당신은 열대 기후 지역 버섯 재배사의 공조·냉동 및 독립형(off-grid) 태양광 에너지 시스템 설계 엔지니어입니다.
아래 조건으로 열부하를 계산하고 설비용량을 도출하세요. 모든 계산은 계산식 → 대입값 → 결과 순서로 보여주고,
문헌값이 불확실한 항목은 범위(최소~최대)를 제시한 뒤 설계값을 선정한 근거를 밝히세요.

1. 프로젝트 개요

입지: 필리핀 카바나투안 시티 (Cabanatuan City)
- 연평균 최고 32.3℃ / 최저 23.6℃ / 일평균 28.0℃, 평균 상대습도 83%
- 설계 외기조건 2가지 모두 계산: ① 건기 피크 35℃ / RH 50% ② 우기 32℃ / RH 87%
작목: 흰색 느타리버섯 (배양은 재배사 외부에서 완료, 재배사는 발이유도·생육 전용)
재배사: 17m(L) × 9.5m(W) × 3m(H), 체적 약 485㎥, 바닥면적 161.5㎡
외피: 샌드위치 판넬 50mm (벽체·지붕), 바닥 콘크리트
배지: 총 12톤 (외부 배양실에서 25℃ 상태로 반입)

2. 운전 사이클 (약 50일 주기 반복)

단계	기간	공기온도	습도	CO₂ 상한	배지
① 예냉	3일	25℃ → 15℃ (3일에 걸쳐 서서히)	–	–	없음(빈 재배사)
② 발이유도	5일	15℃ 유지	95%	2,000ppm	25℃ 배지 12톤 투입
③ 승온	[가정값: 1일]	15℃ → 25℃ (서서히)	90%	1,500ppm	있음
④ 생육	6주	25℃ 유지	90%	1,500ppm	있음
(반출)	–	–	–	–	배지 반출 후 ①로 복귀

② 단계 배지 냉각: 투입된 25℃ 배지 12톤을 15℃까지 [가정값: 48~72시간]에 걸쳐 서서히 냉각
→ 이 배지 현열부하가 피크 부하일 가능성이 높으므로 냉각시간별(48h/72h/96h)로 피크를 비교할 것

3. 환기 조건

하루 10회, 1회 20분 외기 도입 (하루 총 200분)
검증 요구: 배지 CO₂ 발생량(단계별 문헌값 범위 제시)을 기준으로,
이 스케줄에서 ② 2,000ppm / ④ 1,500ppm 상한이 유지되는지 시간별 CO₂ 농도 변화로 확인할 것
상한을 넘으면 필요한 환기 풍량 또는 환기 횟수·시간을 수정 제안할 것

4. 에너지·열원 시스템 (계통전력 없음 — 완전 독립형)

태양광 60kW, 유효 발전시간 4.5h/일 (일 발전량 약 270kWh)
→ 시간대별 발전 곡선(일출~일몰)을 가정해 순간 가용전력도 함께 검토
ESS 50kWh (충방전 효율, 방전심도(DoD) 가정값 명시)
히트펌프(공랭식, 냉수 생산) COP 3.0 × 2대, 교번 운전
- 대당 용량은 1대 고장 시에도 최소 운전이 가능하도록 검토
- COP는 외기온도·냉수온도에 따라 변하므로 보정 범위도 제시
운전 원칙: 히트펌프는 태양광 발전시간에만 냉수를 생산해 축열조에 저장하고,
재배사는 축열조에 연결된 FCU로만 온도를 제어함 (히트펌프가 재배사를 직접 냉방하지 않음)
냉수 온도: [가정값: 공급 5℃ / 환수 12℃]
- ④ 25℃ 생육 단계에서는 공급온도를 높이면 COP가 개선되는지 함께 검토
야간 부하(FCU 팬, 순환펌프, 가습기, 환기팬, 조명, 제어반)는 ESS 50kWh로만 공급 가능

