KR101479685B1

KR101479685B1 - 축열식 온실 난방시스템

Info

Publication number: KR101479685B1
Application number: KR20120096359A
Authority: KR
Inventors: 권진경; 유영선; 강금춘; 문종필; 강연구; 이수장
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2015-01-07
Also published as: KR20140029922A

Abstract

동절기 주간에 온실 내부의 태양 잉여열과 온실 외부의 공기열을 선택적으로 축열하여 야간에 온실 난방에 사용함으로써 주간과 야간에 온실 내부의 온도를 재배작물의 생육 적온 범위로 유지할 수 있도록 하는 축열식 온실 난방시스템이 개시된다. 이러한 축열식 온실 난방시스템은 축열조, 히트펌프, 흡기수단, 배기수단, 온도센서 및 제어부를 포함한다. 상기 축열조는, 열 또는 냉열을 저장하고, 저장된 열 또는 냉열을 온실 내부로 방출하는 팬코일 유닛을 구비한다. 히트펌프는 상기 축열조와 연결되어, 상기 온실 내부 또는 외부의 열 또는 냉열을 상기 축열조에 전달한다. 흡기수단은 온실의 내부 또는 온실의 외부 공기를 미리 설정된 온실내부의 온도에 따라 선택적으로 흡입하여 히트펌프로 공급한다. 배기수단은 히트펌프에서 발생하는 공기를 온실의 내부 또는 온실의 외부로 선택적으로 배기한다. 온도센서는 온실 내부의 온도를 측정한다. 제어부는, 온도센서로부터 측정된 온도에 의해 흡기수단 및 배기수단을 제어하여, 동절기에 온실 내부의 온도가 상승하기 시작하여 재배작물의 생육 적온 범위의 상한온도에 도달하기 전까지는 온실 외부 공기열을 이용하여 축열하며, 온실 내부의 온도가 태양복사에 의해 작물의 생육 적 온 범위의 상한온도에 도달하게 되면 상기 온실 내부의 태양 잉여열을 이용하여 상기 축열조에 축열하도록 상기 흡기수단 및 상기 배기수단을 제어한다.

Description

축열식 온실 난방시스템{Regenerative greenhouse heating system}

본 발명은 온실의 난방시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동절기 주간에 과열된 온실내부의 태양 잉여열을 축열하여 야간에 온실 난방에 사용함으로써 주간과 야간에 온실 내부의 온도를 작물의 성장에 적합한 생육 적온 범위로 유지할 수 있도록 하는 축열식 온실 난방시스템에 관한 것이다.

일반적으로 동절기에 농산물을 생산하기 위해 사용하는 가온 온실은 야간에 내부온도를 작물 생육에 적합한 온도로 유지하기 위하여 유류나 가스 또는 전기에너지를 사용하는 온풍난방기나 온수보일러와 같은 난방장치를 구비하여 난방을 실시하고 있으나, 국제유가의 상승으로 시설원예 농가의 생산비 중 광열비가 차지하는 비중이 높아져 농가수익 감소의 주요 원인이 되고 있다.

한편 난방이 필요한 동절기에도 주간에는 태양 복사열로 인해 온실의 내부가 작물의 생육 적온 범위의 상한온도 이상으로 과열되어 환기를 하는 농가가 대부분이며, 이로 인하여 생산량 증대를 위해 온실에 시용한 이산화탄소가 유출되어 이산화탄소 시용 비용이 증가하는 원인이 되고 있다.

최근 온실의 경제적 난방을 위하여 공기열원 히트펌프를 사용하는 농가가 증가하고 있으나 공기 대 공기 히트펌프는 온실의 난방부하가 커지는 동절기 야간에 외부공기를 열원으로 사용하므로 성능저하와 과부하로 인한 고장 등의 문제가 발생하고 있으며, 공기 대 물 히트펌프는 야간에 비해 상대적으로 고온인 주간의 외부공기를 열원으로 축열을 하는 경우가 있으나 기존 유류난방기 등과 비교할 때 성능에 비해 설치비가 고가이다. 또한 기존의 온실 공조는 동절기에 가온을 위한 난방기와 하절기에 냉방을 위한 냉방기를 모두 구비하여 사용함으로써 농가의 시설비 부담 증가의 원인이 되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-0396028

