1. 연구배경 및 목적

자연은 거의 일정한 수확기에 식품 재료를 공급하는데 비해 수요자는 계속적인 공급을 기대하므로 저장 수단을 이용한 균형적인 공급이 필요하다. 식품을 자연 상태로 방치하면 수분․온도․광선․산소 및 미생물의 작용과 충해를 받아서 변질되거나, 식품 자체가 지니고 있는 산소의 작용으로 시간이 지남에 따라 식품의 성분이 소실된다. 따라서 신선한 식품을 장기간 보존하기 위해서는 적절한 방법의 보존 환경을 유지시켜야 한다. 최근 보건 안전의식이 크게 높아짐에 따라 저온저장고 내에서 보다 세밀하고 높은 수준의 온. 습도 관리가 요구되고 있다.⁽¹⁾ 이에, 식품공학 측면에서 농산물의 보존 품질 향상과 겨울철 외기 도입 및 수치 시뮬레이션을 통한 저온저장고의 온도 특성에 대한 연구들이 진행되어 왔다.^(2-4)

일반적인 냉동시스템은 압축기에서 토출된 냉매가 응축기에서 중온 고압의 액체 상태로 응축되고, 팽창밸브에서 교축 팽창되어 저온 저압의 가스 상태로 증발기에 유입된다. 증발기 내의 냉매는 실내공기와 열교환 한 후 다시 압축기로 유입되는 반복과정이다. 이러한 반복과정 동안 실내 온도가 목표 온도 도달 시 냉동기의 작동이 멈추게 되는데, 그 과정동안 저장고 내 온도센서의 저항 값을 전달받아 온도조절기가 전자밸브를 닫는 순으로 진행된다. 전자밸브가 닫히면 저압부 냉매를 회수하기 위하여 압축기와 증발기의 운전이 지속되는 펌프다운 동작이 40~120 s가량 지속되며, 냉매증발기 온도는 순간적으로 -15℃ 이하로 떨어진다. 이때 토출되는 기류의 온도는 -5.5℃~-3.5℃로 가장 낮다. 저온저장고의 냉각기를 일반적 토출풍속인 2.0~2.2 m/s로 설계 시, 15 m의 저온저장고 내에서 펌프다운 시간 동안 기류순환이 8회 이상 일어날 수 있다. 실내 온도를 0℃~0.5℃로 제어하는 농산물 저온저장고는 대부분 냉기 토출구가 한쪽 벽면에 설치되어 있으며, 차가운 냉기에 노출된 토출구 근처의 농산물은 냉해를 입게 된다. 따라서 펌프다운 시 적정온도 보다 낮은 온도의 기류를 분산시켜야 농산물에 직접적 토출되는 냉해 피해를 차단할 수 있다.

