KR101347523B1 - 온실용 냉난방 시스템 및 그의 냉난방 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템은, 온실 내에 장착되어 온실 내의 잉여열 또는 폐열을 회수하거나 온실 내로 열을 공급하는 열교환부; 온실 외에서 열교환부와 이송 라인에 의해 선택적으로 연결 가능하도록 장착되며, 열을 저장하거나 열을 공급하는 데 공통으로 사용 가능한 고온/저온 겸용 축열조; 및 열교환부와 고온/저온 겸용 축열조의 사이에서 이송 라인에 의해 선택적으로 연결 가능하게 구비되어, 열교환부로부터 이송되는 열유체로부터 열을 회수하여 고온/저온 겸용 축열조에 열을 저장하도록 하거나 고온/저온 겸용 축열조로부터 이송되는 열유체에서 열교환부로부터 이송되는 열유체에 열을 공급하여 열교환부로 열을 공급할 수 있도록 하는 히트 펌프부;를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 온실에서 발생하는 잉여열 또는 폐열을 회수하여 난방 에너지로 활용하거나 온실의 냉방을 위해 활용할 수 있어 에너지 사용을 줄일 수 있으며 또한 온실의 복합 환경을 제어할 수 있으며, 아울러 축열조가 단일의 고온/저온 겸용 축열조로 마련됨으로써 시스템 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 시스템 구축을 위한 비용을 줄일 수 있다.
Description
온실용 냉난방 시스템 및 그의 냉난방 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 온실로부터 발생된 잉여열 또는 폐열을 회수하거나 온실로 열을 제공하는 축열조가 단일의 고온/저온 겸용 축열조로 마련됨으로써 시스템 구조를 간소화할 수 있고, 아울러 에너지 효율을 향상시킬 수 있으며 온실의 복합 환경을 제어할 수 있는 온실용 냉난방 시스템 및 그의 냉난방 방법이 개시된다.
최근 첨단화된 온실(greenhouse)은 광, 이산화탄소, 온도, 습도 등의 다양한 생육 환경을 제어함으로써 고품질 농산물을 생산할 뿐 아니라 높은 생산성을 유지하고 있다. 하지만 환경 제어에 이용되는 냉·난방 장치, 이산화탄소 공급 장치, 보광 등은 많은 에너지를 소모하기 때문에 온실 운영비에서 에너지 비용이 최대 49.5%까지 차지하는 것으로 보고되고 있다.
특히, 에너지 사용의 대부분을 차지하는 겨울철 난방 경우에는 유류, 석탄, 가스 등의 화석 연료가 주 에너지원이다. 이와 같은 현상은 화석 에너지 비용의 상승에 의한 온실 농가의 경쟁력 하락뿐만 아니라, 화석 에너지 사용에 따른 온실 가스 발생의 환경오염 문제의 원인이 되고 있다. 특히 이산화탄소 공급의 경우에는 온실 가스인 이산화탄소 자체를 이용한다는 점에서 우려되는 점이 크다.
한편, 온실의 환경 제어를 수행하는 과정에서는 상당량의 회수 가능한 열에너지가 발생한다. 태양광에 의해 온도가 상승한 온실 내부 공기 열에너지와 연소식 이산화탄소 발생기를 이용할 경우 배기가스에 포함된 열에너지, 보광 장치에서 발생하는 열에너지가 모두 회수 가능한 열에너지라고 할 수 있다.
따라서 이와 같은 열에너지를 효과적으로 활용할 수 있다면 화석 연료 사용을 줄이는 동시에 에너지 절감 효과도 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 온실에서 발생하는 잉여열 또는 폐열을 회수하여 난방 에너지로 활용하거나 온실의 냉방을 위해 활용할 수 있어 에너지 사용을 줄일 수 있으며 또한 온실의 복합 환경을 제어할 수 있는 온실용 냉난방 시스템 및 그의 냉난방 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 온실로부터 발생된 잉여열 또는 폐열을 회수하거나 온실로 열을 제공하는 축열조가 단일의 고온/저온 겸용 축열조로 마련됨으로써 시스템 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 시스템 구축을 위한 비용을 줄일 수 있는 온실용 냉난방 시스템 및 그의 냉난방 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 온실에서 발생 가능한 잉여열 또는 폐열을 이용하여 상기 온실의 냉방 또는 난방을 실행하는 온실용 냉난방 시스템으로서, 상기 온실 내에 장착되어 상기 온실 내의 잉여열 또는 폐열을 회수하거나 상기 온실 내로 열을 공급하는 열교환부; 상기 온실 외에서 상기 열교환부와 이송 라인에 의해 선택적으로 연결 가능하도록 장착되며, 열을 저장하거나 열을 공급하는 데 공통으로 사용 가능한 고온/저온 겸용 축열조; 및 상기 열교환부와 상기 고온/저온 겸용 축열조의 사이에서 상기 이송 라인에 의해 선택적으로 연결 가능하게 구비되어, 상기 열교환부로부터 이송되는 열유체로부터 열을 회수하여 상기 고온/저온 겸용 축열조에 열을 저장하도록 하거나 상기 고온/저온 겸용 축열조로부터 이송되는 열유체에서 상기 열교환부로부터 이송되는 열유체에 열을 공급하여 상기 열교환부로 열을 공급할 수 있도록 하는 히트 펌프부;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 온실에서 발생하는 잉여열 또는 폐열을 회수하여 난방 에너지로 활용하거나 온실의 냉방을 위해 활용할 수 있어 에너지 사용을 줄일 수 있으며 또한 온실의 복합 환경을 제어할 수 있으며, 아울러 온실로부터 발생된 잉여열 또는 폐열을 회수하거나 온실로 열을 제공하는 축열조가 단일의 고온/저온 겸용 축열조로 마련됨으로써 시스템 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 시스템 구축을 위한 비용을 줄일 수 있다.
