KR101392430B1 - 비닐하우스 냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비닐하우스 냉난방시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히는 지하에 구비된 지하탱크로부터 따뜻해진 지하수를 비닐하우스 상부까지 퍼 올려 비닐하우스 내부로 균일하게 공급하고 떨어진 지하수를 다시 취합하여 지하탱크로 유입되도록 하는 순환구조를 갖는 비닐하우스 냉난방시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 비닐하우스 냉난방시스템은 비닐하우스 본체와, 상기 비닐하우스 본체 내부에 서로 이격된 상하부 비닐커버를 구비하며, 승강 가능하게 설치된 내부 비닐하우스와, 상기 내부 비닐하우스로부터 흘러내린 물이 자중에 의해 흘러가게 되는 하수도관과, 상기 하수도관을 통하여 물이 모이도록 지하에 매설된 물탱크와, 상기 물탱크의 물이 상기 내부 비닐하우스로 공급될 수 있도록 끌어올리는 펌프와, 상기 펌프에 의해 끌어 올려진 물이 상기 내부 비닐하우스의 하부 비닐커버에 분사되도록 상기 내부 비닐하우스의 상하부 비닐커버 사이에 배열되고 다수개의 공급노즐이 형성된 분무관과, 상기 펌프로부터 이송되는 물의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 온도센서에 의해 측정된 온도에 따라 온오프 제어되는 보일러로 구성된다.

Description

비닐하우스 냉난방시스템 {Heating system for vinyl greenhouse}

본 발명은 비닐하우스 냉난방시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히는 지하에 구비된 지하탱크로부터 따뜻해진 지하수를 비닐하우스 상부까지 퍼 올려 비닐하우스 내부로 균일하게 공급하고 떨어진 지하수를 다시 취합하여 지하탱크로 유입되도록 하는 순환구조를 갖는 비닐하우스 냉난방시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 비닐하우스나 유리온실 등에서는 식물의 생장에 필요한 내부환경을 용이하게 조절할 수 있게 되어 외부온도, 날씨 등의 외부요소에 지배를 받지 않는 가운데 계절에 관계없이 채소, 과일, 화훼 등 각종 작물을 재배할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 따라서 이러한 온실하우스는 태양열에 의해 실내의 온도를 높게 유지할 수 있지만, 태양이 없는 야간이나 외부온도가 크게 낮아지는 동절기에는 온실하우스의 실내온도를 작물의 생장에 적합한 수준으로 유지하기 위해 보일러나 난로 등의 난방설비를 실내에서 가동하게 된다. 그리고 하우스 내부의 온기를 외부로 빼앗기는 것을 방지하기 위해 보온성 직물이나 부직포등으로 만든 2중의 보온커튼이 설치되어 야간이나 동절기에는 커튼을 치고 낮에는 커튼을 권취시켜 작물이 태양광을 충분히 흡수할 수 있도록 하는 개폐장치가 함께 설치된다.

또한 동절기에 내부 비닐하우스인 보온커튼 상부에서 따뜻한 물을 뿌려 일정온도 이상의 수막을 형성함으로써 저렴한 비용으로 난방을 보완하게 되는 방법을 사용하는 경우가 있다.

이러한 예의 선행문헌으로서, 대한민국 특허공개공보 제10-2006-0092448호가 공지되어 있다. 이 기술은 시설재배 하우스 및 축양장의 냉난방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 계절에 상관없이 각종 작물을 재배하는 시설재배 하우스 및 가축이나 가금류등을 사육하는 축양장 또는 어폐류등을 양식하는 양어장등에 적절한 실내환경을 제공하는 냉난방시스템에 관한 것으로서, 풍부한 수자원을 이용하는 히트펌프와 수막시스템으로 구성되어 있으며, 수자원은 히트펌프를 통과하면서 난방 및 냉방에 필요한 열을 발생시키고 히트펌프를 통과한 수자원을 수막의 형태로 시설재배 하우스와 축양장의 보온 및 열공급 효과를 유지토록 한 시스템이다. 상기 수자원은 지하수를 주로 사용하며, 지하수 외에 하천수, 연못이나 호수의 수자원도 사용이 가능하고, 해수를 이용한 양식장이나 어업에서는 수자원으로 해수를 사용할 수도 있다.