농산물 저온저장고에서 운전되는 냉동기는 보관물품에서 증, 발산되는 수분과 공기 중에 포함된 수분이 내부 공기와 함께 순환하면서 증발기의 전열면적을 통과하게 된다. 이때 냉동사이클과 냉매 특성상 냉매 증발 온도는 저장고 내부 실내 공기온도보다 낮은 동결점 이하(-6~-10℃)의 온도로 떨어지고, 순환 공기는 그 온도차에 의해 열교환기 표면에 응축 동결되어 착상하게 된다. 이 상(frost)은 냉동사이클이 동작되는 동안 지속성장하여 공기흐름을 방해하고 열교환 능력을 저하시킨다. 이를 막기 위해 냉각기 내부 발열히터를 통한 주기적으로 제상(defrosting)이 필요하다. 제상 시 히터의 발열로 상당히 높은 온도(12~18.5℃)가 토출될 뿐만 아니라 이 과정에서 발생된 습공기로 인해 냉각기 외면이나 천장에 결로가 발생된다. 결로에 의한 물이 농산물에 떨어지면 심각한 품질 저하가 생길 수 있다. 이러한 변수 인자를 감안한 기류순환과 균일한 온도분포 제어는 농산물 저온저장고에 있어 매우 중요한 문제이다. 그동안 저온저장고 냉동 시스템의 문제들을 해결하기 위하여 제상 시스템 성능평가,⁽⁵⁾ 고습도 유지를 위한 전열면적과 유닛 쿨러의 구조,⁽⁶⁾ 저온저장고 온도분포 및 공기유동과의 상관관계⁽⁷⁾ 등 많은 연구가 진행되었다. 본 연구에서는 기류 온도의 급격한 변화를 효과적으로 억제할 목적으로 기류순환 보조 덕트를 Fig. 1과 같이 냉기 토출구에 연결하였으며, 보조 덕트에 의한 저온저장고 내부 온도 제어의 효용성에 대한 실증적 연구는 아직 보고되지 않았다. 보조 덕트를 적용하였을 경우 ⁽¹⁾ 제상 후 진행되는 냉각 과정에서 적정 실용온도로 얼마나 빨리 떨어지는가, ⁽²⁾ ON-OFF로 제어되는 냉각 운전 조건에서 냉동기 가동 주기와 시간이 어떻게 변하는가, 그리고 ⁽³⁾ 저장고 내부 위치별 평균 온도가 제어 온도 범위에서 얼마나 잘 제어되는가에 대한 고찰이 필요하다.

Fig. 1 The structure of a semi-low temperature warehouse with an auxiliary duct.

따라서 본 연구는 실제로 운영 중인 대관령 고랭지 농산물(배추) 저장 창고에 기류순환 보조 덕트를 설치하여 저온저장고 내부의 시간과 공간에 따른 온도변화를 측정하여 그 영향을 분석하고자 한다. 보조 덕트를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대해 제상 운전과 이후 진행되는 냉각 운전 과정에서의 온도변화 추이를 비교 분석하고, 실내 온도 센서에 의해 적정 보관온도로 제어되는 냉각 운전 과정에서의 저장고 내부 온도변화 특성을 고찰한다.

2. 실증 실험 장치 및 방법

식품별 보관 온도(-2℃~10℃)와 저장용량만을 고려한다면 저장고의 형태는 정육면체가 가장 효과적이다. 그러나 농산물의 쌓는 방식 등을 고려하면 가로와 세로의 비가 5:3 정도인 직사각형 모양이 일반적이다. 저장고의 높이는 지게차 등을 이용한다면 6 m 높이까지 적재가 가능하며, 천정과의 사이 공간을 고려하여 요즘 새로 지어지는 중․대형 저장고는 대부분 7 m 높이로 짓고 있다. 너비가 넓은 저장고는 천정을 지지하기 위해 저장고 내에 기둥이나 적절한 지지 구조물을 설치해야 하며, 지지 구조물이 없이 지을 수 있는 저장고의 최대 폭은 8~10 m이다. 저온저장고의 형태는 패널조립형, 슬래브형, 철골 구조형, 컨테이너형 등으로 재료나 건축방법에 따라 다양하다.

