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문제 정의
- 본 연구는 방울토마토 재배 단동온실에 공기순환팬을 설치하고 공기순환팬이 온실 내 온도 및 습도 분포, 에너지소비량에 미치는 영향을 분석하였다. 공기순환팬은 날개 크기 230mm의 Stainless 팬으로, Lee 등(2016)의 연구결과를 참고하여 시험구 온실에 9m 간격으로 총 18대를 설치하였다.
- 본 연구에서는 충청남도 청양군 청남면에 위치한 방울토마토 재배 단동온실에 공기순환팬을 설치하고 공기순환팬이 온실 내 온도 및 습도 분포, 에너지소비량에 미치는 영향을 분석하였다.
- 2%의 에너지를 적게 소모하였다. 이는 온실 내 설치한 공기순환팬이 난방 장치의 가동시간 또는 횟수에 영향을 주어 나타난 결과라고 판단되며, 정확한 분석을 위해 난방 장치의 온도 센서가 위치한 곳에 설치한 K타입 열전대의 온도 변화와 온실 내부온도를 살펴보았다. 온도 변화는 동일한 조건이었던 2월 3일~4일, 에너지소비량 차이가 크게 난 3월 2일~3일의 데이터를 살펴보았다.
제안 방법
- 1°C의 온도 차가 발생하였다. 누적 유량의 경우 매일 오전 9시에 온수유량계의 누적유량을 확인하였고, 2월 3일에는 두 온실 모두 공기순환팬을 가동하지 않고 다음날 유량을 확인해보았다. 2월 4일 오전 양쪽 온실의 유량은 18m3으로 동일하였으며 이후 공기순환팬을 설치한 온실에서는 팬을 가동하였다.
- 4°C로 나타났으나 이는 난방장치가 가동되지 않았을 때의 온수배관 온도 값도 포함되어 있는 값으로 판단된다. 따라서 온수 출수부 온도의 시간별 평균값 중 최소값을 구하여 측정기간 내 이보다 작은 값들은 난방장치가 가동하지 않은 것으로 여기고 온수 출수부 및 환수부의 평균온도를 다시 구하였다. 시간별 평균온도의 최소값은 22.
- , Japan)와 연결된 K타입 열전대를 부착하여 측정하였다. 시험기간 동안 두 온실의 에너지소비량이 다를 경우 난방 장치의 가동 시간 또는 횟수가 다른 것이 원인이 되므로 난방기 제어 장치의 온도 센서가 위치한 곳(입구로부터 21m 떨어진 곳, 1m 높이)에 K타입 열전대를 추가로 설치하여 온도를 측정하고 비교하였다.
- 재배작물은 ‘미니마루’와 ‘미니찰’ ((주)농우바이오)로 2016년 11월 25일에 양액베드 2라인에 정식하였다. 양액베드의 간격은 1.8m, 작물은 재식 간격 0.12m로 한 줄기씩 좌우로 번갈아가며 유인하여 재배하였다. 시험 시작 당시(17년 2월 3일) 작물의 높이는 1m였으며, 3월 23일 작물의 높이는 1.
- 8m 높이 2곳의 온습도를 난방을 주로 하는 야간(오후 6시~다음 날 오전 7시)에 5분 간격으로 측정하였다. 에너지소비량은 각 온실에 위치한 온수펌프의 유량, 온수 출수부와 환수부의 온도차를 측정하여 계산하였다. 공기순환팬을 사용하지 않았을 때 측점 간 온도차 및 습도차의 평균값은 0.
- 에너지소비량의 경우 각 온실에 위치한 온수펌프의 유량과 온수 출수부와 환수부의 온도차를 측정하여 계산하였다. 에너지소비량을 구하는 식은 다음과 같다.
- 이는 온실 내 설치한 공기순환팬이 난방 장치의 가동시간 또는 횟수에 영향을 주어 나타난 결과라고 판단되며, 정확한 분석을 위해 난방 장치의 온도 센서가 위치한 곳에 설치한 K타입 열전대의 온도 변화와 온실 내부온도를 살펴보았다. 온도 변화는 동일한 조건이었던 2월 3일~4일, 에너지소비량 차이가 크게 난 3월 2일~3일의 데이터를 살펴보았다.