또한, 상기 온실용 냉난방 시스템은, 상기 열교환부, 상기 고온/저온 겸용 축열조 및 상기 히트 펌프부를 연결하는 상기 이송 라인에 장착되어 상기 열교환부, 상기 고온/저온 겸용 축열조 및 상기 히트 펌프부 간을 선택적으로 연결시키는 연결부를 더 포함할 수 있다.
상기 히트 펌프부는, 증발기, 응축기, 상기 증발기와 상기 응축기 사이에 마련되는 팽창기 및 압축기를 포함할 수 있다.
상기 연결부는, 상기 온실로부터 열회수 시, 상기 열교환부로부터 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체가 상기 히트 펌프부의 상기 증발기를 거쳐 다시 상기 열교환부로 순환할 수 있도록, 그리고 상기 고온/저온 겸용 축열조로부터 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체가 상기 히트 펌프부의 상기 응축기를 거쳐 다시 상기 고온/저온 겸용 축열조로 순환할 수 있도록 선택적으로 연결될 수 있다.
상기 연결부는, 상기 온실의 난방 시, 상기 고온/저온 겸용 축열조로부터 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체가 상기 히트 펌프부의 상기 증발기를 거쳐 다시 상기 고온/저온 겸용 축열조로 순환될 수 있도록, 상기 열교환부로부터 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체가 상기 히트 펌프부의 상기 응축기를 거쳐 다시 상기 열교환부로 순환할 수 있도록 선택적으로 연결될 수 있다.
상기 연결부는, 상기 온실의 냉방 시 또는 상기 온실의 난방 시, 상기 열교환부에 연결된 상기 이송 라인과 상기 고온/저온 겸용 축열조에 연결된 상기 이송 라인이 바로 연결될 수 있도록 선택적으로 연결될 수 있다.
상기 고온/저온 겸용 축열조는 저장된 열유체의 열량을 향상시키기 위하여 지하수 또는 지열을 제공하는 지하수/지열 제공부와 직접 연결될 수 있다.
상기 이송 라인에는 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체를 보충하는 열유체 보충탱크가 장착될 수 있다.
상기 이송 경로에는 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체에 추가적인 열을 공급하기 위한 보일러가 장착될 수도 있다.
상기 온실 내에는 상기 온실 내 식물의 광합성 개선을 위한 보광부, 상기 온실의 열의 이탈을 줄이기 위한 보온 스크린 또는 과도한 태양광 유입을 차단하는 차광 스크린 중 적어도 어느 하나가 선택적으로 구비될 수 있다.
상기 온실용 냉난방 시스템은, 상기 온실 내로 이산화탄소를 제공하는 연소식 이산화탄소 발생부를 더 포함하며, 상기 연소식 이산화탄소 발생부의 작동에 의해 발생되는 연소열의 이동 경로에 상기 고온/저온 겸용 축열조와 연결되는 열교환부를 장착하여 상기 연소열을 회수할 수 있다.
상기 열교환부는 상기 온실 내에서 천장 및 하부에 배치되는 복수 개의 팬코일 유닛(Fan Coil Unit)을 포함할 수 있다.
상기 연결부는 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체의 흐름을 변경시키는 솔레노이드 밸브 타입으로 마련될 수 있다.
상기 열교환부와 연결된 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체는 부동액이 포함된 열유체, 정제수 또는 부식 방지 열유체이거나 이들의 혼합 유체이며, 상기 고온/저온 겸용 축열조에 연결된 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체는 물 또는 지하수일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템을 이용한 온실의 냉난방 방법은, 온실 내의 온도가 미리 설정된 제1 온도보다 높은 경우 냉방을 수행하고, 온실 내의 온도가 미리 설정된 제2 온도보다 낮은 경우 난방을 수행함으로써 계절 또는 상기 온실의 실내 온도에 따라 상기 온실용 냉난방 시스템의 운영을 선택적으로 변경할 수 있다.
여기서, 상기 제1 온도는 사계절 중 여름의 주간에는 30℃ 이하 이고 야간에는 25℃ 이하 이며, 상기 제1 온도보다 상기 온실 내의 실내 온도가 높은 경우 여름이라 할 지라도 상기 온실 내에 장착된 보온 스크린을 작동시키고 상기 냉난방 시스템을 이용하여 상기 온실을 냉방시킬 수 있다.