본 연구에서는 정부 비축기지로 지정된 대규모 실용현장에서 일반적으로 사용하고 있는 저온저장고를 대상으로 하고 있으며, 냉기 유동의 순환구조를 연구하기 위한 구조도는 Fig. 1에 나타내었다. 저장고 규격은 898 m3 (17,500 L×7,900 W×6,500 H)이다. 지상 5면과 바닥은 두께 100 ㎜의 우레탄 패널 및 발포로 단열되어 있으며, 출입구는 저온창고 전용 문(100 ㎜)이 장착되어 있다. 실외기 유닛(압축기 용량 15 HP)과 실내기(Unit Cooler 137 $m^2$)에 냉매 R-404a를 적용하였다. Fig. 2의 보조 덕트는 실내기와 연결되는 반원 모양의 덕트 구조이며, wire에 의해 지탱되어 가변식으로 조절된다. 덕트 내의 냉기류는 양압에 의해 반원주 부위 방향으로 그물망을 통하여 토출된다. 보조 덕트를 설치한 목적은 저온저장고의 한쪽 벽면에 설치된 실내기의 토출 냉기를 저온 저장고 전체에 걸쳐 보다 신속하게 보내어 적정 온도 범위에서 저장고 내부 온도를 제어하기 위한 것이다. 실내기와 연결되는 보조 덕트는 2개의 라인으로 설계하였고, 각 라인의 직경은 토출 드럼(drum) 외경보다 30 mm 크게 하고 길이는 실내기 반대쪽 벽면까지 도달하도록 하였다. 덕트 라인의 측면에 냉기 취출구가 형성되어 있으며, 취출구는 폭 30 mm, 길이 10.5 m의 라인 형태이며, 냉기가 사각모양의 그물망(mesh size 3×3 $mm^2$)을 통해 0.4~0.5 m/s의 풍속으로 토출되도록 설계하였다. 본 실증연구에 적용된 냉동시스템의 p-h 선도와 구체적인 사양은 Fig. 3과 Table 1에 각각 나타내었다.

Fig. 2 The designed auxiliary duct with variable discharge mesh

Fig. 3 P-h plot of the refrigeration system.

실험은 기류순환 보조 장치(auxiliary duct)를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대해 실험을 수행하였으며, 냉기순환에 따른 저장고 내부 온도분포를 측정하였다. 저장고 내부 여러 지점의 온도 측정을 위해서 T형 열전대 (thermocouple) 31대를 Fig. 4와 같이 설치하였다. 수평방향으로 3열(H1, H2, H3-5 m 간격) 5종대로 총 15개 지점, 수직방향으로 3열(V1, V2, V3-1.5 m 간격) 3종대로 총 9개 지점, 그리고 냉각기 내부와 냉기의 흡입 및 토출 지점에 고정 배치하였다. 추가적으로 냉매증발온도, 제상 시 전열부 온도, 순환공기 입․출구 온도를 각각 수집하였으며, 온도 측정오차는 ±0.1℃이다. 온도 데이터는 초당 2개의 데이터를 데이터 수집장치(NI 9205, NI 9213)를 이용하여 획득하였다. 냉매증발온도, 순환공기 입․출구, 실내온도의 측정은 저온저장고를 밀폐하고 냉동기를 가동하여 실내 제어온도 범위인 0℃~0.5℃를 유지한 상태에서 이루어졌다. 또한, 냉동기를 제상 모드로 가동하여 그 과정에서의 온도변화를 덕트가 없는 경우와 있는 경우에 대해 측정하였다. Fig. 5는 보조 덕트가 설치된 저온저장고 내부의 모습을 보여주고 있다. 실험은 그림과 같이 저장고 내부 농산물이 없는 상태에서 진행 되었다.

Fig. 4 Temperature measurement positions using 31 thermocouples in the semi-low temperature warehouse.

Fig. 5 Inside structure of warehouse; (a) auxiliary duct, (b) refrigerator.

$\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad$(a)

$\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad$(b)

