KR101211547B1 - 작물재배시설의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법과 이를 위한 차광물 유동 차광-냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수막용수에 차광물을 혼입하는 단계; 상기 차광물이 혼입된 수막용수를 수막펌프에 의해 작물재배시설 위로 압송하는 단계; 상기 압송된 차광물과 수막용수를 작물재배시설의 지붕 위에 균일하게 분산시켜 수막을 형성하여, 수막과 차광물에 의해 작물재배시설을 냉각 및 차광시켜 온도를 조절하는 단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 수막용수와 차광물의 유동에 의해 유리온실 및 비닐하우스 등과 같은 작물재배시설의 냉각 및 차광이 동시에 이루어지고, 일사량에 따라 차광율을 조절하여 작물에 적합한 광량을 공급함으로써, 여름철에 지나친 온도상승을 억제하여 고온기에도 작업재배시설에서 작물의 생산성을 향상시키고 고품질의 작물을 생산할 수 있는 것을 특징으로 하는 작물재배시설의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법을 제공한다.

Description

작물재배시설의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법과 이를 위한 차광물 유동 차광-냉각시스템{Granule-Aqua Flow Shading and Cooling Method and Its System Method for Greenhouse Crop Cultivation}

본 발명은 고온기 유리온실 및 비닐하우스 등 고온기 작물재배시설에 적합한 광량 및 온도를 조절할 수 있는 차광물 유동 차광-냉각방법과 이를 위한 차광물 유동 차광-냉각시스템에 관한 것이다.

일반적으로 작물의 생장 및 생육은 광에 의해 크게 지배된다.

작물은 광합성을 통하여 물질을 축적할 뿐 아니라 대사과정에서 나오는 에너지를 이용하여 생육된다.

결국 광이 부족하면 작물의 생장은 더디게 될 수밖에 없다.

작물은 주어진 광 환경조건에 순응하도록 개발-육성되어 왔지만, 주어진 자연 환경은 작물이 생장하기에 항상 적합한 것은 아니다.

이에 지나친 저온 또는 고온 등의 작물생장에 부적합한 환경조건을 개선하고, 강우에 의한 병 발생을 억제하는 방법 등을 통해 작물의 생산성을 향상시키는데 유리온실이나 비닐하우스 등의 작물재배시설은 지대한 역할을 하여 왔다.

그러나, 이러한 시설에서는 인위적 재배환경조절의 정밀관리가 가능하더라도 여름철에는 경우에 따라서 예를 들면 비가 오는 경우를 제외하고 낮 동안 유리온실이나 비닐하우스 등의 재배시설에 강한 햇빛을 비추는 시간이 길어서 유리온실이나 비닐하우스 등의 내부온도가 지나치게 상승함으로 인해 유리온실 등의 내부 온도를 낮추어야할 필요가 있다.

또한, 상기 유리온실 등의 내부 온도를 낮추는데 고비용이 들거나 기술적인 한계가 있어서 정상적인 작물재배가 곤란한 경우에 휴경하는 사례도 발생한다.

특히, 지구온난화에 따라 이상 기후가 빈번하고, 고온이 오랜 기간 동안 지속되면서 고온기에 호냉성 엽채류 등의 작물의 재배는 매우 어려워지는 추세이다.

한편, 광이 작물재배에 필수적인 환경요인이기는 하나 강한 빛에 의한 시설의 지나친 온도 상승은 작물재배를 어렵게 하므로, 시설의 온도를 낮추기 위한 방법들이 개발되어 이용되어 왔다.

상기 시설의 온도를 낮추기 위한 방법 중의 하나로, 환기하는 방법을 들 수 있는데, 환기는 유리온실 등에서 태양광 투과로 인해 가열된 공기를 강제로 배출시키는 방법으로 시설을 설치하기가 용이하고 설치비용이 저렴하지만, 냉방 용량이 작은 단점이 있다.

그리고, 팬엔포그, 팬엔미스트, 팬엔패드 등의 증발냉각방식은 설비비가 많이 소요되고 실내의 습도가 높아질 우려가 있다.

전기냉방은 기술적으로는 가능하더라도 에너지 비용을 감당하기 힘들어 특수한 목적으로 이용될 뿐이다.

또한, 온도상승은 광량의 증가와 밀접한 관계가 있기 때문에, 온도상승의 요인인 태양광을 차단하는 차광기술이 일반화되어 있다.

차광은 빛을 차단하여 시설의 내부온도를 2~3℃ 저하시키는 방법으로, 일정한 차광율을 가지며 일반적인 비 가림 시설에서 이용되는 고정차광과, 유리온실 등에 차광재를 도포하는 도포차광을 예로 들 수 있다.

그러나, 차광이 온도 상승을 어느 정도 억제한다 하더라도 일정한 차광율을 가지는 차광망의 고정차광이나 차광재 도포차광은 기후불량으로 인해 광량이 부족한 경우 차광에 의한 지나친 광량 저하로 작물생육에 오히려 불리하게 작용할 수 있다.

이 문제를 해소하기 위해서 일정한 차광율을 가지는 차광망의 수시차광방식이 도입되었다.

