온실환경 솔루션

강제적인 냉방방식으로 위에서 말한 기계적 냉방방식을 살펴보면 자연상태 즉 공기중 상태변화를 이용한 소극적인 방법으로 물의 증발잠열을 이용한 팬엔패드방식 과 포그 미스트를 이용한 강제환기방식으로 나눌 수 있으며 이와같은 시설로는 지역적 한계와 변덕스런 기후등으로 안정적인 냉방효과를 위해서는 좀더 적극적인 방법이 요구되는데, 냉동시스템을 이용한 방법이 있다.

패드는 반대편 벽면에 설치하는데 팬의수량 풍량등은 온실의 규모 구조에의하여 결정하는게 일반적으로 온실내 공기량을 시간당 30회 이상 환기할 수 있도록 설계한다.
온실의 길이 즉 팬과 패드사이의 거리는 30m을 넘지않도록 설계하여야하는데 그이상일 경우 냉각효율저하 및 온도편차가 심해 냉방효과가 미미하다. 이러한 패드는 정기적으로 유지보수를 해야하는데 물때 이끼등 청소가 필요하고 수명이 다하여 처진패드는 교체해야한다.

이 방식은 물의 증발잠열을 이용한 방식으로 외부공기의 습도가 낮을수록 습구온도와 건구온도차이가 클수록 효과적이다. 통상 상대습도 50%이하에서 효과적으로 이정도의 습도에서는 건구온도가 다소높아도 냉각효과는 좋다.
패드를 통과한직후의 공기온도는 저온다습한 상태로 온실을통과하면서 온도는 점점 상승하는데 이러한 이유로 온실의 길이는 짧을수록 좋다.

다음으로 포그 미스트를 이용한 냉각방법으로 이역시 물의 증발잠열을 이용한 기화냉각으로 비교적 습도가 낮은공기와 이보다 온도가 낮은 공기중에 물과 접촉시 물에 열을주어 증발시킴과동시에 공기의 온도가 내려가는 현상이다.
온실내부에 균일하게 고압의 분무수를 분사할 수 있는 노즐을 설치하여 물을 미세하게 쪼개서 공기중으로 분사하여 증발을 유도하는 설비로 고온건조한 환경에서 실효성이 있다. 증발냉각과정에서 높아진 온실내 습도를 지속적으로 저습상태로 유지해주어야 하는데 환기팬을 이용한방법과 온실을 개방하여 실내외공기를 치환해주는 방법이 있다. 이러한 방법은 온실내습도가 적정습도이상 상승하여 여러 가지 습도로 인한 병해충의 발생 재배작물의 성장저하등 피해가 있으므로 작물의 특성을 충분히 파악하여 적용해야한다.

고압연무 고압안개를 이용한 냉각은 자연환기 기계환기 모두사용할 수 있는데 온실주변기후환경 환기율과 재배작물의 특성 온실의 구조등을 면밀히 검토하여 최적의 시스템이 되도록 설계해야한다. 패드시스템보다 물 사용량도 적고 시설비도 저렴하다.
10~20미크론의 미세물방울은 공기중 분무시 공기중 열을 쉽게 흡수하여 증발하므로 패드시스템보다 쉽게 습구온도까지 온도를 내릴 수 있어 습도가 높은 지역에서는 패드방식보다 효과적이다.
이러한 기화냉각법은 물과 공기의 접촉으로 온실환경을 조절할 수 있으며 건구온도와 습구온도와의 차가 클수록 즉 공기중 습도가 낮을수록 효과가 크게 나타나는데, 대한민국과 같은 여름철 습도가 높은 지역에서는 기화냉각에 의한 냉방효과는 제한적이다.

마지막으로 증발냉각으로는 충분한 냉각이 불가능한경우로 지속적인 냉각이 필요하고 고습으로인한 피해등이 우려되는 작물의 재배인 경우 냉동설비를 이용한 방법이 있다. 이러한 냉동기 이용냉방방법으로 다양한 방법이 있는데 지열 태양열 수열 공기열을 이용한 냉난방 히트펌프방식으로 열원의 종류에 따라 구분한다. 전기사용량이 많고 설치비가 고가이면서 많은장소를 차지하여 장비설치에 많은 어려움이 발생하고 설치 후 꾸준한 유지보수 등 온실냉방에 냉동기를 이용한 냉방설비는 여러 가지 많은 제약이 따른다.

밝고 화창한 여름날에 14*25m 비닐온실 즉 7m 2연동 100평규모 1-2w표준온실에서 햇빛이 온실을 투과하는 양은 8,000,000kcal 정도로 이는 9,300kw의 엄청난 양이다.
그러나 이와같은 태양열은 철재등 구조물 비닐 차광막에 의하여 80%정도가 차단되고 온실내 유입된 열의 70%는 식물의 증산과 증발에 사용되어 나머지 열을 기계적 냉동설비를 이용하여 제거해야 하는데, 온실내 식물이 없는상태 즉 비어있는 온실이라면 내부온도는 65℃이상 상승할 것이며 냉방부하도 그만큼 상승할 것이나 재배작물이 가득차 있는 온실기준으로 온실바닥이 자연상태 흙인경우 대략 100평온실에서 3,200kw정도의 냉동설비를 설치해야한다.
이때 온실의 냉방부하를 균일하게 제거하기위하여 내부 증발유닛 즉 실내기의 구조 용량 수량 설치위치등은 여러 가지 다양한 변수가 많은 관계로 경험과 기술력을 겸비한 전문가의 상담을 요하는 부분이다.