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 동절기 주간에 작물 생육 적온 이상으로 과열된 온실내부의 태양 잉여열과 야간에 비해 상대적으로 고온인 주간의 외부 공기열을 선택적으로 이용하여 축열하고, 축열된 열을 사용하여 야간에 온실내부를 난방함으로써 동절기 주간과 야간에 온실내부의 온도를 작물 생육에 적합한 온도범위로 유지할 수 있도록 하는 축열식 온실 난방시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 축열식 온실 난방시스템은 축열조, 히트펌프, 흡기수단, 배기수단, 온도센서 및 제어부를 포함한다. 상기 축열조는, 열 또는 냉열을 저장하고, 상기 저장된 열 또는 냉열을 온실 내부로 방출하는 팬코일 유닛을 구비한다. 상기 히트펌프는 상기 축열조와 연결되어, 상기 온실 내부 또는 외부의 열 또는 냉열을 상기 축열조에 전달한다. 상기 흡기수단은 온실의 내부 또는 온실의 외부 공기를 미리 설정된 온실내부의 온도에 따라 선택적으로 흡입하여 히트펌프로 공급한다. 상기 배기수단은 히트펌프에서 발생하는 공기를 온실의 내부 또는 온실의 외부로 선택적으로 배기한다. 상기 온도센서는 온실 내부의 온도를 측정한다. 상기 제어부는, 상기 온도센서로부터 측정된 온도에 의해 상기 흡기수단 및 배기수단을 제어하여, 동절기에 온실 내부의 온도가 상승하기 시작하여 재배작물의 생육 적온 범위의 상한온도에 도달하기 전까지는 온실 외부 공기열을 이용하여 축열하며, 온실 내부의 온도가 태양복사에 의해 작물의 생육 적온 범위의 상한온도에 도달하게 되면 상기 온실 내부의 태양 잉여열을 이용하여 상기 축열조에 축열하도록 상기 흡기수단 및 상기 배기수단을 제어한다. 예를 들면, 상기 흡기수단은 히트펌프와 연결되며 온실 내부와 온실의 외부로 배치되도록 3방향으로 이루어진 제1 덕트; 상기 덕트에 설치되어 공기 흡기 방향을 조절할 수 있는 제1 덕트 개폐수단; 상기 덕트 내부에 설치되어 공기를 유입할 수 있도록 하는 공기 흡기팬을 포함할 수 있다. 한편, 상기 배기수단은 히트펌프와 연결되며 온실 내부와 온실의 외부로 배치되도록 3방향으로 이루어진 제2 덕트; 상기 덕트에 설치되어 공기 배기 방향을 조절할 수 있는 제2 덕트 개폐수단; 상기 덕트 내부에 설치되어 히트펌프로부터 발생되는 공기를 배출할 수 있도록 하는 공기 배기팬을 포함할 수 있다.

한편, 상기 축열식 온실 난방 시스템은 축열조에 의해 난방이 시작되더라도 온실 내부의 온도가 작물의 생육에 적합한 온도까지 올라가지 않을 경우에 사용할 수 있도록 하는 보조 난방기를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 동절기 주간에 태양복사로 인해 작물의 생육 적온 범위 이상으로 과열된 온실 내부의 태양 잉여열을 사용하여 축열시킨 후 이를 야간의 온실 난방에 사용함으로써 고효율의 난방이 가능하며 이를 통해 동절기 온실 난방비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 고온인 온실내부의 태양 잉여열과 야간에 비해 상대적으로 고온인 주간의 외기열을 이용하여 축열하므로 공기열원 히트펌프의 성능계수를 향상시킬 수 있으며, 히트펌프의 과부하로 인한 고장을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 주간의 과열된 온실내부 공기의 열을 뺏은 후 내부로 재순환시키므로 온실의 온도강하 효과가 있으며, 온도강하를 위한 환기가 필요하지 않아 밀폐형 온실로 운용할 수 있으므로 환기로 인한 이산화탄소 시용의 손실을 방지할 수 있다.