그러나 이러한 방식의 생력화를 위한 자동화는 많은 투자비용이 소요될 뿐 아니라 운용상의 고장이 빈번하게 발생하고, 광량의 변화에 대한 순발력 있는 작동이 어려우며, 또한 이러한 수시차광도 결국은 광도의 변화에 대한 개폐시간을 조절하여 일조시간의 조절은 가능하나 역시 고정 차광율의 단점을 극복하지 못한다.

한편, 작물마다 광합성에 필요한 광량(광포화점)이 다르다.

예를 들면, 수박, 토마토, 더덕 등이 70000~80000 lux이며, 오이, 호박, 배추, 벼 등이 50000 lux 내외, 상추 20000 lux, 인삼 15000 lux, 난은 8000 lux, 버섯은 500~800 lux에 지나지 않는다.

그러나, 고정 차광율은 작물에 기초한 차광율이 아니고 태양광을 기준으로 하는 차광율이기 때문에 작물재배에 적합한 광량을 조절할 수 없다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 유리온실 및 비닐하우스 등과 같은 작물재배시설의 지붕에 자연하천수 등과 같은 수막용수를 뿌려 수막을 형성하여 수막에 의한 냉방이 가능하고, 일사량에 따라 수막용수에 차광물의 혼입량을 조절하여 작물에 적합한 광량을 공급함으로써, 여름철에 지나친 온도상승을 억제하고, 고온기에도 시설작물을 안정적으로 생산할 수 있는 작물재배시설의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법과 이를 위한 차광물 유동 차광-냉각시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 수막용수에 차광물을 혼입하는 단계; 상기 차광물이 혼입된 수막용수를 수막펌프에 의해 작물재배시설 위로 압송하는 단계; 상기 압송된 차광물과 수막용수를 작물재배시설의 지붕 위에 균일하게 분산시켜 수막을 형성하여, 수막과 차광물에 의해 작물재배시설을 냉각 및 차광시켜 온도를 조절하는 단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 수막용수와 차광물의 유동에 의해 유리온실 및 비닐하우스 등과 같은 작물재배시설의 냉각 및 차광이 동시에 이루어짐으로써, 여름철에 지나친 온도상승을 억제할 수 있는 것을 특징으로 하는 작물재배시설의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법을 제공한다.

특히, 상기 차광물을 혼입하는 단계는 일사량에 따라 차광물의 혼입량을 조절하여 작물재배시설 내로의 유입광량을 조절함으로써, 여름철과 같은 고온기에도 작물에 적합한 광량을 제공함으로써, 작물의 생산성을 향상시키고, 고품질의 작물을 생산할 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차광물을 혼입하는 단계는 광투과, 굴절 및 반사에 의해 특정한 광스펙트럼을 가지는 차광물을 혼입하여 작물재배시설 내로의 유입되는 광량 및 광질을 조절함으로써, 작물의 생육을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 차광물은 작물재배시설을 차광 및 냉각시킨 후 수막용수와 비중의 차이로 물과 쉽게 분리함으로써, 일사량에 따른 차광물의 혼입량을 정밀하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 하천수 유입시 잉여수의 방출과 함께 차광물이 유출되는 것을 방지하거나 우천 시 빗물의 유입으로 차광물의 유출을 방지하여 전량 회수할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 차광물과 수막용수는 회수라인에 의해 차광물 저장용기와 수막용수 저장탱크에 각각 회수된 후, 수막펌프에 의해 작물재배시설 위로 재투입되어 순환됨으로써, 차광물과 수막의 유동에 의한 냉각 및 차광을 연속적으로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차광물 유동 차광-냉각 시스템은 차광물과 수막용수를 저장하는 수막용수 저장탱크; 상기 차광물과 수막용수를 작물재배시설의 지붕 위로 압송하는 수막펌프; 상기 압송된 차광물과 수막용수를 작물재배시설의 지붕 외부에서 지붕 위로 균일하게 분산시켜 수막을 형성하는 공급파이프; 상기 작물재배시설의 지붕에서 흘러내린 차광물과 수막용수를 수막용수 저장탱크로 회수하기 위한 배수관;을 포함하고, 일사량에 따라 차광물의 혼입량을 조절할 수 있는 공급장치와, 혼입된 차광물과 수막용수를 재배시설의 공급파이프로 공급할 수 있는 수막펌프에 의해 구동되며, 공급된 차광물은 시설의 지붕을 타고 흘러내려와 다시 수막용수 저장탱크로 회수되어 이용되며, 외부의 일사량이 작물의 광포화점 이상이 되면 일사량감지센서가 감지하여 차광물을 공급하기 시작하고, 광량의 변화에 따라 모터의 회전수를 증가시킴으로써 차광물의의 공급량을 달리하여 차광율을 조절할 수 있다.

상기 차광율을 조절하기 위해 상기 차광물은 물보다 비중이 높고, 수막펌프에 의해 수막용수와 함께 펌핑, 이송가능한 자연광석 분말 또는 수지입자를 사용할 수 있다.

상기 수막용수 저장탱크는 차광물을 수막용수와 분리가능하게 저장할 수 있는 차광물 저장용기를 가지며, 상기 혼합된 차광물과 수막용수가 먼저 차광물 저장용기를 거쳐 물보다 무거운 차광물은 저장용기에 가라앉고, 수막용수는 차광물 저장용기에서 흘러넘침으로써, 차광물을 수막용수와 분리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차광물은 물과 쉽게 분리되지 않지만 시간이 경과하면 침전되는 석고 또는 유황을 이용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 물과 쉽게 물리적으로 분리되지 않는 차광물을 사용하는 경우 일정한 공간을 가운데 두고 내부와 외부에 터널을 가지는 이중 터널 구조로 이루어진 작물재배시설을 설치하고 운용할 수 있다.

