습도 부족(Humidity Deficit)

습도 부족(humidity deficit, 단위 g/㎥)

"작물재배및제어" 블로그의 이미지를 우선 보이고나서 수증기부족분에대한 이야기를 하겠다.

hoogendoorn에서 공유한 humidity deficit자료를 첨부하였다. 

습도부족 Table(단위 g/㎥) :  HGM-Humidity-Deficit.pdf 다운로드 포화수분함량 Table(단위 g/㎥) :  HGM-Maximum-Water-Vapour-Concentration.pdf 다운로드 VPD Table(단위 kPa) :  HGM-Vapour-pressure-deficit.pdf 다운로드

Vapour-pressure deficit, 증기 부족(단위는 kPa이다.)

 

Wikipedia에서

Vapour-pressure deficit는 줄여서 VPD로 이야기한다.

공기 중 수분의 양과 공기가 포화 상태일때 보유 할 수 있는 습도의 차이이다.

공기가 포화 상태가 되면 물이 응축되어 구름, 이슬 또는 나뭇잎 위로 물방울이 형성된다.

여기서 중요한것은 나뭇잎에 물방울이 형성되는 것인데 이경우 썩을 가능성이 높아지기 때문이다.

반면에 VPD가 증가하면 식물은 뿌리에서 더 많은 물을 가지고 와야 한다.

뿌리에서 물을 가지고 오지 못하는 경우 식물은 건조로 죽을 수 있다.

온실의 VPD에 대한 이상적인 범위는 0.45kPa 에서 1.25kPa이며 이상적으로는 0.85kPa 정도 이다.

일반적으로 대부분의 식물은 VPD 0.8~0.95kPa에서 잘 자란다.

수증기압 포차가 너무 낮으면 증산이 일어나기 어렵고, 수증기압 포차가 너무 높으면 과도한 증산으로 식물은 스트레스를 받기 쉬워진다.

 

1 psi = 6.894733 kPa

 

오하이오 주립 대학 확장 팩트 시트에서 보면

VPD는 온실 작물의 질병 위협, 응축 가능성 및 관개 필요성을 평가하는데 사용할 수 있다.

질병 관리를 위한 중요한 단계는 질병을 촉진시키는 상태를 예방하는 것이다.

온실 병원균은 발달과 감염을 위해 식물의 이슬방울(물방울, 물막)이 필요할 수 있기 때문에 물의 응축 방지가 중요하다.

VPD는 결로가 발생할 가능성이 있는 시기를 식별하는데 도움을 준다.

 

온실에서 수분을 제거하는 것은 공기와 온실 표면의 수분 균형을 조절하는 제습이로 이루어진다.

VPD는 공기 중 수분의 양과 공기가 포화 상태 일 때 보유 할수 있는 습도의 차이이다. 

VPD는 온실 공기가 얼마나 포화 상태에 있는지를 정량화하기 때문에 응축 잠재력의 편리한 지표로 사용된다.

주어진 온도(이슬점온도)에서 최대 물 보유 용량에 도달하면공기가 포화 상태가 된다.

이상태에서 보유 용량 이상으로 공기에 수분을 추가하면 온실 어딘가에 액체 형태의 물이 발생하게 된다.

VP는 공기중 수증기의 양, 즉 가스 형태의 물이 공기 중에 얼마나 존재하는지를 측정한다.

공기 중 수증기가 많으면 수증기압이 높아진다.

공기가 최대 수증기 함량에 도달하면 이 수증기압을 포화 수증기압이라고 하며 이는 온도와 직접 관련이 있다.

포화 수증기압과 실제 공기 수증기압의 차가 VPD이다.

 

VPD와 상대습도 비교

그림1은 VPD가 습도와의 관계를 보여준다.

VPD가 높으면 공기가 물을 담을 수 있는 용량이 높아져서 낮은 습도 상태에서 공기 중으로 수증기가 이동(증발)하게 된다.

