Test of the operating characteristics and energy saving performance of a container cooling system that reduces the operating energy of a refrigeration system using a loop thermosyphon heat exchanger that removes heat by temperature difference between outdoor and indoor was performed. As a result of the experiments, when the loop thermosyphon and the refrigeration system were operated simultaneously, the refrigeration system operated intermittently by reducing the heat load. As the temperature difference between indoor and outdoor increased, the operating time of the refrigeration system decreased and the energy efficiency rate increased. Energy efficiency rate showed a tendency to increase with increasing temperature difference, and the predicted correlation of energy efficiency rate using the performance of the loop thermosyphon heat exchanger and the refrigeration system was relatively consistent with the experimental value.

This study was conducted to provide a basis for raising farm income by increasing the yield and extending the cultivation period by creating an environment where crops can be cultivated normally during high temperatures in summer. The maximum cooling load of the multi-span greenhouse with a floor area of 504 m2 was found to be 462,609 W, and keeping the greenhouse under 32°C without shading the greenhouse at a high temperature, it was necessary to fog spray 471.6 L of water per hour. The automatic fog cooling control device was developed to effectively control the fog device, the flow fan, and the light blocking device constituting the fog cooling system. The fog cooling system showed that the temperature of the greenhouse could be lowered by 6°C than the outside temperature. The relative humidity of the fog-cooled greenhouse was 40-80% during the day, about 20% higher than that of the control greenhouse, and this increase in relative humidity contributed to the growth of cucumbers. The relative humidity of the fog cooling greenhouse during the day was 40-80%, which was about 20% higher than that of the control greenhouse, and this increase in relative humidity contributed to the growth of cucumbers. The yield of cucumbers in the fog-cooled greenhouse was 1.8 times higher in the single-span greenhouse and two times higher in the multi-span greenhouse compared to the control greenhouse.

In this study, the cooling and heating amount, temperature, flow rate of turbine type heat meter for water source heat-pump system were experimentally investigated at the standard operating conditions. The obtained cooling and heating capacity from the heat meter were deviated within 5.0%, 3.8% comparing with the precise values calculated from an accredited test facility. Even though the accumulated cooling and heating amount values of the heat meter had a small difference comparing with the precise values, the temperatures of heat meter showed greatly different values comparing with the precise temperature. Therefore, it is highly recommended to develop the heat meter which is appropriate for the water source heat pump systems.

온실의 냉방부하 산정방법 개발을 위하여 열수지 방법에 기초한 냉방부하 산정식을 구성하고, 포그냉방 온실 에서 냉방부하를 실측하여 검증하였다. 포그냉방 온실의 냉각열량은 포그분사에 의한 증발수량에 물의 증발잠열을 곱하여 구할 수 있다. 여기서, 증발수량은 포그 분사량에 증발효율을 곱하면 구할 수 있으며, 즉 분무수량을 계측하고 포그시스템의 증발효율을 알면 온실의 냉방부하를 실측할 수 있다. 따라서 온실의 냉방부하 실측을 위하여 실험온실에서 포그시스템의 증발효율을 실험하고, 실험온실의 열환경 계측과 더불어 포그 분사량을 계측하여 냉방부하 산정방법을 검토하였다. 먼저 냉방부하 산정식의 환기전열량을 검토하기 위하여 냉방을 실시하지 않은 상태에서 환기량 실측 실험을 통해 비교한 결과 열수지식을 이용한 환기전열량 예측은 비교적 양호한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 이류체 포그시스템의 증 발효율은 0.3~0.94의 범위를 보였으며 평균 0.67로 나타 났고, 환기율이 증가함에 따라 커지는 것으로 나타났다. 포그냉방을 실시하면서 온실의 환경을 계측하여 열수지 식으로 냉방부하를 계산하고, 분무량 실측치로부터 증발 냉각열량을 구하여 비교한 결과 냉방부하 계산치와 실측치는 대체로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 냉방부하가 낮은 경우에는 실측치에 비하여 약간 크게 예측되었고, 냉방부하가 높은 경우에는 실측치보다 작게 예측되었다. 온실의 냉방시스템 설계 시에는 최대냉방부하를 이용하여 냉방설비의 용량을 결정하게 된다. 따라서 냉방부하가 큰 쪽에서 실측치보다 작게 예측되는 부분은 검토가 필요하지만 설비용량 산정시의 안전계수를 고려하면 본 연구에서 제시한 냉방부하 산정방법은 온실의 환경설계에 적용할 수 있는 것으로 판단된다.