3. 결과 및 고찰

3.1 제상 운전 조건

Fig. 6은 실용 적정온도 0℃~0.5℃를 유지한 상태에서 제상 히터 가동 시 냉각기 내부 열교환기 표면온도와 냉각기의 흡입 및 토출구 온도를 시간에 따라 나타내었다. 흡입구 공기 온도(Inlet Temp.)는 냉각기 후면 0.7 m 위치에서 측정되었으며, 토출구 공기 온도(Exhaust Temp.)는 냉각기 정면 송풍기 토출구 방향으로 2 m 거리에서 측정되었다. 두 측정 센서의 높이는 천정에서 약 1 m 아래에 위치하였다. 덕트 존재 유무와 상관없이 제상운전 모드는 0 s일 때 시작되어 충분한 제상을 위하여 동일하게 약 1,200 s 동안 제상 모드로 작동된다. 제상모드에서는 송풍기는 정지되며 열교환기 내부에 설치된 발열 히터가 작동되는데, 발열 히터 자체온도는 약 180℃까지 올라가도록 설계되어 있다. 제상 모드가 끝나면 곧바로 송풍기가 가동되면서 냉각 운전 모드로 전환되고 이후 3회의 냉각 운전의 ON-OFF가 반복되었다. 그림에서 보면 알 수 있듯이 제상 모드에서 열교환기 표면의 온도가 약 30℃까지 선형적으로 올라갔으며, 흡입 및 토출구 근처 공기 온도도 약 15~18℃까지 상승하였다. 이러한 냉각기 주변 공기 온도의 상승은 송풍기의 작동이 없어도 제상 히터에 의한 열이 자연대류에 의해 주변 공기로 전파되기 때문이다. 제상이 끝난 후 냉각 운전 모드로 가동되면서 흡입 및 토출구 공기 온도가 정상적인 범위까지 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 6 Temperature history at various positions of the refrigerator during defrosting and cooling operations.

Fig. 7 Temperature history in the semi-low-temperature warehouse with and without the auxiliary duct according to the (a) horizontal positions and (b) vertical positions.

Fig. 7(a)는 보조 덕트가 있을 경우와 덕트가 없을 경우에 대해 제상 운전 모드에서의 수평방향 위치별 온도 변화를 시간에 대해 나타내었다. 수평방향 온도 센서의 라인은 3개로 구성되며, 각 라인에 설치된 5개소의 온도데이터를 평균하여 비교하였다. Fig. 4의 그림에서 볼 수 있듯이 H1 라인은 냉동기 토출구에서 수평방향으로 2 m, 저온저장고 천장에서 0.5 m 아래에 위치하며, 그 지점을 중심으로 양방향 각 2 m씩의 떨어진 총 5개의 지점에서 얻은 데이터를 평균한 값이다. 그림에는 나타내지 않았지만 5개 지점의 개별 데이터를 분석하였을 때, 제상 시 온도의 최대 상승값이 중앙에서 멀어질수록 크며 그 분포는 28℃~45℃로 나타났다. H2 라인은 토출구에서 수평방향으로 7 m 거리에서 측정된 값이며, H1 라인의 온도에 비해 상당히 낮은 15~27℃의 최대 온도 상승값을 보였다. H3 라인은 토출구에서 수평방향으로 12 m 거리에서 측정된 값이며, 증발기로부터 가장 멀고 저장고 끝 부분으로 H1, H2 라인 보다 현저히 낮은 5℃~20℃ 온도대로 나타나 제상에 따른 열원의 영향을 적게 받는 것을 알 수 있다. 즉, 라인 번호가 클수록 냉각기로부터 멀어지므로 제상운전 모드에서 상승하는 온도가 상대적으로 낮다. 1,200 s의 장시간 제상 운전으로 인해 냉각기 주변뿐만 아니라 저장고 내부 전체에 걸쳐 상당한 온도의 상승이 있었으며, 이러한 온도 상승은 자연대류에 의해 나타나는 현상으로 고온의 열이 천정으로 모이기 때문이다. 특히, 수평 라인의 측정 위치가 천장에 매우 가까워 상승되는 온도가 냉각기 흡입 및 토출구 근처 온도보다 높게 나타났다. 보조 덕트 유무에 따른 온도 상승 결과를 비교하면, 덕트가 있을 경우의 온도 상승대역이 덕트가 없는 경우보다 작고 좁게 나타났다. 이는 덕트가 있을 경우 제상 운전 시에 덕트에 남아 있던 냉기류에 의해 실내 온도 상승이 줄어든 것으로 판단된다. 제상 운전과 이후 이어지는 냉각 운전 모드에 있어 저장고 내부 온도 변화 추이는 덕트 존재 유무에 크게 좌우되며, 덕트를 설치함으로써 제상 운전 시 상승하는 온도를 낮출 수 있고 냉각 운전 시 더 빠르게 적정 실용온도로 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

