차광, 환기, 안개(포그)냉방, 부분냉방, 양액냉각 등 냉방 기술 소개
시설원예 작물은 30℃ 이상에서 생육이 지연되고 35℃ 이상이 되면 말라죽기 시작하므로, 무더운 여름철 온실 작물의 생산성 향상에 도움되는 효율적인 냉방 방법을 소개 하고자 합니다.
차광
온실 내부나 외부에 설치해 햇빛을 차단함으로써 온실 내 기온 상승을 억제하는 방법이다.
- 차광막(백색, 흑색), 차광도포제, 알루미늄커튼 등이 사용되고 있으며, 사용 위치에 따라 온실 내부 온도를 최대 4℃ 낮출 수 있다. - 차광막 : 온실 외부에 설치한다면 고정되는 것보다 일사량에 따라 자동으로 작동하는 것이 좋음. - 차광도포제 : 피복재 외부에 바르는 것으로 내부 온도를 3~4℃ 가량 낮출 수 있으며, 3~4개월 후 자연스럽게 제거되지만, 남아 있다면 별도의 제거 작업이 필요함.
환기
온실 내부의 더운 공기를 밖으로 빼고 상대적으로 낮은 외부 공기를 온실 안으로 들이는 방법이다
- 환기창과 환기팬을 설치해 환기 효율을 높이며, 여름철 환기 횟수는 시간당 45~60회(1분당 1회)가 적당.※ 환기 횟수 : 온실 체적만큼의 공기가 외부 공기로 교환되는 것을 1회 환기라 함.- 차광한 상태에서 환기창, 환기팬과 함께 순환팬(유동팬)을 이용하면 내부 온도를 3℃ 낮출 수 있으며, 풍향 가변형 순환팬을 사용하면 최대 6.4℃ 낮출 수 있음.
안개(포그)냉방
- 미세한 물 입자(0.05mm 이하)를 안개처럼 분무해 물 입자들이 증발하면서 주위 공기 열을 흡수해 기온을 낮춤.
- 자연 환기와 비교해 최대 4~8℃ 낮출 수 있고, 과습하면 냉방 효율이 낮아지므로 습하고 더운 공기가 외부로 쉽게 나갈 수 있도록 환기를 철저히 해야 함.
부분냉방
딸기 관부(뿌리와 줄기가 만나는 부분), 알뿌리(구근) 화훼 뿌리 등 온도에 민감한 부분만 집중적으로 냉방하는 방법이다
- 지하수나 냉각기로 만든 찬물을 배관으로 흘려보내면 작은 용량으로도 생장부 온도를 2~3℃ 낮출 수 있고 수확량은 10~25% 늘어남.
양액냉각
- 냉각기나 히트펌프로 차가운 양액을 공급함으로써 양액을 냉각하지 않은 경우보다 양액 온도를 14℃ 낮출 수 있음. - 실제, 상추의 뿌리 활력이 70% 증가했으며 수확량도 40% 늘었음.
여름철 효율적인 온실 냉방 기술(참고자료)
1. 차광에 의한 온도 상승 억제 효과
흑색 차광망
백색 차광망
- 차광자재에 따른 온실의 온도 하강 효과는 아래 표와 같이 은색차광막이 흑색차광막보다 높음. 흑색차광막은 자체적으로 태양광의 열을 흡수하는 특성이 있고 은색차광막은 열선의 50% 이상을 차지하는 적외선을 효과적으로 차단함.
- 최근에 많이 사용되는 알루미늄커튼(은색)은 열을 반사하는 특성이 뛰어나고 내구성이 높아 현대화시설에 많이 이용되고 있음.
- 차광은 고온기 7~8월에 주로 하며 전일 차광보다 낮 12시~오후 3시에 수시 차광하는 것이 좋음
<표> 차광막 이용 시 온실 냉방 효과
차광막 이용 시 온실 냉방 효과
무차광(PE),PE+흑색 차광(40%),PE+은색 차광(40%),외부로 나누어 기온(℃),지온(℃),차광재 온도(℃)으로 상세구분
| 처리 |
기온(℃) |
지온(℃) |
차광재 온도(℃) |
| 무차광(PE) |
34.2 |
31.1 |
37.4 |
| PE+흑색 차광(40%) |
33.4 |
29.1 |
39.5 |
| PE+은색 차광(40%) |
31.6 |
29.0 |
34.0 |
| 외부 |
32.2 |
31.2 |
- |
* 출처 : 농촌진흥청 농업기술길잡이(시설원예(2021년) 125~126쪽)
2. 환기에 의한 온도 강하 효과
- 온실은 빛을 잘 투과하는 자재로 피복돼 있어 강한 햇볕이 내리쬘 때 온실 기온이 30℃ 이상으로 높아짐.
- 환기 설비로는 천창, 측창, 환기팬, 순환팬(유동팬)이 사용되고 있음.
- 최근에는 일반 팬과 달리 운용목적에 따라 방향이 위아래로 조절되는 풍향 가변형 공기순환팬이 개발(※ 출원번호 10-2016-0105046)됨. - 공기순환팬, 방향조절 모터, 각도 제어장치, 스마트 컨트롤러로 구성돼 있으며, 위 방향 풍향 가변형 순환팬을 환기팬과 함께 운용 시 온실 기온 최대 6.4℃ 강하됨.
