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가설 설정
- 2와 같은 단면도로 나타낼 수 있다. 수막에서 공급되는 총 열량(QW)은 2중 하우스 내부로 전달되는 열량(QW-IN=UW-IN(TW-TIN))과 1중과 2중사이의 공간으로 방출되는 열량(QW-B=UW-B(TW-TB))으로 구분되어진다.
제안 방법
- 실험에 사용한 수막 시스템은 Fig. 1에서 보는 바와 같이 수막으로 사용한 지하수를 가온장치(온수보일러)를 이용하여 재가열한 다음 다시 사용하는 순환식 수막시스템으로, 공급수온은 가온 장치, 수막유량은 밸브를 이용하여 일단위로 조절하였다. 수막호스는 1중 하우스 내부 용마루에 설치하여 수막이 2중 하우스 양쪽 지붕에 고르게 살포되도록 하였다.
- 단동 이중비닐하우스에서 수막에 의한 열전달 특성 및 가온효과를 구명하기 위하여 작물이 재배되는 수막온실의 실내외 기온과 수막의 수온 등을 계측하였고, 단위 피복면적당 수막에 의한 총 공급열량, 열관류율, 관류열량, 온실 내부로 전달되는 열량비율 변화를 비교·분석하였다. 1중과 2중사이의 기온은 외부기온보다는 수막유량과 공급수온에 따라 결정되는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 수막온실의 열전달 특성 및 가온효과 구명을 위해 단동 이중비닐하우스에서 수막유량과 공급 수온에 따른 온실 내·외부로 전달되는 열관류율과 관류 열량의 변화를 비교·분석하였다. 또한 수막에 의한 총 공급열량과 온실내부로 전달되는 열량의 비율 변화를 분석하였다.
- 본 연구에서는 수막온실의 열전달 특성 및 가온효과 구명을 위해 단동 이중비닐하우스에서 수막유량과 공급 수온에 따른 온실 내·외부로 전달되는 열관류율과 관류 열량의 변화를 비교·분석하였다. 또한 수막에 의한 총 공급열량과 온실내부로 전달되는 열량의 비율 변화를 분석하였다.
- 수막온실의 열전달 특성을 분석하기 위하여 실내외 기온, 온실 1중(외부피복)과 2중(내부피복)사이의 기온, 공급 수온과 배출수온을 각각 측정하였다. 실내외 기온은 온도 센서 데이터로거(TempRetrieverRH, MadgeTech, Warner, NH, USA)를 실내에 3점, 실외에 2점 설치하여 측정하였다.
대상 데이터
- 또한 수막시스템을 실제 사용하는 농업인은 야간 최저기온이 영하인 경우에만 수막을 가동하는 것으로 보고되고 있다(Moon 등, 2012). 따라서 본 실험에서는 실험기간 중 야간 최저기온이 영하로 떨어지고 데이터가 정상적으로 받아진 날의 데이터 값을 분석에 사용하였다.
- 수막하우스의 기온효과 구명을 위한 실험은 2015년 12월 31일부터 2016년 3월3일까지 수행하였다. 수막시스템은 오후 5시부터 익 일 오전 9시까지 가동되도록 하였고, 비교·분석에 이용한 데이터는 일사의 영향을 최소화하기 위하여 오후 8시부터 익 일 오전 6시까지 측정한 데이터 값을 사용하였다. 또한 수막시스템을 실제 사용하는 농업인은 야간 최저기온이 영하인 경우에만 수막을 가동하는 것으로 보고되고 있다(Moon 등, 2012).
- 수막하우스의 기온효과 구명을 위한 실험은 2015년 12월 31일부터 2016년 3월3일까지 수행하였다. 수막시스템은 오후 5시부터 익 일 오전 9시까지 가동되도록 하였고, 비교·분석에 이용한 데이터는 일사의 영향을 최소화하기 위하여 오후 8시부터 익 일 오전 6시까지 측정한 데이터 값을 사용하였다.
- 실험에 사용한 온실은 시설원예연구소(경남 함안군 소재)내에 위치한 단동 이중비닐하우스로, 폭 8m, 길이 40m, 지붕높이 3.6m이다. 온실은 남북동으로 1·2중 모두 0.