- , Japan)를 이용하여 시험구 온실과 대조구 온실의 순간유량을 측정하고 확인한 후 온수유량계를 배관에 직접 설치하여 시험기간 동안의 일별, 누적 유량을 측정하였다. 온수펌프의 온수 출수부와 환수부의 온도는 배관표면에 데이터로거(MV1000, Yokogawa Electric Corp., Japan)와 연결된 K타입 열전대를 부착하여 측정하였다. 시험기간 동안 두 온실의 에너지소비량이 다를 경우 난방 장치의 가동 시간 또는 횟수가 다른 것이 원인이 되므로 난방기 제어 장치의 온도 센서가 위치한 곳(입구로부터 21m 떨어진 곳, 1m 높이)에 K타입 열전대를 추가로 설치하여 온도를 측정하고 비교하였다.
- 온수펌프의 유량은 온수배관에 초음파 유량계(SLF-200, Sonic Corp., Japan)를 이용하여 시험구 온실과 대조구 온실의 순간유량을 측정하고 확인한 후 온수유량계를 배관에 직접 설치하여 시험기간 동안의 일별, 누적 유량을 측정하였다. 온수펌프의 온수 출수부와 환수부의 온도는 배관표면에 데이터로거(MV1000, Yokogawa Electric Corp.
- 8m 높이의 2곳에서의 온도 및 습도를 측정하였다. 온실 내 온도 및 습도 데이터는 주간에는 측창을 열고 환기하는 경우도 있으므로 주로 난방을 하는 야간(오후 6시~다음 날 오전 7시)에 5분 간격으로 측정하였다. 측정지점 간의 균일성을 확인하기 위해 시험기간 동안의 측정지점 간 온도차, 습도차의 평균값과 표준편차를 구하여 비교하였다.
- 온실 내 온도는 2월 3일부터 2월 14일까지 오전 6~7시는 12°C, 오전 7시~오후 6시는 13°C, 오후 6~9시는 12°C, 오후 9시~다음날 오전 6시는 11°C로 4단 변온 관리하였으며, 2월 15일부터는 시간대별로 관리 온도를 1°C씩 올려서 재배하였다.
- 온실 내부 온도 및 습도는 온실 길이방향으로 4등분하여 1/4 지점과 3/4 지점의 중앙에 온습도 센서(HOBO U23-001, Onset Computer Corp., USA)를 설치하였고, 각 측점에서 0.8m, 1.8m 높이의 2곳에서의 온도 및 습도를 측정하였다. 온실 내 온도 및 습도 데이터는 주간에는 측창을 열고 환기하는 경우도 있으므로 주로 난방을 하는 야간(오후 6시~다음 날 오전 7시)에 5분 간격으로 측정하였다.
- 공기순환팬은 날개 크기 230mm의 Stainless 팬으로, Lee 등(2016)의 연구결과를 참고하여 시험구 온실에 9m 간격으로 총 18대를 설치하였다. 온실 내부 온습도는 온실 길이방향으로 4등분하여 1/4 지점과 3/4 지점의 중앙에 센서를 설치하고 0.8m, 1.8m 높이 2곳의 온습도를 난방을 주로 하는 야간(오후 6시~다음 날 오전 7시)에 5분 간격으로 측정하였다. 에너지소비량은 각 온실에 위치한 온수펌프의 유량, 온수 출수부와 환수부의 온도차를 측정하여 계산하였다.
대상 데이터
- 공기순환팬은 날개 크기 230mm의 Stainless 팬(SYSFS250, SYSCO, Korea)을 사용하였으며, 직접 측정한 공기순환팬의 풍량은 11m3/min이었다. 공기순환팬의 간격은 Lee 등(2016)의 연구결과를 참고하여 시험구 온실에 9m 간격으로 총 18대의 공기순환팬을 각 베드 중앙에 설치하였고, 설치 높이(지상으로부터 팬 중심까지의 높이)는 1.
- 본 연구는 방울토마토 재배 단동온실에 공기순환팬을 설치하고 공기순환팬이 온실 내 온도 및 습도 분포, 에너지소비량에 미치는 영향을 분석하였다. 공기순환팬은 날개 크기 230mm의 Stainless 팬으로, Lee 등(2016)의 연구결과를 참고하여 시험구 온실에 9m 간격으로 총 18대를 설치하였다. 온실 내부 온습도는 온실 길이방향으로 4등분하여 1/4 지점과 3/4 지점의 중앙에 센서를 설치하고 0.
- 시험은 충청남도 청양군 청남면에 위치한 단동온실에서 17년 2월 3일부터 3월 23일까지 수행하였으며, 총 4동의 온실 중 가운데 위치한 2동을 시험구와 대조구로 하였다. 온실의 길이는 95m, 폭은 6m, 측고 1.