상기 공급파이프는 차광물과 수막용수를 균일하게 분산시키기 위해 분사노즐과, 상기 분사노즐의 상부에 비산폭제한판을 가지는 스프링쿨러를 포함하고, 상기 비산폭제한판에 의해 물이 시설지붕 밖으로 튀는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 차광물은 광투과, 굴절 및 반사에 따른 특정한 광스펙트럼을 가지는 석영, 적색 혈암, 현무암, 백색 규사 중 어느 하나를 사용하여 작물재배시설 내로 유입되는 광량 및 광질을 조절함으로써, 작물의 생육을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고온기의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법과 이를 위한 차광물 유동 차광-냉각시스템의 장점을 설명하면 다음과 같다.

1. 고온기에 유리온실, 비닐하우스 등에서 냉수 수막 및 차광물에 의해 냉각과 차광을 동시에 수행하여 유입 광량 및 광질을 조절함으로써, 재배환경을 개선하고, 작물의 생장을 조절하여 작물의 생산성을 향상시키고, 고품질의 작물을 생산할 수 있다.

2. 여름철에 일사량이 작물의 광포화점 수준 이상으로 높은 경우에 일사량감지센서가 외부의 일사량을 감지하여 수막용수에 차광물의 혼입량을 조절 및 공급함으로써, 작물의 생육특성에 맞도록 광유입량을 조절할 수 있다.

3. 지구면 도달광량의 변화에 감응하여 신속하게 유입광량을 조절할 수 있어, 고정차광율을 가지는 고정차광망을 설치할 경우에 나타나는 일기변화에 따른 광부족 현상을 방지할 수 있고, 고온기 시설 내 온도를 낮추어 작물재배환경을 개선하는 효과가 있다.

4. 겨울철에는 지하수를 이용한 수막보온시스템으로 이용이 가능하며, 겨울의 적설 시 지하수 공급으로 눈을 녹여 시설 붕괴를 방지하는데 활용할 수 있고, 아울러 봄철의 황사나 기타 오염물 부착을 방지하는데 활용할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차광물 유동 차광-냉각시스템의 개략도
도 2는 도 1에서 차광물 저장용기에서 차광물을 수막용수에 혼입하기 위한 구성을 보여주는 단면도
도 3은 도 1에서 공급파이프에 장착된 스프링쿨러를 보여주는 개략도
도 4는 차광방법에 따른 배추수확량을 보여주는 그래프
도 5는 차광방법에 따른 광도 및 차광율을 보여주는 그래프
도 6은 일사량 감응에 따른 모터속도조절에 의한 유입광량조절 시뮬레이션을 보여주는 그래프
도 7은 광투과, 굴절 및 반사특성에 따라 다른 광스펙트럼을 가지는 차광물을 보여주는 그래프
도 8은 물 투과도에 대한 각 차광물의 파장별 투과광량비를 보여주는 그래프

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차광물 유동 차광-냉각시스템의 개략도이고, 도 2는 도 1에서 차광물 저장용기에서 차광물을 수막용수에 혼입하기 위한 구성을 보여주는 단면도이고, 도 3은 도 1에서 공급파이프에 장착된 스프링쿨러를 보여주는 개략도이다.

본 발명은 작물재배시설(10)에서 차광물(11)(빛을 차단하는 물질)이 혼입된 수막용수를 시설지붕에 뿌려 수막을 형성함으로써, 광량, 광질 및 온도를 조절할 수 있는 차광물 유동 차광-냉각 방법과 이를 위한 차광물 유동 차광-냉각 시스템에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 여름철 등과 같은 고온기에 유리온실 및 비닐하우스 등에서 냉수수막 및 차광에 의해 온도를 조절하고, 일사량에 따라서 냉각용 수막용수에 차광물(11) 혼입량을 조절하여 공급함으로써, 일사량에 따라 차광율을 달리하여 시설(10)내로 작물재배에 적합한 광량을 조절하여 재배환경을 개선하고, 아울러 차광물(11)의 광투과특성에 의한 광질을 조절하여 작물의 생산성을 향상시키고, 고품질의 작물을 생산할 수 있다.

실시예 1 : 물과 쉽게 분리할 수 있는 차광물(11)을 이용한 유동 차광

본 발명의 일실시예에 따른 차광물 유동 차광-냉각 시스템은 수막용수에 차광물(11)을 혼입한 후 작물재배시설(10)의 지붕 위에 균일하게 흐르도록 뿌려 수막을 형성함으로써, 차광물(11)과 수막에 의해 차광과 냉각을 동시에 수행한다.

상기 작물재배시설(10)은 온도가 지나치게 상승하거나 내려가고, 폭우가 내리는 등 외부환경에 영향을 거의 받지 않는 유리온실 및 비닐하우스 등을 사용할 수 있다.

