서 론

온실은 외부환경으로부터 원예작물을 보호하고 적극적인 환경조절을 통해 주년재배로 생산함으로써 작물의 수량과 품질을 향상시킬 수 있는 중요한 농업시설이다. 온실의 환경관리는 일반적으로 환기에 의해 이루어진다. 환기의 주요 목적은 온실 내부 공기를 외부 공기로 치환함으로써 태양열에 의해 높아진 실내 기온을 작물에 적합한 수준으로 낮춰주는 것이다(Kim 등, 2000). 또한 환기는 식물체의 잎 위에 머물러있는 공기 경계층을 제거함으로써 충분한 이산화탄소를 공급해주고 과습을 제거하여 증산을 촉진하며, 습도 및 이산화탄소 농도도 환기에 의해 일정한 수준으로 유지된다(Fernandez와 Bailey, 1992; Morgan, 2021; Wang 등, 2000). 온실 내 온습도 및 이산화탄소 농도 등 환경요소를 적정 수준으로 유지하기 위해서는 필요 환기율을 산정해야 한다(Kim 등, 2000).

온실의 환기는 자연환기와 강제환기로 구분된다. 자연환기는 측창 또는 천창을 개폐하여 풍력과 중력을 이용해 환기하는 형태로, 일반적으로 단동온실에 사용되고 있다(Nam 등, 2011; Nam 등, 2012). 미국농공학회(ASAE, 2003)에서는 충분한 환기를 유도하기 위한 천창과 측창의 면적을 온실 바닥 면적의 15－20% 정도로 권장하고 있으며, Son 등(2021)은 측창 면적과 천창 면적이 동일한 경우에 환기 효율이 가장 높다고 했다. 그러나 천창 주변의 피복재가 쉽게 찢어지고 피복재 교체가 어려우며 아치형 단동온실의 경우 구조상의 문제로 천창 설치가 어렵다는 단점이 있기 때문에 천창을 설치하지 않는 경우가 많다(Nam 등, 2012). 강제환기는 환기팬에 의하여 강제적으로 실내공기를 배출하고 외부 공기를 유입하는 방식으로 자연환기에 비해 환기 성능이 우수하므로 현대화된 온실에 많이 적용되고 있지만, 설치비용 및 전력 소모가 높으며 팬에 의해 실내 광량이 감소하는 단점이 있다(Son 등, 2021).

국내 온실 중 가장 큰 비중을 차지하는 온실 형식은 단동형 온실로, 전체 온실 면적 비율의 84.5%, 토마토 재배 온실의 77%가 아치형 단동 플라스틱 온실인 것으로 조사되었다(MAFRA, 2021; Nam 등, 2012). 아치형 단동 플라스틱 온실은 시설비가 적게 들어 경제적이고 설치 및 철거가 비교적 쉽다는 장점이 있지만, 구역별 온도 변화가 심하고 구조적인 문제로 인해 천창의 설치가 제한된다(Son 등, 2021). 이에 따라 여름철 이상고온현상을 극복하기 위해 단동온실 내 강제환기장치 사용에 관한 연구가 진행되고 있다. 예를 들어 Cho 등(2010)은 1월부터 5월까지 480m² 면적의 수박 재배 단동온실에서 송풍량이 75m³/min인 강제환기 팬을 온실 전·후면에 각각 2개씩 설치하여 관행 처리 온실과 실내 미기상환경 및 수박 생육상태를 비교하였는데, 강제환기 처리 온실의 기온, 엽온, 근권부 온도가 각각 4.5, 5, 3℃ 낮게 유지되었으며 생육이 더 빠르고 시듦병 발생도 지연되었다고 보고했다. 또한 Yeo 등(2016)은 CFD를 이용하여 130m² 면적의 참외 재배 단동온실 내에 환기팬과 환기통의 최적 용량 및 설치 간격 구명하기 위해 기온분포를 시뮬레이션하였는데, 환기팬은 풍량 38m³/min, 간격이 15m일 때, 환기통은 지름이 60cm, 간격이 6m일 때 고온기 기온과 엽온이 가장 낮게 나타났으며 경제성도 더 확보할 수 있는 것으로 분석하였다. 하지만 농가에서는 여전히 작물 생육에 적합한 온실 열환경 유지에 어려움을 겪고 있고 강제환기장치의 환기 효과에 관한 구체적인 연구도 여전히 부족한 실정이다. 따라서 국내 온실의 대부분을 차지하는 단동온실의 환기 성능 향상과 효율적인 환경관리를 위해 강제환기장치 사용에 따른 온실 내 열환경 변화 특성 및 환기 성능 개선을 위한 운용방안 등에 관한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

