/편집자주
국립원예특작과학원 시설원예시험장 전종길 연구관에 따르면 1960년대 들어 시설원예가 본격화 되면서 대형터널형 하우스에 PE필름을 외피복하고 하우스 내부에는 터널을 만들어 이엉과 거적으로 보온하는 방식이 대부분이었다.
1970년대에는 국제 유가의 석유파동에 따라 보온에 대한 연구가 중점적으로 이루어졌고, 1974년부터 3년간 보온덮개를 이용한 보온방법을 개발하여 보급시킨 것이 현재의 보온자재 개발의 효시라 할 수 있다. 1976년에는 전열선과 짚 등의 단열재로 이용한 토마토재배효과, 멜론의 무가온 보온재배(1977) 등을 연구했고, 제주시험장에서는 남쪽 경사지 터널이용 보온효과(1974), 반지하 온실에서의 축열효과(1975) 등이 연구됐다.
1980년대에는 비닐하우스 표준화사업에 따른 재배환경 개선으로 시설내의 온습도 환경측면에서도 상당한 개선이 이루어졌다. 1980년대 초반에는 보온력 향상을 위한 축열 물주머니에 의한 태양열 이용 증대 방안(1982)을 연구하였고, 아울러 보급된 표준화하우스에 대한 보온방법과 보온자재별 보온효과를 구명하는 시험(1980)들이 이루어졌다. 특히 축열 물주머니는 채소뿐만 아니라 과수 시설재배에도 많이 보급되었는데, 1989년 하우스 포도재배에서 축열 물주머니 이용효과가 농가에 아주 좋은 반응을 보였다.
또한, 1984년경에 수막재배기술이 도입되어 시설원예농가의 보온력 향상에 크게 기여하였는데, 수막재배는 연중 일정한 온도를 가지는 지하수를 양수하여 온실의 이중 피복 사이에 뿌려줌으로써 온실 내부의 열이 외부로 천천히 또는 덜 빠져나가도록 하는 보온기술이다. 중부지역에서도 딸기, 엽채류 등의 저온성 작물의 무가온 겨울재배가 가능할 정도로 우수한 보온 성능이 있어 빠르게 보급됐다.
1980년대 말까지도 난방재배농가가 10% 미만으로 무가온보온재배가 대부분이었기 때문에 관련 연구도 보온력 향상에 역점을 두었다.
1990년대는 시설현대화와 함께 난방 재배면적이 급격히 증가했다. 1992년 9.6%에 불과하던 난방기 보급면적 비율이 1997년에는 22.3%로 늘어났다. 이때 주된 난방장치는 온풍난방기로 1992년에 13,731대가 보급되어 전체 난방면적의 66.9%를 차지했으며, 1997년에는 66,086대가 보급되어 난방면적의 95.1%를 차지했다.
그러나 1997년 IMF 사태이후 환율인상에 의한 난방유가의 급등으로 난방을 포기하는 농가가 속출했고 경기후퇴로 원예생산물의 소비마저 줄어 시설재배농가는 위기를 맞게 되었다. 이러한 위기극복의 일환으로 농촌진흥청을 중심으로 유류대체용 난방기술로 연탄난방기와 화목보일러, 난방공간 최소화를 위한 가변식 커튼장치 개발, 태양열의 효율적 축열을 위한 잠열물질 이용기술 개발 등이 IMF이후 2000년까지 집중적으로 연구되었다.
2000년에 개발된 온풍난방기 배기열 회수장치는 연통을 통해 빠져나가는 배기열의 50%를 회수, 다시 온실 난방에 이용하는 것으로 난방에너지를 최대 20%까지 절약할 수 있게 했다. 같은 해에 출시된 일사량 감응 자동변온관리장치는 주간의 일사량에 따라 야간온도를 다르게 관리함으로써 난방연료소비를 15% 이상 절감할 수 있어 시설과채류 난방온도 관리에 있어 일대 전환점이 되는 기술로 평가되고 있다.