Fig. 7(b)에서는 보조 덕트가 있을 경우와 덕트가 없을 경우에 대해 제상 운전 모드에서의 수직방향 위치별 온도 변화를 시간에 대해 나타내었다. V1, V2, V3의 수직방향 라인은 측정 높이가 각각 바닥을 기준으로 1.5, 3.0, 4.5 m이며, 각각의 라인 데이터는 같은 높이에서 토출구로부터 수평방향으로 2, 7, 12 m 떨어진 3개 지점의 데이터를 평균한 값이다. 그림에서 수직 라인 온도 데이터는 제상운전 모드에서 최대 5℃까지 상승한 후, 냉각 운전 모드로 전환되면서 일시적으로 10℃까지 상승하였다가 이후 점차 온도가 감소하였다. 냉각 운전으로 전환 시 일시적인 온도 상승은 정지된 송풍기가 가동되면서 냉각기 내부에 남아 있던 열이 강제대류에 저장고 내부로 전파되기 때문이다. 제상 운전 과정에서 각 수직 라인별 온도는 높이가 높을수록 온도가 높게 나타났다. 이는 앞에서도 설명한 바와 같이 자연대류에 의해 열이 상층부로 모이기 때문이다. 이러한 자연대류 현상에 의해 수직 라인의 온도 데이터는 천정에 매우 가깝게 설치된 Fig. 7(a)의 수평 라인 온도 데이터보다 제상에 의한 온도 상승이 크지 않다. 그럼에도 불구하고 10℃에 가까운 온도가 저장고 내부에 오랜 시간동안 유지되는 것은 농산물 저장에 큰 문제가 될 수 있다. 이를 줄이고자 보조 덕트를 설치하였으며, 덕트를 설치한 경우 덕트가 없는 경우보다 제상 시 온도 상승이 줄어들고 냉각 시 온도 하강이 더 빠르게 일어났다.

3.2 냉각운전 조건

제상 운전은 덕트 유무와 상관없이 제상에 충분한 일정 시간(1,200 s) 동안 이루어지나 냉각 운전은 냉동기 cut-in 온도인 0.5℃까지 온도가 상승하면 자동으로 냉각 운전이 시작되고, cut-off 온도인 0℃까지 떨어지면 냉각 운전이 자동으로 정지된다. 제어를 위한 온도 센서는 냉각기에서 저장고 길이 방향으로 2/3 위치, 높이 방향으로 2/3 지점의 한쪽 벽면에 설치되어 있다. 출입문의 개방과 같은 특별한 이벤트가 없는 한 저장고의 온도가 안정화된 상태에서는 이러한 운전이 주기적으로 반복된다. 냉동기가 가동되는 시간을 $t_{on}$, 정지된 시간을 $t_{off}$라고 하면, 운전과 정지의 1 cycle에 소요되는 시간은 $t_{cycle}= t_{on}+ t_{off}$이다. 냉기 순환 덕트의 존재 여부는 저장고 내 온도 환경에 영향을 미치게 되므로 1 cycle의 주기가 덕트 유무에 따라 달라진다. Fig. 8에서는 냉각 운전 조건에서 덕트 유무에 따른 냉각기의 열교환기 표면온도와 냉각기의 흡입 및 토출구 온도를 비교하였다. 열교환기 표면온도의 시간변화 패턴은 덕트 유무에 관계없이 동일하다. 그러나 냉동기의 작동 시간이 덕트 유무에 따라 달라지며, 덕트가 있을 경우 정지 기간이 길고 냉각운전 시 짧은 시간에 적정온도에 도달한다. 덕트가 있을 경우가 없을 경우보다 냉동기 정지 후 200 s가량 늦게 재가동 되었다. 이는 덕트에 의해 냉기 순환이 고르게 이루어지기 때문에 실내 온도 상승 속도가 늦어져 나타난 현상이다. 반면, 덕트가 있을 경우 냉각운전 시간은 더 짧아졌는데, 이는 냉동기 흡입온도가 빠르게 떨어져 cut-off 온도 도달시간이 짧아졌기 때문이다. 전체적으로 냉각운전은 보조 덕트를 설치함으로써 ON-OFF의 사이클 주기가 길어지면서도 냉동기 가동 시간은 짧아져 저장고 내부 온도제어에 더 효과적이다. Table 2에서 덕트 유무에 따른 ON-OFF 시간의 비교하여 나타내었으며, 덕트가 없는 경우는 그 주기가 $t_{cycle}$ = 664 s이고, 덕트가 있는 경우는 $t_{cycle}$ = 761 s로 나타났다. 반면, 냉동기 운전 시간은 덕트가 없는 경우 212 s였으나 덕트를 설치하면 182 s로 줄어들었다.

