Introduction
현대의 시설원예 농업은 생산 과정에 상당한 광열비가 요구되는 에너지 소비산업으로 성장하였다(Kwon et al., 2016). 국내 시설원예 면적 중 가온재배 면적은 2013년 기준 채소 13,980 ha, 화훼 2,197 ha로 전체의 27.4%, 86.1%를 각각 차지하고 있으며, 최근 10년간 시설원예 전체 면적이 4.6% 증가하는 동안 가온재배 면적은 30.8% 증가하는 등 꾸준한 증가세를 유지해 왔다(Kwon et al., 2016; MAFRA, 2014a, b). 우리나라를 포함한 대부분의 선진국에서는 계절에 상관없는 농산물인 과채류 생산을 위해 온실이 보급 또는 확산되는 추세이다. 현재 온실에서의 난방비가 차지하는 비율 중 경영비의 비율은 약 30~40%이며(Kim et al., 2014a), 온실에서 난방 효율을 높이기 위해서는 태양광의 투과율을 높이고 손실되는 열 에너지의 양을 최소화하는 방법을 고려할 수 있다. 온실 내 주간 일사에너지의 효과적 유입을 위해 투명, 경량외피 구조가 기본적으로 구성되어 있으나, 외피를 구성성하는 주요 자재인 비닐은 열저항이 매우 작아 외기 조건이 청명한 날의 주간을 제외하고 대부분의 기간동안 열량의 손실이 높다(Kim et al., 2000). 따라서 온실의 구조 및 외피 성능을 보강하여 난방성능을 개선시키는 것이 경영비를 줄일 수 있는 효과적인 방법 중 하나이다. 따라서 본 논문에서는 태양에너지의 온실 내 입사각을 고려하여 지붕 경사도의 차이와 바닥 재료에 따른 온실 내 에너지 변화를 분석하였다.
Materials and Methods
실험은 모형 온실의 지붕 경사도 및 바닥 재료의 변화에 따라 일정기간 동안 모형 온실 내부 온도를 측정을 하였다. 모형 온실의 지붕 경사도는 25° 및 35°, 45°로 선정하여 제작하였으며, 이는 일반적인 양 지붕형 온실의 경사 각도인 22°~32°의 범주를 고려하여 선정하였다(Kim et al., 2014b). 모형 온실 내부 바닥 재료는 일반 종이 및 입사귀, 상토를 각각 선정하였다. 상토 및 입사귀의 경우, 일반적인 온실 내부에서 사용되는 상토와 작물을 가정하여 선정하였으며, 일반 종이는 대조구의 개념으로 선정하였다. 모형 온실 내 온도는 온습도 데이터로거(Testo 174H, Testo SE & Co., Germany)를 설치하여 측정하였으며, 2019년 8월 23일부터 8월 25일까지 약 3일 간의 온도를 측정, 분석하였다. 또한 측정된 온도 값을 이용하여 내부 열량을 비교, 분석하였다. 또한 모형 온실 내부로 투입되는 태양 에너지를 측정하기 위해 일 중 일사량의 세기를 고려하여 약 12:30 경 분광복사기(RPS900-R, International Light Technologies Inc., USA)를 이용하여 일사의 세기 및 파장을 측정하였다. 분광복사기를 모형 온실 내부 상단에 설치하여 순간 일사 세기 및 파장을 측정, 분석하였다.
Results and Discussion
바닥 재료가 종이일 때 지붕 경사도에 따른 온도변화와 온도의 평균값 35°, 45°, 25° 순으로 높은 것으로 관찰되었다. 온도 평균 값에서도 35°, 45°, 25° 순으로 높은 것으로 측정되었다. 바닥 재료가 입사귀일 때는 지붕 경사도에 따른 온도변화와 온도 평균값은 25°, 45°, 35° 순으로 높은 것을 관찰되었다. 바닥 재료가 상토일 때는 온도변화는 35°, 45°, 25° 순으로 높은 것을 확인할 수 있었고 평균 값에서는 25°, 45°, 35° 순으로 높은 것으로 측정되었다. 온도측정 결과, 재료별 각도에 따른 열 보존 성능 간의 차이가 확인되었다. 열량은 각도가 클수록 열량 값이 높았고 상토, 입사귀, 종이 순으로 열량이 높은 것을 확인할 수 있었다. 지붕의 경사도가 25°일 때, 바닥재료가 상토, 입사귀, 종이 순으로 광 투과율이 높은 것을 확인할 수 있었다. 지붕의 경사도가 35°일 때는 나뭇잎, 상토, 종이 순으로 광 투과율이 높은 것을 할 수 있었다. 그리고 45°일 때 입사귀, 상토, 종이 순으로 높은 것을 확인할 수 있었다. 지붕의 경사도는 온실 내 광투과율의 변수에 따라 모두 다르게 측정되는 것이 확인되었다.
Conclusion
본 실험은 온실 지붕의 경사도와 내부 바닥 재료가 온실 내 열량에 미치는 영향을 관찰하기 위해 수행되었다. 이를 위해 모형 온실을 제작하였으며, 지붕 경사도는 각각 25°, 35°, 45°, 내부 바닥 재료는 상토, 입사귀, 종이를 이용하였다. 온도 및 일사량은 온습도 데이터로거, 분광복사기를 통하여 측정하였다. 온도 측정을 통해 지붕의 각도와 바닥 재료에 따라 내부 열량 측정 결과에 차이가 발생된 것을 확인하였으며, 모형 온실 내부에서의 광 투과율은 바닥 재료가 종이일 때 가장 높았다. 또한 지붕 경사도 차이에 따른 온실 내 열량 결과 값들이 다르게 나온다는 결과를 얻을 수 있었다.