본 연구는 국내 온실 중 가장 일반적인 형태인 아치형 단동 플라스틱 온실의 강제환기 성능 개선방안을 도출하기 위해 온실 내에 강제환기장치인 유동팬과 배기팬을 설치하여 환기 중 강제환기장치 사용에 따른 온실 내부기온 강하 특성을 정량적으로 분석하여 환기 성능 개선을 위한 효율적인 운용방안을 제시하고자 한다.

재료 및 방법

1. 시험 온실

본 실험은 Fig. 1과 같이 전라북도 전주시 국립농업과학원 농업공학부에 동서 방향으로 설치된 아치형 단동 이중 플라스틱 온실(35°49'37.5"N 127°03'34.8"E)에서 수행되었다. 실험 온실은 Fig. 2와 같이 외부 온실과 내부 온실로 이루어진 이중 피복 구조로, 외부규격은 길이 30m, 폭 7.6m, 동고 3.7m, 측고 1.7m, 내부규격은 길이 25m, 폭 7m, 동고 3.4m, 측고 1.4m이며, 피복재는 내외부 모두 PO계 폴리에틸렌 필름이다. 시험 기간 중 온실 내에 재배작물은 없었으며, 시험 중 온실 내부기온이 충분히 상승할 수 있도록 내부 온실과 외부 온실 사이에 설치된 차광용 커튼이 제거된 상태로 시험을 진행하였다.

Fig. 1.

Location of the experimental greenhouse (source from Kakaomap).

Fig. 2.

Three-dimensional layout of the 2-layered single-span greenhouse.

2. 강제환기 방법

시험에 사용된 자연환기식 단동온실은 천창 없이 측창을 통해 환기하는 형태로, 측창은 길이 40m, 개폐 높이 1m(총 환기 면적: 80m²)이고 권취식 개폐기를 이용하여 높이를 제어하였다. 충분한 환기가 시작되는 측창 개폐 높이를 분석하기 위해 측창은 환기창이 시작되는 지점으로부터 1m까지를 0.1m 간격으로 총 10단계로 나누어 각 단계에서 1분간 정지한 후 다시 상승하도록 제어하였다. Nam과 Kim(2009)이 언급한 바와 같이 강제환기장치로서 유동팬과 배기팬이 가장 보편적으로 사용되기 때문에 Fig. 3과 같이 유동팬과 배기팬을 온실 내부에 설치하였다. 총 9개의 유동팬을 온실 천장에 출입구 방향으로 설치하여 내부 공기를 출입구 쪽으로 전달하도록 하였고, 배기팬은 유동팬이 전달한 내부 공기가 외부로 배출되도록 출입구 위에 덕트와 함께 설치하였다. 유동팬(SYSF-S250, SYSCO, Korea)의 제원은 날개 크기 230mm, 송풍량 11m³/min, 배기팬(HV-40F, HyeSungFanTech, Korea)의 제원은 날개 크기 400mm, 송풍량 50m³/min이었으며, 유동팬 및 배기팬 모두 일정한 속도로 회전하도록 제어하였다.

Fig. 3.

Configuration of circulation and exhaust fans in the greenhouse.

환기 방식은 총 세 가지로, 강제환기장치를 사용하지 않고 권취식 측창만 사용한 경우(SV), 측창과 유동팬을 함께 사용한 경우(SV+CF), 그리고 측창, 유동팬 및 배기팬을 모두 사용한 경우로 설정하였다(SV+CF+EF). 강제환기장치 사용에 따른 기온 강하 효과를 극대화하기 위해 실험은 일사량이 높고 외기온이 낮은 2021년 10월 초부터 11월 말까지 매일 오전(11:00－12:00)과 오후(14:00－15:00)에 총 2회씩 수행되었다. 실험은 약 2개월간 동일한 온실에서 진행되었기 때문에 계절 변화가 내부기온 강하 효과에 미치는 영향을 최소화하기 위해 환기 방식을 매일 다르게 하여 실험을 진행하였다. 실험 시간 이외에는 내부기온이 충분히 상승할 수 있도록 환기를 중지하고 온실을 밀폐시켰다.

