물 흐름 글레이징 기술을 적용한 온실용 외부 피복재의 광학적 특성에 관한 실험적 연구 = An Experimental Study on Optical Properties of Greenhouse Exterior Cladding with Water Flow Glazing Technology

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, basic research was conducted to apply WFG (Water Flow Glazing) technology effectively in greenhouses for infrared blinding. Experiments were conducted with different test specimens based on PMMA thickness and water layer thickness utilizing both natural and artificial light sources. Results demonstrated that the water layer effectively blocked infrared radiation. However, differences in PMMA thickness were minimal, while variations in water layer thickness were evident. WFG technology is proven to be an effective solution for adapting to changing climates. It is feasible even in extreme climatic conditions.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 수막층 외피의 광학특성을 분석하기 위해서 자연광원과 인공광원 환경에서 PMMA층과 수막층 두께를 변수로 실험을 수행하였으며, 이 실험의 결과를 요약하면 다음과 같다.


(1) 자연광원과 인공광원 실험에서 PMMA층 두께 차이(0~5mm)는 가시광선과 근적외선 투과율에 미치는 영향력이 작지만, 수막층 두께 차이(5~30mm)는 근적외선 투과율에 미치는 영향력이 매우 컸다. 근적외선 투과율은 수막층 두께에 반비례하여 감소하였고, 5mm의 얇은 수막층만으로도 1,300nm 이상의 근적외선의 95% 이상을 차단하였다. 이러한 특징은 여름철 내부온도 상승원인인 적외선을 차단해야 하는 온실을 대상으로 WFG 기술을 적용하기에 긍정적인 요소이다.
(2) PMMA층 사이에 수막층이 있는 실험조건에서 가시광선은 85% 이상 높은 투과율을 보였다. 인공광원 실험결과에서 PMMA층 사이에 공기층이 있는 것(Case #A-2) 보다 수막층이 있는 경우(Case #A-3, 4, 5) 가시광선 투과율이 증가하였다. 이것은 이종 물질간의 굴절률 차이가 적을수록 빛은 반사되지 않고 투과하기 때문이다. 식물 성장을 위해 가시광선 투과율이 높을수록 좋으므로 이러한 특징은 온실을 대상으로 WFG 기술의 장점이 될 수 있다.
(3) WFG 기술은 가시광선과 근적외선 파장영역에서 온실에 적용하기에 적합한 특징을 가지고 있다. 수막층 두께 증가의 장점인 적외선 투과율 감소와 단점인 중량 증가의 트레이드 오프(Trade-off)를 고려하여, 온실에 적용하기 위한 목표 투과율 또는 차단율을 선정한다면 적절한 두께의 수막층을 결정할 수 있다. 온실에 적용하기 위한 적절한 두께의 외피 선택에 관해서는 향후 연구에서 다룰 예정이다.
(4) 자연광원과 인공광원 실험의 결과는 750~1,000nm의 근적외선 파장에서 차이가 있지만 이외 근적외선과 가시광선 파장 영역에서는 투과율의 경향과 수치가 유사하였다. 자연광원 실험에서 정규화 방법과 같은 인위적인 데이터 스케일링이 적용된 점과 측정장비의 신뢰성을 고려하면 자연광원 실험보다는 인공광원 실험결과의 신뢰성이 높다고 판단한다. 그리고 선행연구인 Kanayama and Baba(9)의 실험과 이 연구의 인공광원 실험은 실험조건의 차이를 고려하면 상당히 일치하므로 이 실험결과의 신뢰성은 매우 높다고 볼 수 있다.


이 실험을 통해 PMMA층과 수막층의 두께를 변수로 WFG 기술의 광학특성을 분석하였다. 하지만 본 실험은 태양광의 여러 요소 중 투과율만을 고려하였으므로 온실 내부 온도에 영향을 미치는 흡수율에 대한 추가적인 실험이 필요하다. 또한 실제 WFG 기술은 수막층의 물이 순환하면서 흡수한 열량을 제거하므로 후속실험에서는 순환하는 수막층 조건에서 WFG 기술의 광학적·열적 효과를 종합적으로 평가할 계획이다.