상기 제2 온도는 사계절 중 겨울의 주야간에는 5 ~ 20℃로 설정될 수 있고, 상기 제2 온도보다 상기 온실 내의 실내 온도가 낮은 경우 주간이라 할 지라도 상기 온실 내에 장착된 보온 스크린과 보광부를 작동시키고 상기 냉난방 시스템을 이용하여 상기 온실을 난방시킬 수 있다.
상기 온실 내의 실내 온도가 상기 제1 온도 및 상기 제2온도의 사이 온도일 경우, 상기 고온/저온 겸용 축열조에 상기 온실 내의 열을 회수하되 정해진 열의 수치만큼 고온/저온 겸용 축열조에 회수되는 경우 상기 온실에 개폐 가능하게 장착된 창을 개방함으로써 상기 온실 내의 실내 온도를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 온실에서 발생하는 잉여열 또는 폐열을 회수하여 난방 에너지로 활용하거나 온실의 냉방을 위해 활용할 수 있어 에너지 사용을 줄일 수 있으며 또한 온실의 복합 환경을 제어할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 온실로부터 발생된 잉여열 또는 폐열을 회수하거나 온실로 열을 제공하는 축열조가 단일의 고온/저온 겸용 축열조로 마련됨으로써 시스템 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 시스템 구축을 위한 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 온실의 냉방 시 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 온실의 난방 시 도 1의 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 냉난방시 온실의 열교환부와 고온/저온 겸용 축열조가 직접 연결되는 도 1의 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 온실의 난방 시 도 1의 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 냉난방시 온실의 열교환부와 고온/저온 겸용 축열조가 직접 연결되는 도 1의 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 온실의 냉방 시 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 온실의 난방 시 도 1의 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 냉난방시 온실의 열교환부와 고온/저온 겸용 축열조가 직접 연결되는 도 1의 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템(100)은, 온실(101)에서 발생 가능한 잉여열(또는 폐열)을 이용하여 온실(101)의 냉방 또는 난방을 실행하는 시스템으로서, 온실(101) 내에 장착되어 온실(101) 내의 잉여열을 회수하거나 온실(101) 내로 열을 공급하는 열교환부(110)와, 온실(101) 외에서 열교환부(110)와 이송 라인(120)에 의해 선택적으로 연결 가능하도록 장착되어 열을 저장하거나 열을 공급하는 데 공통으로 사용 가능한 고온/저온 겸용 축열조(130)와, 열교환부(110)와 고온/저온 겸용 축열조(130)의 사이에서 이송 라인(120)에 의해 선택적으로 연결 가능하도록 구비되어 열교환부(110)로부터 이송되는 열유체로부터 열을 회수하여 고온/저온 겸용 축열조(130)로 이동시키거나 고온/저온 겸용 축열조(130)로부터 이송된 열유체에서 열교환부(110)로부터 이송되는 열유체에 열을 공급하여 열교환부(110)로 열을 제공하는 히트 펌프부(140)를 포함할 수 있다.
또한, 열교환부(110), 고온/저온 겸용 축열조(130) 및 히트 펌프부(140)를 연결하는 이송 라인(120)에 장착되어, 냉방 또는 난방에 따라 열교환부(110), 고온/저온 겸용 축열조(130) 및 히트 펌프부(140) 간을 선택적으로 연결시키는 연결부(150)를 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 온실(101)에서 발생하는 잉여열 또는 폐열을 회수하여 난방 에너지로 활용하거나 온실(101)의 냉방을 위해 활용할 수 있어 에너지 사용을 줄일 수 있으며 또한 온실(101)의 복합 환경을 제어할 수 있다.
각각의 구성에 대해 설명하면, 먼저, 본 실시예의 열교환부(110)는, 도 1에 도시된 것처럼, 온실(101) 내에서 천장 및 하부에 배치되는 복수 개의 팬코일 유닛(Fan Coil Unit, 111a, 111b)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의해서, 온실(101) 내의 열을 전반적으로 회수할 수 있으며 또한 열을 공급할 수 있다. 즉, 열교환이 활발하게 이루어질 수 있는 것이다.
도 1을 참조하면, 온실(101) 내에서 천장에 설치되는 팬코일 유닛(111a)들과 하부에 배치되는 팬코일 유닛(111b)들은 병렬 상태로 배치됨으로써 각각의 이송 라인(120a)으로 열을 회수하거나 각각의 이송 라인(120a)을 통해 이송된 열을 온실(101) 내로 제공할 수 있다.
한편, 본 실시예의 고온/저온 겸용 축열조(130)는, 온실(101)의 냉방 시뿐만 아니라 온실(101)의 난방 시에도 적용될 수 있는 구조를 갖는다. 다시 말해, 종래에는, 냉방을 위한 축열조와 난방을 위한 축열조가 개별적으로 마련되었으나, 본 실시예의 고온/저온 겸용 축열조(130)는 냉방 및 난방 시 모두에 적용될 수 있어 시스템의 간소화를 이룰 수 있도록 하고 또한 비용을 절감할 수 있도록 한다.