3. 환경변화 측정 및 분석

환기 방식에 따른 온실 내외부 기온변화를 관측하기 위해 데이터로그 기능을 갖춘 온도센서(HOBO U23 Pro V2, ONSET, USA)를 사용하여 실내외 기온변화를 5초 간격으로 기록하였다. 이때 온도센서의 측정오차는 ±0.2℃, 분해능은 0.04℃이었다. 내부기온은 온실 중심에서, 외부기온은 온실 외벽으로부터 1m 이상 떨어진 곳에서 측정하였으며, 모든 센서는 외부환경에 의한 오작동 및 태양 일사에 의한 오차를 방지하기 위해 보호 케이스와 함께 설치되었다. 각 측점의 높이는 모두 지면으로부터 약 1.5m로 동일하게 설정하였다. 또한 광 및 풍 환경에 의한 영향을 분석하기 위해 지면으로부터 약 4m 높이의 기상대에 설치된 일사량 센서(S-LIB-M003, ONSET, USA)와 온실 측면에 설치된 프로브형 풍속 센서(Testo 435-2, Testo SE & Co., Germany)로부터 환기 중 일사량 및 풍속 변화를 1분 간격으로 기록하였다. 일사량 및 풍속 센서의 정밀도는 각각 ±10W/m², ±0.03m/s이다. 데이터 분석에는 환기 방식별로 다양한 날짜에 취득한 환경 데이터들의 평균값을 사용하였는데, 이때 우천 및 강풍 등과 같이 기상 상태가 불량한 날의 데이터는 분석에서 제외하였다.

환기 방식별 기온 강하 특성은 실내외 기온차의 변화로부터 분석되었다. 내부기온은 외부환경의 영향을 크게 받기 때문에 환기 방식별 기온차의 범위와 분포를 일치시켜줄 필요가 있다. 따라서 아래 식과 같이, 환기 시작 시 최초 기온차를 1, 환기 후 실내외 기온이 같아졌을 때의 기온차를 0으로 리스케일링하여 환기 방식별 실내외 기온차의 변화를 정규화하였다.

여기서, ΔT는 실내외 기온차, Tin과 Tout는 각각 내부기온과 외부기온을 의미하며, NTD는 정규기온차(normalized temperature difference), ΔT0는 실내외 기온차의 초기값을 나타낸다. Table 1에 나타낸 바와 같이, 환기 방식별로 최대 정규기온차 및 특정 값에 도달하는 시간을 측정하여 환기 효과를 정량적으로 비교·평가하였다.

결과 및 고찰

1. 환기 중 온실 내외부 환경의 변화

1.1 환기 방식별 오전 중 환경변화

SV의 환기 실험에서 오전(11:00－12:00) 중 시간에 따른 온실 내외부 기온 및 기온차의 변화는 Fig. 4(a)와 같다. 외부기온의 평균은 16.5℃, 변동계수는 0.017로 비교적 일정하게 유지되었으며, 내부기온은 환기 시작 시 23.7℃에서 시작하여 5분 40초 뒤 24.5℃까지 상승한 이후에 18.8℃까지 감소하였다. 실내외 기온차는 환기 시작 시 7.2℃에서 시작하여 약 5분 40초 뒤 8.3℃까지 상승했다가 서서히 감소하여 환기 종료 시 1.9℃로 측정되었다. Fig. 4(b)는 오전 시간대의 자연환기 중 외부 풍속 및 일사량의 변화를 나타낸다. 평균 풍속은 0.76m/s, 변동계수는 0.505로 측정되었다. 일사량은 597W/m²에서부터 시작하여, 1시간 뒤 655W/m²까지 증가하였는데 이때 평균은 628.5W/m², 변동계수는 0.029로 나타났다. 11시 32분과 11시 36분 사이에 일사량이 일시적으로 감소한 이유는 구름에 의해 태양 빛이 일시적으로 가려졌기 때문이다.

