온실의 냉방부하 산정방법 개발을 위하여 열수지 방법에 기초한 냉방부하 산정식을 구성하고, 포그냉방 온실에서 냉방부하를 실측하여 검증하였다. 포그냉방 온실의 냉각열량은 포그분사에 의한 증발수량에 물의 증발잠열을 곱하여 구할 수 있다. 여기서, 증발수량은 포그 분사량에 증발효율을 곱하면 구할 수 있으며, 즉 분무수량을 계측하고 포그시스템의 증발효율을 알면 온실의 냉방부하를 실측할 수 있다. 따라서 온실의 냉방부하 실측을 위하여 실험온실에서 포그시스템의 증발효율을 실험하고, 실험온실의 열환경 계측과 더불어 포그 분사량을 계측하여 냉방부하 산정방법을 검토하였다. 먼저 냉방부하 산정식의 환기전열량을 검토하기 위하여 냉방을 실시하지 않은 상태에서 환기량 실측 실험을 통해 비교한 결과 열수지식을 이용한 환기전열량 예측은 비교적 양호한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 이류체 포그시스템의 증발효율은 0.3~0.94의 범위를 보였으며 평균 0.67로 나타났고, 환기율이 증가함에 따라 커지는 것으로 나타났다. 포그냉방을 실시하면서 온실의 환경을 계측하여 열수지식으로 냉방부하를 계산하고, 분무량 실측치로부터 증발 냉각열량을 구하여 비교한 결과 냉방부하 계산치와 실측치는 대체로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 냉방부하가 낮은 경우에는 실측치에 비하여 약간 크게 예측되었고, 냉방부하가 높은 경우에는 실측치보다 작게 예측되었다. 온실의 냉방시스템 설계 시에는 최대냉방부하를 이용하여 냉방설비의 용량을 결정하게 된다. 따라서 냉방부하가 큰 쪽에서 실측치보다 작게 예측되는 부분은 검토가 필요하지만 설비용량 산정시의 안전계수를 고려하면 본 연구에서 제시한 냉방부하 산정방법은 온실의 환경설계에 적용할 수 있는 것으로 판단된다.
온실의 냉방부하 산정방법 개발을 위하여 열수지 방법에 기초한 냉방부하 산정식을 구성하고, 포그냉방 온실에서 냉방부하를 실측하여 검증하였다. 포그냉방 온실의 냉각열량은 포그분사에 의한 증발수량에 물의 증발잠열을 곱하여 구할 수 있다. 여기서, 증발수량은 포그 분사량에 증발효율을 곱하면 구할 수 있으며, 즉 분무수량을 계측하고 포그시스템의 증발효율을 알면 온실의 냉방부하를 실측할 수 있다. 따라서 온실의 냉방부하 실측을 위하여 실험온실에서 포그시스템의 증발효율을 실험하고, 실험온실의 열환경 계측과 더불어 포그 분사량을 계측하여 냉방부하 산정방법을 검토하였다. 먼저 냉방부하 산정식의 환기전열량을 검토하기 위하여 냉방을 실시하지 않은 상태에서 환기량 실측 실험을 통해 비교한 결과 열수지식을 이용한 환기전열량 예측은 비교적 양호한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 이류체 포그시스템의 증발효율은 0.3~0.94의 범위를 보였으며 평균 0.67로 나타났고, 환기율이 증가함에 따라 커지는 것으로 나타났다. 포그냉방을 실시하면서 온실의 환경을 계측하여 열수지식으로 냉방부하를 계산하고, 분무량 실측치로부터 증발 냉각열량을 구하여 비교한 결과 냉방부하 계산치와 실측치는 대체로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 냉방부하가 낮은 경우에는 실측치에 비하여 약간 크게 예측되었고, 냉방부하가 높은 경우에는 실측치보다 작게 예측되었다. 온실의 냉방시스템 설계 시에는 최대냉방부하를 이용하여 냉방설비의 용량을 결정하게 된다. 따라서 냉방부하가 큰 쪽에서 실측치보다 작게 예측되는 부분은 검토가 필요하지만 설비용량 산정시의 안전계수를 고려하면 본 연구에서 제시한 냉방부하 산정방법은 온실의 환경설계에 적용할 수 있는 것으로 판단된다.