이러한 고온/저온 겸용 축열조(130)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼, 후술할 히트 펌프부(140)를 이용하여 온실(101) 내의 열을 회수하거나 또는 온실(101) 내로 열을 공급할 수 있도록 한다. 또한 히트 펌프부(140)를 거치지 않고 이송 라인(120)에 의해 바로 열교환부(110)와 고온/저온 겸용 축열조(130)를 연결시킴으로써 온실(101) 내의 열을 회수하거나 또는 온실(101) 내로 열을 공급할 수도 있다. 이에 대해서는 자세히 후술하기로 한다.
한편, 본 실시예의 히트 펌프부(140)는, 열교환부(110)와 고온/저온 겸용 축열조(130)의 사이에서 이송 라인(120)에 의해 연결되며, 열교환부(110)로부터 이송된 열유체로부터 열을 회수하여 고온/저온 겸용 축열조(130)에 열을 저장하도록 하거나 또는 고온/저온 겸용 축열조(130)에서 열을 공급 받아 열교환부(110)로 이송되는 열유체에 열을 제공할 수 있도록 한다.
이러한 히트 펌프부(140)는, 도 1에 개략적으로 도시된 것처럼, 열을 증발시키는 증발기(141)와, 열을 응축하는 응축기(142)와, 증발기(141)와 응축기(142) 사이에 개재되는 팽창기(143) 및 압축기(144)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의해서, 예를 들면, 온실(101)의 냉방 시 증발기(141)로 열 회수를 위한 열유체를 이동시키고 또한 응축기(142)를 거치도록 고온/저온 겸용 축열조(130)로부터 열유체를 순환시킴으로써 열교환부(110)로 이송되는 열유체로부터 고온/저온 겸용 축열조(130)로 순환되는 열유체로 열을 이동시킬 수 있어 열교환부(110)를 통해 온도 저하된 유체를 제공할 수 있다. 반대로, 온실(101)의 난방 시에도 열교환부(110)를 통해 온도 상승된 열유체를 제공할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 본 실시예의 연결부(150)는, 열교환부(110), 고온/저온 겸용 축열조(130) 및 히트 펌프부(140)를 연결하는 이송 라인(120)에 장착되어 열유체의 흐름을 변경시키는 부분으로서 솔레노이드 밸브 타입으로 마련될 수 있다. 이러한 연결부(150)는, 도 1에 도시된 것처럼, 온실(101)의 냉방 시에는 열교환부(110)에 연결된 이송 라인(120a)과 히트 펌프부(140)의 증발기(141)에 연결된 이송 라인(120c)이 연결되고 고온/저온 겸용 축열조(130)의 이송 라인(120b)과 히트 펌프부(140)의 응축기(142)에 연결된 이송 라인(120d)이 연결되도록 위치 변경될 수 있다.
또한, 온실(101)의 난방 시 연결부(150)는, 도 2 도시된 것처럼, 열교환부(110)에 연결된 이송 라인(120a)과 히트 펌프부(140)의 응축기(142)에 연결된 이송 라인(120d)이 연결되고 고온/저온 겸용 축열조(130)에 연결된 이송 라인(120b)과 히트 펌프부(140)의 증발기(141)에 연결된 이송 라인(120c)이 연결되도록 위치 변경될 수 있다.
아울러, 열교환부(110)와 고온/저온 겸용 축열조(130)의 직접적인 열교환을 위해서는, 도 3에 도시된 것처럼, 열교환부(110)에 연결된 이송 라인(120a)과 고온/저온 겸용 축열조(130)에 연결된 이송 라인(120b)을 직접 연결할 수 있도록 연결부(150)는 위치 변경될 수도 있다.
즉, 온실(101)의 냉방 또는 난방 시 또는 고온/저온 겸용 축열조(130)와의 직접 연결 등에 따라 솔레노이드 밸브 타입의 연결부(150)는 선택적으로 위치 변경될 수 있는 것이다.
한편, 본 실시예에서는, 온실(101) 내를 순환하는 열유체와, 고온/저온 겸용 축열조(130)에 연결된 이송 라인(120b)을 따라 이송되는 열유체가 분리가 되는 구조를 갖는다. 따라서 온실(101) 내 열교환부(110)를 순환하는 열유체와 고온/저온 겸용 축열조(130)의 열유체를 분리할 수 있다.
여기서, 많은 양이 요구되는 고온/저온 겸용 축열조(130)의 열유체는 물 또는 지하수를 이용할 수 있으며, 온실(101)을 순환하는 열유체는 상대적으로 적은 양이면 되기 때문에 부동액이 포함된 열유체, 정제수, 부식 방지 열유체 등이 이용될 수 있으며, 이에 따라 배관으로 마련되는 이송 라인(120)의 동파 부식 등을 방지할 수 있다.