Fig. 4.

Variations of average thermal and exogenous environments during ventilation with side vents (11:00－12:00).

SV+CF의 환기 실험에서 오전(11:00－12:00) 중 시간에 따른 온실 내외부 기온 및 기온차의 변화는 Fig. 5(a)에 나타낸 것과 같다. 외부기온은 평균 16.1℃, 변동계수 0.010으로 상당히 안정적으로 유지되었다. 내부기온은 25.6℃에서 시작하여 약 3분 45초 후 26.5℃까지 상승했다가 다시 감소하여 환기 종료 시에는 18.6℃까지 하강하였다. 실내외 기온차는 환기 시작 시 9.3℃에서부터 상승하기 시작하여 약 4분 뒤 10.5℃에 도달하였다가 환기 종료 시에는 2.0℃까지 감소하였다. 오전 시간대의 외부 풍속 및 일사량의 변화는 Fig. 5(b)에 나타낸 바와 같다. 측창 주변의 평균 풍속은 0.74m/s, 변동계수는 0.557로 측정되었다. 일사량은 환기 시작 시 668.6W/m²에서 환기 종료 시 703.9W/m²까지 증가하였는데, 이때 평균 일사량은 687.8W/m², 변동계수는 0.022인 것으로 나타났다.

Fig. 5.

Variations of average thermal and exogenous environments during ventilation with side vents and circulation fans (11:00－12:00).

SV+CF+EF의 환기 실험에서 오전(11:00－12:00) 중 시간에 따른 온실 내외부 기온 및 기온차의 변화는 Fig. 6(a)와 같다. 외부기온은 평균 17.4℃, 변동계수 0.030으로 비교적 안정적으로 유지되었다. 내부기온은 환기 시작 시 25.8℃이었고 약 1분 35초 뒤 26.1℃까지 상승한 이후에 환기 종료 시에는 19.2℃까지 하강하였다. 실내외 기온차는 환기 시작 시 9.2℃이었고 약 1분 45초 뒤에는 9.5℃까지 상승하였다가 환기 종료 시에는 1.4℃까지 감소한 것으로 나타났다. 오전 시간대의 외부 풍속 및 일사량의 변화는 Fig. 6(b)와 같이 나타났다. 측창 주변의 평균 풍속은 0.79m/s, 변동계수는 0.530이었다. 일사량은 환기 시작 시 626.1W/m²에서 환기 종료 시 680.7W/m²까지 증가하였고, 이때 평균 일사량은 657.6W/m², 변동계수는 0.026인 것으로 나타났다.

Fig. 6.

Variations of average thermal and exogenous environments during ventilation with side vents and circulation and exhaust fans (11:00－12:00).

오전에는 환기가 시작되었음에도 불구하고 환기 초반에 일시적인 내부기온 상승이 관측되었는데, SV의 경우에는 약 5분 40초 후 0.8℃, SV+CF의 경우에는 약 3분 45초 후 0.9℃, SV+CF+EF의 경우에는 약 1분 35초 후 0.3℃ 상승하였다. 강제환기장치가 적극적으로 사용될수록 내부기온이 최대로 상승하는데 소요되는 시간이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 강제환기장치의 사용이 온실 내부 공기를 외부 공기와 더 많이 교반시켰기 때문으로 판단된다(Lee 등, 2017; Nam, 2001). 최대 내부기온은 적은 수치이긴 하지만 SV보다 SV+CF에서 비교적 높게 나타났다. 풍 환경의 영향을 살펴보면, 평균 풍속은 환기 방식별로 각각 0.76, 0.74, 0.79m/s로 측정되었는데, 평균값은 SV+CF의 경우에 가장 낮았으나 환기 방식 간 풍속차가 매우 작고 변동계수가 세 경우 모두 0.5 이상으로 매우 높았기 때문에 풍 환경이 기온차의 변화에 유의한 영향을 미쳤다고 보기는 어려웠다. 광 환경의 영향을 살펴보면, SV+CF의 경우에 평균 일사량이 가장 높았으며, 특히 환기 초반에 측정된 일사량이 다른 두 환기 방식에 비해 높게 나타났기 때문에 SV의 경우보다 내부기온이 가장 더 높게 상승한 것으로 판단된다.