성능/효과
- 3과 Fig. 4에서 보는바와 같이 수막유량이 증가할수록, 공급수온이 높을수록 수막과 2중 하우스 내부와의 열관류율(UW-IN)은 유의하게 증가하는 것으로 나타났다. 수막유량이 증가하고 공급수온이 높아지면서 온실 피복 면을 흐르는 수막에 더 많은 열량이 공급되고, 그로 인하여 주변으로의 열전달이 활발해지면서 비교적 많은 열이 온실내부로 전달되기 때문으로 판단된다.
- 그럼에도 공급수온과 수막유량이 증가함에 따라 UW-B 값이 커지는 경향은 본 연구와 전체적으로 일치하였다. 본 연구는 농업인이 실제로 작물을 재배하는 수막온실과 가장 유사한 조건에서의 열관류율의 변화를 모의했다고 할 수 있으며, 본 연구의 UW-B 값이 선행연구에 비해 상대적으로 적은 것으로 볼 때, 수막시스템의 효율적인 열용량 사용에 본 연구에서 사용한 수막온실의 형태가 가장 유리한 것으로 판단된다.
- 44W·m-2 · ℃-1 의 범위를 보였다. 수막에 의한 총 공급열량(QW)과 온실 내외부로 전달되는 관류열량(QW-IN, QW-B)의 경우, QW 값이 QW-IN 과 QW-B 의 합과 매우 유사하게 일치하고 있어 본 연구에서 제시한 결과가 신뢰성이 있음을 확인할 수 있었다. 수막에 의해 내부공기를 가열하는데 사용되는 열량은 최대 57% 수준으로 분석되었고, 우리나라 수막재배온실의 경우 약 22~28% 수준으로 판단된다.
- 수막에 의한 총 공급열량에서 2중 하우스 내부공기를 가열하는데 사용되는 열량은 실험조건이 A, B, C, D, E, F로 변화할 때 각각 22, 28, 31, 27, 36, 57%로 나타났다. 이러한 결과는 수막에 의한 공급열량 중에서 내부 공기를 가열하는데 사용되는 열량은 약 17~30% 정도라는 RDA(2007, 2008)의 보고와 실험조건 A, B, C, D, E에서는 잘 일치하였다.
- 1중과 2중사이의 기온은 외부기온보다는 수막유량과 공급수온에 따라 결정되는 것으로 나타났다. 수막유량이 증가할수록, 공급수온이 높을수록 수막과 2중 하우스 내부와의 열관류율(UW-IN)은 유의하게 증가하는 경향을 보였다. 그러나 수막유량과 공급수온이 일정조건(수 막유량 0.
- 95W·m-2·℃-1 증가하였다. 수막유량이 증가함에 따라 UW-IN은 증가하는 경향을 뚜렷하게 보였고, 증가폭도 급격하게 커지는 것을 확인할 수 있었다. 반면에 UW-B는 증가폭이 상대적으로 작은 경향을 보였다.
- 반면에 실험조건 F의 가온효과는 공급열량의 57%로 매우 높게 나타났는데, 이는 수막 유량과 공급수온이 RDA(2007, 2008)의 연구에 비해 지나치게 많음에 따른 차이로 판단된다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 수막유량과 공급수온이 증가함에 따라 수막 열량에 의해 내부로 전달되는 열량비율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 일정수준이상의 수막유량과 공급수온에서 UW-IN 이 약 10W·m-2 · ℃-1 로 수렴되는 경향을 볼 때, 2중 하우스 내부로 전달되는 열량의 비율도약 57% 수준이 최대인 것으로 추정이 가능하다.
후속연구
- 수막에 의해 내부공기를 가열하는데 사용되는 열량은 최대 57% 수준으로 분석되었고, 우리나라 수막재배온실의 경우 약 22~28% 수준으로 판단된다. 본 연구는 농업인이 실제 사용하는 수막온실과 가장 유사한 조건에서 수막에 의한 온도변화, 열관류율과 관류열량을 계량화함으로써 향후 경제적인 수막온실 설계 시 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
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