한편, 이하에서는, 온실(101)의 냉방 시, 난방 시, 고온/저온 겸용 축열조(130)와의 직접 연결에 의한 냉난방 시 본 발명의 일 실시예에 따른 온실(용 냉난방 시스템(100)의 구성에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
온실의 냉방 시(
열회수
시)
온실(101) 내부에 잉여열이 발생되어 이를 회수함으로써 온실(101) 내를 냉방시키는 경우, 도 1에 도시된 것처럼, 연결부(150)를 A 위치로 변경시킨다. 그러면, 온실(101) 내에서 천장 및 하부에 배치된 팬코일 유닛(111a, 111b)으로부터 회수된 열은 이송 라인(120a, 120c)을 따라 히트 펌프부(140)의 증발기(141)로 이송될 수 있다. 그리고 증발기(141)를 거치면서 열을 빼앗긴 후 다시 이송 라인(120c, 120a)을 거쳐서 다시 열교환부(110)를 통해 온실(101) 내로 제공될 수 있다.
이 때, 고온/저온 겸용 축열조(130)와 히트 펌프부(140)의 응축기(142)를 연결하는 이송 라인(120b, 120d)을 통해 열유체가 흐르는데, 이 열유체는 열교환부(110)로부터 증발기(141)로 지나는 열유체로부터 열을 흡수한 후 고온/저온 겸용 축열조(130)로 이동함으로써 고온/저온 겸용 축열조(130)에 열을 저장할 수 있다.
즉, 온실(101)의 냉방을 위해 연결부(150)가 A 위치에 배치되는 경우, 열교환부(110) 및 히트 펌프부(140)의 증발기(141)를 연결하는 이송 라인(120a, 120c)을 순환하는 열유체와, 고온/저온 겸용 축열조(130) 및 히트 펌프부(140)의 응축기(142)를 연결하는 이송 라인(120b, 120d)을 순환하는 열유체 사이에 열교환이 이루어져 온도 저하된 유체를 온실(101) 내의 열교환부(110)로 제공할 수 있는 것이다.
다만, 이러한 구조를 갖는 온실용 냉난방 시스템(100)의 경우, 열교환부(110)에 연결된 이송 라인(120a)을 따라 이송되는 열유체가 부족한 경우 열유체를 보충할 수 있도록 이송 라인(120a) 상에 열유체 보충탱크(115)가 장착될 수 있다.
또한, 열회수된 유체가 온실(101) 내의 천장에 있는 팬코일 유닛(111a) 및 하부에 있는 팬코일 유닛(111b) 중 선택된 팬코일 유닛(111a, 111b)에 공급될 수 있도록 이송 라인(120a) 상에는 솔레노이드 밸브 타입의 유체 조절부(117)가 장착될 수 있다. 이러한 유체 조절부(117)는, 도 1에 도시된 것처럼, 온실(101)의 냉방의 경우 이송 라인(120a)을 통해 열유체가 이송할 수 있도록 D 위치를 가짐으로써 온실(101)의 천장에 있는 팬코일 유닛(111a) 및 하부에 있는 팬코일 유닛(111b) 모두의 이송 라인(120a)으로 온도 저하된 열유체가 흐를 수 있도록 한다.
온실의 난방 시
온실(101)에 난방이 요구되는 경우, 도 2에 도시된 것처럼, 연결부(150)를 B 위치로 변경시킨다. 그러면, 열교환부(110)에 연결된 이송 라인(120a) 및 히트 펌프부(140)의 응축기(142)에 연결된 이송 라인(120d)이 연결되어 이들 이송 라인(120a, 120d)을 따라 열유체가 순환할 수 있고, 또한 고온/저온 겸용 축열조(130)에 연결된 이송 라인(120b) 및 히트 펌프부(140)의 증발기(141)에 연결된 이송 라인(120c)이 연결되어 이들 이송 라인(120b, 120c)을 따라 상대적으로 고온의 열유체가 순환될 수 있다.
이 때, 증발기(141)를 통과하는 상대적으로 고온의 열유체로부터 응축기(142)를 통과하는 상대적으로 저온인 열유체에 열을 제공함으로써 응축기(142)를 통과하는 열유체는 온도 상승될 수 있으며, 따라서 온도 상승된 열유체가 열교환부(110)로 제공될 수 있다.
이에 따라, 온실(101) 내에 배치된 열교환부(110)로 온도 상승된 열유체가 제공됨으로써 온실(101) 내부는 난방이 이루어질 수 있다.
다만, 이 때, 응축기(142)를 통과한 열유체의 온도 상승을 보다 크게 하기 위해 응축기(142)와 열교환부(110)를 잇는 이송 라인(120a) 상에는 유체를 가열하는 보일러(118)가 장착될 수 있다.
또한, 열교환부(110)의 팬코일 유닛(111a, 111b)들 중 하부에 배치된 팬코일 유닛(111b)으로만 가열된 열유체가 공급될 수 있도록 전술한 유체 조절부(117)는 E 상태로 위치 변경될 수 있다.
