우리나라의 여름 기후는 고온 다습한 특징을 갖고 있다. 고온 다습한 지역에서는 습도가 쾌적성을 결정하는데 중요한 요소가 되기 때문에, 습도가 높으면 온도가 그다지 높지 않더라도 쉽게 무더위를 느낀다. 이러한 계절적 특성을 없애 쾌적한 생활을 영위하기 위하여 생활의 질적 향상과 더불어 공조장치의 수요가 매년 두드러지게 증가하고 있다. 특히, 실내의 경우에는 공조장치 중 대표적인 에어컨(air conditioner)으로 냉방을 행함으로써 고온 다습한 여름철의 거주공간을 개선하고 있다. 그러나 고온 다습한 환경하에서의 과다한 에어컨 사용은 인체의 온열 환경적 측면에서 오히려 불리하다. 왜냐 하면, 에어컨에서는 여름철에 잠열(latent heat)을 고려해야 함에도 불구하고 단지 현열비(sensible heat factor)로 취출온도를 결정하고 있기 때문이다. 그 결과, 실내가 과다하게 냉각되어 재실자에게 불쾌감은 물론, 심지어 냉방병도 초래할 수가 있다.
수집 농산물의 세척, 선별, 포장 작업 등이 이루어지는 APC 작업장은 하절기에 작업자들이 고온의 환경에 노출되므로 작업환경 개선을 위한 냉방공조가 요구되고 있다. 기존의 전체 냉방 공조방식은 과도한 유지비로 인한 운용상의 어려움이 발생하고 있으므로 설비비 및 운용비가 상대적으로 저렴한 시스템을 적용할 필요가 있다. 본 연구에서는 하절기 APC 작업공간의 효율적 냉방을 위한 냉방시스템 설계의 기초 연구로써 CFD를 기반으로 하여 양압식 및 음압식 팬 앤 패드 시스템과 국소냉방 시스템에 대해 열유동 수치해석을 수행하여 각각의 냉방효과를 예측하였다. 그 결과, 음압식 팬 앤 패드 시스템은 고온 외기의 과도한 유업으로 인해 패드 하류의 일부 영역을 제외한 대부분의 작업영역에서 상대적으로 고온의 온도 분포를 보였으며 기류의 유속분포 역시 낮게 나타나 APC 냉방시스템으로 부적합한 것으로 판단되었다. 양압식 팬 앤 패드 시스템은 직업장의 중심부 및 각 작업영역에 비교적 균일한 저온환경을 조성하나 작업자 위치별로 기류의 유속편차가 크게 나타났다. 국소냉방 시스템의 경우 각 작업자 위치의 상부에서 냉기류가 공급되는 방식이므로 팬 앤 패드 시스템에 비해 작업자 위치에서의 온도분포와 기류 유속분포가 상대적으로 균일하게 나타났다. 양압식 팬 앤 패드 시스템은 냉방기를 사용하는 기존의 공조방식에 비해 설비비 및 유지비가 저렴하나, 실제 APC 작업장의 냉방공조에 적용시에는 팬 소음, 고습환경이 선별기 등 장비에 미치는 영향, 용수공급 및 패드교체 등을 고려하여 보다 신중한 검토가 요구된다.