또한, 하절기에는 시스템을 냉방사이클로 운전함으로써 온실의 야간냉방을 통한 작물의 생육 증진효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온실 난방시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온실 난방시스템의 주간 외부열을 이용한 축열과정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온실 난방시스템의 온실 내부 태양 잉여열을 이용한 축열과정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온실 난방시스템의 야간 난방과정을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온실 난방시스템에서 보조난방기를 더 포함한 난방과정을 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온실 난방시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 축열식 온실 난방 시스템은 동절기에 채소나 화훼를 재배하기 위한 통상의 시설원예용 온실(10)과, 히트펌프(110), 축열조(120), 흡기수단(130), 배기수단(140), 온도센서(150), 제어부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 히트펌프(110)는 상기 온실(10)의 외부에 배치되며 축열조(120)로 열을 전달하거나 냉열을 전달하여 냉난방기능을 하는 것이다. 예를 들면, 본 발명의 일실시예에서는 태양복사에 의한 온실(10) 내부의 고온의 공기 또는 야간에 비해 상대적으로 고온인 주간의 온실(10) 외부 공기를 흡입하여 축열조(120)의 물의 온도를 더 올릴 수 있다.

상기 축열조(120)는 상기 히트펌프(110)와 연결되어 열 또는 냉열을 저장할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일실시예에서는 상기 히트펌프(110)를 이용하여 축열조(120)의 물에 열을 저장하고, 야간에는 온실(10)내부에 적어도 하나가 배치되는 팬코일 유닛(121)에 축열조(120)의 고온의 물을 순환시켜 온실(10) 내부를 가온 할 수 있도록 한다. 한편, 상기 히트펌프(110)를 냉방장치로 가동했을 경우 상기 팬코일 유닛(121)을 통하여 저온의 냉방공기를 온실(10) 내부로 공급할 수 있다.

상기 흡기수단(130)은 온실(10)의 내부 또는 외부 공기를 선택적으로 흡입하여 히트펌프로 공급하는 것이다. 예를 들면, 상기 흡기수단(130)은 상기 히트펌프(110)와 연결되며 상기 온실(10) 내부 및 온실 외부로 배치되도록 하는 3방향으로 이루어진 제1 덕트(131)와, 상기 제1 덕트(131)의 공기 흡기 방향을 조절할 수 있는 제1 덕트 개폐수단(132)과, 상기 제1 덕트(131) 내부에 설치되어 공기를 흡입할 수 있도록 하는 공기 흡기팬(133)을 포함할 수 있다. 즉, 온실(10) 내부의 공기를 흡입하기 위하여 상기 제1 덕트 개폐수단(132)을 사용하여 온실 내부와 연결된 부분이 개방되도록 하여 온실 내부의 공기를 흡입할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 온실(10) 외부의 공기를 흡입하기 위해서 상기 제1 덕트 개폐수단(132)으로 흡입 방향을 조절하여 온실 외부의 공기를 흡입하도록 할 수 있다. 이때, 상기 제1 덕트 개폐수단(132)은 삼방밸브(3-way valve)를 사용하여 연결방향을 제어하도록 할 수 있다.

상기 배기수단(140)은 상기 히트펌프(110)에서 배출되는 공기를 온실(10)의 내부 또는 외부로 선택적으로 배출하도록 하는 것이다. 예를 들면, 상기 배기수단(140)은 상기 히트펌프(110)와 연결되며 온실 내부와 온실의 외부로 배치되도록 3방향으로 이루어진 제2 덕트(141)와, 상기 제2 덕트(141)에 설치되어 공기 배기 방향을 조절할 수 있는 제2 덕트 개폐수단(142)과, 상기 제2 덕트(141) 내부에 설치되어 상기 히트펌프(110)로부터 배출되는 공기를 배출할 수 있도록 하는 공기 배기팬(143)을 포함할 수 있다.