최근 국내에 많이 보급되고 있는 이류체 포그 냉방시스템의 효율적인 제어알고리즘을 개발하기 위하여 다양한 조건의 분무사이클을 설정하여 토마토재배 온실에서 냉방실험을 실시하였다. 냉방효과는 평균 1.2~4.0℃를 보였고, 냉방효율은 평균 8.2~32.9%로 나타났다. 분무간격에 따른 실험에서 90초 분무사이클의 냉방효율이 가장 높았고, 대체로 분무시간이 길수록, 정지시간이 짧을수록 냉방효율이 높게 나타났다. 이류체 포그시스템의 분무량이 증가할수록 냉방효율이 높아지는 경향을 찾을 수 있었다. 그러나 분무량을 증가시키더라도 내부공기가 포화상태에 가까워지면 더 이상 증발이 일어나지 않으므로 내부공기가 포화상태에 도달하기 전까지 분무량을 증대시키는 방법으로 냉방효율을 높일 수 있을 것으로 판단된다. 냉방효율이 증가함에 따라 실내공기의 포차는 감소하였고 실내외 절대습도 차이는 증가하는 경향을 보였다. 포그의 증발량이 증가할수록 실내와 실외의 절대습도 차이는 커지고, 이에 따라 환기에 의한 수증기 배출이 잘 되어 다시 증발효율을 상승시키므로 냉방효율이 높아지는 순환구조를 갖게 되는 것으로 판단된다. 분무시간과 정지시간에 따른 실내공기의 포차변화를 회귀분석한 결과 10g·kg-1의 포차 변화에 필요한 분무시간은 120초, 정지시간은 60초로 나타났다. 그러나 온도의 진동폭을 줄이고 냉방효율을 높이기 위해서는 포차의 변동범위를 5g·kg-1으로 설정하여 60초 분무, 30초 정지가 더 적당할 것으로 판단된다. 이류체 포그시스템의 제어방식을 컴퓨터 제어시스템과 현재 보급되고 있는 간편제어시스템으로 분류하여 제어알고리즘을 유도하였다. 자연환기 온실에서 간편 제어시스템을 사용한다면 분무사이클을 60초 on, 30초 off로 설정하고 온도하한은 30~30~32℃, 습도상한은 85~90%로 설정할 것을 제안한다.

본 연구에서는 농가현장에 보급되어 있는 350kW (175kW × 2대)급 수직형 지열히트펌프시스템으로 1,650m2 면적의 육묘온실에 2011년 6월 7일부터 9월 18일까지 냉방실험을 수행하여 냉방성능을 분석하고, 농가현장에서 지열히트펌프를 가동함에 있어 보다 효과적인 운용방법을 고려해보고자 하였다. 증발기측 물 온도차는 증발기 입구 물온도가 26.4℃에서 17.1℃로 변할 때 최대 1.7℃, 최소 0.9℃ 차이(평균 1.3℃)를 보였으며, 증발기 입구 물온도가 16.6℃에서 13.1℃로 변할 때 최대 1.1℃, 최소 0.8℃(0.9℃) 차이를 보였다. 히트펌프를 1대(175kW × 1대) 가동하는 경우, 증발기 입구에 유입되는 물온도 13.0~15.5℃(응축기 입구에 유입되는 물온도 19.4~21.2℃) 범위에서 냉방성능계수는 1.1~1.8, 발생한 냉방열량은 68.2~106.8kW, 소비전력은 61.0kW, 히트펌프를 2대(175kW × 2대) 가동하는 경우, 증발기 입구 물온도 10.0~13.0℃(응축기 입구에 유입되는 물온도 18.5~22.2℃) 범위에서 냉방성능계수는 2.0~2.7, 냉방열량은 203.9~262.0kW, 소비전력은 95~98kW 이었다. 6월의 누적 냉방열량은 14,718.6kWh(12,657,996kcal), 누적소비전력은 6,352.0kWh이었으며, 7월은 각각 26,765.1, 11,600.0kWh, 8월은 각각 28,437.2, 12,508.0kWh, 9월은 10,065.0, 5,125.0kWh로 8월이 가장 큰 냉방열량을 나타내었다.

In the study, space cooling performance of air source heat pump(ASHP) was evaluated in a pilot house. The ASHP, which provide for floor heating, domestic water heating and space cooling/heating, shows cooling capacity of 14.0 kW, when COP of ASHP was 3.21 based on test performance of KS C 9306. Test results shows that cooling capacity was depended on frequency of the compressor. The variable refrigerant flow rate for cooling were supplied into diverse room by using LEV. The COP at setting room temperature of 26℃ was 6.3% higher than the COP at that of 24℃, when the spending time in operation was decreased as 21.2%.