In order to develop the cooling load estimation method in the greenhouse, the cooling load calculation formula based on the heat balance method was constructed and verified by the actual cooling load measured in the fog cooling greenhouse. To examine the ventilation heat transfer in the cooling load...
In order to develop the cooling load estimation method in the greenhouse, the cooling load calculation formula based on the heat balance method was constructed and verified by the actual cooling load measured in the fog cooling greenhouse. To examine the ventilation heat transfer in the cooling load calculation formula, we measured ventilation rates in the experimental greenhouse which a cooling system was not operated. The ventilation heat transfer by a heat balance method showed a relatively good agreement. Evaporation efficiencies of the two-fluid fogging system were a range of 0.3 to 0.94, average 0.67, and it showed that they increased as the ventilation rate increased. We measured thermal environments in a fog cooling greenhouse, and calculated cooling load by heat balance equation. Also we calculated evaporative cooling energy by measuring the sprayed amount in the fogging system. And by comparing those two results, we could verify that the calculated and the measured cooling load showed a relatively similar trend. When the cooling load was low, the measured value was slightly larger than calculated, when the cooling load was high, it has been found to be smaller than calculated. In designing the greenhouse cooling system, the capacity of cooling equipment is determined by the maximum cooling load. We have to consider the safety factor when installed capacity is estimated, so a cooling load calculation method presented in this study could be applied to the greenhouse environmental design.
In order to develop the cooling load estimation method in the greenhouse, the cooling load calculation formula based on the heat balance method was constructed and verified by the actual cooling load measured in the fog cooling greenhouse. To examine the ventilation heat transfer in the cooling load calculation formula, we measured ventilation rates in the experimental greenhouse which a cooling system was not operated. The ventilation heat transfer by a heat balance method showed a relatively good agreement. Evaporation efficiencies of the two-fluid fogging system were a range of 0.3 to 0.94, average 0.67, and it showed that they increased as the ventilation rate increased. We measured thermal environments in a fog cooling greenhouse, and calculated cooling load by heat balance equation. Also we calculated evaporative cooling energy by measuring the sprayed amount in the fogging system. And by comparing those two results, we could verify that the calculated and the measured cooling load showed a relatively similar trend. When the cooling load was low, the measured value was slightly larger than calculated, when the cooling load was high, it has been found to be smaller than calculated. In designing the greenhouse cooling system, the capacity of cooling equipment is determined by the maximum cooling load. We have to consider the safety factor when installed capacity is estimated, so a cooling load calculation method presented in this study could be applied to the greenhouse environmental design.
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문제 정의
본 논문에서는 온실의 냉방부하 산정방법 개발을 위하여 열수지 방법에 기초한 냉방부하 산정식을 구성하고, 냉방부하를 실측하여 검증하였다. 포그냉방 온실의 냉각 열량은 포그분사에 의한 증발수량에 물의 증발잠열을 곱하여 구할 수 있다.
제안 방법
재배작물은 토마토(품종: 다롱이)로 포트재배를 하고 있으며 2014년 5월 19일에 정식하였다. 냉방은 이류체 포그시스템을 사용하고, 실내온도 30oC 이상이면 환기팬을 가동하고, 포그시스템 가동 조건은 온도 32oC이상, 상대습도 90%이하로 설정하여 1분간 분무, 3분 정지로 세팅하였다. 냉방부하 실험은 2014년 6월 1일부터 2014년 8월 31일까지 수행하였다.
여기서, 증발수량은 포그 분사량에 증발효율을 곱하면 구할 수 있으며, 즉 분무수량을 계측하고 포그시스템의 증발효율을 알면 온실의 냉방부하를 실측할 수 있다. 따라서 온실의 냉방부하 실측을 위하여 실험온실에서 포그시스템의 증발효율을 실험하고, 실험온실의 열환경 계측과 더불어 포그 분사량을 계측하여 냉방부하 산정방법을 검토하였다. 먼저 냉방부하 산정식의 환기전열량을 검토하기 위하여 냉방을 실시하지 않은 상태에서 환기량 실측 실험을 통해 비교한 결과 열수지식을 이용한 환기전열량 예측은 비교적 양호한 결과를 보이는 것으로 나타났다.