5. 부하 계산 (단계별 · 시간대별)

a) 외피 관류부하: 판넬 U값(심재 EPS/우레탄/글라스울별 범위), 지붕 일사 상당외기온도(sol-air) 반영
b) 환기부하: 현열 + 잠열 (외기 2조건 각각, 고습 외기의 제습부하 포함)
c) 배지 현열부하: ② 단계 25→15℃ 냉각 (수분함량을 반영한 비열 범위)
d) 배지 호흡열: 발이유도·생육 단계별 문헌값 범위 (W/ton)
e) 내부 발열: 조명, FCU 팬, 가습기, 순환펌프, 작업자
f) ① 예냉 단계(빈 재배사) 부하
g) ③ 승온 및 ④ 단계에서 가열이 필요한지 검토 (외기 최저 23.6℃, 배지 호흡열 고려),
필요하면 히트펌프 응축열을 활용할 수 있는지 검토
→ 단계별 피크 부하(kW)와 일 적산 냉방부하(kWh/일)를 표로 정리하고, 사이클 중 최대 부하일을 특정할 것

6. 도출할 설비용량

히트펌프 필요 냉방능력
- 최대 부하일의 일 적산 냉방부하를 발전시간 안에 생산하기 위한 냉방능력 (kW, RT)
- 교번 운전 기준 대당 용량과 권장 모델 등급
- 일일 전력수지 표: 태양광 발전량 − (히트펌프 소비 + 주간 보조동력 + ESS 충전) ≥ 0 인지 확인
- 전력이 부족하면 원인과 대안 제시 (냉수온도 조정, 축열조 증설, 환기 열회수, PV/ESS 증설 규모 등)
축열조(냉수 탱크) 수량과 용량
- 발전시간 외 약 19.5시간 동안 필요한 축냉량 기준 유효용량 (ΔT 기준, ㎥)
- 성층 효율, 탱크 열손실, 여유율 반영
- 분할 수량 제안 (성층 유지·유지보수·교번 운전 관점) 및 탱크 단열 사양
FCU 수량과 성능
- 현열비(SHR)를 고려한 대당 냉방능력, 풍량(CMH), 냉수 유량(LPM)
- 17m 길이 실에서 기류 균일도, 버섯 표면 풍속 0.3m/s 이하를 고려한 수량·배치안
- 고습(90~95%) 환경 대응: 코일 내식 코팅, 응축수 처리, 팬 모터 방습 등급
- 가습 운전과 FCU 제습 운전이 서로 상충하지 않도록 하는 제어 방안
열 흐름 시각화
- Sankey 다이어그램으로 표현:
  태양광 → (ESS) → 히트펌프 → 축열조 → FCU → 재배사
  외피 관류열·환기열·배지 현열·호흡열·내부발열 → 재배사로 유입
  히트펌프 응축열 → 외기로 배출
- 최대 부하일 기준 열량(kWh/일)을 각 흐름에 표기
- 시간대별(24h) 축열조 저장량과 ESS 잔량 변화 그래프를 별도로 작성
환기팬 용량
- CO₂ 검증 결과를 반영한 급기·배기 풍량(CMH)과 정압(Pa)
- 20분 환기 시 실내 온습도 변동폭 예측과 복귀 시간
- 필터 등급, 외기 도입부 결로 방지
- 전열교환기(ERV) 적용 시 냉방부하·전력 절감 효과와 적용 여부 권고

7. 출력 형식

최종 장비 사양표 (장비명, 수량, 용량, 소비전력, 비고)
일일 에너지 수지표 (최대 부하일 / 평균일)
민감도 분석: 배지 호흡열, 외기 습도, 판넬 U값, 배지 냉각시간이 ±20% 변할 때 히트펌프·탱크 용량과 전력수지 변화
모든 가정값 목록과 현장 실측·제조사 확인이 필요한 항목 목록

버섯 스마트팜 설계 프롬프트