온실의 한쪽 벽에 패드를 설치하고 반대쪽 벽에 팬을 설치하여 가동하는 팬 앤 패드 냉방 온실의 온도 경사 문제를 극복하기 위한 목적으로 일체형 팬 앤패드 시스템과 에어 덕트를 설치한 온실의 냉방 실험을 통하여 냉방성능을 분석하였다. 일체형 팬 앤 패드 증발냉각기의 효율은 1단 가동시 75.7%, 2단 가동시 88.6%로 나타나 대체로 우수한 냉각효율을 보이는 것으로 판단된다. 온실의 냉방성능 실험 결과 무차광 조건에서 온실 냉방 시스템을 가동할 경우 대조구 온실에 비해서 5.7~7.6℃ 정도의 냉방효과가 있으며 차광 조건에서는 7.4~9.7℃ 정도의 냉방효과가 있는 것으로 나타났다. 본 시스템을 적용할 경우 여름철 온실의 최고기온을 37℃ 정도로써 외기온 대비 5℃ 이내로 유지할 수 있으며, 적절한 차광을 실시할 경우에는 33℃ 정도에 2℃ 이내로 유지하는 것이 가능하여 고온기 작물재배에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 생각한다. 한편, 본 냉방 실험에서 온실의 온도 분포를 분석한 결과 18m 길이의 온실 내 최대 온도 편차는 차광시 1.6~1.7℃, 무차광시 2.3~2.7℃ 정도로 나타났다. Kittas 등(2003)과 Nam 등(2005)의 자료와 비교한 결과 본 연구에서 구상한 일체형 팬 앤 패드 시스템과 에어 덕트를 이용한 온실 냉방시스템은 기존의 팬 앤 패드 냉방 온실의 최대 단점인 온도 편차를 40~50% 정도 개선할 수 있는 것으로 나타났다. 본 시스템은 자연환기 상태에서 가동할 수 있으므로 단동 온실에 적용하기가 쉬우며, 일체형 증발냉각기 출구로부터 온실 내 에어 덕트 시점까지의 연결 덕트 부분을 철저하게 단열하면 냉방성능을 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

토마토 재배용 상엽용 온실의 여름철 냉방에 최근 국내에서 개발된 저압분무식 포그냉방시스템을 사용하기 위한 시스템 설치 및 관리기술을 규명하기 위하여 저압 포그시스템을 온실에 설치하여 실험을 통하여 그 적용 가능성을 분석하였으며 결과를 요약하면 다음과 같다. 포그를 분사한 온실이 분사하지 않은 온실보다 온도가 더 낮은 값을 보여 포그분사에 의한 냉방효과가 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 전체적으로 상대습도가 비교적 낮게 나타나 냉각효과를 충분히 얻지 못한 것으로 판단되며, 포그노즐의 설치간격을 더 줄이거나 포그분사 시간을 더 늘리는 등의 조정을 통해서 충분한 냉방효과를 얻을 수 있을 것으로 판단되었다. 온실 전체의 시간에 따른 온도분포는 짧은 시간 동안에는 온도분포의 큰 변화는 없었으나 하루의 긴 시간 동안에는 온도분포의 변화가 다소 크게 나타났다. 이는 포그분사에 따른 온도편차의 발생은 크지 않으나 일사, 공기유동 등 다른 환경요인들에 의해 발생된 편차가 큰 것으로 판단된다. 특히 본 자료에는 나타내지 않았지만 온실 하부에서의 수평방향의 온도편차는 더 크게 나타나는 경향이 있었기 때문에 온도편차를 줄일 수 있는 포그시스템 관리방안에 대한 연구가 필요할 것으로 판단되었다. 앞으로 추가 실험을 통해 자연환기 토마토재배온실의 냉방을 위한 저압포그시스템 설치 및 관리기술을 제시하고자 한다.

지열을 이용한 열펌프 시스템이 온실의 냉방과 과채류의 묘소질에 미치는 영향을 구명하였다. 온실 내 기온은 주간에는 차광구에 비해서 포그+차광구가 3~4℃ 낮았고, 야간에는 지열-펌프+차광구가 차광 및 포그+차광구에 비해 5~7℃ 낮았다. 오이, 고추 및 토마토 묘의 초장은 차광이나 차광+포그구에 비해 지열-열펌프+차광구가 가장 짧았고, 엽면적과 건물중은 지열-열펌프+차광구가 다른 처리에 비해 약간 작았다. 결과적으로 건묘지수는 지열을 이용하여 냉방을 한 지열+차광구는 포그+차광구 및 차광구에 비해 모두 높게 나타났다.