먼저, 냉방을 실시하지 않은 상태의 실험온실 환경계측 데이터를 이용하여 식 (1)의 냉방부하를 0으로 놓고, 환기로 배출되는 열량을 구한 후, 환기율 계측 결과를 이용하여 식 (5)로 구한 환기전열량과 비교하여 Hv항을 검증하였다. 냉방부하 계산 식(1)에서 Hs항과 Hr항은 일사량을 이용하므로 별도의 검증은 필요없고, 설계 시에는 외부의 설계일사량을 이용하므로 피복재의 광투과율과 작물의 증발산계수에 대한 정확한 자료만 제공하면 된다.
냉방 부하가 낮은 경우에는 실측치에 비하여 약간 크게 예측되었고, 냉방부하가 높은 경우에는 실측치보다 작게 예측되었다. 본 연구에서는 이류체 포그시스템을 사용하여 냉방을 실시하고, 분무수량을 실측하여 냉방열량을 산정하였다. 포그 노즐로 공급되는 파이프라인에 디지털 유량계를 설치하여 분무유량을 계측하였는데, 이류체 포그 시스템은 포그 노즐에서 물방울이 떨어지지 않도록 분무가 정지되면 배수과정을 거치므로 이로 인해서 계측한 유량과 실제 분무한 유량 사이에는 약간의 차이가 있을 것으로 판단되며, 대체로 흡입 배수과정을 고려하면 실제보다 약간 크게 계측되었을 것으로 생각된다.
본 연구의 재료 및 방법에서 제시한 냉방부하 산정방법(식 1)으로 실험온실의 냉방부하를 계산하여 실측 냉방부하와 비교하였다. 포그냉방을 실시하면서 온실의 환경을 계측하여 열수지식으로 냉방부하를 계산하고, 분무량 실측치로부터 증발냉각열량을 구하여 비교한 결과를 Fig.
온실의 냉방부하 산정방법 개발을 위하여 열수지 방법에 기초한 냉방부하 산정식을 구성하고, 포그냉방온실 에서 냉방부하를 실측하여 검증하였다. 포그냉방 온실의 냉각열량은 포그분사에 의한 증발수량에 물의 증발잠열을 곱하여 구할 수 있다.
온실의 냉방부하 산정방법을 검증하기 위하여 실험온실에서 포그 냉방을 실시하면서 환경을 계측하고, 포그 시스템의 분무수량을 실시간으로 계측하였다. 식 (7)과 같이 분무수량에 물의 증발잠열과 포그시스템의 증발효율을 곱하면 증발냉각열량이 된다.
여기서, 증발수량은 포그 분사량에 증발효율을 곱하면 구할 수 있으며, 즉 분무수량을 계측하고 포그시스템의 증발효율을 알면 온실의 냉방부하를 실측할 수 있다. 이를 위하여 본 연구에서는 실험온실에서 포그시스템의 증발효율을 실험하고, 실험온실의 열환경 계측과 더불어 포그 분사량을 계측하여 냉방부하 산정방법을 검토하였다.
작물이 없는 상태에서 온실의 환기창을 모두 닫고 포그를 분사하면서 환경을 계측하여 포그 냉방시스템의 증발효율을 시험하였다. 증발효율(εf)은 다음 식 (8)로 계산하였다.
대상 데이터
온실 내로 유입되는 일사량은 온실 내부의 작물군락 상부에서 계측한 일사량을 사용하였다. 실험 온실에서는 토마토를 재배하였고, 작물의 증발산에 소비되는 열량 산정에서 증발산계수는 0.6을 사용하였다(Nam 등, 2011). 온실 피복재를 통한 관류열량 산정에서 피복재의 열관류율은 6.
실험온실은 대전 유성에 위치한 플라스틱 온실로 피복재는 0.1 mm PE필름이고, 지붕에 52 m3 · min-1 용량의 환기팬 3대가 설치되어 있으며, 개폐폭 1m의 권취식 측창이 양쪽에 설치되어 있다.