상기 제어부(160)는 온실(10) 내부에 배치되는 온도센서(150)와 전기적으로 연결되어 상기 온도센서(150)의 측정값에 따라 상기 흡기수단(130) 및 배기수단(140)의 흡기 및 배기방향을 제어한다. 예를 들면, 상기 제어부(160)는 재배작물의 생육 적온 범위의 상한온도와 하한온도를 지정하고, 태양복사에 의해 주간에 온실(10) 내부의 온도가 제어부(160)에서 지정한 생육 적온 범위의 상한온도에 도달하면 상기 흡기수단(130)의 제1 덕트 개폐수단(132)과 연결된 제1 제어스위치(161)를 제어하여 과열된 온실 내부의 공기를 흡기할 수 있도록 제1 덕트 개폐수단(132)의 방향을 제어하여 상기 히트펌프(110)로 고온의 온실 내부의 공기를 공급한다. 이후, 상기 제어부(160)는 상기 배기수단(140)의 제2 덕트 개폐수단(142)과 연결된 제2 제어스위치(162)을 제어하여 상기 히트펌프(110)에 의해 열교환된 저온의 공기를 제2 덕트(141)를 통하여 온실 내부로 공급함으로써 온실 내부의 온도를 낮출 수 있도록 한다. 이 과정에서 상기 히트펌프(110)에 의해 생산된 열은 상기 축열조(120)에 저장된다.

또한, 온실(10) 내부의 태양 잉여열을 이용하는 축열과정 동안 온실 내부의 공기 온도가 재배작물의 생육 적온 범위의 하한온도까지 낮아지게 되면 상기 제어부(160)은 상기 흡기수단(130)의 제 1덕트 개폐수단(132)와 연결된 제 1제어스위치(161)를 제어하여 야간에 비해 상대적으로 고온인 주간의 온실 외부의 공기를 상기 히트펌프(110)로 공급하여 상기 축열조(120)에 열을 축열하도록 한다. 이후, 상기 제어부(160)는 상기 배기수단(140)의 제2 덕트 개폐수단(142)와 연결된 제2 제어스위치(162)를 제어하여 상기 히트펌프(110)에 의해 열교환된 저온의 공기를 제2 덕트(141)를 통해 온실 외부로 배출함으로써 온실(10)의 내부온도가 태양복사에 의해 다시 재배작물의 생육 적온 범위의 상한온도까지 회복할 수 있도록 한다.

한편, 동절기 야간에 온실 내부의 온도가 작물의 생육 적온 범위보다 낮아질 경우에는 제어부(160)은 상기 축열조(120)와 연결되어 있는 팬코일 유닛(121)을 동작시켜 상기 축열조(120)에 저장되어 있는 열을 온실(10) 내부로 공급하여 야간에 온실 내부의 온도를 상승시킬 수 있게 한다. 한편, 상기 축열조(120)의 열량과 팬코일 유닛(121)만으로 생육 적온까지 온실 내부의 온도를 상승시킬 수 없는 경우에는 보조 난방기(200)를 더 포함하여 추가적인 난방을 하도록 할 수 있다.

다시, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 축열식 온실 난방시스템의 주요 구성요소들의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 먼저, 상기 히트펌프(110)는 온실 외부에, 축열조(120)는 온실 외부 또는 내부에 배치될 수 있으며, 온실 내부의 온도를 측정하는 온도센서(150)는 상기 온실(10)의 내부에 배치되며, 측정한 온도정보는 제어부(160)로 전송한다.

한편, 상기 히트펌프(110)는 흡기수단(130) 및 배기수단(140)을 구비할 수 있다.

예를 들면, 상기 흡기수단(130)은 상기 히트펌프(110)와 연결되는 제1-1방향(a), 상기 온실(10)의 내부로 관통되는 제1-2방향(b), 온실 외부 방향인 제1-3방향(c)으로 이루어지는 제1 덕트(131)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 제1 덕트(131)의 제1-1,1-2,1-3방향으로 이루어지는 덕트가 만나는 부분에 제1 덕트 개폐수단(132)이 설치된다. 예를 들면, 상기 제1 덕트 개폐수단(132)은 삼방벨브(3-way valve)일 수 있다. 상기 제1 덕트 개폐수단(132)의 개폐방향에 따라 상기 히트펌프(110)로 연결되는 제1-1방향의 덕트가 제1-2방향 또는 제1-3방향으로 연결될 수 있도록 하는 것이다. 예를 들면, 태양복사로 인하여 과열된 온실 내부의 공기를 흡기하기 위해서 상기 제1 덕트 개폐수단(132)의 개폐방향을 조절하여 외부로 통하는 제1-3방향(c)으로의 연결은 막고 온실로 통하는 제1-2방향(b)으로의 연결은 개방하여 온실 내부의 공기를 흡기할 수 있도록 하는 것이다. 이때, 상기 히트펌프(110)와 연결되어 있는 제1-1방향(a)의 덕트 내부에 흡기팬(133)을 설치하여 공기의 흡입을 용이하게 할 수 있다.