Fig. 8 Temperature history at various positions of the refrigerator during cooling operations.

Table 2 Cycle operating time of the refrigerator

Operation mode	w/ auxiliary duct	w/o auxiliary duct
No-cooling time (s)	579	452
Cooling time (s)	182	212
Period of a cycle (s)	761	664

Fig. 9 Averaged temperature variations with respect to non-dimensional time at each horizontal or vertical line in the semi-low temperature warehouse with or without the auxiliary duct.

Fig. 9에서는 각 수평 라인과 수직 라인에서의 라인별 평균된 온도 데이터를 덕트의 유무에 따라 비교하였다. 덕트가 있는 경우와 없는 경우에 대해 냉동기가 ON-OFF 되는 1 cycle의 주기로 시간을 각각 무차원화 하였다. Fig. 9(a)~Fig. 9(c)는 수평 라인 위치에 존재하는 5개의 온도 센서 데이터를 평균한 그림이다. 제어온도 범위가 0℃~0.5℃이지만 실제 측정된 온도값은 -3℃~1℃ 사이에서 움직인다. 무차원화된 시간에 대해 덕트가 있는 경우와 없는 경우를 비교한 결과 전체적인 온도 변화 패턴은 비슷하다. 다만, 덕트가 있는 경우는 덕트가 없는 경우에 비해 OFF시간이 ON 시간보다 상대적으로 더 길어 실내 온도 변화 형태도 이를 따라감을 알 수 있다. 수평 라인 별 차이점을 살펴보면, H2의 온도가 가장 낮게 나타났다. 그 이유에 대해서는 본 연구의 결과로는 명확하게 해석하기 어려우나 저온저장고 내부에 형성되는 와류가 저장고 중앙 상단 부분에서 정체되어 있기 때문인 것으로 생각된다. Fig. 9(d)~Fig. 9(f)에서는 수직 라인 별 평균 온도를 덕트 유무에 따라 비교하였다. 수직 라인으로는 3개의 온도 센서가 설치되어 있으며, 이 데이터를 평균한 값을 나타내었다. 수직 라인에서는 -2℃~1℃의 온도 변화 폭을 가지고 있으며, 라인 별 온도 편차도 거의 없다. 이는 상부에서 토출된 냉기가 위에서 아래로 내려오는 특성 때문에 그 편차가 줄어든 것으로 판단되다.

Fig. 10 Mean temperature at each horizontal position over one cycle of cooling operation in the semi-low temperature warehouse with or without the auxiliary duct.

Table 3 Mean temperature averaged for all positions at each horizontal or vertical line

Line number		w/ auxiliary duct	w/o auxiliary duct
Horizontal	H1	-0.15℃	-0.36℃
	H2	-0.98℃	-0.97℃
	H3	-0.14℃	-0.71℃
Vertical	V1	-0.05℃	-0.20℃
	V2	-0.11℃	-0.35℃