그러나 종래기술에 의한 냉난방시스템은 지하수를 그냥 이용하기 때문에 퍼 올려진 지하수는 냉난방 사용 후 다른 곳으로 배출되기 때문에 낭비가 심하고, 오랜 기간 사용하면 지하수가 고갈될 뿐만 아니라 지하수가 나오는 곳에서나 사용이 가능한 문제점이 있다.

또한 따뜻한 지하수를 사용하여 수막을 형성시켜 난방을 돕는다 할지라도 외기 온도가 어느 정도 이하로 떨어지게 되면 수막일 얼어 붙어 작동이 완전 중지되어 냉해피해를 입게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 지하수를 일회성이 아닌 순환 사용토록 하고 지하에 용량이 큰 탱크를 설치하여 수막의 온도를 일정온도 이상으로 유지하도록 하여 저렴하고 환경친화적인 비닐하우스 냉난방시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은, 수막이 형성되는 내부 비닐하우스를 이중으로 설치하되, 그 중 하부 비닐하우스에 수막이 형성되도록 함으로써 수막이 얼게 되는 것을 방지할 수 있는 비닐하우스 냉난방시스템을 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 비닐하우스 본체와, 상기 비닐하우스 본체 내부에 서로 이격된 상하부 비닐커버를 구비하며, 승강 가능하게 설치된 내부 비닐하우스와, 상기 내부 비닐하우스로부터 흘러내린 물이 자중에 의해 흘러가게 되는 하수도관과, 상기 하수도관을 통하여 물이 모이도록 지하에 매설된 물탱크와, 상기 물탱크의 물이 상기 내부 비닐하우스로 공급될 수 있도록 끌어올리는 펌프와, 상기 펌프에 의해 끌어 올려진 물이 상기 내부 비닐하우스의 하부 비닐커버에 분사되도록 상기 내부 비닐하우스의 상하부 비닐커버 사이에 배열되고 다수개의 공급노즐이 형성된 분무관을 포함한다.

바람직하게는, 상기 분무관의 노즐은 상기 펌프로부터 거리에 따라 비례하여 멀어질수록 조밀하게 형성된다.

바람직하게는, 상기 펌프로부터 이송되는 물의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 온도센서에 의해 측정된 온도에 따라 온오프 제어되는 보일러를 더 구비한다.

바람직하게는, 상기 물탱크는 지하 2m 이하에 설치된다.

바람직하게는, 상기 내부 비닐하우스는 승강 가능하게 설치된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 수막을 형성했던 물이 흘러내려 하수도관을 통하여 물탱크로 들어와 다시 순환하게 되는 구성이기 때문에 환경친화적이고 지열을 최대한 이용하는 구성이기 때문에 비용 대비 효율이 우수한 효과를 제공한다.

(2) 내부 비닐하우스를 이중으로 구성하고 그 중 하부 비닐커버에 수막이 형성되도록 구성하는 구조이기 때문에 겨울철 수막이 얼어붙어 냉난방이 진행되지 못하게 되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명에 의한 비닐하우스 냉난방시스템의 정면 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 비닐하우스 냉난방시스템의 개념을 보여주기 위하여 실물들을 생략한 모식도이다.
도 3은 본 발명에 의한 비닐하우스 냉난방시스템의 일부구성요소인 분무관의 정면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 AA선에 의한 단면도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비닐하우스 냉난방시스템은 비닐하우스 본체(10)와, 상기 비닐하우스 본체(10) 내부에 서로 이격된 상하부 비닐커버(21,22)를 구비한 내부 비닐하우스(20)와, 상기 내부 비닐하우스(20)로부터 흘러내린 물이 자중에 의해 흘러가게 되는 하수도관(32)과, 상기 하수도관(32)을 통하여 물이 모이도록 지하에 매설된 물탱크(40)와, 상기 물탱크(40)의 물이 상기 내부 비닐하우스(20)로 공급될 수 있도록 끌어올리는 펌프(50)와, 상기 펌프(50)에 의해 끌어 올려진 물이 상기 내부 비닐하우스(20)의 하부 비닐커버(22)에 분사되도록 상기 내부 비닐하우스(20)의 상하부 비닐커버(21,22) 사이에 배열되고 다수개의 공급노즐(70a)이 형성된 분무관(70)과, 상기 펌프(50)로부터 이송되는 물의 온도를 감지하는 온도센서(51,52)와, 상기 온도센서(51,52)에 의해 측정된 온도에 따라 온오프 제어되는 보일러(60)로 구성된다.

