설계 단계: 예비 기본설계(PED) / 대상: 흰색 느타리버섯 발이유도·생육 전용 / 작성 기준: 2026년 10월

주의: 본 문서는 제공된 설계조건과 공학적 가정을 이용한 개념설계입니다. 배지 호흡열·CO₂ 발생량, 제조사 장비성능, 시간별 일사·환기·제습량은 실측 또는 검증이 필요합니다. 확정된 시공용 설계가 아닙니다.

1. 설계 입력조건

항목	입력조건
입지	필리핀 Cabanatuan City
외기 건기	35°C, RH 50%
외기 우기	32°C, RH 87%
재배사	17 × 9.5 × 3m; 161.5m²; 484.5m³
외피	50mm 샌드위치패널, 콘크리트 바닥
배지	12,000kg, 반입 25°C
발이유도	15°C, RH 95%, CO₂ ≤ 2,000ppm, 5일
생육	25°C, RH 90%, CO₂ ≤ 1,500ppm, 42일
예냉	빈 재배사 25→15°C, 3일
승온	15→25°C, 1일 가정
환기 초기안	1일 10회 × 20분, 총 200분
PV / ESS	60kWp / 50kWh
히트펌프	공랭식 냉수 생산, COP 3.0 가정, 2대
냉수	공급 5°C / 환수 12°C
운전	HP는 태양광 발전 중에만 운전; FCU는 축열조로 냉방; 발전기·계통전력 없음

2. 재배사 면적 및 패널 U값

바닥면적
17 × 9.5 = 161.5m²
결과: 161.5m²

실내체적
17 × 9.5 × 3 = 484.5m³
결과: 484.5m³

벽체면적
2 × (17 + 9.5) × 3 = 159.0m²
결과: 159.0m²

지붕면적
17 × 9.5 = 161.5m²
결과: 161.5m²

패널 심재	U값 검토범위 (W/m²·K)	대표값
EPS	0.65~0.90	0.75
PUR/PIR	0.38~0.55	0.45
글라스울	0.65~1.00	0.80

기준 설계는 EPS 50mm, U = 0.75W/m²·K를 사용합니다. 표의 U값은 제조사 인증치가 아닌 개념설계 범위입니다.

3. 공기 상태량과 환기 엔탈피

습공기 엔탈피: h = 1.006 × T + w × (2501 + 1.86 × T) [kJ/kg(건공기)]

상태	온도	RH	절대습도 w (kg/kg)	엔탈피 (kJ/kg)
건기 외기	35°C	50%	0.0178	80.8
우기 외기	32°C	87%	0.0264	99.8
발이 실내	15°C	95%	0.0101	40.6
생육 실내	25°C	90%	0.0181	71.3

발이 시 환기 엔탈피 차이: 건기 80.8 − 40.6 = 40.2kJ/kg, 우기 99.8 − 40.6 = 59.2kJ/kg. 생육 시: 건기 9.5kJ/kg, 우기 28.5kJ/kg. 우기는 기온이 낮아도 수증기 잠열로 인해 냉방부하가 더 높을 수 있습니다.

4. 외피 관류부하

관류열 기본식: Q = U × A × ΔT [W]. 지붕 일사는 상당외기온도 T_sa = T_o + α × I / h_o로 개략 반영합니다.

건기 발이 벽체
0.75 × 159 × (35 − 15) ÷ 1000
결과: 2.39kW

건기 지붕 상당외기온도
35 + 0.5 × 800 ÷ 20
결과: 55°C

건기 발이 지붕
0.75 × 161.5 × (55 − 15) ÷ 1000
결과: 4.85kW

건기 정오 외피 합계
2.39 + 4.85
결과: 7.24kW

우기 지붕 상당외기온도
32 + 0.5 × 300 ÷ 20
결과: 39.5°C

우기 정오 외피 합계
0.75 × 159 × (32 − 15) ÷ 1000 + 0.75 × 161.5 × (39.5 − 15) ÷ 1000
결과: 약 5.00kW

일사흡수율 0.5, 외표면 열전달계수 20W/m²·K, 건기 일사 800W/m² 및 우기 300W/m²는 가정입니다. 정오 피크를 24시간 지속 부하로 사용하지 않습니다. 바닥 및 열교는 별도 가정으로 계산합니다.