온실은 동절기 난방을 주목적으로 설비되어 년중 작물재배 시는 하절기 온실내부 온도가 필요이상으로 상승하여 실내온도가 35-4$0^{\circ}C$ 정도로 올라가는데 이러한 상태에서의 온도는 많은 작물의 생육적온을 벗어난 온도로서 고온장해를 나타낸다. 이 같은 문제점을 해결하기 위해 몇 가지 냉방방법이 알려져 있는데 에어컨 등과 같은 냉방장치를 이용한 기계적 냉각방식과 수분증발을 통한 증발식 냉각방식으로 대별되며 이중 기계적인 냉방방식은 설비나 유지관리 면에서 비용이 많이 들어 비경제적이고, 증발냉각 방식중에서도 Fan and Pad 법이 가장 효과가 좋은 것으로 알려져 있으나 이역시 설치 및 유지비가 많이 들고, vep의 탈부착이 어려워 고정시켜놓을 경우 동계 광투과에 방해가 되는 등의 문제가 많다. (중략)
본 실험은 고온기 근권냉방이 파프리카의 배지온도 하강과 파프리카의 생리적 반응에 미치는 영향을 알아보고자 7월 16일부터 10월 15일까지 코이어 배지에서 재배하였다. 냉방방식은 공기순환 덕트(지름 12cm, 미세구멍(0.1mm)으로 찬 공기(7월~8월; $20{\pm}2^{\circ}C$, 9월; $23{\pm}2^{\circ}C$)를 야간시간(오후 5시~오전 3시) 공급하였다. 고온기(7월 23일부터 8월 31일) 중 파프리카 배지의 일평균 온도가 냉방처리구는 $24.7^{\circ}C$, 대조구는 $28.2^{\circ}C$로, 냉방처리구에서 대조구보다 $3.0{\sim}5.6^{\circ}C$ 배지온도가 낮아졌다. 하루 중 맑은 날($650{\sim}700W{\cdot}m^{-2}$) 주간(오전 5시~오후 8시)/야간(오후8시~오전5시) 냉방처리구 배지 온도는 대조구보다 $1.7^{\circ}C/3.3^{\circ}C$ 낮아졌다. 오후 6시에서 8시까지 초저녁 배지온도 하강속도가 냉방처리구에서는 평균 $0.5^{\circ}C/h$, 대조구는 $0^{\circ}C/h$였다. 배지 상부와 하부 간의 대조구 대비 냉방처리구의 온도차도 각각 $1.3^{\circ}C$, $0.6^{\circ}C$였다. 냉방처리는 고온($28{\sim}32^{\circ}C$) 배지 온도 노출율을 대조구 대비 32.5% 감소시켰다. 냉방처리구의 파프리카 광합성, 증산율 및 수분포텐셜은 대조구보다 높았다. 첫 개화시기도 대조구보다 4일 앞당겨지고, 착과수도 증가하였다. 냉방처리구의 엽장은 짧아졌으나, 초장, 경경, 분지수, 엽폭 등은 차이가 없었다. 야간 근권냉방으로 배지 온도가 $3.0{\sim}5.6^{\circ}C$를 낮추었으나, 고온기 온실 온도가 고온에서는 파프리카 착과가 지연되므로, 지상부 온도 하강 방법을 병행하면 파프리카 생육과 착과에 효과적이라 판단된다.
근권부 공기순환 덕트 냉방이 온도 및 생육에 미치는 영향을 구명하고자 고온기 파프리카((Capsicumannum.L. 'Veyron')을 코이어배지에서 수경재배하였다. 냉방시간처리는 24시간 연속 가동한 연속냉방(All-day), 17시부터 다음날 1시까지 8시간 냉방한 야간냉방(Night), 대조구인 냉방 무처리(Control) 등 3 처리하여 온실 상 하부 온도, 근권온도, 엽온, 과실 특성 및 기관 분배율을 측정하였다. 근권부 덕트 냉방하였을 때, 고온기(6월 ~8월) 온실하부(바닥으로부터 40cm)와 상부(바닥으로부터 180cm) 온도, 근권온도는 하강되었다. 대조구와 비교하여 온실하부/상부 온도 차이가 연속냉방에서는 $4.4{\sim}5.1^{\circ}C/2.1{\sim}3.1^{\circ}C$ 하강을, 야간냉방 처리에서는 $3.4{\sim}3.8^{\circ}C/2.2{\sim}2.7^{\circ}C$ 하강되었다. 근권온도는 온실 하부 온도 결과와 유사했으며, 연속냉방($22.8^{\circ}C$)> 야간 냉방($24.1^{\circ}C$) > 대조구($27.7^{\circ}C$) 순으로 온도가 낮았다. 연속냉방 처리에서 덕트 위치(통로, 베드하단)와 송풍 방향($45^{\circ}$, $90^{\circ}$, $180^{\circ}$)에 따른 온도 변화를 측정한 결과 덕트의 위치가 통로에 위치하고 송풍방향이 상향($45^{\circ}$) 또는 수평($180^{\circ}$)인 처리는 지상부 100cm까지의 수직 위치에 따른 온도 차이가 크지 않지 않으면서, 근권부위 온도인 지상 50cm 온도가 낮은 특징을 보였고 베드와 베드 공간 사이로 덕트 송풍 방향이 직각($90^{\circ}$)이였을 때는 바닥과 지상 50cm 부위의 온도가 높고, 지상 100cm 이상 200cm 부위 온도가 상대적으로 낮았다. 연속냉방 또는 야간냉방 처리했을 때 파프리카 엽온은 오후 7시가 오전 9시 보다 엽온 하강이 컸다. 과실 분배율은 대조구(24.4%)에 비해 연속냉방(48.6%)과 야간냉방(45.6%)에서 높았으며, 평균과중, 과수 및 수량도 연속냉방 처리에서 가장 높았다. 한편 야간냉방 처리에서도 고온기 평균 지상부 및 근권온도를 낮추었으나, 누적된 평균온도가 가장 낮은 연속냉방처리에서 과실로의 동화산물 분배율을 높여 파프리카 수량을 증가시킨 것으로 보인다.