1.2 환기 방식별 오후 중 환경변화

Fig. 7(a)는 오후(14:00－15:00) 시간대의 SV인 환기의 실내외 기온 및 기온차를 나타낸다. 외부기온은 평균 19.9℃, 변동계수 0.016으로 비교적 일정하게 유지되었고, 내부기온은 환기 시작 시 26.3℃에서 시작하여 환기 종료 시 20.2℃까지 서서히 감소하였다. 실내외 기온차는 환기 시작 시 7.3℃에서 시작하여 약 7분 후부터 급격히 감소하기 시작한 이후 환기 종료 시에는 0.3℃까지 감소하였다. Fig. 7(b)는 오후 시간대의 외부 풍속 및 일사량의 변화를 보여준다. 측창 주변의 평균 풍속은 0.79m/s, 변동계수는 0.489으로 나타났다. 일사량은 측정 시작 시 531W/m²에서 시작하여, 1시간 뒤 397W/m²까지 감소하였는데, 이때 평균은 약 456W/m², 변동계수는 0.109로 나타났다.

Fig. 7.

Variations of average thermal and exogenous environments during ventilation with side vents (14:00－15:00).

Fig. 8(a)는 오후(14:00－15:00) 시간대의 SV+CF인 환기의 실내외 기온 및 기온차를 보여준다. 외부기온은 평균 18.6℃, 변동계수 0.020으로 큰 변동 없이 일정한 수준으로 유지되었다. 내부기온은 환기 시작 시 28.2℃에서부터 하강하기 시작하여 환기 종료 시에는 19.1℃로 측정되었다. 실내외 기온차는 환기 시작 시에 10.6℃이었고 환기 종료 시에는 0.4℃까지 감소한 것으로 나타났다. 오후의 외부 풍속과 일사량의 변화는 Fig. 6(b)와 같다. 측창 주변의 평균 풍속은 0.83m/s, 변동계수는 0.483이었다. 일사량은 647.9W/m²에서 시작하여 459.4W/m²까지 감소하였는데, 이때 평균은 570.3W/m², 변동계수는 0.083로 계산되었다.

오후(14:00－15:00) 시간대의 SV+CF+EF인 환기의 실내외 기온 및 기온차는 Fig. 9(a)에 나타낸 바와 같다. 외부기온은 평균 20.1℃, 변동계수 0.013으로 비교적 일정한 수준으로 유지되었다. 내부기온은 환기 시작 시에는 27.1℃이었으며 기온이 하강하여 환기 종료 시에는 20.2℃까지 감소하였다. 실내외 기온차는 환기 시작 시에 7.7℃이었고 환기 종료 시에는 0.1℃ 미만인 것으로 측정되었다. 오후의 외부 풍속과 일사량의 변화는 Fig. 9(b)와 같다. 측창 주변의 평균 풍속은 0.80m/s, 변동계수는 0.514이었다. 일사량은 582.9W/m²에서 시작하여 459.4W/m²까지 감소하였는데, 이때 평균은 521.4W/m², 변동계수는 0.079로 계산되었다.

Fig. 8.

Variations of average thermal and exogenous environments during ventilation with side vents and circulation fans (14:00－15:00).

Fig. 9.

Variations of average thermal and exogenous environments during ventilation with side vents and circulation and exhaust fans (14:00－15:00).