상기 수막용수는 자연하천수 및 지하수 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 차광물(11)은 비중이 물보다 무거워서 물과 쉽게 분리되며, 수막용수와 함께 펌핑이 되고 물과 함께 잘 흐를 수 있는 미세한 입도를 가지며, 물에 의해 쉽게 분해되지 않고 원형이 변하지 않으며, 부패하지 않는 것으로, 이러한 차광물(11)의 예로는 자연광석의 분말, 수지입자 등을 들 수 있다.

상기 차광물 유동 차광-냉각 시스템은 일사량에 따라 수막용수와 차광물(11)을 일정한 비율로 용이하게 공급하기 위해 물보다 비중이 높아 물과 함께 흐르지 않을 때에는 침전되어 물과 분리되는 차광물(11)을 사용한다.

상기 차광물 유동 차광-냉각 시스템은 수막용수를 저장하기 위한 수막용수 저장탱크(15)와, 작물재배시설(10)의 지붕 위에 균일하게 흐르도록 차광물(11)이 혼입된 수막용수를 공급하는 공급파이프(12)와, 상기 수막용수를 저장탱크(15)에서 공급파이프(12)로 이송하기 위한 수막펌프(13)와, 작물재배시설(10)의 지붕에 공급된 차광물(11)이 혼합된 수막용수를 회수하기 위한 배수관(14)을 포함한다.

상기 수막용수 저장탱크(15)는 내부에 수막용수를 저장할 수 있는 공간을 가지며, 수막용수를 공급하기 위한 급수시설과, 하천수 유입 및 빗물 유입 시 잉여수의 방출을 위한 배수시설 등이 설치되어 있다.

상기 수막용수 저장탱크(15)의 내부에는 차광물 저장용기(16)가 설치되고, 상기 차광물 저장용기(16)는 상부에 개구부를 가지며, 개구부를 통해 차광물(11) 및 수막용수가 유입된다.

상기 차광물 저장용기(16)는 내부에 차광물(11)을 저장할 수 있는 저장공간을 가지고, 이 저장공간에서 차광물(11)은 비중의 차이로 수막용수와 분리되어 저장용기(16)의 하부에 침전되고, 수막용수는 저장공간의 체적만큼 채워진 다음 차광물 저장용기(16) 위로 넘쳐 수막용수 저장탱크(15)로 흘러들어간다.

상기 차광물 저장용기(16)는 하부에 하방향으로 갈수록 직경이 작아지도록 경사지게 형성되어 차광물(11)의 배출을 용이하게 하는 경사부를 가지고, 경사부 끝단에 침전된 차광물(11)을 배출시키기 위한 배출구를 가진다.

이때, 상기 배출구에는 스크류(20)가 회전가능하게 설치되고, 스크류(20)의 상단부는 회전축(23)을 통해 모터(24)와 연결되어, 모터(24)가 가동되면 회전축(23)을 통해 스크류(20)에 회전력이 전달되어, 스크류(20)를 회전시킬 수 있다.

상기 스크류(20)는 회전속도에 따라 차광물(11)의 혼입량을 조절할 수 있는데, 스크류(20)가 정지되어 있으면 스크류(20)에 의해 차광물 저장용기(16)의 배출구를 막아 차광물(11)이 배출구를 통해 전혀 배출되지 않고, 스크류(20)가 회전하면서 침전된 차광물(11)을 배출구를 통해 배출시키며, 배출된 차광물(11)은 수막용수 저장탱크(15)에 저장된 수막용수와 혼합된다.

이때, 상기 스크류(20)의 회전속도가 증가할수록 수막용수에 혼입되는 차광물(11)의 혼입량이 증가된다.

상기 수막용수 저장탱크(15)는 하부에 하방향으로 갈수록 직경이 작아지게 형성된 경사부가 형성되어, 차광물 저장용기(16)에서 배출된 차광물(11)이 수막용수에 용이하게 혼합될 수 있다.

또한, 상기 수막용수 저장탱크(15)는 경사부의 하단에 배출구를 가지고, 이 배출구는 공급라인(18)를 통해 작물재배시설(10)의 지붕 위에 설치된 공급파이프(12)에 연결되어, 차광물(11)이 혼입된 수막용수를 공급파이프(12)를 통해 시설(10)의 지붕 위로 균일하게 분산시킬 수 있다.

상기 공급라인(18)에는 수막펌프(13)와 밸브(17)가 설치되고, 수막펌프(13)에 의해 수막용수 저장탱크(15)에서 배출된 혼합수막용수를 펌핑하여 공급파이프(12)로 이송할 수 있다.

상기 수막펌프(13)는 수막용수를 펌핑하여 작물재배시설(10)의 지붕 위로 이송한 후, 일정한 압력에 의해 수막용수를 분사시킬 수 있는 충분한 펌프용량을 가지는 것이면, 당업자에게 특별히 제한되지 않고 선택될 수 있다.

상기 공급파이프(12)는 일직선으로 길게 형성된 파이프를 사용할 수 있고, 이 파이프는 작물재배시설(10)의 지붕의 중심부 상단에 길이방향으로 길게 설치될 수 있다.

상기 공급파이프(12)는 차광물(11)이 혼입된 수막용수를 시설지붕 위에 균일하게 흐르도록 하기 위해 파이프의 양측면에 일정한 간격으로 소정크기의 분사구멍을 뚫을 수 있다.