온실의 경제적 고온극복 방안의 방향 설정을 위한 기초 자료를 얻기 위하여 비닐하우스 96농가, 유리온실 75농가를 대상으로 하절기 온실의 활용실태를 조사한 결과 유리온실 18.7%, 비닐하우스 24.0%, 전체 21.6%의 시설재배 농가가 휴경하고 있었으며, 나머지 경우도 매우 열악한 환경 하에서 재배가 이루어지고 있었고, 고온 극복을 위한 저비용 기술의 개발에 관한 요구가 매우 높았다. 냉방 및 보조냉방 처리별 온실의 열환경을 비교 측정한 결과 자연환기만으로는 74.8%, 지붕살수시 58.2%가 35$^{\circ}C$를 초과하여 작물재배가 곤란한 것으로 나타났다 환기와 차광을 병행할 경우에는 26.9%만 35$^{\circ}C$를 초과하는 것으로 나타나 약간만 개선하면 어느 정도의 고온극복은 가능할 것으로 판단되었다. 차광과 증발냉각의 일종인 에어쿨팬의 가동으로 자연환기 온실에 비하여 3.8~4.2$^{\circ}C$의 냉방효과를 보였으며, 온실내의 기온을 대부분 35$^{\circ}C$ 이내로 유지하는 것이 가능한 것으로 나타났다. 증발냉각시스템의 도입으로 고온극복이 가능하지만 확대보급을 위해서는 비용절감 및 체계화기술 개발이 과제로 남아 있다. 한편, 차광과 고효율의 환기로 어느 정도의 고온극복이 가능하므로 비교적 시설비 투자가 적은 온실에 대하여는 환기시스템 및 차광방법 개선 등의 연구를 통한 경제적인 고온극복 방안 설정이 필요할 것으로 판단되었다.
여름철 온실내 고온 문제를 해결하기 위해 이용되는 자연환기형 포그냉방은 환기가 충분치 못할 경우 온실 내부의 습도가 증가하여 증발 효율이 떨어지는 문제가 발생한다. 제습장치를 이용하여 온실 내부의 상대습도를 낮추면 증발 냉각 효율을 높일 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서는 제습장치를 이용한 포그냉방 온실에 대한 CFD 모델을 개발하여 온실의 열환경 및 수분 환경을 분석하고자 한다. (중략)
최근 시설재배 면적이 급증하고 있는 것에 부응하여 시설을 이용한 작물의 주년안정생산에 관한 연구가 활성화되고 있다. 그러나 여름철의 고온극복과 냉방에 관한 연구는 아직까지도 많은 어려움을 겪고 있다. 우리나라와 같이 사계절이 뚜렷한 기후여건에서는 겨울철의 난방 및 보온에 못지 않게 여름철의 냉방 및 고온극복 대책이 주년안정생산에 있어서 빼놓을 수 없는 중요한 과제가 아닐 수 없다. (중략)
장미는 전세계적으로 가장 많이 생산되는 화종 중 하나로, 절화 장미는 시설 내부에서 연중 생산된다. 최근 여름철 시설 내부 온도 상승으로 인해 절화장 단축 등 절화 장미의 품질 저하가 심각하게 발생하고 있다. 본 연구는 계절별 절화 품질 및 수량을 비교하여 여름철 생산된 절화 장미의 품질 특성을 파악하고, 고온기 야간 냉방을 통한 온도 하강 효과와 여름철 절화 품질 개선 효과를 검정하고자 수행하였다. 'Pink Beauty'은 여름철 절화장, 화수장, 경경, 화수경경, 화폭, 생체중 등이 통계적으로 유의하게 저하되었으며, 'Pink Shine'은 여름철 절화장, 경경, 화폭 및 화고, 생체중이 통계적으로 유의하게 저하되었다. 고온기 야간 냉방을 수행한 결과, 7-8월 온실 내부 평균 온도는 약 2.5℃ 저하되었으며, 배지 평균 온도는 약 3.0℃ 감소되었다. 고온기 야간 냉방 시 절화 품질 및 수량을 비교한 결과 세 품종 모두 야간 냉방 시 절화장, 생체중, 경경 등 절화 품질이 향상되었다. 이를 통해 고온기 야간 냉방이 여름철 절화 장미의 품질 저하 문제 해결에 도움이 될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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