오전 환기와 달리 오후에는 환기 초반에 실내 기온이 상승하지 않고 환기 시작과 동시에 서서히 감소하기 시작하였다. 이에 대한 원인으로, 풍속의 경우 본 실험에서 오후의 평균 풍속이 오전보다 최대 0.09m/s 정도 높게 나타났지만, 환기 방식 간 풍속차가 매우 작고 변동계수는 매우 크기 때문에 풍 환경에 의한 교반효과가 내부기온 변화에 유의한 영향을 미쳤다고는 보기 어려울 것으로 판단된다. 풍속은 오전보다 오후가 더 높은 것은 일반적인 현상이다(Yoon, 1992). 일사량의 경우 오후의 평균 일사량은 오전에 비해 100W/m² 이상 낮게 관측되었으며, 오전에는 일사량이 서서히 증가하였지만, 오후에는 오전보다 큰 폭으로 감소하였다. 위도·경도에 따라 차이가 있지만, 일반적으로 일사량은 오전 10시경에 큰 폭으로 증가했다가 낮 12시 30분 전후로 감소하기 시작한다(Jo 등, 2013; Kim 등, 2021).

2. 강제환기장치 사용에 따른 기온 강하 효과

2.1 오전 중 정규기온차 변화 비교

실내외 기온변화로부터 정규기온차를 계산하여 강제환기장치 사용에 따른 기온 강하 효과를 비교·분석하였다. 오전(11:00－12:00) 중 환기 방식별 정규기온차 변화는 Fig. 10과 같고, 환기 효과를 정량화한 파라미터값들은 Table 2에 나타내었다. SV를 이용한 환기의 정규기온차는 환기가 시작된 지 약 340초 후에 최대값(1.158)에 도달하였고, 이때 측창 개폐 높이는 약 70cm이었다. 정규기온차가 0.8에 도달하는데 소요된 시간은 1,030초, 0.6까지 소요된 시간은 1,610초, 0.4까지는 2,315초, 0.2까지는 도달하지 못하였다. SV+CF를 이용한 경우에는 환기 시작 240초 만에 최대값(1.130)에 도달하였고, 이때 측창 개폐 높이는 약 60cm이었다. 정규기온차 0.8까지는 695초, 0.6까지는 995초, 0.4까지는 1,480초, 그리고 0.2까지는 한 시간 이내에 도달하지 못했다. SV+CF+EF를 사용한 경우에는 환기 시작 110초 만에 최대 정규기온차(1.037)에 도달했으며, 이때 측창 개폐 높이는 약 40cm이었다. 이후 정규기온차 0.8까지 550초, 0.6까지 915초, 0.4까지 1,360초, 그리고 0.2까지 2,260초가 소요되었다.

Fig. 10.

Variations of normalized temperature difference from 11:00 to 12:00 by ventilation methods.

오전의 환기 방식별 기온 강하 효과는 실내외 기온차보다 정규기온차를 이용하였을 때 더욱 분명하게 비교될 수 있었다. 강제환기장치가 사용될수록 온실 내부로 유입되는 외부 공기의 양이 증가하고 내부 공기의 교반효과도 높아져 내부기온이 더 빨리 감소하는 것은 일반적인 현상이다(Nam, 2001; Lee 등, 2017). 본 연구에서는 강제환기장치가 적극적으로 사용될수록 최대 정규기온차는 1.158에서 1.037로 감소하였고 최대 정규기온차에 도달하는 시간도 340초에서 110초로 단축되었다. 또한 정규기온차가 0.8, 0.6, 0.4, 0.2에 도달하는 시간도 측창을 이용한 자연환기 대비 약 40% 정도 단축되는 것으로 나타났다.

정규기온차 비교 결과에서도 광 및 풍 환경과 같은 외부요인의 영향보다 환기장치의 영향이 더 큰 것으로 판단된다. 이에 대한 원인은 다음과 같다. 풍 환경의 경우, 평균 풍속은 SV+CF에서 0.74m/s로 가장 낮게 측정되었고 SV+CF+EF에서 0.79m/s로 가장 높았다. 하지만 앞서 언급한 바와 같이 환기 방식 간 평균 풍속의 차이가 매우 작고 0.05m/s 이내로 매우 작은 데 반해 변동계수가 0.5 이상으로 매우 크기 때문에 풍속의 영향은 무시할 수 있는 것으로 판단되었으며. 광 환경의 경우 평균 일사량은 SV+CF인 환기에서 687.8W/m²으로 가장 높았고 SV인 환기에서 628.5W/m²으로 가장 낮게 나타났지만, 환기 성능은 SV+CF가 더 놓은 것으로 분석되었다. 또한 평균 일사량은 SV가 SV+CF+EF보다 높았음에도 SV+CF+EF에서 더 나은 환기 성능을 보였다. 그러나 SV+CF+EF의 환기 성능이 SV+CF보다 높은 이유에 대해서는 일사량의 영향을 배제할 수 없었다.