수평권취식 다겹보온커튼장치의 개발(2003)은 기존 부직포 커튼 대비 46%의 난방비 절감 효과로 시설원예농가의 경영비 절감에 크게 기여했고, 순환식 수막시스템을 개발(2004)하여 기존 수막재배지역의 지하수 부족으로 인한 농가의 어려움을 해소하였다. 2007년의 고체연료난방기 개발은 유류대체 난방연료로써 펠릿, 우드칩, 팜껍질 등의 고체연료를 사용함으로써 난방비 절감과 온실가스배출량 감축의 두 가지 효과를 얻을 수 있게 하였고, 2007년 개발된 수평형 지열히트펌프 난방시스템은 농업분야 신재생에너지이용 실용화기술의 개발 및 보급을 촉발하는 계기가 되었다. 이어 보온커튼 등의 설치가 곤란하고, 노후시설이 많아 보온이 취약했던 단동 비닐하우스용 다겹보온커튼장치의 개발(2009)로 시설원예농가의 난방비 절감에 크게 기여했다.
2010년 이후에는 기존 개발기술의 성능을 보완 및 화석연료 대체용 신재생에너지 이용에 의한 에너지절감 효과를 극대화하는 것에 초점을 맞춘 연구들이 수행되었다. 기존 보온력 향상 기술의 패키지 적용에 의한 에너지절감 성능 극대화 연구(2012), 무그림자형 다겹보온커튼장치 개발(2012), 지열, 수열, 공기열 등 다양한 열원을 이용한 실용적인 히트펌프시스템 개발하거나 연구중에 있다.
# 현재 주목받고 있는 보온 및 난방 기술
보온기술로는 농촌진흥청에서 개발한 다겹보온커튼장치를 들 수 있는데, 다겹보온커튼장치는 온실 내부의 열이 외부로 빠져나가지 않도록 부직포, 화학솜 등의 보온자재를 여러 겹으로 누벼서 만든 커튼장치로 연동형 비닐하우스에서는 기존 부직포커튼에 비해 약 46%의 난방비를 절감할 수 있고, 보온성이 취약한 단동형 비닐하우스에는 기존의 비닐삼중피복 대비 약 40%의 난방비를 절감할 수 있는 것으로 나타났다.
시설농가에서 주로 무가온 재배로 사용되고 있는‘순환식 수막시스템’은 기존의 수막시스템이 한번 사용한 물을 흘려버리는 것에 반해 수막으로 사용한 물을 회수하여 저장하였다가 일정 온도로 가열하여 다시 수막으로 사용함으로써 지하수가 부족하거나 수질이 나쁜 지역에서도 적은 난방비용으로 수막재배를 가능하게 하는 장치이다. 관행의 비순환식 수막시스템에 비해 약 80% 지하수 절약이 가능하고, 온풍난방에 비하여 약 67%의 난방비가 절감되는 것으로 나타났다.
이처럼 다겹보온커튼장치 등에 의한 시설농가의 난방비를 크게 절감하는데 기여하고 있지만, 멈출 줄 모르는 고유가 행진에 여전히 시설농가의 난방비 부담은 경영에 큰 부담을 주는 실정이다. 따라서 기존에 개발되고 사용되어 온 난방에너지 절감 기술들을 각 온실의 여건에 맞게 최적으로 조합하여 패키지화하거나 신재생에너지를 이용하여 난방에너지를 줄이는 기술이 최근 연구되고 있다.
패키지 적용기술은 그동안 단위 기술 중심으로 수행된 기술을 재배하는 온실 작물의 특성 등을 고려하여 패키지로 조합한 기술이라고 하겠다. 가령 토마토를 재배 시 하우스 내에 온풍난방기와 부직포 커튼만으로 난방 및 보온을 할 때보다 온풍난방기+다겹보온커튼+지중매설관으로 패키지로 적용했을 때 난방비가 약 48% 절감되는 것으로 나타났다. 패키지 연구는 단위 기술 적용 시 보다 효과적으로 에너지를 절감할 수 있어 지역 여건과 재배하는 작물 특성을 고려하여 현장에서는 적용할 필요가 있다고 하겠다.
