KR101357747B1 - Environment controlling equipment of greenhouse and the cotrolling method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 시설 하우스의 환경제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작물의 생장을 위해 주변 환경을 효과적으로 제어할 수 있는 환경제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an environmental control apparatus of a facility house, and more particularly, to an environmental control apparatus and a control method thereof capable of effectively controlling the surrounding environment for the growth of crops.
시설 하우스는 외부 환경과 격리된 공간에서 채소류나 화훼류의 촉성 재배나 열대 식물을 재배하기 위한 인공 시설물을 말한다.A facility house is an artificial facility for the promotion of vegetable or flower-promoting cultivation or cultivation of tropical plants in a space isolated from the outside environment.
대표적인 시설 하우스로는 비닐 하우스(vinyl house)나 유리 온실 등이 있다. 시설 하우스에서는 내부에서 재배되는 작물의 원활한 재배를 위하여, 내부 온도가 일정한 수준의 요구 온도 범위 내에서 유지되어야 한다. 일반적으로 채소류의 촉성재배나 열대식물을 재배하기 위해서는 외부 기온이 낮은 오전 시간 및 심야 시간에는 난방이 요구되고, 오후 시간부터는 냉방이 요구되거나 냉난방이 중지된 상태가 된다. 시간대별로 적정한 난방 및 냉방을 공급하기 위해 시설 하우스에는 냉난방 장치가 설치된다. 종래에는 냉방을 공급하기 위한 냉방 설비와 난방을 공급하기 위한 난방 설비가 각각 별도로 설치되어 냉난방 장치의 크기가 과다하게 커지고 이로 인해 설치 비용이 높았다. 또한, 종래 시설 하우스의 냉난방 장치는 구동 에너지 공급원으로 주로 유류(油類)가 사용되기 때문에 운용 비용이 비싸고 환경 오염이 유발될 수 있었다. Typical facility houses include vinyl houses or glass greenhouses. In facility houses, the internal temperature must be maintained within a certain level of the required temperature range in order to facilitate the cultivation of internally grown crops. In general, in order to promote vegetable cultivation or cultivation of tropical plants, heating is required in the morning and midnight hours when the outside temperature is low, and cooling is required or the heating and cooling are stopped from the afternoon. Air-conditioning units are installed in the facility house to provide adequate heating and cooling at different times. In the related art, a cooling facility for supplying air conditioning and a heating facility for supplying heating are separately installed so that the size of the air conditioning unit is excessively large, and thus the installation cost is high. In addition, the air-conditioning and heating device of the conventional facility house is mainly used because the oil (구동) as a driving energy source was expensive operating costs and could cause environmental pollution.
본 발명의 실시 예에 따른 시설 하우스의 환경제어장치는 작물의 생장에 필요한 환경 요인인 실내의 온도, 습도, 이산화탄소 등을 효과적으로 제어하고 나아가 에너지 운용 효율이 높은 방법을 제공하고자 한다.The environmental control apparatus of a facility house according to an embodiment of the present invention is to provide a method of effectively controlling the temperature, humidity, carbon dioxide, and the like, which are environmental factors necessary for the growth of crops, and furthermore, providing a high energy operation efficiency.
본 발명의 일 측면에 따른 시설 하우스의 환경제어장치는 시설하우스에 냉난방을 공급하기 위한 히트펌프와, 시설하우스에 이산화탄소를 공급하기 위한 이산화탄소 발생기와, 급수된 물을 히트펌프와 이산화탄소 발생기에서 발생하는 폐열로 열교환하여 저장하기 위한 물탱크와, 물탱크의 물을 미세 물방울로 분사하기 위한 에어포그 발생장치를 포함할 수 있다. Environmental control device of a facility house according to an aspect of the present invention is a heat pump for supplying heating and cooling to the facility house, a carbon dioxide generator for supplying carbon dioxide to the facility house, the water supplied from the heat pump and the carbon dioxide generator It may include a water tank for heat-exchanging and storing the waste heat, and an air fog generator for injecting water from the water tank with fine droplets.