한편, 온실(101)의 난방 시 고온/저온 겸용 축열조(130)의 열량이 부족할 경우, 보조 열원으로 지하수/지열로부터의 열을 이용할 수 있도록, 고온/저온 겸용 축열조(130)는, 도 2에 도시된 것처럼, 지하수 지열 제공부(133)와 연결될 수 있다.
또한, 고온/저온 겸용 축열조(130)는 외부로 열을 직접 방출하거나 외부로부터 열을 직접 흡수하기 위하여 축열 열교환부(135)와 직접 연결되며, 따라서 온실(101)의 난방 시 고온/저온 겸용 축열조(130)의 열이 부족하더라도 보조 열원을 마련할 수 있다.
한편, 온실(101)의 난방 시 온실(101)의 난방 효율을 향상시키기 위해, 온실(101)에는, 도 2에 도시된 것처럼, 복수 개의 보광부(103), 온실(101)의 열 이탈 방지를 위한 보온 스크린(105) 그리고 과도한 태양광 유입을 차단하는 차광 스크린(미도시) 등이 마련될 수 있으며, 이에 따라 에너지 효율을 향상시킴으로써 비용 절감을 구현할 수 있다. 이러한 구성들에 의해, 특히 겨울철 난방 효율을 향상시킬 수 있어 에너지 사용을 줄일 수 있다.
온실의 냉난방 시(
열교환부
및 고온/저온 겸용 축열조 직접 연결)
온실(101)의 냉방 또는 난방이 요구되되 히트 펌프부(140)를 거치지 않고 냉난방을 하고자 하는 경우 도 3에 도시된 것처럼, 연결부(150)를 C 위치로 변경시킨다. 즉, 온실(101)의 냉방 시 또는 난방 시 열교환부(110)에 연결된 이송 라인(120a)과 고온/저온 겸용 축열조(130)에 연결된 이송 라인(120b)을 직접 연결함으로써 온실(101)의 냉방 시 열교환부(110)로부터 회수된 열을 바로 고온/저온 겸용 축열조(130)에 이송시켜 열을 저장할 수 있으며, 반대로 온실(101)의 난방 시 고온/저온 겸용 축열조(130)로부터 열교환부(110)로 바로 열을 공급할 수 있다.
온실(101)의 냉방 시, 가령 고온/저온 겸용 축열조(130)의 온도가 충분히 낮은 경우 히트 펌프부(140)를 작동시키지 않고 열교환부(110)와 고온/저온 겸용 축열조(130)를 바로 연결시켜 열회수를 할 수 있다. 이 때, 고온/저온 겸용 축열조(130)가 잉여열을 흡수하여 온도가 올라가면 연결부(150)를 다시 A 위치로 변경함으로써 히트 펌프부(140)를 가동시킬 수 있다.
그리고 온실(101)의 난방 시, 고온/저온 겸용 축열조(130)의 온도가 충분히 높은 경우 마찬가지로 히트 펌프부(140)를 작동시키지 않고 열교환부(110)와 고온/저온 겸용 축열조(130)를 바로 연결시켜 열교환부(110)로 열을 공급할 수 있다. 이 때, 난방을 위한 열의 공급으로 고온/저온 겸용 축열조(130)의 온도가 저하되면 연결부(150)를 다시 C 위치로 변경함으로써 히트 펌프부(140)를 가동시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 온실(101)에서 발생하는 잉여열 또는 폐열을 회수하여 난방 에너지로 활용하거나 온실(101)의 냉방을 위해 활용할 수 있어 에너지 사용을 줄일 수 있으며 또한 온실(101)의 복합 환경을 제어할 수 있고, 또한 온실(101)로부터 발생된 잉여열 또는 폐열을 회수하거나 온실(101)로 열을 제공하는 축열조가 단일의 고온/저온 겸용 축열조(130)로 마련됨으로써 시스템 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 시스템 구축을 위한 비용을 줄일 수 있다.
한편, 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템(100)의 온실 냉난방 방법에 대해서 설명하기로 한다.
본 실시예의 온실용 냉난방 시스템(100)은 계절 또는 온실(101)의 실내 온도에 따라 온실용 냉난방 시스템(100)의 운영을 선택적으로 변경할 수 있다.
가령, 사계절 중 여름에 온실(101) 내의 실내 온도가 미리 설정된 제1 온도보다 높은 경우 냉방을 수행할 수 있고, 사계절 중 겨울에 온실(101) 내의 실내 온도가 미리 설정된 제2 온도보다 낮은 경우 난방을 수행할 수 있다.
부연 설명하면, 여름철에 온실용 냉난방 시스템(100)을 가동시키는 기준 온도가 되는 제1 온도는 예를 들면 주간에는 30℃의 온도일 수 있고, 야간에는 25℃(폭염의 기준 온도) 이하의 온도일 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다. 따라서 주간 또는 야간 시 설정된 제1 온도보다 온실(101)의 실내 온도가 높게 올라가는 경우 온실용 냉난방 시스템(100)은, 도 1에 도시된 것처럼, 냉방 시스템으로 작동되어 온실(101)의 온도를 저하시킬 수 있다. 이 때 보온 스크린이 작동되어 온실(101)의 냉방 효과를 향상시킬 수 있다.