그동안 지열, 공기열, 폐열 등 신재생에너지를 이용한 온실 냉난방 연구가 이루어져 왔는데, 그중에서도 땅속에 열교환용 파이프를 묻지 않고 물탱크 내에서 에너지를 뽑아내어 냉·난방용으로 활용할 수 있는 새로운 방식인 지중 저수열 이용 히트펌프 냉난방시스템에 대한 관심이 높아지고 있다.
이 시스템은 땅속에 열교환용 파이프를 묻지 않기 때문에 설치비용과 설치에 소요되는 면적을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 시공기간도 대폭 단축시킬 수 있다. 또한 설치할 곳의 지질특성을 고려할 필요 없이 설치가 가능하고, 고장 시에도 수리하기가 매우 편리한 것이 특징이다. 시스템의 효과는 기존 지열 히트펌프시스템에 비해 설치비용을 약 40% 줄일 수 있으며, 경유 온풍난방기 대비 난방비는 약 90% 절감되는 것으로 나타났다.
우리나라 온실 난방은 오래전부터 이루어져 왔지만 대부분 화석연료인 유류 난방이 온실 난방면적의 89%를 차지하고 있으며, 지열, 태양열 등 자연에너지를 이용하는 면적은 0.4%에 불과한 실정이다.
시설원예농업이 지속가능한 산업으로 발전하기 위해서는 화석연료 의존형 농업에서 탈피하여 청정 자연에너지를 이용하는 기술이 확대되어야 할 것이다.
■한솔 스텐레스 화목보일러
난방수 온도에 따라 나무를 필요한 양만 태우고 이후엔 공기유압을 막아 불씨만 남아있는 대기 상태에서 난방수 온도가 내려가면 자동으로 송풍장치를 가동해 남아있는 불씨를 자동 점화시키는 방식으로 나무 소모량이 기존 화목보일러 대비 50% 감소하며 하루에 한번 투입으로 24시간 혹은 36시간까지도 사용이 가능한 시스템이다.
기존의 2패스, 3패스 구조는 연도의 막힘 현상이 심하거나 열 손실이 많으며 목초액 타르로 인한 보일러의 수명 단축까지 가져오게 된다. 이에 비해 한솔 스텐레스 화목보일러는 자체 개발한 저타르 고효율의 연도구조를 채택해 효율을 높임과 동시에 청소를 편리하게 한다. 화실문을 3중으로 완벽하게 단열해 불필요한 공기흡입으로 인한 연소를 방지하는 것이다.
김덕용 한솔 스텐레스 보일러 본부장은 “나무를 자주 투입하는 불편을 해소했으며 그을음이 적게 생기는 구조로 쉽고 편하게 청소할 수 있는 설계로 만들어졌다”고 말했다.
김 본부장은 또한 “안전을 최우선으로 하는 한솔보일러는 안전기능 및 자동기능이 갖춰져 있다”며 “소비자 입장에서 보다 빠르고 정확한 서비스를 위해 전국이 하나로 연결되는 A/S 네트워크를 운행 중”이라고 덧붙였다.
/이경한 기자
■귀뚜라미 중대형 펠릿 보일러
‘2013년형 중대형 펠릿 보일러’는 열교환기 본체가 입형 3PASS로 구성돼 3번에 걸쳐 열을 흡수하여 배기온도를 180℃ 이하로 유지함으로 인해 열효율이 매우 높아 연료비 절감효과를 극대화할 수 있는 구조다.
프리믹스 건타입 소용돌이 버너를 적용해 기존의 연소실 내에서 버너연소가 이뤄지는 방식이 아닌 연소실 외부에서 연료와 공기를 충분히 연소시키는 프리믹스 연소방식을 적용하여 열교환기의 전열효율을 최대화했다. 열교환기 외부에 별도의 집진장치를 적용해 보일러를 빠져나온 미세분진까지 완벽하게 처리되는 친환경 보일러다.
빗살형태의 화격자를 적용해 연소 후에 발생하는 크랭크로 인해 연소판이 소손되거나 연소효율이 낮아지는 문제를 해결했으며 사용자가 번거롭게 연소판을 청소할 필요가 없다. 또한 과열안전, 저수위감지, 헛불감지, 동파방지, 동작감지(CT센서) 등 각종 안전장치와 완벽한 제어장치가 구비됐다.