또한, 상기 히트펌프는 압축기와 응축기와 증발기와 팽창밸브를 포함하고, 상기 물탱크는 저온탱크와 고온탱크를 포함하며, 상기 저온탱크는 히트펌프의 증발기에서 발생하는 폐열과 열교환된 물을 저장하고, 상기 고온탱크는 히트펌프의 응축기에서 발생하는 폐열과 열교환된 물을 저장할 수 있다.In addition, the heat pump includes a compressor, a condenser, an evaporator, and an expansion valve, the water tank includes a low temperature tank and a high temperature tank, and the low temperature tank stores water heat exchanged with waste heat generated from an evaporator of the heat pump. The high temperature tank may store water that is heat-exchanged with waste heat generated from a condenser of a heat pump.
또한, 상기 저온탱크는 에어포그 발생장치와 연결 배관되며, 상기 에어포그 발생장치는 시설 하우스의 약냉방 운전 시 저온탱크의 저온수를 이용하여 분사할 수 있다. In addition, the low temperature tank is connected to the air fog generating device, the air fog generating device may be sprayed using the cold water of the low temperature tank during the weak cooling operation of the facility house.
본 발명의 다른 측면에 따르면 시설하우스에 냉난방을 공급하기 위한 히트펌프와, 시설하우스에 이산화탄소를 공급하기 위한 이산화탄소 발생기와, 히트펌프 및 이산화탄소 발생기와 순환배관으로 연결되어 히트펌프에서 발생하는 저온 및 고온의 폐열과 이산화탄소 발생기에서 발생되는 고온의 폐열과 열교환된 저온수 및 고온수를 각각 저장하기 위한 저온탱크 및 고온탱크와, 저온탱크 및 고온탱크의 물을 미세 물방울로 분사하기 위한 에어포그 발생장치를 포함하는 시설 하우스의 환경제어장치가 제공될 수 있다. According to another aspect of the present invention, a heat pump for supplying air conditioning and heating to a facility house, a carbon dioxide generator for supplying carbon dioxide to the facility house, the heat pump and the carbon dioxide generator is connected to the circulation pipe and low and high temperature generated from the heat pump The low temperature tank and high temperature tank for storing the waste heat of the high temperature waste heat and the high temperature waste heat generated from the carbon dioxide generator, and the air fog generator for spraying the water from the low temperature tank and the high temperature tank with fine droplets An environmental control apparatus for a facility house may be provided.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면 시설하우스에 냉난방을 공급하기 위한 히트펌프와, 시설하우스에 이산화탄소를 공급하기 위한 이산화탄소 발생기와, 급수된 물을 히트펌프와 이산화탄소 발생기에서 발생하는 폐열로 열교환하여 저장하기 위한 물탱크와, 물탱크의 물을 미세 물방울로 분사하기 위한 에어포그 발생장치를 포함하여, 상기 히트펌프의 난방 시 발생하는 폐열과 열교환된 저온수를 물탱크에 저장하고, 상기 저온수를 이용하여 에어포그 발생장치를 동작하는 시설 하우스의 환경제어장치를 이용하는 제어방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, the heat pump for supplying cooling and heating to the facility house, the carbon dioxide generator for supplying carbon dioxide to the facility house, and the heat-exchanged water to heat storage with waste heat generated from the heat pump and carbon dioxide generator Including a water tank and an air fog generator for injecting water from the water tank into fine water droplets, storing the waste heat generated during the heating of the heat pump and the cold water heat exchanged in the water tank, using the cold water Thus, a control method using an environmental control device of a facility house operating an air fog generator may be provided.
