 패드를 설치하고 반대쪽 벽에 팬을 설치하여 가동하는 팬 앤 패드 냉방 온실의 온도 경사 문제를 극복하기 위한 목적으로 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 설치한 온실의 냉방 실험을 통하여 냉방성능을 분석하였다. 일체형 팬 앤 패드 증발냉각기의 효율은 1단 가동시 75.7%, 2단 가동시 88.6%로 나타나 대체로 우수한 냉각효율을 보이는 것으로 판단된다. 온실의 냉방성능 실험 결과 무차광 조건에서 온실 냉방 시스템을 가동할 경우 대조구 온실에 비해서 5.
4%의 온도 편차 개선 효과가 있는 것으로 생각된다. 즉, 본 연구에서 구상한 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 이용한 온실 냉방시스템은 기존의 팬 앤 패드 냉방 온실의 최대 단점인 온도 편차를 40~50% 정도 개선할 수 있는 것으로 판단된다.
후속연구
Kittas 등(2003)과 Nam 등(2005)의 자료와 비교한 결과 본 연구에서 구상한 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 이용한 온실 냉방시스템은 기존의 팬 앤 패드 냉방 온실의 최대 단점인 온도 편차를 40~50%정도 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 본 시스템은 자연환기 상태에서 가동할 수 있으므로 단동 온실에 적용하기가 쉬우며, 일체형 증발냉각기 출구로부터 온실 내 에어 덕트 시점까지의 연결 덕트 부분을 철저하게 단열하면 냉방성능을 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
일체형 팬 앤 패드 증발냉각기의 1단 가동시 효율은 얼마인가?
온실의 한쪽 벽에 패드를 설치하고 반대쪽 벽에 팬을 설치하여 가동하는 팬 앤 패드 냉방 온실의 온도 경사 문제를 극복하기 위한 목적으로 일체형 팬 앤패드 시스템과 에어 덕트를 설치한 온실의 냉방 실험을 통하여 냉방성능을 분석하였다. 일체형 팬 앤 패드 증발냉각기의 효율은 1단 가동시 75.7%, 2단 가동시 88.6%로 나타나 대체로 우수한 냉각효율을 보이는 것으로 판단된다.
일체형 팬 앤 패드 증발냉각기의 2단 가동시 효율은 얼마인가?
일체형 팬 앤 패드 증발냉각기의 효율은 1단 가동시 75.7%, 2단 가동시 88.6%로 나타나 대체로 우수한 냉각효율을 보이는 것으로 판단된다. 온실의 냉방성능 실험 결과 무차광 조건에서 온실 냉방 시스템을 가동할 경우 대조구 온실에 비해서 $5.
작물의 정상적인 생육을 위한 냉방 중 냉동기를 이용한 기계적인 냉방의 한계점은 무엇인가?
다양한 온실 냉방방법들이 제안되고 있으며, 차광과 자연환기가 가장 일반적인 온실의 고온극복 방법이지만 충분한 냉방효과를 거둘 수는 없다. 냉동기를 이용한 기계적인 냉방은 경제성이 없기 때문에 냉방부하가 작은 야간냉방이나 약광 작물의 재배에만 사용이 한정되고 있다. 증발냉각 시스템은 지금까지 개발된 온실 냉방 방법 중 가장 효율적인 방법으로 알려져 있으며 증발 냉각 시스템에는 여러 가지 방식이 있으나 최근에는 팬 앤 패드 시스템과 포그 시스템이 가장 일반적으로 사용되고 있다(Arbel 등, 1999, 2003; Kim 등, 2001a, 2001b; Lee와 Kim, 2011).
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