박도준 (주)귀뚜라미 홍보기획팀 과장은 “일반보일러는 1PASS 또는 2PASS 구조이나 중대형 펠릿 보일러는 3PASS 구조로 한 번에 최대한 열을 흡수하도록 만들었다”며 “기존에 기름보일러를 사용하는 농가는 펠릿버너만 교체만 하면 돼서 보일러 구입비용을 절감할 수 있다”고 말했다.
/이경한 기자
■(주)탑ENG 다겹보온커튼장치
(주)탑ENG(대표 권오일)이 개발한 다겹보온커튼장치는 보온성을 높여 겨울 난방비를 절감하는 시설원예용 제품으로 호평을 받고 있다.
최근 기후변화로 인해 기온이 낮아지고 한파가 지속돼 시설원예 농가들의 피해가 가중되고 있다. 특히 유류비 부담이 가중되면서 생산비도 건지지 못해 농사를 포기하는 경우가 속출하고 있다. 이에 (주)탑ENG가 개발한 장치는 경영비를 절감하고 품질고급화를 이뤄 농가들에게 인기를 얻고 있다.
다겹보온커튼장치는 기존의 얇은 보온자재를 개선해 부직포, 폴리폼 등 여러 겹으로 누빈 솜이불 형태의 다겹 보온자재를 활용했는데 사방을 완전밀폐해 보온성을 향상시켰다. 고장이 적고 작동이 간편한 자동화 보온커튼 시스템으로 개폐방식은 예인권취식이다.
시설보온력을 향상해 기존의 부직포 커튼 대비 난방에너지를 회기적으로 46% 절감하며 초기투자비용 회수기간은 2~3년이다. 구조가 간단해 다겹보온커튼이 길어도 작동상태가 양호하며 그늘 면적이 적으며 권취축의 휘어짐과 커튼의 찢어짐이 방지되는 것도 장점이다.
자세한 사항은 홈페이지(http://www.yestopeng.com/)와 전화(053-852-3758, 011-9359-3759)로 문의하면 된다.
■태광기계 태광환기마스터
양송이 재배농가를 통해 실증실험한 결과 열회수형 환기장치를 3시간 가동한 결과 버섯재배사 내부의 일산화탄소량이 19ppm에서 10ppm으로 47.4% 감소됐다. 황화수소는 1.5ppm에서 0.2ppm으로 86%가 감소한 것으로 나타나 생산량 증가는 물론 고품질 생산에 큰 도움이 될 것으로 보인다.
또 실내공기온도 22℃, 외부온도13℃일 때 열회수온도가 19℃로 열회수율이 70~80%로 매우 뛰어난 성 능을 보였다. 듀얼타입 이산화탄소센서를 장착했으며, 1대의 컨트롤러로 온도, 습도, 이산화탄소 등을 동시에 제어할 수 있다.
■신진에너텍 순환식 수막시스템
이 기술은 비닐하우스 이중피복 사이에 13~15℃의 지하수를 살수해 이중 비닐위에 물커튼을 형성해 보온을 한다.
기존의 수막은 난방용 유류를 사용하지 않아 국가적으로 에너지 절감효과가 있지만 전국적인 지하수 부족현상으로 인해 수막재배가 어려운 실정이다. 그러나 순환식 수막은 사용한 지하수를 재순환해 활용하므로 지하수가 부족한 지역에서도 가능하다. 특히 우리나라는 물 부족 국가로서 수자원의 활용이 매우 중요하기에 신진에너텍의 기술은 더욱 의미가 크다.
설치 효과를 살펴보면 지하수는 기존의 수막대비 81%를 절약하고 난방비도 온풍기 대비 67%를 절감한다. 경영비 압박을 받고 있는 원예인에게 높은 경쟁력을 제공하고 있다.
자세한 사항은 홈페이지(http://농업기계.kr/)와 전화(063-222-4456, 019-652-1622)로 문의하면 된다.