상기 배기수단(140)은 상기 히트펌프(110)와 연결되는 제2-1방향(a'), 상기 온실(10)의 내부로 관통되는 제2-2방향(b'), 온실 외부 방향인 제2-3방향(c')으로 이루어지는 제2 덕트(141)를 포함할 수 있다. 상기 제2 덕트(141)는 상기 제2-1,2-2,2-3방향으로 이루어지는 덕트가 만나는 부분에 제2 덕트 개폐수단(142)이 설치된다. 예를 들면, 상기 제2 덕트 개폐수단(142)은 삼방밸브(3-way valve)일 수 있다. 상기 제2 덕트 개폐수단(142)의 개폐방향에 따라 상기 히트펌프(110)로 연결되는 덕트가 제2-2방향(b') 또는 제2-3방향(c')으로 절환 될 수 있도록 하는 것이다. 예를 들면, 히트펌프(110) 내에서 열교환된 저온의 공기를 온실의 내부로 배출하기 위하여 상기 제2 덕트 개폐수단(142)의 개폐방향을 조절하여 외부로 통하는 제2-3방향(c')으로의 연결은 막고 온실로 통하는 제2-2방향(b')으로의 연결은 개방하여 온실 내부로 저온의 공기를 공급할 수 있도록 하는 것이다. 이때, 상기 히트펌프(110)와 연결되어 있는 제2-1방향(a')의 덕트 내부에 배기팬(143)을 설치하여 공기의 배기를 용이하게 할 수 있다.

한편, 상기 축열조(120)는 온실(10)의 외부 또는 내부에 배치되며 상기 히트펌프(110)로부터 고온의 열 또는 저온의 냉열을 전달받아 이를 저장할 수 있다. 또한, 필요에 따라 상기 축열조(120)에 축열되어 있는 열을 축열조 외부로 공급할 수 있다. 예를 들면, 상기 축열조(120) 내부에 저장되어 있는 열 또는 냉열을 상기 온실(10)로 공급할 수 있도록 하기 위하여 팬코일 유닛(121)을 구비할 수 있다. 상기 팬코일 유닛(121)은 온실 내부에 적어도 하나 이상 설치되어 축열조(120)에 저장되어 있는 열 또는 냉열을 온실(10)에 공급할 수 있도록 한다. 예를 들면, 주간에 축열조(120)에 저장하였던 열을 공급받아 야간에 온실(10)의 내부로 공급할 수 있도록 한다. 상기 팬코일 유닛(121)은 온실의 크기에 따라 복수개가 일정한 간격으로 배치될 수 있으며, 이는 온실의 크기 및 야간의 온도에 따라 다양하게 운영할 수 있다.

제어부(160)는 온실 내부 또는 외부에 배치될 수 있으며, 온실 내부에 설치되어 온실 내부의 온도를 측정하는 온도센서(150)를 구비한다. 상기 제어부(160)는 제1 제어스위치(161)와 제2 제어스위치(162)의 제어온도를 설정하며 야간에 유지하고자 하는 온실의 야간온도를 설정한다. 상기 제어부(160)는 주간에 온실 내부의 온도가 작물의 생육 적온 범위의 상한온도에 도달할 경우 제1 제어스위치(161)를 제어하여 온실 내부의 공기를 흡입하여 히트펌프(110)로 공급하도록 하고, 제2 제어스위치(162)를 제어하여 히트펌프(110)로부터 배기되는 저온의 공기가 온실 내부로 배출되도록 한다. 상기 히트펌프(110)는 온실 내부의 태양 잉여열로부터 얻은 열을 축열조(120)에 저장한다. 한편, 온실 내부의 온도가 작물의 생육 적온 범위의 하한온도에 도달하면 주간의 온실 외부 공기를 흡입하여 히트펌프(110)로 공급한다. 즉, 상기 제1 제어스위치(161)를 제어하여 온실 외부의 공기를 흡입할 수 있도록 하고, 제2 제어스위치(162)를 제어하여 히트펌프(110)에서 배출되는 저온의 공기를 온실 외부로 배출하도록 한다. 외부 공기열을 이용하여 상기 히트펌프(110)에서 공급되는 열량은 축열조(120)에 저장되며, 외부 공기를 이용하여 축열하는 동안 온실내부의 온도는 태양복사에 의해 다시 작물의 생육 적온 범위의 상한온도까지 회복된다.