본 발명의 실시 예에 따른 시설 하우스의 환경제어장치는 작물의 생장에 요구되는 주변 환경 요인인 실내 온도, 이산화탄소, 습도 등을 효과적으로 제어할 수 있다.The environmental control apparatus of the facility house according to the embodiment of the present invention can effectively control the room temperature, carbon dioxide, humidity and the like which are environmental factors required for the growth of crops.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 시설 하우스의 환경제어장치는 냉난방을 위한 히트펌프와, 이산화탄소 발생기와, 에어포그 발생장치를 열교환실을 갖는 저온탱크 및 고온탱크에 각각 배관으로 연결하여 각 장치의 동작 시 발생하는 폐열을 효과적으로 재활용하기 때문에 시설 하우스의 에너지 운용 효율을 크게 높일 수 있다.In addition, the environmental control device of the facility house according to an embodiment of the present invention is connected to the heat pump for cooling and heating, the carbon dioxide generator, and the air fog generator to the low temperature tank and the high temperature tank having a heat exchange chamber, respectively, of each device By effectively recycling the waste heat generated during operation, the energy efficiency of facility houses can be greatly improved.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시설 하우스의 환경제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 시설 하우스의 환경제어장치의 배관을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing an environment control apparatus of a facility house according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing the piping of the environmental control apparatus of the facility house according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 여기서, 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 나아가 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the embodiments described below are provided as examples so that those skilled in the art will be able to fully understand the spirit of the present invention. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. Further, in order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted from the drawings, , Length, thickness, etc. may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 시설 하우스의 환경제어장치를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 도 1의 배관 연결을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing an environmental control apparatus of a facility house according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view schematically showing a pipe connection of FIG.
도면들을 참조하면, 본 실시 예에 따른 시설 하우스의 환경제어장치는 하우스 내부의 냉난방을 위한 히트펌프(10)와, 이산화탄소 발생기(20)와, 저온탱크(30) 및 고온탱크(40)와, 에어포그 발생장치(50)와, 이들을 제어하기 위한 컨트롤장치(60)를 포함한다.Referring to the drawings, the environmental control device of a facility house according to the present embodiment is a
히트펌프(10)는 일반적으로 알려져 있는 바와 같이 압축기(12)와 응축기(14)와 증발기(16)와 팽창밸브(18)를 이용하여 냉난방 사이클을 구현하는 장치로, 압축 - 응축 - 감압 - 증발 - 압축으로 이어지는 정방향의 냉방사이클과, 압축 - 증발 - 승압 - 응축 - 압축으로 이어지는 역방향의 난방사이클을 선택적으로 구현할 수 있어 계절 또는 기후에 따라 실내 냉·난방이 가능하다. 각 장치들의 연결 배관을 순환하는 냉매는 배관을 통과하는 동안 액화·기화 또는 기화·액화를 반복하면서 열원을 이동시킨다.The