여기서 도 3과 도 4를 참고하면, 상기 분무관(70)의 노즐(70a)은 상기 펌프(50)로부터 거리에 따라 비례하여 멀어질수록 조밀하게 형성된다.

비닐하우스 본체(10)는, 도 1을 참고하면, 통상의 비닐하우스를 말한다. 비닐하우스 본체(10)는 지면 위에 프레임이 고정되고 그 프레임에 비닐시트가 씌워져 비닐하우스를 구성하게 된다. 이러한 비닐하우스는 낮에 태양으로부터 에너지를 흡수하고 외기가 차단되기 때문에 에너지를 계속 보유하게 되어 에너지 흡수가 매우 뛰어나다. 그러나 밤에는 태양에너지가 없고 외기를 차단하고 있으나 비닐시트가 단열 기능이 매우 떨어지기 때문에 거의 외기와 같은 온도로 떨어지게 된다. 따라서 겨울철에는 비닐하우스 본체(10) 내부의 온도를 일정하게 유지하기가 매우 어렵기 때문에 본체(10) 내부를 냉난방하기 위한 장치를 갖추거나 에너지를 오랫동안 보유하기 위한 장치구성을 갖도록 고안하고 있는 실정이다. 이러한 에너지 보존 목적으로 내부에 비닐하우스(20)를 설치한 것이 있다. 즉 비닐하우스를 이중으로 구성한 것이다. 본 발명에서도 이중으로 구성하게 된다.

내부 비닐하우스(20)는, 도 1과 도 3에 도시된 바와 같이, 상하부 비닐커버(21,22)를 구비한다. 이러한 내부 비닐하우스(20)는 상하 승강이 가능토록 제작된다. 승강구조는 공지된 기술을 사용하여 아주 용이하게 구현할 수 있다. 예를 들면 풀리나 보빈 등을 사용하여 와이어를 감고 와이어의 일단은 내부 비닐하우스(20)에 연결하고 타단은 비닐하우스 본체(10) 프레임에 도르레 등을 설치하여 경유토록하고 다시 연장하여 모터 등에 의해 감기도록 하여 모터를 제어함으로써 내부 비닐하우스(20)를 승강시켜 높이를 조절할 수 있는 공지 기술이 있다. 여기서는 더 상세한 설명을 생략한다.

내부 비닐하우스(20)는 특히 상하부 비닐커버(21,22)의 이중으로 제작되어 있고 비닐하우스의 크기에 따라 다르지만 그 간격은 20cm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상하부 비닐커버(21,22)는 지면까지 내려오도록 제작되는 것이 바람직하고, 중앙 상단이 비닐하우스 본체(10)에 와이어 등에 의해 매달려 있는 형태로 구성한다. 이렇게 구성함으로써 내부 비닐하우스(20)가 승강될 수 있게 된다. 내부 비닐하우스(20)는 통상 낮에는 열원이 부족한 것이 아니기 때문에 통기가 원활하도록 최대한 높이 올려놓고, 밤에는 열원을 유지하기 위하여 작물에 최대한 인접하도록 내리게 된다. 본 발명에서는 이러한 구성 외에도 수막을 형성하게 되는데, 수막을 단순히 내부 비닐하우스(20) 상부에 형성하는 것이 아니라 상하부 비닐커버(21,22) 사이 즉 하부 비닐커버(22) 상면에 수막을 형성하게 된다. 그렇게 함으로써 수막이 상하부 비닐커버(21,22) 사이에 형성되고, 작은 공간에 수막이 형성되어 단열공간으로서 손색없이 단열을 수행하게 된다.

이중으로 이루어진 내부 비닐하우스(20)로 형성된 수막은 에너지를 전달하고 하부 비닐커버(22) 표면에서 응축수로 된다. 응축된 응축수는 하부 비닐커버(22)를 따라 흘러내리게 된다. 흘러내린 응축수는 자중에 의해 하수도(31)를 통하여 하수도관(32)으로 유입된다. 하수도관(32)은 응축수를 하수도로부터 지하에 매설된 물탱크(40)까지 안내한다. 하수도관(32)은 도 2를 참고하면, 물탱크(40)에 도달하기 전에 충분히 열교환을 통하여 지열을 흡수할 수 있도록 여러 번 절곡되어 일정 공간에 최대한 관이 많이 들어가도록 열교환기 모양으로 형성된다. 즉 하수도관(32)은 여러 번 관이 겹치는 모양으로 형성되어 아주 긴 통로를 형성하고, 이때 충분히 열교환을 통하여 지열을 흡수하게 되고, 물탱크(40)에 이르게 될 때에는 이미 온도가 물탱크(40) 내부 온도에 근접한 상태에 이르게 된다.