한편, 겨울철에 온실용 냉난방 시스템(100)을 가동시키는 기준 온도가 되는 제2 온도는 예를 들면 5 ~ 20℃로 설정될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다. 따라서 설정된 제2 온도보다 온실(100)의 실내 온도가 낮게 내려가는 경우 온실용 냉난방 시스템(100)은, 도 2에 도시된 것처럼, 난방 시스템으로 작동되어 온실(101)의 온도를 상승시킬 수 있다. 이 때 보온 스크린을 작동시키고 아울러 보광부를 작동시킴으로써 온실(101)의 난방 효과를 상승시킬 수 있다.
그리고, 일반적으로 봄 또는 가을의 경우, 온실(101) 내의 실내 온도는 제1 온도 및 제2 온도의 사이 온도일 수 있는데, 이 경우 고온/저온 겸용 축열조(130)에 온실(101) 내의 열을 회수하되 정해진 열의 수치만큼 고온/저온 겸용 축열조(130)에 회수되는 경우 온실(101)에 개폐 가능하게 장착된 창을 개방함으로써 온실(101) 내의 실내 온도를 조절할 수 있다. 즉, 고온/저온 겸용 축열조(130)로 열의 회수를 하되 고온/저온 겸용 축열조(130)에 열량이 충분히 확보되는 경우 창을 개방하여 온실(101) 내의 온도를 조절할 수 있는 것이다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템(100)의 온실 냉난방 방법은 계절 및 온실(101)의 실내 온도에 따라 적절하게 냉방 및 난방을 함으로써 온실(101)의 복합 환경을 효율적으로 제어할 수 있다.
한편, 이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템에 대해 설명하되, 전술한 일 실시예의 온실용 냉난방 시스템과 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이에 도시된 것처럼, 본 발명의 다른 실시예에 따른 온실용 냉난방 시스템(200)은 온실(201) 내로 이산화탄소를 공급하기 위한 연소식 이산화탄소 발생부(260)가 구비된다. 여기서, 연소식 이산화탄소 발생부(260)의 작동에 의해 이산화탄소를 생성할 때 연소열이 발생될 수 있는데, 본 실시예의 온실용 냉난방 시스템(200)은 연소열의 이동 경로에 열교환부(270)가 장착되고 열교환부(270)와 고온/저온 겸용 축열조(230)가 이송 라인에 의해 연결됨으로써 연소열을 회수할 수 있다.
즉, 연소식 이산화탄소 발생부(260)의 작동 시 발생되는 열을 고온/저온 겸용 축열조(230)에 저장할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연소식 이산화탄소 발생부(230)의 가동 결과 발생되는 열 또한 고온/저온 겸용 축열조(230)에 저장할 수 있어 효과적으로 온실(201)의 복합 환경을 제어할 수 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 온실용 냉난방 시스템
101 : 온실 110 : 열교환부
111a, 111b : 팬코일 유닛 120 : 이송 라인
130 : 고온/저온 겸용 축열조 140 : 히트 펌프부
141 : 증발기 142 : 응축기
150 : 연결부 260 : 연소식 이산화탄소 발생부
101 : 온실 110 : 열교환부
111a, 111b : 팬코일 유닛 120 : 이송 라인
130 : 고온/저온 겸용 축열조 140 : 히트 펌프부
141 : 증발기 142 : 응축기
150 : 연결부 260 : 연소식 이산화탄소 발생부
Claims (17)
- 온실에서 발생 가능한 잉여열 또는 폐열을 이용하여 상기 온실의 냉방 또는 난방을 실행하는 온실용 냉난방 시스템에 있어서,
상기 온실 내에 장착되어 상기 온실 내의 잉여열 또는 폐열을 회수하거나 상기 온실 내로 열을 공급하는 열교환부;
상기 온실 외에서 상기 열교환부와 이송 라인에 의해 선택적으로 연결 가능하도록 장착되며, 열을 저장하거나 열을 공급하는 데 공통으로 사용 가능한 고온/저온 겸용 축열조;
상기 열교환부와 상기 고온/저온 겸용 축열조의 사이에서 상기 이송 라인에 의해 선택적으로 연결 가능하게 구비되어, 상기 열교환부로부터 이송되는 열유체로부터 열을 회수하여 상기 고온/저온 겸용 축열조에 열을 저장하도록 하거나 상기 고온/저온 겸용 축열조로부터 이송되는 열유체에서 상기 열교환부로부터 이송되는 열유체에 열을 공급하여 상기 열교환부로 열을 공급할 수 있도록 하는 히트 펌프부; 및
상기 열교환부, 상기 고온/저온 겸용 축열조 및 상기 히트 펌프부를 연결하는 상기 이송 라인에 장착되어 상기 열교환부, 상기 고온/저온 겸용 축열조 및 상기 히트 펌프부 간을 선택적으로 연결시키는 연결부;
를 포함하며,
상기 히트 펌프부는, 증발기, 응축기, 상기 증발기와 상기 응축기 사이에 마련되는 팽창기 및 압축기를 포함하며,
상기 연결부는, 상기 온실로부터 열회수 시, 상기 열교환부로부터 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체가 상기 히트 펌프부의 상기 증발기를 거쳐 다시 상기 열교환부로 순환할 수 있도록, 그리고 상기 고온/저온 겸용 축열조로부터 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체가 상기 히트 펌프부의 상기 응축기를 거쳐 다시 상기 고온/저온 겸용 축열조로 순환할 수 있도록 선택적으로 연결되며,