5. 배지 현열과 호흡열

변수	검토범위	기준값
함수율	60~75%	65%
배지 비열	2.8~3.6kJ/kg·K	3.3kJ/kg·K
발이 호흡열	50~200W/ton	100W/ton
생육 호흡열	30~150W/ton	75W/ton
CO₂ 발생률	0.1~2.0g/kg·day	0.5g/kg·day

중요: 호흡열 및 CO₂ 발생률은 품종별 문헌으로 확정된 값이 아니라 민감도 분석용 가정 범위입니다. 측정자료 확보 전 설비용량의 신뢰도를 제한합니다.

배지 현열
12,000kg × 3.3kJ/kg·K × (25 − 15)°C ÷ 3600
결과: 110kWh

배지 냉각시간	일평균 현열부하	시간당 평균부하
48시간	55.0kWh/day	2.29kW
72시간	36.7kWh/day	1.53kW
96시간	27.5kWh/day	1.15kW

발이 호흡열
12ton × 100W/ton
결과: 1.2kW = 28.8kWh/day

생육 호흡열
12ton × 75W/ton
결과: 0.9kW = 21.6kWh/day

배지 현열은 냉각시간에 걸쳐 제거된다고 가정한 평균값입니다. 실제 순간 부하와 중심온도 냉각시간은 적재 구조와 기류에 따라 달라집니다.

6. CO₂ 발생량 및 환기량

일일 CO₂ 발생량
12,000kg × 0.5g/kg·day
결과: 6,000g/day

시간당 CO₂ 발생량
6,000 ÷ 24
결과: 250g/h

체적 발생량 (CO₂ 밀도 1.83kg/m³)
0.25kg/h ÷ 1.83kg/m³
결과: 0.1366m³/h

외기 CO₂ 농도 420ppm, 실내 공기 완전혼합 및 누기 무시 가정입니다.

발이 연속환기 최소 풍량
0.1366 ÷ (0.0020 − 0.00042)
결과: 86.5m³/h

생육 연속환기 최소 풍량
0.1366 ÷ (0.0015 − 0.00042)
결과: 126.5m³/h

1일 10회 × 20분 운전에서는 환기 중단 시간이 약 124분입니다.

환기 중단 124분간 CO₂ 상승
0.1366 × (124 ÷ 60) ÷ 484.5 × 1,000,000
결과: 약 583ppm

환기 중 농도는 C(t) = C_o + G_v/V̇ + [C(0) − C_o − G_v/V̇] × exp(−V̇t/V)로 계산합니다. 환기 중단 시 C(t) = C(0) + G_vt/V입니다.

환기 전략	정상주기 예상 최저 CO₂	최고 CO₂	해석
1,500CMH × 20분 × 10회	약 860ppm	약 1,440ppm	기준 발생률에서 생육 1,500ppm에 근접
3,000CMH × 20분 × 10회	약 560ppm	약 1,140ppm	기준 발생률에서 여유
350CMH 연속	약 810ppm	거의 일정	기준 발생률에서 여유

표는 완전혼합·정상주기 근사입니다. CO₂ 발생률이 2.0g/kg·day로 증가하면 생육 상한 1,500ppm 기준 연속환기 최소량은 4 × 0.1366 ÷ (0.0015 − 0.00042) = 약 506CMH로 증가합니다.

환기 권장: 평상시 150~350CMH 가변, 호흡활성 증가 시 600CMH 이상, 비상 퍼지용 1,500CMH급 팬 2대 후보. 급·배기 팬 정압 150~250Pa는 덕트·필터·ERV 압력손실 확인 전 예비값입니다.

7. 환기 현열·잠열 냉방부하

하루 외기 도입량
1,500m³/h × 200 ÷ 60
결과: 5,000m³/day

건공기 질량
5,000m³ × 1.15kg/m³
결과: 5,750kg/day

발이 건기 환기부하
5,750 × (80.8 − 40.6) ÷ 3,600
결과: 64.2kWh/day

발이 우기 환기부하
5,750 × (99.8 − 40.6) ÷ 3,600
결과: 94.6kWh/day

생육 건기 환기부하
5,750 × (80.8 − 71.3) ÷ 3,600
결과: 15.2kWh/day

생육 우기 환기부하
5,750 × (99.8 − 71.3) ÷ 3,600
결과: 45.5kWh/day

우기 발이 중 환기 순간부하는 94.6 ÷ (200/60) = 약 28.4kW입니다. 외기 직접 도입 시 실내 온습도 편차가 커질 수 있으므로 CO₂ 기반 저풍량 연속환기 또는 외기 전처리를 권장합니다.

