스마트팜에서의 환경관리 1

 

스마트팜 식물공장에서 환경관리의 포인트

스마트팜 식물공장에서 환경관리의 포인트는 다음 두 가지이다. 온도와 습도이다.

실내농장은 재배 방식이나 도구를 선택적으로 활용하여 온도와 습도를 관리할 수 있다. 

온도의 경우 실내농장이 LED와 같은 인공조명을 사용하는 경우 인공조명의 발열량을 고려하여 냉난방기의 용량을 결정해야 한다. 습도 조절은 도입되는 수경재배 방식을 고려하여 결정되어야 한다. 외부와 차단된 공간으로 인하여 재배 과정에서 자연스럽게 증발되는 수분으로 인해 습도가 높아지게 되며 좁은 공간에서 많은 작물이 재배하여 호흡을 통해 습도가 변화할 수 있다. 만약 가습이 필요하다면 산업용 초음파 가습기를 활용하거나 제습을 위해서는 환풍기나 제습기를 추가로 도입할 수도 있을 것이다.

 

공기조화

공기조화는 실내의 온도, 습도, 세균, 냄새, 기류 등의 조건을 그 장소의 사용 목적에 적합한 상태로 유지하는 일이다. 실내 농장에서의 공기조화는 지상부와 지하부환경으로 구분할 수 있다. 지상부는 잎줄기의 생장과 광합성을 최대화하기 위해 공기의 온도, 습도, 이산화탄소 농도, 풍속 등을 적절하게 조절하여야 한다. 지하부능 뿌리의 생장 및 영양액의 흡수를 최적화하기 위해 배지와 영양액의 온도 및 습도 등을 조절한다.

실내농장에서의 공기조화는 광조사와 더부어 환경 및 생육 모니터링을 통해 환경 제어와 생장조절을 함으로 식물의 주년 계획생산을 가능하게 한다. 

 

공기조화 제어항목과 제어방법

실내농장의 공기조화 제어항목과 제어방법은 다음과 같다. 

온도의 경우 난방, 냉방, 환기, 차광, 안개분무, 스프링쿨러 등으로 제어할 수 있다. 습도는 가습, 제습 등으로 제어할 수 있다. 이산화탄소 농도는 이산화탄소 탱크, 탄산 등으로 제어할 수 있으며, 기류 속도는 팬, 냉방과 연계한 배관 등으로 제어할 수 있다.  잡균 제어는 필터, 공기청정기, 자외선살균기, 광촉매살균기, 살균수 분무 등으로 제어할 수 있다. 해충 침입은 방충망, 필터, 곤충 퇴치기 등으로 제어할 수 있다. 

실내농장은 단열된 실내에서 재배되기 때문에 공기조화에 있어 난방부하보다 냉방부하가 더 중요하다. 특히 LED 등의 인공광을 활용할 경우 광원으로부터의 발열량 때문에 겨울에도 냉방을 해야 한다.

야간에는 식물의 호흡으로 인하여 에너지 소모를 억제하기 위해 낮보다 공기조화를 통해 온도와 습도를 낮게 설정해야 한다.

 

이산화탄소의 농도

식물재배에 필요한 대량 요소 중 이산화탄소, 산소, 수소는 토양의 양분이나 양액의 양분에서 얻는 것이 아니다. 산소와 수소는 대기 중에서 물에서 얻으며 이산화탄소는 대기 중에서 얻을 수 있다. 대기 중의 이산화탄소 농도가 실내농장에서는 식물이 요구하는 적절한 이산화탄소 요구량을 공급한다면 노지에 비해 재배기간 단축이나 수확물의 중량 증대와 같은 성과를 충분히 얻을 것이다. 왜냐하면 식물은 수분을 제외하면 거의 모든 부분이 탄소화합물로 구성되어 있기 때문이다.

식물은 생장하기 위해 광합성에 많은 에너지를 사용한다. 광합성은 빛, 온도, 이산화탄소, 물과 함께 이온화된 질소, 인산, 칼륨 등의 영양성분을 받아들여 이루어진다. 이 중 이산호탄소를 통한 탄소 화합물이 90% 내외이고 물고 함께 이온화되어 받아들여진 질소, 인산, 칼륨 등의 영야엉분의 화합물은 10% 내외이다. 그만큼 식물의 외형 성장에 이산화탄소는 중요하다. 이산화탄소의 양이 충분하지 못하다면 광합성의 속도가 떨어지고 식물의 생육이 억제된다. 그러나 이산화탄소 농도가 너무 높을 경우 식물의 정상적인 성장이 이루어지지 못하고 키만 자라는 웃자람 현상이 일어날 수도 있어 적절한 농도의 조절이 매우 중요하다. 

이산화탄소 농도 조절의 방법으로는 3가지가 있다. 첫째는 실내 이산화탄소 농도가 대기 중 이산화탄소 농도보다 낮을 경우 환기를 통해 외부의 공기를 실내로 주입하는 방법이다. 둘째는 가스와 같은 연료의 연소를 통해 발생하는 이산화탄소를 실내로 직접 주입하는 방식도 있다. 마지막으로 고압 충전된 액화 탄산가스나 고체탄산을 이용하는 탄산가스 공급 장리를 사용하는 방법이 있다.