Evaporative cooling (Practical Action)/증발 냉각 (실제 적용)

개발도상국에서 수확 후 과일과 채소 손실의 상당 부분은 적절한 저장 시설 부족 때문입니다. 냉장 보관 시설은 과일과 채소를 보존하는 가장 좋은 방법이지만, 구입 및 운영 비용이 많이 듭니다. 따라서 개발도상국에서는 간단하고 저렴한 대안에 대한 관심이 높으며, 이러한 대안 중 상당수는 증발식 냉각 방식을 사용하는데, 이는 구조가 간단하고 외부 전력 공급이 필요하지 않습니다.

증발 냉각의 기본 원리는 증발에 의한 냉각입니다. 물이 증발할 때 주변으로부터 에너지를 흡수하여 상당한 냉각 효과를 발생시킵니다. 증발 냉각은 습도가 너무 높지 않은 공기가 젖은 표면 위를 지나갈 때 발생하며, 증발 속도가 빠를수록 냉각 효과가 커집니다. 증발 냉각기의 효율은 주변 공기의 습도에 따라 달라집니다. 매우 건조한 공기는 많은 양의 수분을 흡수할 수 있으므로 냉각 효과가 더 강해집니다. 공기가 완전히 수분으로 포화된 극단적인 경우에는 증발이 일어나지 않아 냉각이 전혀 발생하지 않습니다. 따라서 증발 냉각이 가장 효과적인 작동 조건은 다음과 같습니다. 낮은 습도(상대 습도 40% 미만), 비교적 높은 기온(일일 최고 기온 25°C 이상), 하루에 1~3회 물을 보충할 수 있는 환경, 그리고 그늘지고 통풍이 잘 되는 곳에 설치하는 것입니다.

일반적으로 증발식 냉각기는 다공성 재질로 만들어지며, 이 재질에 물이 공급됩니다. 뜨겁고 건조한 공기가 이 재질 위로 지나가면 물이 증발하면서 공기 중 습도를 높이고 동시에 온도를 낮춥니다. 증발식 냉각기는 다양한 형태로 제작되며, 디자인은 사용 가능한 재료와 사용자의 요구 사항에 따라 달라집니다. 아래에는 몇 가지 증발식 냉각기 디자인의 예를 설명합니다.

이것들은 가정에서 사용할 수 있는 간단한 증발식 냉각기 디자인입니다. 기본 디자인은 물을 담는 큰 냄비 안에 음식을 보관하는 작은 냄비를 넣는 것입니다. 작은 냄비에는 시원하게 보관할 음식이 들어 있습니다.

기본적인 이중 냄비 디자인을 변형한 것 중 하나가 인도 식품영양위원회가 개발한 자나타 냉각기입니다. 물이 담긴 토기 그릇 안에 저장용 냄비를 넣습니다. 그런 다음 냄비를 물에 적신 천으로 덮습니다. 천에 흡수된 물이 증발하면서 저장용 냄비를 시원하게 유지합니다. 또한 그릇을 젖은 모래 위에 놓아 냄비가 뜨거운 땅에서 직접 닿지 않도록 합니다.

나이지리아의 교사인 Mohammed Bah Abba는 크기가 약간 다른 두 개의 항아리를 사용하는 소규모 저장 "항아리 안 항아리" 시스템을 개발했습니다. 작은 항아리를 큰 항아리 안에 넣고 두 항아리 사이의 간격을 모래로 채웁니다. Mohammed는 그의 디자인으로 Rolex 200 기업상을 수상했습니다. 자세한 내용은 Appropriate Technology 2000년 10월/12월호 27권 4호에 나와 있으며, MIT D-Lab, 세계 채소 센터 및 Movement eV가 말리에서 수행한 연구를 기반으로 한 추가 시공 가이드는 Best Practices Guide에서 찾을 수 있습니다. [1]

수단에서는 실천단체인 프랙티컬 액션(Practical Action)과 여성 도자기 제조업 협회가 모하메드 바 아바(Mohammed Bah Abba)의 저장 용기 디자인을 실험적으로 사용해 보았습니다. 이 실험의 목적은 제르(Zeer) 저장 용기가 식품 보존에 얼마나 효과적이고 경제적인지 알아보는 것이었습니다. 제르는 아랍어로 큰 항아리를 가리키는 이름입니다. 실험 결과는 다음 표에 나와 있습니다.

시험 결과에 따라 여성 도자기 제조업 협회는 식품 보존에 특화된 항아리를 생산 및 판매하기 시작했습니다.