또한, 상기 공급파이프(12)의 상단에 길이방향으로 일정한 간격을 두고 스프링쿨러(21)를 설치하여 혼합수막용수를 시설지붕 위로 균일하게 분산시킬 수 있다.

이때, 상기 공급파이프(12)의 상단부에 분사노즐이 일정한 간격으로 형성될 수 있고, 상기 스프링쿨러(21)는 분사노즐의 상부에 배치되는 비산폭제한판(22)을 가지며, 상기 비산폭제한판(22)은 분사노즐의 직상부를 일정부분 막아줌으로써 분사노즐을 통해 분사된 수막용수와 차광물(11)이 비산폭제한판(22)에 부딪힌 다음 양방향으로 넓게 시설지붕위로 분산될 수 있다.

이때, 상기 비산폭제한판(22)은 분사된 수막용수가 지붕 밖으로 튀지 않도록 중심부에서 수평면을 기준으로 하향 경사지게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 비산폭제한판(22)은 수막용수를 균일하게 분산시키기 위해 스프링쿨러(21)에 회전가능하게 설치될 수 있다.

상기 배수관(14)은 지붕의 하단 가장자리부에 설치되어, 시설지붕에서 흘러내린 차광물(11)이 혼입된 수막용수를 받아 수막용수 저장탱크(15)로 이송하는 역할을 한다.

상기 배수관(14)은 수평면을 기준으로 일정각도, 예를 들면 30도 하향경사지게 형성되어, 수막용수와 차광물(11)을 용이하게 흐르도록 할 수 있다.

상기 배수관(14)의 단부는 회수라인(19)에 의해 차광물 저장용기(16)의 상부와 연결되어, 배수관(14)에서 배출된 수막용수와 차광물(11)이 먼저 차광물 저장용기(16)에 유입되도록 한다.

상기 차광물(11)은 수막용수에 혼입된 상태에서 펌프의 이송압력 및 배수관(14)의 경사도 등에 의해 흐르는 경우에 수막용수와 함께 같이 흘러가지만, 수막용수의 흐름이 정지되는 경우에 수막용수에 비해 비중이 커서 차광물 저장용기(16)에 유입된 차광물(11)은 용기 내로 가라앉고 수막용수는 차광물 저장용기(16)에서 흘러넘쳐 수막용수 저장탱크(15)로 유입된다.

상기 차광물(11)의 혼입량을 일사량에 따라 조절하기 위해, 차광물 유동 차광-냉각 시스템은 일사량을 감지하는 일사량감지센서(26)와, 일사량감지센서(26)로부터 신호를 입력받아 모터(24)의 작동을 제어하는 컨트롤러(25)를 포함한다.

상기 일사량감지센서(26)는 태양광의 일사량을 감지하여 컨트롤러(25)에 송신하고, 컨트롤러(25)는 감지신호를 입력받아 기입력된 설정값, 예를 들면 재배작물의 광합성에 필요한 광량값과 비교하여, 일사량의 측정값이 필요한 광량값보다 더 큰 경우 모터(24)의 회전속도를 증가시켜 차광물(11)의 혼입량을 늘림으로써 차광물(11)에 의해 광량을 줄일 수 있고, 일사량의 측정값이 필요한 광량값보다 더 작은 경우 모터(24)의 회전속도를 줄여 차광물(11)의 혼입량을 줄임으로써 광량을 늘릴 수 있다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명의 차광물 유동 차광-냉각방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 차광물 유동 차광-냉각방법은 수막용수에 차광물(11)을 혼입하는 단계와, 차광물(11)이 혼입된 수막용수를 시설지붕 위로 이송하는 단계와, 상기 차광물(11)이 혼입된 수막용수를 시설지붕 위에서 균일하게 분산시켜 수막을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 수막용수에 차광물(11)을 혼입하는 단계에서, 물보다 비중이 높은 차광물(11), 예를 들면 자연광석의 분말 또는 수지입자 등을 차광물 저장용기(16)에 담고, 일정량의 차광물(11)을 수막용수에 혼입한다.

이때, 상기 일사량에 따라 모터(24)의 회전수를 달리하고, 모터(24)와 연결된 회전축(23)을 통해 회전력을 스크류(20)에 전달하여 스크류(20)의 회전속도를 조절하여 차광물(11)의 혼입량을 조절할 수 있다.

상기 차광물(11)의 혼입량 조절방법을 살펴보면, 수막 자체도 일정한 차광효과를 가지기 때문에, 수막펌프(13)와 모터(24)의 작동을 이원화시켜 일사량이 제1설정값(S1) 이하인 경우 수막펌프(13)만 작동시켜 수막용수만으로 시설을 차광과 냉각시킬 수 있고, 일사량이 제1설정값(S1)이상일 경우에는 수막펌프(13)와 모터(24)를 동시에 작동시켜 차광율을 더욱 높일 수 있으며, 일사량이 제2설정값(S2>S1)이상일 경우에는 모터(24)의 회전속도를 일사량에 따라 비례적으로 높임으로써 차광물(11)의 공급량을 증가시켜 광량을 줄일 수 있다.

그 다음, 상기 차광물(11)이 혼입된 수막용수를 시설지붕 위에서 균일하게 분산시켜 수막을 형성하는 단계에서, 밸브(17)를 열고, 수막펌프(13)를 가동하여 수막용수 저장탱크(15)에 저장된 차광물(11)이 혼입된 수막용수를 공급파이프(12)로 이송하고, 공급파이프(12)의 분사노즐과 스프링쿨러(21)를 통해 시설지붕 위로 균일하게 분사한다.