반면에 VPD가 낮으면 공기가 포화 상태에 있거나 포화 상태에 가깝다는 것을 의미하므로 높은 습도 상태에서는 공기가 잎의 수분을 받아 들일 수 없다.

따라서 증기압 부족은 응축과 증발 모든 시스템의 증기흐름을 표현하는 유용한 방법이다.

VPD가 높을수록 증발 수요가 증가하여 식물 조직의 수분이 온실 공기로 얼마나 옮겨 졌는지가 달라진다.

따라서 VPD는 상업용 관개 시스템에서 작물 수요를 예측하는 데 사용되고 있다.

반대로, 매우 낮은 VPD는 이슬점에 가깝다는 것을 나타내므로 유해한 응축이 발생하기 시작할 수 있음을 의미한다.

canopy(캐노피)의 온도를 이용하여 VPD를 결정하면 응축 위험을 가장 잘 나타내며, 특히 캐노피가 이슬점에 얼마나 가까운지를 보여준다.

 

VPD의 계산은 상대습도(RH) 측정만으로 알수 있다. 

왜냐하면 VPD는 공기의 물 보유 용량에 대한 온도 영향을 고려하기 때문에 온도가 20℉ 증가 할때마다 거의 두 배로 증가한다.

VPD는 대기의 수분 함량을 상대적으로 측정하는 대신 공기가 얼마나 많은 물을 보유 할 수 있는지, 그리고 포화 상태에 얼마나 근접 하는지를 측정한다.

예를 들어 100′(가로) * 30′(세로) *10′(높이)의 온실에서 상대 습도 80%인 경우 50℉의 공기 중에 약 14lb의 물을 보유하고, 70℉의 공기는 약 28lb의 물을 보유한다.

이는 저온 과 고온 조건에서 0.036psi(0.25kPa) , 0.072psi(0.50kPa)의 VPD값에 반영된다.

따라서, VPD는 다양한 온도 수준을 고려하면서 식물 생산을 위한 건강한 공기 습도 조건을 식별하는 데 사용할 수 있다.

온실 식물에 대한 VPD 계산

 

VPD를 계산하려면 온실 공기 온도, 상대 습도 및 가능한경우 캐노피 공기 온도가 필요하다.

이후에 포화 압력을 계산하야여 한다.

포화 압력은 습공기차트에서 찾거나 Arrhenius 방정식에서 파생될 수 있다.

공기 온도에서 직접 계산하는 식은

 

1단계

psi 단위로 공기의 포화 증기압 계산

2단계

캐노피의 온도를 알고 있는 경우에는 1단계의 식으로 캐노피에 대한 vp(sat)를 계산한다.(psi단위)

캐노피의 온도가 없는 경우 넘어가도 된다.

3단계

상대습도를 계산하여 대기 중 수증기의 실제 부분 압력을 계산한다.(psi단위)

4단계

psi 단위로 로 VPD계산

 

예) 온도가 20℃ 이며 상대습도가 80%일대 VPD는?

    = 온도가 20℃ 인경우 포화수증기량은 2.34이다.

      간편공식을 이용하면 2.34 x ( 1 - 80 / 100) = 0.468이다.

    = 온도가 20℃ 이며 상대습도가 80%일대 수증기량은 1.87이므로,

      VPD = 포화수증기량(2.34) - 현재 수증기량(1.87) 이므로 0.47이 된다.

   즉, 포화수증기량(상대습도가 100%일대)의 값을 알면 VPD는 단순하게 계산되어진다.

 

[Vapour Pressure Table(단위 : kPa)]

 

[수증기압 포차 테이블(VPD Table, 단위 : kPa)]

[화씨로 되어있는 VPD]

 

 

참고

• Crop Growth & Control(스마트팜 - 4차산업혁명) : 작물의 습도관리(HD)를 중심으로
• Ohio Stat Universit Extension Fact Sheet : Greenhouse Condensation Control : Understanding and Using VPD
• Wikipedia : Vapour-pressure deficit