냉각기의 바닥은 물이 담긴 지름이 큰 쟁반으로 만들어집니다. 이 쟁반 안에 벽돌을 놓고 그 위에 대나무나 비슷한 재질로 엮은 성긴 원통을 올려놓습니다. 대나무 틀 주위에 삼베 천을 감싸는데, 천이 물에 잠기도록 하여 물이 원통 벽면을 타고 올라갈 수 있도록 합니다. 음식은 원통 안에 넣고 뚜껑을 덮어 보관합니다.

알미라는 나무 프레임에 천을 씌운 좀 더 고급스러운 냉장고입니다. 프레임 바닥과 윗부분에는 물받이가 있어 천이 물에 잠겨 항상 젖은 상태를 유지합니다. 여닫이문과 내부 선반을 통해 보관된 식품을 쉽게 꺼낼 수 있습니다.

숯 냉각기는 약 50mm x 25mm(2" x 1") 단면의 개방형 목재 프레임으로 만들어집니다. 문은 프레임 한쪽에 경첩을 달아 간단하게 만들 수 있습니다. 목재 프레임은 안팎으로 망사로 덮여 있고, 25mm(1")의 공간이 남아 있는데, 이 공간에 숯을 채웁니다. 숯에 물을 뿌리면 젖었을 때 증발 냉각 효과가 나타납니다. 프레임은 쥐를 막기 위해 금속 원뿔이 달린 기둥에 고정하고, 개미가 음식에 접근하지 못하도록 기름칠을 꼼꼼하게 한 후 집 밖에 설치합니다.

지붕은 보통 단단하고 짚으로 덮여 있으며, 날아다니는 곤충을 막기 위해 처마가 튀어나와 있습니다(그림 2에는 표시되지 않음).

모든 냉장실은 그늘진 곳에 설치해야 하며, 바람이 잘 통하도록 하면 냉각 효과를 높일 수 있습니다. 인공적으로 공기 흐름을 만들 수도 있는데, 예를 들어 소형 선풍기나 기름 램프를 굴뚝에 설치하여 바람을 일으키면 그 바람으로 인해 아래쪽에 위치한 냉장실 안으로 시원한 공기가 유입됩니다. 바르티아 냉장실은 이러한 원리를 이용하여 내용물을 시원하게 유지합니다. 철망 선반과 바닥의 구멍을 통해 보관된 식품 위로 공기가 자유롭게 순환할 수 있도록 설계되었습니다.

인도 농업 연구소는 현지에서 구할 수 있는 재료를 사용하여 전국 어디에서든 설치할 수 있는 냉각 시스템을 개발했습니다.

증발식 냉각실 (ECC) 이라고도 불리는 냉각실의 기본 구조는 벽돌과 강모래로 만들 수 있으며, 덮개는 갈대나 기타 식물성 재료, 자루 또는 천으로 만듭니다. 또한 근처에 수원지가 있어야 합니다. 시공은 비교적 간단합니다. 먼저 바닥을 벽돌 한 겹으로 쌓고, 그 위에 바닥 가장자리를 따라 벽돌로 이중벽을 쌓는데, 내벽과 외벽 사이에는 약 75mm(3인치)의 간격을 둡니다. 이 이중벽을 모래로 채웁니다. 그림 3에 나타낸 크기의 냉각실(용량 약 100kg)을 짓는 데는 약 400개의 벽돌이 필요합니다. 냉각실 덮개는 대나무 틀에 갈대를 씌우고 자루로 덮어 만듭니다. 전체 구조물은 햇볕을 가릴 수 있도록 지붕을 만들어 그늘을 제공해야 합니다.

시공 후 벽, 바닥, 공동 내부의 모래 및 덮개는 물에 완전히 포화됩니다. 챔버가 완전히 젖으면 하루에 두 번 물을 뿌려주는 것만으로도 챔버의 습도와 온도를 유지하기에 충분합니다. 그림 3에 나타낸 것처럼 간단한 자동 점적 관수 시스템을 추가할 수도 있습니다.

건설에 대한 또 다른 자세한 개요는 MIT D-Lab, 세계 채소 센터 및 Movement eV가 말리에서 수행한 연구를 기반으로 한 모범 사례 가이드에서 찾을 수 있습니다. [2]

Practical Action Nepal은 인도 농업 연구소의 설계와 유사한 냉장 기술을 특히 농촌 지역에 성공적으로 보급해 왔습니다. 이 기술은 '나야 셀러 스토리지(Naya Cellar Storage)'라고 불리며, 녹색 에너지 미션(Green Energy Mission)의 갸안 슈레스트라 박사와 조시 씨가 공동으로 설계했습니다. 이 설계는 사용자의 요구에 맞춰 비교적 쉽게 적용할 수 있으며, 현지에서 구할 수 있는 재료로 제작할 수 있습니다. 소득이 적거나 전혀 없어 고가의 냉장고를 구입할 여력이 없었던 농촌 식품 가공업자들에게 이 기술은 고무적인 결과를 가져왔습니다.