20분간 공기 교체비율 (1,500CMH)
1 − exp[−1,500 × (20/60) ÷ 484.5]
결과: 약 64.4%

냉방 없는 공기혼합 단순 상한 예
15 + 0.644 × (35 − 15)
결과: 27.9°C

이 혼합온도는 배지·벽체 열용량과 FCU 냉방을 무시한 극단적인 단순 모델이며 실제 실내온도 예측치가 아닙니다. 복귀시간은 실측 열용량과 FCU 실제 성능이 있어야 산정 가능합니다.

8. 단계별 일 냉방부하

우기 발이 72시간 냉각 기준: 외피 94, 환기 95, 배지 현열 36.7, 호흡열 28.8, 내부 발열 36, 바닥·열교 12kWh/day를 가정합니다. 외피 94kWh/day는 개략 일평균 3.9kW 가정이며 기상 시뮬레이션 결과가 아닙니다.

부하	우기 발이 일 냉방부하
외피 관류열	94kWh
환기 현열+잠열	95kWh
배지 현열	36.7kWh
배지 호흡열	28.8kWh
내부 발열	36kWh
바닥·열교	12kWh
합계	302.5kWh/day

15% 용량선정 여유
302.5 × 1.15
결과: 347.9kWh/day 상당

운전단계	건기 일 부하	우기 일 부하	순간 피크 개략
① 예냉 (빈 실)	155~205kWh	160~220kWh	20~38kW
② 발이 + 배지 냉각	약 272kWh	약 303kWh	35~43kW
③ 승온	100~175kWh	125~190kWh	10~25kW
④ 생육	115~145kWh	140~175kWh	12~23kW

①·③의 범위는 실내 구조물 열용량이 미확정인 예비값입니다. 실제 24시간 동적 시뮬레이션과 다르며 건기 피크 일사 및 환기량 증가 시 최대 부하일은 바뀔 수 있습니다.

배지 냉각시간	총 부하	15% 여유 포함
48h	320.8kWh/day	368.9kWh/day
72h	302.5kWh/day	347.9kWh/day
96h	293.3kWh/day	337.3kWh/day

9. 히트펌프 냉방능력

72시간 냉각 기준 4.5시간 생산능력
347.9kWh ÷ 4.5h
결과: 77.3kW = 22.0RT

48시간 냉각 기준 4.5시간 생산능력
368.9kWh ÷ 4.5h
결과: 82.0kW = 23.3RT

1RT = 3.517kW입니다. 15RT × 2대 또는 20RT × 2대를 후보로 검토하되, 실제 외기·냉수온도 조건의 유효 냉방능력과 소비전력으로 선정해야 합니다.

15RT 1대, 고온 감용 15% 가정
15 × 3.517 × 0.85 × 4.5
결과: 202kWh/일

20RT 1대, 고온 감용 15% 가정
20 × 3.517 × 0.85 × 4.5
결과: 269kWh/일

두 경우 모두 1대 고장 시 최대 부하일 303kWh를 온전히 처리하지 못하므로 완전한 N+1 이중화는 아닙니다. 비상 시 배지 냉각시간 연장, 환기 최적화, 추가 저장량 또는 더 큰 단독 유효용량이 필요합니다.

외기 / 냉수 출구	COP 예비범위
32°C / 5°C	2.7~3.4
35°C / 5°C	2.4~3.1
40°C / 5°C	2.0~2.8
32°C / 12°C	3.2~4.2

COP 범위는 제조사 확정 데이터가 아닌 가정입니다. 25°C 생육에서는 10~15°C 공급수로 현열을 처리하면 COP가 개선될 수 있지만 우기 제습을 위한 저온코일은 별도로 검토해야 합니다.

10. 냉수 축열조

물 1m³당 냉열 (5→12°C)
1,000 × 4.186 × 7 ÷ 3,600
결과: 8.14kWh/m³

비발전 19.5시간 냉열 수요 (일평균 가정)
302.5 × 19.5 ÷ 24
결과: 245.8kWh

성층효율 80%, 열손실 3%, 여유율 15% 적용
245.8 × 1.15 ÷ (8.14 × 0.80 × 0.97)
결과: 약 44.8m³

냉수 유효 온도차	필요 탱크 부피
ΔT 5°C	약 62.7m³
ΔT 7°C	약 44.8m³
ΔT 10°C	약 31.4m³

예비 권장: 25m³ × 2기, 총 50m³. 실제로 ΔT 7°C를 유지하고 성층 효율 80%를 확보해야 합니다. 온수탱크가 아니라 냉수 축열조 2기입니다. 고온다습 환경의 단열재는 폐쇄기포 PUR/PIR 100~150mm를 초기 검토하고 수증기 차단층·지지부 결로 방지를 상세 설계합니다.