본 연구는 온실에서의 제습장치 이용에 관한 기초자료를 제공할 목적으로 지하수를 냉매로 하는 열교환기 방식의 제습장치를 제작하여 제습성능을 시험하고, 포그냉방시스템을 설치한 온실에 적용하여 제습이 증발냉각효율의 향상에 미치는 영향을 분석하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 제습기 성능실험 결과 지하수를 냉매로 이용할 경우 포그냉방시스템을 적용한 온실의 제습은 충분히 가능한 것으로 확인되었다. 냉방 온실의 기온을 32℃로 설정할 때 냉매인 지하수의 온도가 15℃에서 18, 21, 24℃로 높아지면 제습량은 각각 17.7%, 35.4%, 52.8% 감소하는 것으로 나타났다. 또한 지하수 유량을 75%, 50%로 줄이면 제습량은 각각 12.1%, 30.5% 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과로 미루어 볼 때 지하수를 이용한 제습기의 설계에 있어서 이용 가능한 유량과 온도가 중요한 인자임을 알 수 있다. 포그냉방 온실에 제습기를 설치함으로서 뚜렷한 냉방효율 개선을 확인할 수 있었다. 환기율 0.7 회·min-1정도의 자연환기 상태에서 포.1냉방 온실의 환기에 의한 제습율은 53.9~74.4%였으며, 제습기를 가동할 경우 75.4~95.9%까지 높아졌다. 제습기 설계유량과 /18℃의 지하수를 사용할 경우 0.36회 ·min-1 정도의 환기율에서도 포그시스템 작동으로 인하여 발생하는 분무량을 완전히 제거할 수 있는 것으로 분석되었다. 따라서 제습기를 이용하여 자연환기 온실에서의 포그 냉방 효율을 충분히 높힐 수 있을 것으로 판단되었다.

본 연구에서는 포그냉방시스템을 수치적으로 시뮬레이션하기 위한 CFD 모델을 개발하였으며, 포그냉방온실에서 측정된 데이터에 의해 개발된 모델의 유효성을 검증하였다. 또한 분무수온, 분무수량, 분무정지시간과 분무입자의 증발률이 포그냉방시스템의 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 개발된 모델을 적용하였다. 시뮬레이션 결과에 의하면, 각 측점에서 실측치와 예측치의 온도차가 무차광조건에서는 0.1~1.4℃, 차광조건에서는 0.2~2.3℃였으며, 상대습도차는 무차광조건에서는 0.3~6.0%, 차광조건에서는 0.7~10.6%였다. 예측치가 실측치와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타나 개발된 모델이 포그냉방시스템의 냉방효과를 예측할수 있는 것으로 판단된다. 포그냉방시스템 성능은 분무수량, 분무정지시간과 분무입자의 증발률의 영향을 많이 받지만 분무수온의 영향은 받지 않는 것으로 나타났다.

포그냉방시스템의 냉방효과는 온실 내부의 상대습도, 공기유동과 밀접한 관계가 있다. 냉방설계용 VETH선도에서 냉발효율은 환기회수의 증가와 그에 상응하는 분무수량의 증가로 인하여 개선될 수 있다. 시간제어방식을 이용한 무차광 실험온실에서 분당 환기회수가 평균 0.77회, 분무수량이 2,009g 일 때 온실 내부의 기온이 31℃로 외부기온과 거의 같게 나타났으며, 이 때의 증발효율은 82%이다. 분당 환기회수가 평균 0.26회, 분무수량이 1.256g인 경우 무냉방 온실의 기온과 비슷한 37.1℃였다. 차광율 70%인 실험온실의 분당 환기환수가 평균 2.59회, 분무수량이 2,009g 일 때, 내부의 상대습도는 증가하나 기온은 하강하지 못했다. 그러나 분당 환기회수가 평균 2.33회, 분무수량이 2,009g인 경우 내부의 기온이 31.4℃로 이 때 온실의 유입구 풍속은 최고 1.9m.s-1였다. 시간제어의 경우 일정간격으로 일정한 수량을 분무하기 때문에 분무입자가 모두 증발하지 못하고 온실 내부에 누적되어 온실 내부의 상대습도를 증가시켜 냉방효율을 감소 시키는 원인이 되고 차광망이 온실내부의 공기흐름을 차단하여 증발효율을 감소시키는 것으로 나타났다. 포그냉방시스템의 냉방효율을 높이기 위해서는 온실 내부의 상대습도에 의한 제어방식과 내부 공기의 순환에 대한 연구가 필요하다.