상기 공급파이프(12)에 이송된 수막용수 및 차광물(11)은 펌프의 이송압력에 의해 분사노즐을 통해 분사되어 비산폭제한판(22)에 부딪힌 후 지붕 위로 균일하게 분산되고, 지붕의 경사면을 따라 수막을 형성함으로써, 수막과 차광물(11)에 의해 차광과 냉각이 동시에 이루어진다.

여름철과 같은 고온기에는 외부의 대기온도가 지하수(약 12~15℃) 또는 하천수의 온도보다 훨씬 높기 때문에, 이 지하수 및 하천수를 수막용수로 사용하는 경우에 유리온실 및 비닐하우스를 냉각시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 의하면 비중이 물보다 무겁고 물과 쉽게 분리되고, 수막용수와 함께 펌핑되고 물과 함께 잘 흐를 수 있는 미세한 입도를 가지며, 물에 의해 쉽게 분해되지 않고 원형이 변하지 않는, 예를 들면 자연광석의 분말, 수지입자 등과 같은 차광물(11)을 사용하고, 상기 차광물(11)을 수막용수에 혼입한 후, 시설지붕에 차광물(11)과 수막용수를 균일하게 분산시킴으로써, 시설지붕의 외표면에 수막을 형성하여 수막과 차광물(11)에 의해 작물시설(10)을 동시에 냉각 및 차광시킬 수 있다.

특히, 여름철과 같은 고온기에 일사량에 따라 수막용수에 혼입되는 차광물(11)의 혼입량을 조절하여 작물재배시설(10) 내부로 유입되는 광량을 조절함으로써, 지나친 온도 상승을 억제할 수 있고, 고온기에도 고품질의 작물을 안정적으로 생산할 수 있다.

또한, 상기 차광물(11)로 물과 분리하기 쉬운 물질을 사용함으로써, 차광물(11)의 혼입량을 정밀하게 제어할 수 있고, 시설(10) 외부 지붕에 수막을 형성하여 가동되는 경우에 우천 시 수막용수 저장탱크(15)에 빗물의 유입으로 인해 유입된 빗물과 함께 차광물(11)이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.

첨부한 도 4는 차광방법에 따른 배추의 수량을 나타내는 그래프이다.

이때, 차광방법에 따라 고정차광과 유동차광으로 나뉠 수 있고, 고정차광은 차광망을 시설지붕 위에 부착한 부착차광과, 차광망을 시설지붕 위에 이격되게 고정한 이격차광으로 구분할 수 있고, 상기 유동차광은 본 발명에 따라 차광물(11)이 혼입된 수막용수를 시설 지붕 위에 균일하게 분산시켜 수막을 형성하면서 순환시키는 방식이다.

도 4를 참조하면, 작물재배시설(10)에서 무차광(차광시키지 않음) 방식으로 배추를 재배한 경우를 100%로 기준하였을 때 고정차광은 73% 이하이고, 본 발명에 따른 유동차광 방식으로 배추를 재배한 경우에 116%로 고정차광에 비해 현저하게 많은 수확량을 얻을 수 있었다.

첨부한 도 5는 차광방법에 따른 광도 및 차광율의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 5를 참조하면, 배추의 경우 광합성에 필요한 광량은 50 klux이고, 부착차광과 이격차광의 경우 작물재배시설(10)내 유입광량이 모두 50 klux에 못 미치고, 본 발명에 따른 유동차광의 경우에 70 klux의 유입광량을 가지기 때문에 배추에 충분한 광량을 공급하여 배추수확량이 다른 차광방법에 비해 가장 증가하였다.

첨부한 도 6은 일사량 감응에 따른 차광물(11)의 혼입량 조절에 의해 유입광량조절 시뮬레이션을 보여주는 그래프이다.

도 6을 참조하면, 일사량 감응에 따른 차광물(11) 유동에 의해 차광할 경우 광량이 점점 강해지는 조건에서 작물재배시설(10) 내부로 유입되는 광량을 조사한 결과, 일사량이 높은 조건에서도 일사량에 따른 차광물(11) 공급량의 조절에 의해 작물재배시설(10) 내부로의 유입광량이 작물의 광포화점 수준(약 50 klux)으로 유지할 수 있었다.

이와 같이 본 발명은 지구면 도달하는 광량의 변화에 감응하여 시설(10) 내로 유입되는 광량을 신속하게 조절할 수 있어, 고정차광율을 가지는 고정차광망의 설치 시 일기변화에 따른 광 부족현상을 방지할 수 있고, 고온기에 시설(10) 내 온도를 낮추어 작물재배환경을 개선하는 효과가 있다.

또한 겨울철에는 지하수를 이용한 수막 보온 시스템으로 이용이 가능하며, 겨울의 적설 시 지하수 공급으로 눈을 녹여 시설붕괴를 방지하는데 활용할 수 있고, 아울러 봄철의 황사나 기타 오염물 부착을 방지하는데 활용할 수도 있다.

실시예2 : 물과 쉽게 분리되지 않는 차광물(11)을 이용한 유동차광

한편, 본 발명은 물과 쉽게 물리적으로 분리되지 않는 차광물(11)을 이용하는 경우, 이중 터널을 설치하고 운용할 수 있다.