온실 내로 유입되는 일사량은 온실 내부의 작물군락 상부에서 계측한 일사량을 사용하였다. 실험 온실에서는 토마토를 재배하였고, 작물의 증발산에 소비되는 열량 산정에서 증발산계수는 0.
1 mm PE필름이고, 지붕에 52 m3 · min-1 용량의 환기팬 3대가 설치되어 있으며, 개폐폭 1m의 권취식 측창이 양쪽에 설치되어 있다. 재배작물은 토마토(품종: 다롱이)로 포트재배를 하고 있으며 2014년 5월 19일에 정식하였다. 냉방은 이류체 포그시스템을 사용하고, 실내온도 30oC 이상이면 환기팬을 가동하고, 포그시스템 가동 조건은 온도 32oC이상, 상대습도 90%이하로 설정하여 1분간 분무, 3분 정지로 세팅하였다.
환기로 배출되는 열량은 환기율을 계측하여 식 (5)로 구하였다. 환기율 계측은 천장에 설치한 배기팬 가동시에 는 배기팬의 용량으로, 배기팬이 가동되지 않을 때에는 측창에서 계측한 풍속을 이용하여 Nam 등(2011)의 방법으로 추정하였다.
성능/효과
전체적으로 이 부분은 실측치에 비하여 최대 20% 정도 작게 예측되었다. 그러나 설비용량 산정시 안전계수를 20%정도 두는 것으로 고려하면 본 연구에서 제시한 냉방부하 산정방법은 온실의 환경설계에 적용할 수 있는 것으로 판단된다.
4와 같이 환기율이 증가함에 따라 증발효율도 커지는 것으로 나타났다. 냉방효율도 환기율에 따라 증가하는 경향을 보이고 있으나 큰 차이는 없는 것으로 나타났다.
온실의 냉방시스템 설계 시에는 최대냉방부하를 이용하여 냉방설비의 용량을 결정하게 된다. 따라서 냉방부하가 큰 쪽에서 실측치보다 작게 예측되는 부분은 검토가 필요하지만 설비용량 산정시의 안전계수를 고려하면 본 연구에서 제시한 냉방부하 산정방법은 온실의 환경설계에 적용할 수 있는 것으로 판단된다.
따라서 온실의 냉방부하 실측을 위하여 실험온실에서 포그시스템의 증발효율을 실험하고, 실험온실의 열환경 계측과 더불어 포그 분사량을 계측하여 냉방부하 산정방법을 검토하였다. 먼저 냉방부하 산정식의 환기전열량을 검토하기 위하여 냉방을 실시하지 않은 상태에서 환기량 실측 실험을 통해 비교한 결과 열수지식을 이용한 환기전열량 예측은 비교적 양호한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 이류체 포그시스템의 증발효율은 0.
자연환기 및 팬 가동조건에서 식 (4)를 이용하여 구한 증발효율은 Table 3 및 Table 4와 같다. 본 실험에 사용한 이류체 포그시스템의 증발효율은 자연환기 조건에서 평균 0.50, 팬 가동 조건에서 0.83으로 나타났고, 환기율에 따라 0.30~0.94의 범위를 보였으며 평균 0.67로 나타났다. Li와 Willits(2008)이 미국에서 실험한 저압 포그시스템의 0.
포그시스템의 증발효율을 구하기 위하여 1회 40분씩 10회의 실험을 실시하였으며 그 결과는 Table 2와 같다. 실내의 절대습도 증가분을 고려한 이류체 포그시스템의 증발효율은 0.57~0.81의 범위를 보였으며 평균 0.67로 나타났다. 밀폐온실에서 시간이 경과하여 포차가 줄어들면 절대습도의 증가가 불가능하므로 연속적인 포그시스템 가동조건에서는 절대습도 증가분을 고려할 수 없다.
먼저 냉방부하 산정식의 환기전열량을 검토하기 위하여 냉방을 실시하지 않은 상태에서 환기량 실측 실험을 통해 비교한 결과 열수지식을 이용한 환기전열량 예측은 비교적 양호한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 이류체 포그시스템의 증발효율은 0.3~0.94의 범위를 보였으며 평균 0.67로 나타났고, 환기율이 증가함에 따라 커지는 것으로 나타났다. 포그냉방을 실시하면서 온실의 환경을 계측하여 열수지식으로 냉방부하를 계산하고, 분무량 실측치로부터 증발 냉각열량을 구하여 비교한 결과 냉방부하 계산치와 실측치는 대체로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다.