나라별특성 계절별 특성 해발고도별특성에 의하여 온실내 태양광유입량은 다양하므로 이러한 특성을 고려하여 냉방시스템을 설계하여야한다. 또한 온실이 설치되어있는 주변환경을 면밀히 검토하여 열전달 매체를 무엇으로 이용할 것인가를 설계해야하는데 주변에 마르지 않는 많은양의 담수가 상시 유지되는 호수나 하천이 있는 경우 하천수를 이용한 방법을 생각할 수 있는데 하천수의 수온은 공기온도보다 낮고 열용량이 크기 때문에 냉동기 운전중 냉매의 응축열을 제거하기에는 아주 좋은 매체로 공기중 열교환방식보다 효율이 30%이상 상승효과가 있으며 여름철 무더위에 안정적인 냉방설비가동이 가능하고 전력사용량 또한 공랭식대비 30%이상 절감효과가 있다.

또한 지열을 이용한 지열이용 히트펌프 냉난방 방식도 전력사용량대비 냉난방 출력 즉 성적계수 COP가좋고 날씨 계절에 관계없이 일정한 효율을 담보할 수 있으나 넓은 면적에 걸쳐 공사가 이루어지며 시설이 복잡하고 공사기간이 길어 초기투자비가 비싸다. 히트펌프 즉 열펌프는 냉방 및 난방이 가능한 냉동설비로 온실내에서 취한 냉열 및 온열을 외부에 버려야하는데 공기열 냉난방기와 비교할 때 장비비가 고가이고 시스템 구성장비의 종류가 복잡하고 지중열교환용 배관매설 자동제어 설비등 다양한 분야 전문가들의 협력이 필요하다.

이러한 지중열이용 냉난방시스템은 밀폐순환수가 냉동시스템과 지중매설배관을 순환하면서 열을전달하는 과정으로 냉동장치에서 흡수한 열을 여름철 냉방시즌에는 지중에 버리고 겨울철 난방시즌에는 지중에서 흡수한열을 난방열로 사용하는 것으로 물배관 펌프 열교환기 등으로 구성된다. 이러한 설비는 일정한 성능유지를 위하여 주기적인 청소, 즉 세관이 필요하고 겨울철 동파방지등 관련해서 꾸준한 설비관리를 해야한다.

이와같은 물을이용한 냉방방식으로 칠러냉동설비가 있는데 응축열 제거 방식에 따라 다시 공랭식 과 수냉식으로 구분하고, 증발열 흡수방식에 따라 직접팽창형 공기냉각기와 1차물을 냉각하고 냉각된 물을 하우스내 공기와 열교환하는 방법으로, 하우스내부에 설치된 FCU 즉 열교환기에 냉각된 물을 배관설비를 이용하여 순환, 하우스공기를 냉각하는 설비다. 그러나 이 또한 관리 및 초기투자비가 고가인관계로 사용이 제한적이다.

이러한 이유로 온실의 냉방설비는 공기열 냉동설비가 일반적이다. 공기열은 공기대공기의 열교환 방식으로 온실내 공기에서 흡수한 열을 외부공기와 열교환하여 버리는 방식으로 외기상태에 따라 냉방성능이 좌우되는데, 여름철 외기온이 높을수록 냉방성능 COP는 감소한다 최근 지구온난화로 인하여 여름철 최고기온이 주간40℃이상 상승하는 날이많아 신냉매를 이용한 고효율 냉동장치의 연구가 계속되고 있다. 그럼에도 설비가 비교적 간단하고 유지관리가 용이하며 초기 투자비 또한 저렴하여 온실냉방에 많이 사용되고 있다.

이처럼 온실의 냉방설비는 나라별 지역별 특성을 고려하여 환경에 적합한 냉동시스템을 적용하여야하고 온실의 구조 온실내 주야 냉방온도를 적용한 냉방부하계산 적용냉동기선정 재배작물의 특성을 고려한 온실내 냉방유닛 열교환기의 종류 크기 수량등을 설계하고 배치하는 문제 실외기의 용량 냉동기 응축기구조설계 식물의 광합성특성을 고려한 변온관리등 통합제어에 ICT ioT기술을 접목한 스마트팜 복합환경제어기술은 농업환경에 최적화된 센서와 프로그램이 요구되는 전문가 분야로 이모든 내용을 결정하고 설계할 수 있는 전문엔지니어링 업체를 선정하는게 중요합니다.