상기 차광물(11)은 물과 쉽게 분리되지 않지만 시간이 다소 경과하면 침전되는 물질로서, 석고 및 유황 등을 이용할 수 있다.

상기 이중 터널이란 일반적으로 이용되는 겨울철 수막재배의 경우와 같이 외부환경에 의해 영향을 거의 받지 않도록 외부로부터 작물을 밀폐시키기 위해 내부와 외부 사이에 일정한 간격의 공간을 가지는 이중벽 구조를 말한다.

예를 들면 내부 수막비닐과 외부 수막비닐 사이에는 30cm의 간격의 공간이 있을 수 있다.

상기 이중 터널을 설치하고 내부 수막비질에 실시예 1에 설명한 바와 같이 차광물(11)과 함께 수막용수를 공급하되, 별도의 차광물(11)을 공급하는 차광물(11) 공급을 위한 모터(24)는 필요가 없고, 일사량에 따른 광량 조절은 이미 수막용수에 현탁되어 있는 물을 수막펌프(13)로 동시에 공급함으로써, 공급물량의 조절로 이루어질 수 있다.

이러한 경우 충분한 규모의 수막용 펌프와 배수관(14)이 필요하며, 배수관(14)의 경사는 실시예 1의 경우처럼 높지 않아도 된다.

또한, 상기 실시예 2는 이중터널을 사용하기 때문에 강우 시 유입 빗물의 유출에 의한 차광물(11)의 방출이 일어나지 않는다.

실시예3 : 특정한 광스펙트럼을 나타내는 차광물(11)을 이용한 유동차광

시설(10) 내로 유입되는 광량 및 광질을 조절하기 위하여, 투과광, 굴절 및 반사광에 의해 특정한 광스펙트럼을 나타내는 차광물(11)을 사용할 수 있다.

상기 특정한 광스펙트럼을 나타내는 차광물(11)로 투명한 재질의 차광물(11)을 사용할 경우에는 차광물(11)의 색에 따라서 투과한 광 또는 표면에서 반사된 광의 스펙트럼이 달라져 시설(10) 내로 유입되고, 광이 투과되지 않는 불투명한 재질의 차광물(11)을 사용할 경우에는 오로지 차광재 표면에서의 반사에 의해 광 스펙트럼이 달라지는 특성을 이용한다.

이와 같이 투과광, 굴절 및 반사광에 의해 특정한 광스펙트럼이 나타내는 차광물(11)을 이용하여 <실시예1>과 같은 방법으로 운용하면 작물의 생육특성에 맞추어 광량 뿐만아니라 광질을 조절할 수 있다.

첨부한 도 7은 물, 유리, 킬레이트철(FeEDTA), 제올라이트, 백색규사, 유황, 적색규사, 흑색규사 등 몇 가지 차광물(11)에 의해 광스펙트럼이 달라지는 특성을 보여주는 한 예다.

차광물(11)의 파장별 광투과 스펙트럼을 조사한 결과, 도 7에 도시한 바와 같이 600nm정도에서 피크(peak)를 보이며, 차광물(11)에 따라 각기 다른 광스펙트럼을 보였다.

이 결과로부터 파장별 광량의 뚜렷한 차이를 비교하기 위하여, 도 8은 물 투과도에 대한 각 차광물(11)의 파장별 투과광량비를 보여주는 그래프이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 적색규사는 550nm이상에서 비율이 높아지고, 유황의 투과광량비는 500nm에서 비율이 높아지기 시작하여 530nm에서 완만하게 유지되었고, 백색규사나 흑색규사는 파장별 비율의 차이가 거의 없었다.

특히 제올라이트는 450nm에서 다소 낮은 비율을 보였고, FeEDTA는 400nm부근에서는 비율이 극히 낮다가 420nm이후 급히 증가하고 500nm에서 완만하게 증가하며 다시 600nm이상에서 비율이 증가하는 등 특이한 광투과 특성을 보였다.

차광물(11)로 이용할 수 있는 예로는 광투과는 잘 되면서 자외선을 차단하는 석영, 적색인 혈암, 불투명하고 흑색인 현무암, 백색규사 등 색을 가지는 여러 가지 광석의 작은 입자가 좋은 예이다.

이처럼 차광물(11)의 종류에 따라 광스펙트럼이 달라지며, 이러한 특성을 작물재배에 활용할 수 있다.

광질이 작물생육에 크게 작용하는데, 인삼재배에서 청색차광망을 사용하는 것이 한 좋은 예이다.

상기 유리온실 및 비닐하우스 등과 같은 작물재배시설(10)은 유입된 태양복사열이 외부로 잘 방출되지 않는 피복조건을 가지기 때문에, 특히 여름철에 온도가 상승하여 작물이 크게 스트레스를 받기도 한다.

재배시설(10)은 기상환경을 인위적으로 조절하여 적합한 재배환경을 조성함으로써 작물생산성을 향상시키기 위한 시설(10)이지만, 여름철에는 지나친 온도상승으로 작물재배에 어려움이 많다.