고온기 조건별 온실 내부 기온 비교
고온기 온실 내부 평균 기온(11~15시) * 외기온 37℃
고온기 온실 내부 평균 기온(11~15시) * 외기온 37℃
① 천·측창 환기,② ①+차광스크린(차광률 50%),③ ②+관행 순환팬,④ ②+풍향 가변팬으로 나누어 온실 기온으로 상세구분
| 구분 |
온실 기온 |
| ① 천·측창 환기 시 |
44℃ |
| ② ①+차광 스크린(차광률 50%) |
42.3℃(1.7℃↓) |
| ③ ②+관행 순환팬 |
41℃(3℃↓) |
| ④ ②+풍향 가변팬 |
37.6℃(6.4℃↓) |
3. 고온기 온실 냉방을 위한 포그 자동제어장치
포그 냉방 시스템 구성도
포그 냉방 가동시
- 고온기에 차광하지 않고 온실 기온을 32℃ 이하 유지, 대조 온실(차광률 35%)은 38℃. 저습도(40~60%) 환경(장마 전)에서 28℃ 이하, 고습도(60~80%) 환경(장마 후) 32℃ 이하 유지 가능.
포그 온실과 대조구(차광률 35%) 온실 기온 비교
- 온실의 포그 시스템 최적화 설계로 증발 효율 및 냉방성능 극대화.- 최대로 분무입자를 증발시킬 수 있도록 분무량, 분무입자, 노즐설치 간격 등 설정※ 포그 분무입자의 증발열량 : 물 1L 증발하는데 539Kcal의 열이 필요함
온실 온도를 32℃ 이하로 유지시킬 수 있는 포그시스템 설치 기준
- ■ 물 분무량 : 최소 10톤/ha․시간
- ■ 분무입자 크기 : 0.05mm 이하(작물과 바닥에 물방울이 없어야 함)
- ■ 분무압력 및 노즐직경 : 40kg/㎠이상, 노즐직경 0.2mm
- ■ 노즐설치 간격 : 폭 4m마다 쌍구노즐 1줄 설치, 노즐 설치간격 1.5m
- 고온기 오이 수확량 2배 증가 및 재배기간 연장(5월 정식~9월 수확)- 포그 온실은 9월에도 오이 수확이 가능한 반면, 대조온실은 8월 중순부터 생육 불량
<표> 시험 온실과 대조 온실의 생육량 및 수확량 비교
<표> 시험 온실과 대조 온실의 생육량 및 수확량 비교
포그 온실,대조 온실으로 나누어 초장(m),엽수(개/주),엽록소(SPAD),수확량(kg/주)으로 상세구분
| 시험온실 |
초장(m) |
엽수(개/주) |
엽록소(SPAD) |
수확량(kg/주) |
| 포그 온실 |
18.2 |
214 |
47 |
27.0 |
| 대조 온실 |
16.8 |
180 |
42 |
13.6 |
4. 여름 딸기 부분냉방 기술
- 혹서기(7~8월)에 지하수나 히트펌프로 생성된 냉수를 이용하여 온도 민감부인 딸기 관부만을 집중 냉방하는 기술로 공기-물 히트펌프(지하수), 냉축열조, 온도제어장치, 냉수배관(백색 연질 PE관)으로 구성.
- 부분냉방방식 : 히트펌프 또는 지하수를 이용하여 15℃의 물을 냉축 열조에 저장 하였다가 냉수 배관을 통해 생장부(관부)만을 냉각함
히트펌프
관부 냉방 배관 
온도 자동제어 시스템
- 관부 온도를 2~3℃ 낮추고 수량이 8~9월 25% 증수
관부냉방에 의한 일평균온도(관부) 저감효과
관부냉방에 의한 수확량 25% 증대(8~9월)
5. 잎채소 수경재배용 양액냉각기
- 저온의 양액을 재배베드에 공급하는 장치로 양액 공급용 소형탱크를 설치한 뒤 우선 냉각하고 순차적으로 대용량 양액탱크를 냉각하는 방식으로 적은 용량의 냉각기로 정밀하게 양액 온도를 제어할 수 있음
기존 양액 냉각방식
개발 시스템
- 실증농가(재배면적 1ha)에 잎채소 수경재배용 양액냉각기를 적용. 양액을 냉각하지 않는 농가보다 14~15℃ 낮은 20℃의 양액을 잎채소에 7~9월에 공급한 결과, 상추 뿌리의 활력은 70%, 길이는 120% 증가함
- 광합성 속도가 23% 높아져 상추 생체중이 약 150% 증가했다. 이 농가의 수확량은 1ha 기준 약 13톤이 늘어 40% 증가했으며, 농가 소득도 60% 늘어남.
양액냉각 재배
일반재배(대조구)
재배베드 양액온도
⇒ “기후변화로 여름철 온실 냉방의 중요성이 더욱 커지고 있어”효율적인 냉방 관리로 고온 피해를 최소화하여야 하겠다.
※ 기상청은 지난해 여름(6~8월) 전국 평균기온은 24.7℃에 달했고, 폭염일수도 13.9일로 평년(10.7일)보다 많았며, 올여름도 평년보다 높을 확률이 91~94%로 예측하고 있음.
농촌진흥청 국립농업과학원에너지환경공학과 (063-238-4082) 국립원예특작과학원시설원예연구소 (055-580-5520)
본 저작물은 "공공누리" 제2유형:출처표시+상업적 이용금지 조건에 따라 이용 할 수 있습니다.