-장기시설설비를 전제로 한 저비용 저에너지 하우스의 제안-
꽃연구소 재배시스템연구실 시마지 히데오

일본에서 보온기술에 관한 연구개발이 활발히 이루어지게 된 것은 제1차 오일 쇼크쯤부터이다. 특히 개폐식 보온커튼은 널리 보급되고 지금은 난방온실의 대부분에 보온커튼이 달려있다.
하우스내의 공기를 데우는 것뿐이라면 많은 에너지는 필요하지 않다. 난방에 필요한 에너지의 대부분은 피복자재를 통해 달아나는 열손실을 채우기 위해 사용되고 있다. 현재 난방비를 줄이기 위해서는 이 열손실을 제어하는 것이 가장 효율적인 해결방법이다. 그러기 위해서는 보온커텐과 피복자재의 검토가 중요해지고 있다.
피복자재 중에서는 염화비닐이 가장 보온성이 뛰어나다고 알려져 있으며 최근 폴리에틸렌계 농업용필름도 성능이 좋은 것으로 알려졌다. 일본에서는 외장에 비닐, 가볍고 붙기 힘들다는 점에서 내장에는 폴레에틸렌을 사용하는 것이 일반적인 보온양식이다.
그러나 피복자재 분야는 최근 내후성도 커져 필름재질선택의 폭도 넓어지고 있다. 특히 장기전장필름의 이용이 커져 단기적인 필름교체를 전제로 하지 않는 하우스를 생각할 수 있게 되었다. 따라서 현재 외장-비닐, 내장-폴레에틸렌 외의 다른 자재선택으로 인한 난방비 절감이 요구되고 있다. 일본의 시설면적 53,000ha 가운데, 난방설비가 도입된 시설은 약 23,000ha정도 있는 것으로 알려져 있다. 그중 약 95%에서 석유를 연료로 하는 난방방식이 사용되고 있다. 또한 꽃과 과채류의 시설재배에서는 겨울철에 투입되는 에너지의 80%가 난방에너지로 소비되고 있다.
따라서 난방을 위한 석유의 절감은 경영적으로는 운영비가 감소되고 환경적으로도 탄산가스의 발생을 줄일 수 있다. 그래서 우리들은 공기막구조를 이용해 태양에너지를 이용하는 시험하우스를 개발했다.


공기막구조의 이용

공기막하우스란 폴리에틸렌 등의 필름을 2중으로 겹쳐서 하우스에 고정, 필름 사이에 공기를 집어넣어 공기막을 만드는 방식을 말한다. 일본에서는 외장자재의 중심이 비닐이었던 관계로 보급되어 있지 않지만 미국 등지에서는 전부터 이용되고 있던 방식이다.
프랑스의 큰 하우스제조업체인 리셸하우스도 이 방식을 채용한 하우스를 제조하고 있으며 세계적으로 많이 이용되고 있다. 일본에서도 불소필름과 PO필름을 사용한 공기막하우스가 만들어지기 시작했다. 보온성은 1겹커텐과 같아 보온커텐을 따로 설칠할 필요가 없다. 비닐은 공기를 넣으면 과도하게 부풀어져 공기막하우스의 소재로는 적당하지 않다. 그리고 일본에서 공기막하우스가 보급되지 않았던 이유 중 하나는 비닐 이외의 소재를 구하기 어려웠기 때문이었다. 이번 연구에서는 전장작업을 간단히 하기 위해 이 공기막구조를 판넬화해서 벽면에 공기막 패널유니트를 끼워 넣은 하우스구조로 하였다.

그림1: 지붕의 유수로 태양열을 모으고 야간에 방열을 한다. 당초에는 매설파이프에 의한 지중축열을 생각했으나 축열조를 이용하기로 했다.
그림2: 외부기온의 변화에 따른 난방부하

태양에너지의 이용

태양에너지를 사용하는 시스템을 위해서 먼저 지붕에 3장의 플라스틱 필름으로 공기막구조를 설치했다. 그 위층은 가압공기로 구조적 강도를 더하고 아래층에 밀착한 공간에 물을 흘려 태양열을 모으도록 했다. 낮 동안의 태양열로 데워진 물은 파이프를 통해 지하에 매설된 지하축열수조에 모아진다. 이 모아진 더운물을 야간에 다시 공기막의 하층부에 순환시켜 방열, 난방한다.
지하집열에서는 당초 지하매설파이프의 사용을 생각하고 있었으나 주차장 등에서 사용되는 하수저유조를 이용했다. 240㎡의 시험하우스에서는 지하축열수조를 깊이 30cm에 매설해 저수량 46t의 것을 사용했다. 겨울철에는 축열조로 사용하고 겨울철 외에는 관수를 위한 빗물을 모았다. 빗물에는 염분이 포함되어 있지 않으므로 순환식양액재배에도 적합하다.

하우스구조의 재고

시험하우스에서는 환기성과 채광성을 높이기 위해 와이어로 매단 장현량구조를 채용해 철골량을 줄였다. 철골량의 삭감률은 약 30%. 구조계산상으로는 풍속대비 50m/초를 확보하고 있으나 실제 테스트는 아직 예정 중이다. 또한 환기창은 대형화해 엇갈리게 배치했다. 엇갈린구조로 인해 천장에서 들어온 공기가 하우스 안을 위아래로 환류해 배출되므로 환기효율이 높아졌다.
이 시스템 단독 난방능력은 외부기온 영상 10°C정도이다. 외부기온에 비해 18°C 실내온도를 높이기 위해서는 통상 20%정도의 보조난방이 필요했다. 물을 흘려보내지 않는 부분에서 방열을 보충하기 위해서는 약간의 난방이 필요하나 전체로 보면 에너지 절감율 80%가 된다.
앞으로는 이 시험하우스의 기본적인 성능을 확인할 필요가 있다. 특히 겨울철에 대한 에너지 효율의 성능뿐 아니라 수년간 재배할 수 있는 환경을 만들어 내는 것이 가장 중요한 포인트이다.

시마지 히데오 프로필
동경대학대학원 농학연구과 수료. 요코가와전기에서 시설재배용 컴퓨터 시스템을 개발.  농림부의 채소, 차 사업시험장에 들어가 주로 시설채소의 환경조절에 관한 연구를 함. 현재 꽃연구소에서는 시설환경제어, 양앵재배 등의 연구함.

 

 

 

 

 

 

자료:일본 꽃연구소