지하에 매설된 물탱크(40)는 지표면으로부터 약 2m 이하에 매설된다. 이정도 깊이 이하에 매설되어야 지열과 지상과의 단열효과를 충분히 향유할 수 있는 것이다. 이 깊이 이하는 물이 얼지 않을뿐더러 항상 일정온도 이상을 유지하게 되기 때문에 응축수는 물탱크(40)에서 일정시간 이상 머물게 되면 충분한 열교환을 통하여 일정온도 이상으로 상승하게 된다. 따라서 물탱크(40)의 용적은 응축수가 들어온 다음 다시 나갈 때까지 충분한 열교환 시간을 가질 수 있는 크기 이어야 한다.

물탱크(40)의 물은 펌프(50)의 압력에 의해 끌어올려진다. 물탱크(40)가 물이 분무되는 곳보다 수미터 아래이기 때문에 펌프(50)의 압력이 필요하다. 도면에서는 펌프(50)를 지중에 매설한 것으로 도시되어 있으나, 통상 지상에 세워질 것으로 예상된다. 펌프(50)는 물을 물탱크(40)로부터 끌어올릴 정도뿐만 아니라 분무관(70)의 노즐(70a)을 통하여 정상적인 분무가 가능토록 하는 압력을 제공하는 것이 바람직하다.

펌프(50)에 의해 이송되는 물은 보일러(60)를 경유하게 되는데, 보일러(60)의 출입구에는 각각 온도센서(51,52)가 부착되어 있다. 온도센서(51,52)는 보일러(40)로 들어가기 전의 물의 온도, 즉 물탱크(40)로부터 유입되는 물의 온도를 측정하게 된다. 그 온도가 일정온도 이하이면 보일러(60)를 작동시켜 보일러(60)를 통과하여 분무관(70)에 공급되는 물의 온도를 높이게 된다. 물론 보일러(60)로부터 나오는 물의 온도도 온도센서(52)에 의해 측정되어 그 온도가 일정온도 이상이 되면 보일러(60)의 작동은 중지된다. 이러한 보일러(60)의 작동은 작업자가 직접 조절할 수도 있으나, 통상 전자제어에 의해 이루어진다. 이러한 전자제어는 현재 기술로는 용이하게 구현할 수 있을 뿐만 아니라 비용도 저렴하다.

분무관(70)은 보일러(60)를 통과한 물이 펌프(50) 압력에 의해 유입된다. 유입된 물은 분무관(70)에 형성된 구멍들인 노즐(70a)을 통하여 내부 비닐하우스(20)의 하부 비닐커버(22) 상면에 분무된다. 도 3 및 도 4를 참고하면, 분무관(70)의 구조를 잘 알 수 있다. 분무관(70)은 긴 호스 형태로 이루어져 플랙시블한 관을 사용할 수 있다. 이렇게 함으로써 승강되는 작동에 대응할 수 있는 것이다. 또는 강관을 사용하되 올라가는 관과 노즐(70a)이 형성된 부분의 관은 주름관으로 연결할 수도 있다. 이렇게 강관을 사용하게 되면 이송관을 단열재로 감쌀 수 있는 특성이 있다. 도 3을 참고하면, 분무관(70)에는 다수개의 노즐(70a)이 형성되되, 노즐(70a)은 상기 펌프(50)로부터 거리에 따라 비례하여 멀어질수록 조밀하게 형성된다. 즉 물이 유입되는 곳은 노즐(70a) 구멍의 밀도가 낮고, 그 반대 끝단으로 갈수록 노즐(70a) 구멍의 밀도가 높게 형성된다. 이렇게 구성함으로써 하부 비닐커버(22) 상부에 분무되는 물의 양이 비교적 고르게 전체적으로 분무되어 공급된다. 분무관(70)에 형성되는 노즐(70a)은 도 4에 도시된 바와 같이 관의 하단부에 형성되는 것이 아니라 하단부로부터 양쪽으로 약 45도 방향으로 형성되어 양쪽으로 균일하게 분무되어 흘러내리도록 되어 있다. 이렇게 구성한 것도 균일한 수막형성을 위한 것이다.