따라서 냉방부하 산정방법의 검증에서 더 중요하게 고려할 부분은 본 실험 중에서 냉방부하가 큰 쪽에서의 예측치가 될 것이다. 전체적으로 이 부분은 실측치에 비하여 최대 20% 정도 작게 예측되었다. 그러나 설비용량 산정시 안전계수를 20%정도 두는 것으로 고려하면 본 연구에서 제시한 냉방부하 산정방법은 온실의 환경설계에 적용할 수 있는 것으로 판단된다.
67로 나타났고, 환기율이 증가함에 따라 커지는 것으로 나타났다. 포그냉방을 실시하면서 온실의 환경을 계측하여 열수지식으로 냉방부하를 계산하고, 분무량 실측치로부터 증발 냉각열량을 구하여 비교한 결과 냉방부하 계산치와 실측치는 대체로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 냉방부하가 낮은 경우에는 실측치에 비하여 약간 크게 예측되었고, 냉방부하가 높은 경우에는 실측치보다 작게 예측되었다.
후속연구
온실의 냉방시스템 설계 시에는 최대냉방부하를 이용하여 냉방설비의 용량을 결정하게 된다. 따라서 냉방부하 산정방법의 검증에서 더 중요하게 고려할 부분은 본 실험 중에서 냉방부하가 큰 쪽에서의 예측치가 될 것이다. 전체적으로 이 부분은 실측치에 비하여 최대 20% 정도 작게 예측되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라 온실은 왜 대부분 고온기에 농사를 쉬는가?
우리나라 온실은 터널형 또는 아치형 단동 플라스틱 온실이 대부분을 차지하고 있으므로 냉방을 실시하는 농가는 거의 없고 대부분 고온기에 휴경을 하고 있는 실정이다. 여름철 재배를 하고 있는 134농가의 온실을 대상으로 냉방실태를 조사한 결과(Nam, 2000)에 의하면 플라스틱 온실에서는 냉방온실이 하나도 없고, 유리온실만 23농가(17.
증발냉각시스템이나 히트펌프 냉방의 도입을 할 때 온실의 냉방설계를 통한 설비용량의 결정이 중요한 이유는?
증발냉각시스템이나 히트펌프 냉방의 도입을 위해서는 온실의 냉방설계를 통한 설비용량의 결정이 중요하다. 설비용량의 부족은 혹서기에 작물의 생장장해를 유발할 수 있으며, 설비용량의 과대설계는 설치비나 에너지효율 측면에서 불리하므로 정확한 냉방부하 산정을 통하여 적정 설비용량을 결정할 필요가 있다. 미국의 온실 냉방설계 기준은 강제환기와 증발냉각시스템으로 구성되어 있으며 열수지식을 이용하여 기온과 환기율 관계를 구하는 방법으로 설계한다(ASABE, 2008).
증발냉각시스템 중에서 무엇이 널리 쓰이고 있는가?
일반적으로 사용되고 있는 온실의 고온극복 방법으로는 환기, 차광, 증발냉각 등이 있으나, 40oC에 가까운 고온 하에서는 증발냉각시스템이 효과적인 것으로 보고되어 있다 (Sethi와 Sharma, 2007; Kim 등, 2015). 증발냉각시스템 중에서 세계적으로 가장 널리 사용되고 있는 것으로는 팬-패드시스템과 포그시스템이 있는데, 팬-패드시스템은 온도분포가 불균일한 단점이 있어 최근에는 상업용 온실을 중심으로 포그시스템이 더 많이 사용되고 있는 추세이다(Kittas 등, 2003; Abdel과 Kozai, 2006; Lee와 Kim, 2011; Nam 등, 2012).
참고문헌 (17)
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Kim, S.E., J.E. Lee, S.D. Lee, H.S. Kim, H. Chun, and Y.S. Kim. 2015. Optimum management of greenhouse environment by the shading coat and two-fluid fogging system in summer season. Protected Horticulture and Plant Factory 24(1): 34-39 (in Korean).
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