이산화탄소(CO2) 발생기(20)는 통상적으로 시판되고 있는 장치를 이용하므로 상세한 설명은 생략한다. 일례로 한국 등록실용 제20-0394546호(2005.08.25)에는 연료를 연소시켜 이산화탄소를 배출하는 이산화탄소 발생기가 개시되어 있다. 연소 시 발생되는 폐열은 고온탱크(40)의 물을 순환 배관(42)을 통해 데우며, 뜨거워진 물은 고온탱크(40)에 저장된다.Since the carbon dioxide (CO2)
저온탱크(30) 및 고온탱크(40)는 축적된 열에너지를 장시간 유지할 수 있도록 각각 단열재로 밀폐된 물탱크로, 히트펌프(10)와 이산화탄소 발생기(20)에서 발생되는 저온 및 고온의 폐열로 열교환된 물을 저장한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 저온탱크(30)는 순환 배관(32)을 통해 히트펌프(10)의 증발기(16)와 열교환실(34)에서 얻어진 냉수를 저장하며, 고온탱크(40)는 순환 배관(42)을 통해 응축기(14)와 열교환실(44)에서 얻어진 온수를 저장한다. The
에어포그 발생장치(50)는 미세 물방울을 분사하여 시설 하우스 내의 습도 및 온도를 적정하게 유지하거나 온실 또는 축사를 약품 방제할 때 사용되는 장치이다. 에어포그 발생장치(50)는 액체를 고압으로 이송하기 위한 펌프와 이송 액체를 물방울 형태로 분사하기 위한 미세 노즐을 포함하는 고압 분무 방식과, 액체를 저압 이송하기 위한 펌프와 분사압 제어를 위한 에어 콤프레셔를 이용한 저압 분무 방식이 있다. 본 실시 예에서는 후자의 방식을 채용하지만, 당업자가 적절한 변형 및 수정을 통해 고압 분무 방식을 채용할 수도 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 저압 분사 방식은 시설 하우스 내에 배관(51)을 통해 다수의 에어포그 노즐(52)을 소정 간격으로 설치하고, 펌프(53)와 에어 콤프레셔(54)에 각각 마련되는 전자 개폐식 솔레노이드 밸브(55,56)로 분무량을 제어하면서 에어포그를 발생시킨다. 에어포그 발생장치(50)는 저온 탱크(30)와 고온 탱크(40)의 물 또는 미도시된 외부 탱크를 선택적으로 사용할 수 있도록 연결 배관된다. 미설명된 참조부호 57은 필터이며, 58은 에어 압력을 제어하는 레귤레이터이다.The
컨트롤장치(60)는 제어반(62)과, 시설 하우스의 실내 환경을 제어하기 위한 컴퓨터(64)를 포함한다. 시설 하우스 내에 설치된 센서(66)는 실내 온도, 습도, 이산화 탄소 농도 등을 감지하는 다수의 센서이며, 감지된 수치는 제어반(62)을 통해 컴퓨터(64)에서 제어된다. 컴퓨터(64)의 제어 정보는 무선망을 통해 휴대폰, 태블릿 등의 개인 단말기(68)로도 정보를 전송할 수 있다. The
그러면, 상기와 같은 구성을 갖는 시설 하우스의 환경제어장치를 이용하여 실내 환경을 제어하는 동작을 살펴보기로 한다. 설명에 앞서, 본 시설 하우스의 작물 재배 환경은 야간에는 난방이 필요하고, 주간에는 냉방이 필요한 봄이나 가을 정도의 환절기를 가정하며, 후술한 동작들을 제어하는 컨트롤장치(60)의 설명은 생략한다. Then, the operation of controlling the indoor environment using the environmental control device of the facility house having the above configuration will be described. Prior to the description, the crop cultivation environment of the facility house assumes a season of spring or autumn that requires heating at night and requires cooling during the day, and the description of the
먼저, 시설 하우스의 내부 온도가 작물 재배 환경에 필요한 온도보다 낮은 야간에는 히트펌프(10)를 이용하여 난방을 하며, 이때 발생하는 증발기(14)의 저온 폐열은 저온탱크(30)의 순환 배관(32)으로 급수된 물의 온도를 열교환기(34)를 통해 낮춘 후 저온탱크(30)에 저장한다.First, at night the internal temperature of the facility house is lower than the temperature required for the crop cultivation environment is heated using the
한편, 시설 하우스의 내부 온도가 재배 환경에 필요한 온도보다 높은 주간에는 히트펌프(10)로 냉방을 하거나 또는 에어포그 발생장치(50)를 이용하여 내부 온도를 낮출 수 있다. 실내 온도차가 큰 경우는 히트펌프(10)를 이용하여 냉방하며, 이때 응축기(12)에서 발생하는 고온의 폐열은 고온탱크(40)의 순환 배관(42)으로 급수된 물을 데워 고온탱크(40)에 저장한다. 실내외 온도차가 크지 않은 약냉방의 경우는 에어포그 발생장치(50)를 이용하여 실내 온도를 낮춘다. 에어포그 분사는 저온 탱크(30)의 물을 이용하는데, 저온탱크(30)에 저장되는 물의 온도는 약 5℃ 정도로 실온에 보관되어 있는 물을 사용할 때보다 증발 시 주변 열을 더 많이 흡수하기 때문에 실내 온도를 낮추는데 매우 효과적이다. 에어포그 발생장치(50)를 이용하여 단순히 시설 하우스의 습도를 조절하거나 방제를 할 경우는 고온탱크(40) 또는 약제탱크(미도시)를 선택적으로 연결할 수 있다.On the other hand, during the day when the internal temperature of the facility house is higher than the temperature required for the cultivation environment, the internal temperature may be cooled by the