- 9m였다. 온실 내 난방장치는 벙커 A 보일러(465kW)와 온수펌프, FCU 6대(하부 4대, 상부 2대)를 이용하였으며, 하부에 설치한 FCU는 천공이 된 비닐덕트를 연결하여 사용하였다. 온실 내 온도는 2월 3일부터 2월 14일까지 오전 6~7시는 12°C, 오전 7시~오후 6시는 13°C, 오후 6~9시는 12°C, 오후 9시~다음날 오전 6시는 11°C로 4단 변온 관리하였으며, 2월 15일부터는 시간대별로 관리 온도를 1°C씩 올려서 재배하였다.
- 시험은 충청남도 청양군 청남면에 위치한 단동온실에서 17년 2월 3일부터 3월 23일까지 수행하였으며, 총 4동의 온실 중 가운데 위치한 2동을 시험구와 대조구로 하였다. 온실의 길이는 95m, 폭은 6m, 측고 1.2m, 동고는 2.3m였으며, PE 필름의 2중 피복에 다겹보온 커튼 1층이 설치되어 있었다. 재배작물은 ‘미니마루’와 ‘미니찰’ ((주)농우바이오)로 2016년 11월 25일에 양액베드 2라인에 정식하였다.
- 재배작물은 ‘미니마루’와 ‘미니찰’ ((주)농우바이오)로 2016년 11월 25일에 양액베드 2라인에 정식하였다.
데이터처리
- 온실 내 온도 및 습도 데이터는 주간에는 측창을 열고 환기하는 경우도 있으므로 주로 난방을 하는 야간(오후 6시~다음 날 오전 7시)에 5분 간격으로 측정하였다. 측정지점 간의 균일성을 확인하기 위해 시험기간 동안의 측정지점 간 온도차, 습도차의 평균값과 표준편차를 구하여 비교하였다.
성능/효과
- 27%로 나타나 공기순환팬을 사용하지 않았을 때보다 감소하였다. 각 측점별로 값을 비교하더라도 공기순환팬 사용 온실에서 온도 및 습도의 차이 값이 작게 나타나 공기순환팬을 사용함으로써 온실 내 온습도 차를 줄일 수 있다는 것을 확인하였다. 시험 기간 내 측정 지점 간 온도 및 습도의 평균 표준편차는 공기순환팬을 사용하지 않았을 경우 각각 0.
- 공기순환팬을 사용하지 않았을 때 측점 간 온도차 및 습도차의 평균값은 0.75°C, 2.19%였으며 공기순환팬 사용 시 측점 간 온도차 및 습도차의 평균값은 0.42°C, 1.27%로 감소하였다.
- 공기순환팬을 사용한 온실에서는 지점 간 최대 온도차가 2.66°C(측점 1과 측점 4), 최대 습도차가 7.10%(측점 1과 측점 2)였으며, 각 측점간 온도차 및 습도차의 평균값은 0.42°C, 1.27%로 나타나 공기순환팬을 사용하지 않았을 때보다 감소하였다.
- 시험기간 동안 외기온은 영상 5°C 이하로 나타나 지속적으로 난방장치가 가동되었음을 알 수 있었고, 공기순환팬 설치 온실과 미설치 온실의 평균 온습도는 각각 12.5°C 94.7%와 12.4°C 93.0%로 나타나 온실 내 온도 및 습도 관리가 유사하게 되었음을 확인할 수 있다.
- 이러한 결과로 보아 온실 내 공기순환팬 사용은 공기를 지속적으로 교반시켜 주어 온실 전체의 온도 및 습도를 균일하게 만들고, 공기의 온도가 빠르게 변하지 않도록 해주어 난방 장치의 가동 시간과 에너지소비량을 줄일 수 있다.
후속연구
- Lee 등(2016)은 토마토 재배 단동온실(10-단동-6형)에서 공기순환팬을 사용함으로써 온실 상하부, 전후면의 온도 및 습도 차가 감소한다고 하였다. Fernandez와 Bailey(1994)는 태양일사가 온실 내부의 기상균일도에 영향을 미친다고 하였으나, 본 연구에서는 자연환기의 영향을 최소화하고, 공기순환팬의 영향을 살펴보기 위해 야간의 온도 및 습도만을 분석하였고, 낮 동안 공기순환팬이 온실 내부 환경과 자연환기에 미치는 영향 등을 분석하는 연구도 필요할 것으로 보인다.
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