본 발명은 자연하천수 또는 지하수를 <실시예1>에 설명한 수막용수 저장탱크(15)에 연속적으로 유입시켜 작물재배시설(10)을 냉각시키고, 잉여 수막용수는 다시 배수시키는 방법으로 수막용수의 온도를 떨어뜨려 냉각효율을 증대시킬 수 있으며, 시설지붕 위에 수막을 형성하여 차광에 의한 복사에너지 유입을 차단하고, 열교환에 의한 냉각과 증발냉각에 의한 시설 주변의 온도를 낮출 수도 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구 범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10 : 작물재배시설 11 : 차광물
12 : 공급파이프 13 : 수막펌프
14 : 배수관 15 : 수막용수 저장탱크
16 : 차광물 저장용기 17 : 밸브
18 : 공급라인 19 : 회수라인
20 : 스크류 21 : 스프링쿨러
22 : 비산폭제한판 23 : 회전축
24 : 모터 25 : 컨트롤러
26 : 일사량감지센서

Claims (14)

1. 수막용수에 차광물(11)을 혼입하는 단계;
   상기 차광물(11)이 혼입된 수막용수를 수막펌프(13)에 의해 작물재배시설(10) 위로 압송하는 단계;
   상기 압송된 차광물(11)과 수막용수를 작물재배시설(10)의 지붕 위에 균일하게 분산시켜 수막을 형성하여, 수막과 차광물(11)에 의해 작물재배시설(10)을 냉각 및 차광시켜 온도를 조절하는 단계;
   를 포함하여 이루어지고,
   상기 차광물(11)을 혼입하는 단계는 일사량에 따라 차광물(11)의 혼입량을 조절하여 작물재배시설(10) 내로의 유입광량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 차광물(11)을 혼입하는 단계는 광투과, 굴절 및 반사에 의해 특정한 광스펙트럼을 가지는 차광물(11)을 혼입하여 작물재배시설(10) 내로의 유입되는 광질을 조절하는 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 차광물(11)은 작물재배시설(10)을 차광 및 냉각시킨 후 수막용수와 비중의 차이로 차광물 저장용기(16)에 전량 회수되는 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 차광물(11)과 수막용수는 회수라인(19)에 의해 차광물 저장용기(16)와 수막용수 저장탱크(15)에 각각 회수된 후, 수막펌프(13)에 의해 작물재배시설(10) 위로 재투입되어 순환하는 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 수막용수가 가열되면 수막용수 저장탱크(15)에서 사용한 수막용수를 배수시키고 새로운 수막용수를 공급하는 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각방법.
   
7. 차광물(11)과 수막용수를 저장하는 수막용수 저장탱크(15);
   상기 차광물(11)과 수막용수를 작물재배시설(10)의 지붕 위로 압송하는 수막펌프(13);
   상기 압송된 차광물(11)과 수막용수를 작물재배시설(10)의 지붕 외부에서 지붕 위로 균일하게 분산시켜 수막을 형성하는 공급파이프(12);
   상기 작물재배시설(10)의 지붕에서 흘러내린 차광물(11)과 수막용수를 수막용수 저장탱크(15)로 회수하기 위한 배수관(14);
   을 포함하고, 상기 차광물(11)과 수막에 의해 작물재배시설(10)의 냉각 및 차광이 동시에 이루어지고,
   상기 차광물(11)은 물보다 비중이 높고, 수막펌프(13)에 의해 수막용수와 함께 펌핑가능한 자연광석 분말 또는 수지입자인 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각 시스템.
   
8. 삭제
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 수막용수 저장탱크(15)는 차광물(11)을 수막용수와 분리가능하게 저장할 수 있는 차광물 저장용기(16)를 가지며, 물과 비중의 차이로 차광물을 수막용수와 분리하는 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각 시스템.
   
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 차광물(11)이 수막용수 저장탱크(15)에 혼입되는 량을 일사량에 따라 조절하기 위해 차광물 저장용기(16)의 배출구에 회전가능하게 설치되는 스크류(20);
    상기 스크류(20)와 회전축(23)으로 연결되어 스크류(20)를 회전시키는 모터(24);
    일사량을 감지하기 위한 일사량 감지센서(26);
    상기 일사량 감지센서(26)로부터 감지신호를 받아 모터(24)의 회전수를 제어하여 수막용수에 혼입되는 차광물(11)의 혼입량을 조절하는 컨트롤러(25);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각 시스템.
    
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 차광물(11)은 물과 쉽게 분리되지 않지만 시간이 경과하면 침전되는 석고 또는 유황을 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각 시스템.
    
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 작물재배시설(10)은 일정한 공간을 가운데 두고 내부와 외부에 터널을 가지는 이중 터널 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각 시스템.
    
13. 청구항 7에 있어서,
    상기 공급파이프(12)는 차광물(11)과 수막용수를 균일하게 분산시키기 위해 분사노즐과, 상기 분사노즐의 상부에 비산폭제한판(22)을 가지는 스프링쿨러(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각 시스템.
    
14. 청구항 7에 있어서,
    상기 차광물(11)은 광투과, 굴절 및 반사에 따른 특정한 광스펙트럼을 가지는 석영, 적색 혈암, 현무암, 백색 규사 중 어느 하나를 사용하여 작물재배시설(10) 내로 유입되는 광량 및 광질을 조절하는 것을 특징으로 하는 작물재배시설(10)의 광 및 온도조절을 위한 차광물 유동 차광-냉각 시스템.
    

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