Fig. 10은 1 cycle 동안의 온도 데이터를 시간 평균하여 수평 또는 수직 위치에 따라 비교한 그래프이다. 대체적으로 저장고 내부의 평균온도는 제어온도 범위인 0℃~0.5℃ 보다 약간 낮게 나타났다. 중요한 것은 저장고 내부 위치에 온도분포의 적정성이며, Fig. 10(b)의 수직 위치에 따른 온도 변화폭이 Fig. 10(a)의 수평 위치에 따른 온도 변화폭보다 작고, 제어온도인 0℃를 크게 벗어나지 않았다. 이는 앞에서 설명한 바와 같이 수직 방향으로는 냉기가 아래로 내려오는 특성 때문에 온도차이가 적은 반면, 수평 방향으로는 저장고 내부 와류 분포에 영향을 더 많이 받기 때문이다. 덕트가 있는 경우와 없는 경우를 비교해 보면, 덕트가 있는 경우의 온도 변화폭이 다소 줄어든 모습을 보인다. 다만, Fig. 9에서 살펴보았듯이 H2 라인 위치에서만 덕트가 있는 경우와 없는 경우 모두 제어온도 범위를 벗어나 평균온도가 -1℃ 근처에 형성되었다. 이에 대한 자세한 고찰을 위해서는 CFD 유동해석을 통해 저장고 내부 와류 특성을 파악하고, 와류와 온도분포 사이의 상관관계를 후속 연구를 통해 밝히는 것이 필요하다. Table 2에서는 Fig. 10의 시간평균 온도를 각 라인 별로 평균한 후, 덕트 유무에 따라 비교하였다. 덕트가 있는 경우는 H2 라인을 제외하고는 모두 제어온도에 0.15℃ 이내로 근접함을 볼 수 있다. 그러나 덕트가 없는 경우는 H2와 H3 라인에서 제어온도를 크게 벗어났으며, 그 외 위치에서도 제어온도보다 0.2-0.36℃ 낮게 나타나 상대적으로 온도제어 효과가 떨어진다. 따라서 저온저장고에 보조 덕트를 설치함으로써 저장고 내부 온도를 제어온도 범위에 매우 근접하여 제어가 됨을 알 수 있다.

4. 결 론

본 연구에서는 실제 사용되는 농산물 저온저장고의 냉각기 토출구에 보조 덕트를 설치하여 저온저장고 내부 온도 제어의 효용성에 대한 실증적 연구를 수행하였다. 제상 운전과 냉각 운전 조건에서 저장고 내 설치된 31개의 온도 센서 데이터를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

(1) 저온저장고 냉각기에 발생하는 서리를 제거하기 위해 제상 운전이 필수적이며, 1,200 s의 제상 운전 과정에서 발생된 열이 자연대류에 의해 냉각기 주변뿐만 아니라 저장고 전체에 걸쳐 온도 상승을 유발한다. 이 과정에서 보조 덕트를 설치하면 제상 운전 초기에 덕트에 남아 있던 냉기류에 의해 제상 운전 기간 동안 상승되는 온도를 낮출 수 있고, 이후 전환되는 냉각 운전에서 저장고 내부 온도를 더 빠르게 실용 적정온도로 떨어진다.

(2) 저장고 실내 온도를 0℃~0.5℃로 제어하면서 주기적으로 냉각기 ON-OFF를 반복하는 냉각 운전 조건에서는 보조 덕트가 있을 경우 냉각기의 정지 기간이 길고 냉각기 가동 시 짧은 시간에 적정온도에 도달한다. 보조 덕트를 설치하면 냉각기 ON-OFF의 사이클 주기가 길어지고 냉동기 가동 시간은 짧아져 저장고 내부 온도제어에 보다 효과적이다.

(3) 또한, 보조 덕트를 설치함으로써 냉각 운전 과정에서 저장고 내부의 온도분포가 제어온도 범위에 보다 가깝게 형성된다. 덕트가 없는 경우에는 저장고 내부 온도가 제어온도 범위보다 더 낮아 농산물의 저온 피해 가능성이 있었으나 덕트를 설치함으로써 국부적으로 낮은 온도가 형성되는 위치가 줄어들었다.