물의 순환적 측면에서 동작을 종합하면, 물탱크(50)의 물은 충분히 열교환되어 지하 온도에 이르게 되고, 그 상태에서 펌프(50)의 동작에 의해 보일러(60)로 공급된다. 이때 온도센서(51)의 온도가 일정온도 이하이면 보일러(60)가 작동되어 물을 데우게 되고 아니면 그냥 통과된다. 보일러(60)를 통과한 물은 다시 온도센서(52)에 의해 측정되는데 이때 온도에 따라 보일러(60)가 작동 중에는 그 작동을 제어하게 된다. 보일러(60)를 통과한 일정 온도 이상의 물은 분무관(70)으로 유입된다. 분무관(70)으로 유입된 물은 노즐(70a)을 통과하여 내부 비닐하우스(20)의 하부 비닐커버(22) 상면에 고르게 분무된다. 분무된 물은 내부 비닐하우스(20) 내부와 열교환하여 열을 전달하게 된다. 그러한 열교환을 하면서 물은 하부 비닐커버(22) 상부에서 응축되고, 응축된 응축수는 하부 비닐커버(22)를 타고 내려와 하수구(31)로 모이게 되고, 하수구(31)에 모인 물은 하수도관(32)을 통과하여 물탱크(40)로 다시 유입된다. 물론 유입된 물은 물탱크(40)에서 충분히 머물면서 열교환하여 에너지를 공급받게 된다. 이러한 물의 순환에 의해 지하수를 낭비하는 경우가 없게 되어 친환경적인 시설이라 할 수 있다.

결국, 상기와 같이 내부 비닐하우스를 상하부 비닐커버의 이중으로 제작하고 그 사이에 수막이 형성되는 구조이기 때문에 그 수막의 온도가 오랫동안 유지되어 작물의 생태환경을 적절하게 유지하게 되고, 특히 수막이 얼지 않기 때문에 냉해 피해를 원천적으로 방어할 수 있다.

상술한 설명에서는 겨울철 난방 경우에 대하여 설명하였는데, 냉방의 경우에도 동일하다. 특히 저온작물을 재배하는 경우 여름철 지하의 시원한 물을 이용하여 수막을 형성하도록 하고, 동시에 기존에 사용되고 있는 차광막을 사용하여 햇볕을 차단하게 되면 충분히 냉방 효율을 이룰 수 있고, 그에 따라 저온작물의 재배가 가능해진다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10 : 비닐하우스 본체 20 : 내부 비닐하우스
21 : 상부 비닐커버 22 : 하부 비닐커버
31 : 하수구 32 : 하수도관
40 : 물탱크 50 : 펌프
51, 52 : 온도 센서 60 : 보일러
70 : 분무관 70a : 노즐

Claims (6)

1. 비닐하우스 본체;
   상기 비닐하우스 본체 내부에 서로 이격된 상하부 비닐커버를 구비하며, 승강 가능하게 설치된 내부 비닐하우스;
   상기 내부 비닐하우스로부터 흘러내린 물이 자중에 의해 흘러가게 되는 하수도관;
   상기 하수도관을 통하여 물이 모이도록 지하에 매설된 물탱크;
   상기 물탱크의 물이 상기 내부 비닐하우스로 공급될 수 있도록 끌어올리는 펌프;
   상기 펌프에 의해 끌어 올려진 물이 상기 내부 비닐하우스의 하부 비닐커버에 분사되도록 상기 내부 비닐하우스의 상하부 비닐커버 사이에 배열되고 다수개의 공급노즐이 형성된 분무관;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스 냉난방시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 분무관의 노즐은 상기 펌프로부터 거리에 따라 비례하여 멀어질수록 조밀하게 형성된 것을 특징으로 하는 비닐하우스 냉난방시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 펌프로부터 이송되는 물의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 온도센서에 의해 측정된 온도에 따라 온오프 제어되는 보일러를 더 구비한 것을 특징으로 하는 비닐하우스 냉난방시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 물탱크는 지하 2m 이하에 설치된 것을 특징으로 하는 비닐하우스 냉난방시스템.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 하수도관은 물이 물탱크로 들어가기 전에 토양과 충분히 열교환이 이루어지도록 여러 번 절곡된 것을 특징으로 하는 비닐하우스 냉난방시스템.
   

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