나야 지하 저장고를 건설하는 데 필요한 기본 재료는 다음과 같습니다.

1. 벽돌 1200~1500개
2. 모래 - 400~500kg (880~110lb)
3. 폴리에틸렌 호스 - 6미터 (26피트)
4. 물탱크/물통 - 용량 100리터(22갤런)
5. 대나무/목재 - 1.82미터(6피트) 두 개와 2.15미터(7피트) 두 개
6. 짚 - 2묶음
7. 자루

약 1.52m 정사각형(5'x 5') 크기의 작은 땅을 선택하세요. 햇볕이 직접 닿지 않는 곳이나 그늘진 곳, 또는 하루에 햇볕이 너무 많이 들지 않는 곳이 좋습니다. 지면은 약간 경사져 있어야 지하수가 구조물에서 멀리 배수되어 내부로 스며들지 않습니다.

지하실 저장 공간의 크기는 사용자의 필요에 따라 다양하게 조정할 수 있습니다. 저장 용량이 클수록 저장 공간의 크기도 커집니다. 일반적으로 가로 1.22m, 세로 0.92m(3피트 x 4피트) 크기의 직사각형 형태의 모르타르를 사용하지 않은 석재 또는 벽돌 구조물이 만들어집니다.

벽면 충전재: 깨끗한 모래. 유기물 오염을 방지하기 위해 흙이 섞이지 않은 깨끗한 모래를 사용해야 합니다.

먼저 최소 25mm(1인치) 두께의 모래를 바닥에 깔고, 방을 지을 자리에 모래를 고르게 펴서 단단히 다져줍니다. 그 위에 벽돌이나 돌을 쌓아 최대한 평평하게 만듭니다. 긴 나무 막대를 사용하여 높이를 재고, 높이가 맞지 않는 벽돌이나 돌 아래에 모래를 채워 넣어줍니다. (비용이 더 들더라도 벽돌을 먼저 깔아 더욱 평평한 지면을 만들 수도 있습니다.)

벽돌로 이중벽 구조를 만듭니다. 위 그림 3을 참조하십시오. 외벽과 내벽 사이의 간격은 약 125mm(5인치)로 합니다. 이 두 벽 사이의 공간은 깨끗한 모래로 채웁니다. 내벽에 선반이나 걸이를 설치하여 농산물을 걸어두고 싶다면, 이제 필요한 위치에 고정 장치를 준비할 수 있습니다. 내벽을 이루는 벽돌 층 사이에 금속 고정 장치를 설치하면 선반을 더욱 안정적으로 만들 수 있습니다. 하지만 선반과 고정 장치는 나중에 선반에 올릴 무게를 고려하여 충분히 튼튼하게 만들어야 합니다. 벽돌 층 사이에 너무 큰 틈이 생기지 않도록 주의하십시오. 중간층의 모래나 물이 내부로 스며들 수 있습니다.

약 1.22미터(3피트) 높이로 쌓거나, 예산이 허락하는 한 최대한 높게 쌓은 후 나중에 벽돌을 추가하여 벽 높이와 수납 공간을 늘릴 수 있습니다. 단, 보관실 바깥 땅에서 서서 보관실 안 바닥에 있는 물건에 손이 닿아야 한다는 점을 기억하세요.

관개 시스템: 전체 길이에 걸쳐 수많은 작은 구멍이 뚫린 고밀도 폴리에틸렌 호스를 구조물 상단 부근의 두 벽 사이 모래층 위에 놓습니다. 호스 끝은 막아 물탱크에서 방출된 물이 이 구멍들을 통해 퍼져나가 벽 내부의 모래를 촉촉하게 유지하도록 합니다. 호스 주변에 모래를 다져 단단히 고정하되, 너무 꽉 채우거나 영구적으로 묻지 않도록 합니다. 나중에 호스가 막혔을 경우, 호스를 들어 올려 수리하거나 구멍을 뚫어야 할 수도 있기 때문입니다.