현장조사 결과 패드-팬 시스템의 경우 6개 농가 모두 사용하고 있었으며, 온실 내기온은 외부기온보다 2~5℃ 낮았다. 이시스템의 냉방효율은 평균 77.4% 이었으며, 외부의 상대습도가 60%이하 일 경우 냉방 효율이 높았다. 포그 시스템의 경우 현장조사에서 9농가 중 6농가가 사용을 못할 정도로 많은 문제점이 발견되었다. 포그입경, 분무수량, 운영 방법등 개선해야 할 사항이 많았다. 실험온실의 경우도 노즐의 설치 위치와 제어방법에서 문제점이 발견되었다. 포그입자가 커 증발하지 못하고 대부분이 바닥과 차광망으로 낙하하였고, 지역 기상조건을 고려하지 못한 제어방법으로 냉방효과를 떨어뜨리고 있었다. 냉방효과를 높이가 위하여 노즐의 위치 선정, 제어방법에 대한 연구가 수행되어야 하며, 지역적 기상특성을 고려한 연구와 내부 습도를 낮게 유지하는 연구도 수행되어야 할 것이다.

우리 나라의 기후구분에 따른 대표적인 9개 지역의 20년간(1975~1994) 기상자료를 기초로 여름철 고온기(6, 7, 8월) 온실에 대한 증발냉각시스템의 적용성을 퍼지이론에 의하여 종합적으로 평가해 보았다. 남부서해안과 남해안, 제주도 등 일부지역을 제외한 대부분 지역에서 증발냉각시스템을 이용하여 온실의 실내온도를 32.5℃ 이내로 제어하는 것이 가능하며, 증발냉각시스템에서의 냉각범위가 5℃이상으로 나타났다. 본 논문에서 분석한 결과는 환기시스템이 잘 갖추어진 것을 전제로 하였으므로 증발냉각시스템을 적용할 경우에는 충분한 기계환기시스템을 갖출 필요가 있다. 우리 나라의 여름철 기후는 고온다습하지만 증발냉각시스템의 적용성은 충분히 큰 것으로 판단되므로 확대보급을 위한 기술의 체계화 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것으로 판단된다.

하절기 고온으로 인한 작물의 열악한 생육 환경개선을 위하여 미포그노즐을 이용하여 패트온실에서 증발 냉각 시험을 수행하였다. 본 연구에 사용된 미포그노즐의 분무특성을 말븐입자분석기로 분석한 결과 분무압 70kg/ cm2에서 분무입자의 크기는 평균 27μm로 나타났고, 이때의 분무량은 분당 100ml였다. 또한 평균 분무 입자의 크기가 27μm인 경우에 분무낙하량을 조사한 결과 낙하거리 150cm에서 총분무량의 88%가 공중에 부유하는 것으로 나타났다. 냉방시스템의 주요 구성 부분은 고압노즐, 양수펌프, 필터 및 미포그노즐 32개로 이루어졌고, 1분 분무-1분 환기로 이루어진 연속 분무 시험 결과 외기온 30℃의 조건에서 온실내 기온을 40℃에서 32℃로 강하시킬 수 있었다 또한 분무시험시 측정한 온실내의 온습도 값을 psychrometric equation에 대입하여 온실내의 수분변화량을 분석할 수 있었으며, 이와 같은 분석을 통하여 온도강하정도와 온실내 공기의 절대습도비 변화량을 예측할 수 있는 실험식을 정립할 수 있었다. 이 실험식을 이용하여 우리 나라 표준형 온실 1-2W, 3-2G-3S에서 실내온도를 40℃에서 30℃로 강제 냉각시킬 때 필요한 분무수량을 분석한 결과 분무입자 27μm에서의 분무수량은 각각 80.7, 99.9l였으며, 포그시스템에 필요한 노즐의 수는 분당분무량 100ml의 경우 3분 분무기준으로 각각 270, 333개가 소요될 것으로 계산되었다. 앞으로 포그시스템을 활성화하기 위해서는 온실의 기상조건에 따른 증발율과 분무입자에 대한 심층적 연구가 요망된다.