11. FCU 용량·풍량·유량

FCU 전체 목표 용량
순간 피크 43kW × 1.15
결과: 49.5kW

FCU 4대 분담
49.5 ÷ 4
결과: 12.4kW/대

FCU 1대 냉수유량 (12.5kW, ΔT 7°C)
12.5 ÷ (4.186 × 7) × 60
결과: 25.6L/min

FCU 4대 총유량
25.6 × 4
결과: 102.4L/min = 6.14m³/h

FCU 1대 현열 (SHR 0.70)
12.5 × 0.70
결과: 8.75kW

FCU 1대 풍량 (급기·실내 7°C 차)
8.75 × 3,600 ÷ (1.2 × 1.006 × 7)
결과: 약 3,727CMH

초기 후보: 12.5~15kW FCU 4대, 대당 3,500~4,000CMH. 17m 길이의 실에 양측 2대씩 분산 배치하고 천장 덕트·저속 디퓨저로 공급하여 버섯 표면풍속 0.3m/s 이하를 목표로 합니다. 실제 기류 균일도는 CFD 또는 현장 풍속 측정이 필요합니다.

코일 내식·친수성 코팅, 방습 팬모터, 드레인팬·배수트랩, 포자 청소 접근성, 상·중·하부 다점 센서가 필요합니다. 저온 코일 제습과 가습기의 동시 과운전을 방지하도록 온도·절대습도·노점 제어를 분리합니다.

12. PV·ESS·전력수지

PV 일 발전량
60kWp × 4.5h
결과: 270kWh/day

최대 부하일 HP 소비전력 (COP 3.0)
302.5 ÷ 3.0
결과: 100.8kWh/day

야간 보조동력 (평균 1.40kW 가정)
1.40 × 19.5
결과: 27.3kWh

ESS 정격 50kWh, DoD 80%, 왕복효율 90%를 가정하면 실질 가용전력은 약 36~40kWh 범위입니다. 최소 SOC 20%와 PCS 손실·배터리 열화를 고려해야 합니다.

보조동력	야간 평균 가정
FCU 팬	0.60kW
순환펌프	0.30kW
가습기	0.15kW
환기팬	0.15kW
제어반	0.10kW
조명	0.10kW
합계	1.40kW

항목	최대 부하일	평균 생육일
PV 발전량	270kWh	270kWh
냉방열량	303kWh	158kWh
HP 소비 (COP 3)	101kWh	52.7kWh
주간 보조동력 가정	15kWh	15kWh
ESS 충전 필요량 가정	30kWh	30kWh
잔여 일 에너지	124kWh	172.3kWh

중요: 위 잔여량은 시간별 발전제약을 고려하지 않은 일 적산 수지입니다. 60kWp PV라도 정오 실제 출력은 60kW 미만일 수 있으며, 흐린 날에는 270kWh/day가 성립하지 않습니다. 히트펌프 가동시간·출력을 PV 실시간 발전량에 연동해야 합니다.

13. 열 흐름 및 저장량 계산 구조

최대 부하일 기준 에너지 흐름: PV 270kWh → HP 전력 약 101kWh → 냉열 약 303kWh → 축열조 → FCU → 재배사. PV에서 ESS 충전 약 30kWh, 주간 보조동력 약 15kWh, 나머지 약 124kWh는 시간별 상황에 따라 잉여·출력제한 가능량입니다.

재배사 유입열: 외피 94 + 환기 95 + 배지 현열 36.7 + 호흡열 28.8 + 내부 36 + 바닥·열교 12 ≈ 302.5kWh/day.

히트펌프 응축기 방출열 (COP 3)
제거 냉열 303 + HP 전력 101
결과: 약 404kWh/day

축열조 시간별 상태식: S_t+1 = S_t + Q_HP,t − Q_FCU,t − Q_loss,t. ESS 상태식: B_t+1 = B_t + η_cE_charge,t − E_discharge,t/η_d.