나무, 판자, 널빤지 또는 대나무로 튼튼한 짚으로 엮거나 평평한 지붕을 만드세요. 저장실에 접근하려면 지붕을 손으로 들어 올려야 하므로 너무 무겁지 않아야 합니다. 길이가 같은 짧은 대나무 막대를 여러 개(최소 4~6개) 모래층에 일정한 깊이로 박고, 가장자리(특히 모서리)를 따라 고르게 배치하세요. 막대는 벽돌 맨 위층보다 약 1cm 정도 위로 나와야 합니다. 이렇게 하면 지붕이 지지되어 저장실보다 약간 높은 위치에 고정됩니다. 지붕은 단단히 고정할 수 있는 어떤 재료든 덮을 수 있습니다. 직물 시트, 촘촘한 그물망, 큰 자루 등을 사용할 수 있습니다. 강풍이나 동물로 인해 풀리지 않도록 잘 고정하세요. 외부 벽돌 벽에 경첩을 달아 지붕을 빠르고 편리하게 열고 닫을 수 있도록 할 수도 있습니다. 이렇게 하면 지붕에 자물쇠를 달 수도 있습니다. 만약 저장실 지붕을 평평하게 선택한다면, 그 위에 벽돌이나 다른 무게추를 올려놓아 빗물이 저장실 안으로 새어 들어가지 않도록 할 수 있습니다.

저장실을 시원하게 유지하려면 모래가 항상 촉촉해야 하고 저장실 내부의 공기 순환이 원활해야 합니다. 저장실 내부 공기는 모래 속 수분의 증발로 냉각되고, 다공성 벽돌을 통해 외부의 건조한 공기로 배출되어 저장 식품의 유통기한을 연장시켜 줍니다.

과일과 채소가 손상되지 않도록 대나무나 플라스틱 망사 트레이/바구니에 조심스럽게 보관해야 합니다. 트레이/바구니에는 다리가 네 개 있어 내용물이 바닥에서 떨어져 있도록 할 수 있습니다. 또한, 시공 시 벽에 고리나 다른 고정 장치를 설치했다면 천으로 된 자루를 걸어 보관할 수도 있습니다.

호스를 통해 흐르는 물의 양은 외부 온도 변화에 따라 조절되어야 하며, 그래야만 챔버 내부의 환경 조건이 일정하게 유지될 수 있습니다.

네팔 실천 활동 단체(Practical Action Nepal)가 '사초(Satso)' 태양열 건조기를 설치해 온 마을 중 한 곳에서, 한 젊은 어머니는 나야(Naya) 냉장실도 함께 사용하여 양배추와 생강을 냉장실 없이 보관했을 때보다 최대 2주 더 오래 보관할 수 있었습니다. 그녀는 강에서 주워온 돌로 벽을 쌓고, 대나무 십자대에 자루를 씌워 냉장실을 덮었습니다.

• 오이를 시원하게 하는 방법, 적정기술저널, 제24권 1호, 1997년 6월, 27쪽
• 키친 트레일즈, 푸드 체인, 1996년 7월 18일, ITDG
• 전력 없이 냉각하기, 푸드 체인, 1994년 7월 12일, ITDG
• 시원하게 보관하기: 저장 중 채소와 과일의 품질 유지, AT Source 19권 2호
• 유니세프의 '더 나은 삶과 더 높은 소득을 위한 마을 단위 기술' 보고서에는 증발식 숯 냉각기에 대한 설명이 두 페이지에 걸쳐 나와 있습니다.
• 기본 서비스 제공을 위한 적절한 마을 기술, 유니세프
• 토마토 및 과일 가공, 보존 및 포장, 마을 공장의 사례, Guus de Klein 저, TOOL. 이 책에는 숯 증발식 냉각실에 대한 설명이 있습니다.
• 대안기술센터에서는 '친환경 냉장고'라는 제목의 안내 책자를 발행했습니다. 이 책자에는 일반 냉장고의 최적 설계에 대한 유용한 정보가 담겨 있습니다.
• 변화하는 마을: 농촌 뉴스 및 견해 제14권 2호, 1995년 4월-6월, 농촌 기술 컨소시엄(CORT)
• MIT D-Lab, 세계 채소 센터 및 Movement eV의 증발 냉각 모범 사례 가이드 [3]
• MIT D-Lab과 세계 채소 센터 [4] 의 말리 채소 저장 개선을 위한 증발 냉각 기술

Mohammed Bah Abba
Jigawa 주립 폴리테크닉 경영 및 경영학 대학
Sani Abacha Way
PMB 7040
Dutse
Jigawa State
나이지리아

인도 농업 연구소
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