다른 한편, 일출 후 작물의 생장을 촉진하기 위해 시설 하우스 내부에는 이산화탄소가 공급될 수 있다. 이산화탄소 발생기(20)의 연소 동작 시 발생되는 폐열은 순환 배관(46)을 통해 고온탱크(40)로 급수되는 물을 데워 고온탱크(40)에 저장한다. On the other hand, carbon dioxide may be supplied inside the facility house to promote crop growth after sunrise. The waste heat generated during the combustion operation of the
여기서, 상기 실시 예에서는 봄가을 환절기 때의 운전을 예로 설명하였으나, 여름에는 냉방이 거의 24시간 운전되고 겨울은 난방이 24 시간 운전되는 등 가동시간차를 제외하면 실질적으로 운전 방식은 봄가을과 대동소이하다. Here, in the above embodiment, the operation during the spring-autumn season has been described as an example, except that the operating time is substantially the same as the spring-fall and large-sized operation except that the cooling is operated almost 24 hours in the summer and the heating is operated for 24 hours in the winter. Do.
10..히트펌프 20..이산화탄소 발생기
30..저온탱크 40..고온탱크
50..에어포그 발생장치 60..컨트롤장치10.
30. Low temperature tank 40. High temperature tank
50.
Claims (5)
상기 히트펌프는 압축기와 응축기와 증발기와 팽창밸브를 포함하고, 상기 물탱크는 저온탱크와 고온탱크를 포함하며,
상기 저온탱크는 히트펌프의 증발기에서 발생하는 폐열과 열교환된 물을 저장하며,
상기 고온탱크는 히트펌프의 응축기에서 발생하는 폐열과 열교환된 물을 저장하는 시설 하우스의 환경제어장치. The method of claim 1,
The heat pump includes a compressor, a condenser, an evaporator, and an expansion valve, and the water tank includes a low temperature tank and a high temperature tank.
The low temperature tank stores the waste heat generated from the evaporator of the heat pump and the heat exchanged water,
The high temperature tank is an environmental control device of a facility house for storing the heat exchanged with the waste heat generated from the condenser of the heat pump.
상기 저온탱크는 에어포그 발생장치와 연결 배관되며,
상기 에어포그 발생장치는 시설 하우스의 약냉방 운전 시 저온탱크의 저온수를 이용하여 분사하는 시설 하우스의 환경제어장치. 3. The method of claim 2,
The low temperature tank is connected to the air fog generating device,
The air fog generator is an environmental control device of a facility house to spray using the cold water of the low temperature tank during the weak cooling operation of the facility house.
상기 히트펌프의 난방 시 발생하는 폐열과 열교환된 저온수를 물탱크에 저장하고, 상기 저온수를 이용하여 에어포그 발생장치를 동작하는 시설 하우스의 환경제어장치를 이용하는 제어방법.A heat pump for supplying air conditioning and heating to the facility house, a carbon dioxide generator for supplying carbon dioxide to the facility house, a water tank for heat-exchanging the stored water with waste heat generated from the heat pump and the carbon dioxide generator, and a water tank Including an air fog generator for spraying water into fine droplets,
And a low temperature water exchanged with the waste heat generated during heating of the heat pump in a water tank, and using the low temperature water to operate an air fog generator.
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