상기 연결부는, 상기 온실의 난방 시, 상기 고온/저온 겸용 축열조로부터 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체가 상기 히트 펌프부의 상기 증발기를 거쳐 다시 상기 고온/저온 겸용 축열조로 순환될 수 있도록, 상기 열교환부로부터 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체가 상기 히트 펌프부의 상기 응축기를 거쳐 다시 상기 열교환부로 순환할 수 있도록 선택적으로 연결되며,
상기 연결부는, 상기 온실의 냉방 시 또는 상기 온실의 난방 시, 상기 열교환부에 연결된 상기 이송 라인과 상기 고온/저온 겸용 축열조에 연결된 상기 이송 라인이 바로 연결될 수 있도록 선택적으로 연결되는 온실용 냉난방 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 고온/저온 겸용 축열조는 저장된 열유체의 열량을 향상시키기 위하여 지하수 또는 지열을 제공하는 지하수/지열 제공부와 직접 연결되는 온실용 냉난방 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이송 라인에는 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체를 보충하는 열유체 보충탱크가 장착되는 온실용 냉난방 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이송 경로에는 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체에 추가적인 열을 공급하기 위한 보일러가 장착되는 온실용 냉난방 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 온실 내에는 상기 온실 내 작물의 광합성 개선을 위한 보광부, 상기 온실의 열의 이탈을 줄이기 위한 보온 스크린 또는 과도한 태양광 유입을 차단하는 차광 스크린 중 적어도 어느 하나가 선택적으로 구비되는 온실용 냉난방 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 온실 내로 이산화탄소를 제공하는 연소식 이산화탄소 발생부를 더 포함하며,
상기 연소식 이산화탄소 발생부의 작동에 의해 발생되는 연소열의 이동 경로에 상기 고온/저온 겸용 축열조와 연결되는 열교환부를 장착하여 상기 연소열을 회수하는 온실용 냉난방 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 열교환부는 상기 온실 내에서 천장 및 하부에 배치되는 복수 개의 팬코일 유닛(Fan Coil Unit)을 포함하는 온실용 냉난방 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 연결부는 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체의 흐름을 변경시키는 솔레노이드 밸브 타입으로 마련되는 온실용 냉난방 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 열교환부와 연결된 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체는 부동액이 포함된 열유체, 정제수 또는 부식 방지 열유체이거나 이들의 혼합 유체이며,
상기 고온/저온 겸용 축열조에 연결된 상기 이송 라인을 따라 이송되는 열유체는 물 또는 지하수인 온실용 냉난방 시스템.
- 제1항, 제6항, 제7항, 제8항, 제9항, 제10항, 제11항, 제12항 또는 제13항 중 어느 한 항에 따른 온실용 냉난방 시스템을 이용한 온실의 냉난방 방법에 있어서,
온실 내의 온도가 미리 설정된 제1 온도보다 높은 경우 냉방을 수행하고, 온실 내의 온도가 미리 설정된 제2 온도보다 낮은 경우 난방을 수행함으로써 계절 또는 상기 온실의 실내 온도에 따라 상기 온실용 냉난방 시스템의 운영을 선택적으로 변경하는 온실의 냉난방 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 제1 온도는 사계절 중 여름의 주간에는 30℃ 이하이고 야간에는 25℃ 이하이며, 상기 제1 온도보다 상기 온실 내의 실내 온도가 높은 경우 여름 이라 할지라도 상기 온실 내에 장착된 보온 스크린을 작동시키고 상기 냉난방 시스템을 이용하여 상기 온실을 냉방시키는 온실의 냉난방 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 제2 온도는 사계절 중 겨울의 주야간에는 5 ~ 20℃ 로 설정될 수 있고, 상기 제2 온도보다 상기 온실 내의 실내 온도가 낮은 경우 주간이라 할 지라도 상기 온실 내에 장착된 보온 스크린과 보광부를 작동시키고 상기 냉난방 시스템을 이용하여 상기 온실을 난방시키는 온실의 냉난방 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 온실 내의 실내 온도가 상기 제1 온도 및 상기 제2온도의 사이 온도일 경우, 상기 고온/저온 겸용 축열조에 상기 온실 내의 열을 회수하되 정해진 열의 수치만큼 고온/저온 겸용 축열조에 회수되는 경우 상기 온실에 개폐 가능하게 장착된 창을 개방함으로써 상기 온실 내의 실내 온도를 조절하는 온실의 냉난방 방법.
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2011
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