2.2 오후 중 정규기온차 변화 비교

Fig. 11은 오후(14:00－15:00) 중 환기 방식별 정규기온차 변화를 나타내고, 환기 효과와 관련된 파라미터들은 Table 3에 나타내었다. 환기 방식별 기온 강하 효과를 살펴보면, SV인 경우에는 환기가 시작되자 곧바로 정규기온차가 감소하기 시작하였는데, 이때 정규기온차가 0.8에 도달하는데 소요된 시간은 560초, 0.6까지 소요된 시간은 825초, 0.4까지는 1,145초, 0.2까지는 1,740초가 소요되었다. SV+CF인 경우에도 환기 시작과 함께 정규기온차가 감소하였는데, 이때 기온차가 0.8까지 감소하는데 소요된 시간은 430초, 0.6까지는 650초, 0.4까지는 945초, 그리고 0.2까지는 1,400초가 소요되었다. 마지막으로 SV+CF+EF인 경우에도 환기가 시작되자마자 정규기온차는 감소하였으며, 0.8까지 감소하는 데에는 345초, 0.6까지는 540초, 0.4까지는 810초, 마지막으로 0.2까지는 1,265초가 소요되었다.

Fig. 11.

Variations of normalized temperature difference from 14:00 to 15:00 by ventilation methods.

오후의 환기 방식별 기온 강하 효과도 정규기온차를 이용하였을 때 더욱 분명하게 구분되었다. 오후에는 환기 초반 일시적 기온상승이 관측되지 않은 이유는 앞에서 언급한 바와 같이 오전에 비해 평균 일사량이 낮고 시간에 따른 일사량이 점점 감소하기 때문으로 판단된다. 정규기온차가 0.8, 0.6, 0.4, 0.2에 도달하는 시간은 측창을 이용한 자연환기 대비 약 30% 정도 단축되는 것으로 나타났다. 오후에는 일사량에 의한 열부하가 오전보다 낮기 때문에 강제환기장치의 사용은 오전에 더욱 효과적인 것으로 판단된다.

실험 결과에 대한 광 및 풍 환경과 같은 외부요인의 영향을 평가하였다. 풍 환경의 경우 환기 방식 간 풍속차는 최대 0.04m/s이고 변동계수 0.5 내외이기 때문에 외기의 풍속이 실험 결과에 유의한 영향을 미쳤다고는 보기 어려웠다. 광 환경의 경우 평균 일사량은 SV+CF인 환기에서 570.3W/m²으로, 456.6W/m²인 SV보다 높았음에도 더 높은 환기 성능을 보였다. 또한 SV+CF+EF인 환기에서 평균 일사량은 521.4W/m²으로 SV보다 높았지만, 환기 성능은 SV+CF+EF가 더 높은 것으로 나타나. 그러나 SV+CF+EF에서 평균 일사량은 SV+CF보다 낮았기 때문에 SV+CF+EF의 환기 성능이 더 높게 나타난 이유에 대해서는 일사량의 영향을 배제할 수 없었다.

결과적으로 강제환기장치가 적극적으로 사용될수록 환기 효과는 높아지기 때문에 일사량이 증가하는 오전에는 환기 부하가 크기 때문에 강제환기장치를 적극적으로 사용하여 내부기온을 신속하게 떨어뜨리고, 오후에는 비교적 소극적인 환기로 실내 기온을 관리하는 것이 효율적이고 경제적인 환기 방법으로 사료된다. 또한 측창은 강제환기장치를 사용하지 않을 때는 최소 60－70cm 이상의 높이로 개방해야 하고, 그렇지 않은 경우에는 필요에 따라 알맞은 높이로 조절하는 것이 바람직할 것으로 보인다. 추후에는 강제환기장치에 의한 열환경 변화를 작물을 재배 중인 단동온실에서 다양한 계절과 시간대에 걸쳐 분석할 필요할 것으로 판단된다.