정확한 24시간 그래프에는 시간별 일사·환기·FCU·펌프·가습기 부하 및 초기 SOC가 필요합니다. 현재 값만으로 실제 저장량 곡선을 확정할 수 없습니다.

14. ERV 열회수 검토

우기 발이 환기열 회수 (50~70% 가정)
94.6 × (0.50~0.70)
결과: 47.3~66.2kWh/day

HP 소비전력 절감 (COP 3)
(47.3~66.2) ÷ 3
결과: 15.8~22.1kWh/day

ERV 자체 팬 전력, 필터 압력손실, 포자 오염, 배기·급기 교차오염, 응축수 및 세척성을 고려해야 합니다. 일반 사무실용 ERV보다 위생 세척 가능한 산업용 열회수장치 검토를 권장합니다.

15. 민감도 분석

변수 단독 ±20%	일 냉방부하 최소	일 냉방부하 최대
배지 호흡열	297kWh	309kWh
외피 U값	284kWh	322kWh
환기 엔탈피 차이	284kWh	322kWh
배지 냉각시간 (57.6~86.4h)	296kWh	312kWh

기준 303kWh/day 대비 단일변수 변화이며 실제 외기 상대습도 ±20%와 환기 엔탈피 차이 ±20%는 동일하지 않습니다. 단일변수 범위에서 15% 여유 포함 HP 냉방능력 약 72.6~82.3kW, 탱크 약 42.0~47.6m³, COP 3.0 기준 HP 전력 약 94.7~107.3kWh/day입니다.

16. 최종 장비 사양표 (예비 후보)

장비	수량	용량	소비전력·비고
PV	1식	60kWp	270kWh/day 가정
독립형 인버터/PCS	1식	60kW급 이상 검토	기동전류·피크부하 확인
ESS	1식	50kWh	실사용 약 36~40kWh
공랭식 히트펌프	2대	15~20RT/대	COP 3.0 가정, 실제 고온 성능 확인
냉수탱크	2기	25m³/기	총 50m³, 단열 100~150mm 검토
FCU	4대	12.5~15kW/대	3,500~4,000CMH/대
순환펌프	2대	약 6~8m³/h/대 검토	정압 산정 필요
급기팬	2대	1,500CMH/대	가변속, 150~250Pa 초기안
배기팬	2대	1,500CMH/대	급기 연동
가습기	1식	수분수지로 확정	실측 필요
AI-EMS	1식	통합 제어	PV·ESS·HP·FCU·CO₂
온습도 센서	6~10점	상중하 분산	방습형
CO₂ 센서	3~4점	0~5,000ppm 이상	배지랙 대표 위치
배지 온도센서	8~12점	중심온도	배치별 측정

17. 발주 전 확인자료

• 배지 실제 함수율·비열·호흡열·CO₂ 발생률 및 48/72/96시간 냉각 실험
• 패널 U값, 지붕 색상·일사흡수율, 바닥 단열 및 지중 온도
• 실내 환기 덕트·필터 정압과 포자·오염 관리
• HP 외기 32/35/40°C 및 냉수 5/10/12°C 성능곡선
• FCU 실제 실내 RH 90~95%에서 총냉방·현열·잠열 성능
• 시간별 PV 실발전량, ESS PCS 정격, 보조동력 실제 소비전력
• 탱크 성층효율, 유효 ΔT, 열손실, 설치하중 및 단열 상세
• 연속 저일사 기간을 포함한 시간별 오프그리드 에너지수지

18. 결론

열적 예비안: HP 15~20RT × 2대, 냉수탱크 25m³ × 2기, FCU 12.5~15kW × 4대는 검토 가능한 조합입니다. 그러나 1대 고장 시 최대 부하일 정상운전은 보장되지 않습니다.

전기적 판단: PV 60kWp와 ESS 50kWh는 맑은 날 일 적산 수지에서는 여유가 있지만, 순간 발전량과 연속 흐린 날 운전이 미검증입니다. 발전기·계통전력이 전혀 없다면 비상운전 전략과 저장량 또는 발전용량의 추가 검증이 필수입니다.

우선 과제: CO₂ 발생량 실측 → 최적 환기량 결정 → 배지 냉각곡선 측정 → 24시간 열·전력 통합 시뮬레이션 → 장비 발주 순서로 진행하는 것을 권장합니다.