한편, 상기 제어부(160)는 야간에 온실내부의 온도가 야간온도 설정값 이하로 내려갈 경우 축열조(120)와 연결된 팬코일 유닛(121)을 작동시켜 축열조(120)에 저장되어 있는 열을 온실 내부로 공급하도록 한다. 이때, 온실 내부의 온도가 야간온도 설정값까지 상승하지 못할 경우 온실 내부에 보조 난방기(200)를 추가로 설치하여 함께 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온실 난방시스템의 주간 축열과정 및 야간 난방과정을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온실 난방시스템의 동절기 주간의 온실 외부 공기열을 이용한 축열과정을 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온실 난방시스템의 동절기 주간의 온실 내부 태양잉여열을 이용한 축열과정을 나타낸 것이다.

도 2 내지 도 3을 참조하여 주간 축열과정을 살펴보면, 주간 축열과정은 주간의 온실 외부의 공기열을 이용한 축열과정과, 주간의 온실 내부의 태양 잉여열을 이용한 축열과정으로 나눌 수 있다. 상기와 같은 축열과정은 온실 내부의 설정온도(예를 들면, 작물 생육 적온 범위의 상한온도와 하한온도)에 따라 자동으로 전환되어 수행된다.

도 2를 참조하면, 동절기에 일출 후 온실내부의 온도가 상승하기 시작하여 재배작물의 생육 적온 범위의 상한온도에 도달하기 전까지는 온실 외부 공기열을 이용하여 축열하며, 이때, 제1 덕트 개폐수단(132) 및 제2 덕트 개폐수단(142)에 의해 온실 내부로 통하는 덕트는 폐쇄되고, 온실 외부로 통하는 덕트는 개방된다. 즉, 흡기팬(133)에 의해 야간에 비해 상대적으로 고온인 주간의 외부 공기열이 상기 히트펌프(110)로 공급되게 되고, 상기 히트펌프(110)에서 열교환된 저온의 공기는 배기팬(143)을 통해 온실 외부로 배출된다.

한편, 도 3을 참조하면, 온실 내부의 온도가 태양복사에 의해 작물의 생육 적온 범위의 상한온도에 도달하게 되면 제1 덕트 개폐수단(132) 및 제2 덕트 개폐수단(142)에 의해 온실 외부로 통하는 덕트는 폐쇄되고 온실 내부로 통하는 덕트는 개방되어 온실 내부의 태양 잉여열을 이용하여 축열한다. 즉, 흡기팬(133)에 의해 온실 내부의 공기가 상기 히트펌프(110)로 공급되게 되고, 상기 히트펌프(110)에서 열교환된 저온의 공기는 배기팬(143)에 의해 온실 내부로 배출되어 온실 내부의 공기 온도를 하강시키게 된다. 이때, 온실내부의 공기 온도는 축열과정에서 하강하게 되므로 고온피해를 방지하기 위한 환기를 수행할 필요가 없으며 따라서 시용된 이산화탄소의 손실을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

상기와 같은 태양 잉여열을 이용한 축열은 온실 내부의 온도가 작물의 생육 적온 범위의 하한온도까지 떨어질 때까지 유지되며, 온실 내부의 온도가 생육 적온 범위의 하한온도에 도달하면 다시 상기의 온실의 외부 공기열을 이용한 축열과정으로 전환되어 온실 내부는 태양복사에 의한 온도 회복을 할 수 있게 된다. 축열과정은 작물의 생육 적온 범위 내에서 온실 내부의 태양 잉여열을 이용한 축열과정과 온실 외부의 공기열을 이용한 축열과정을 반복하게 된다.

한편, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온열 난방시스템의 야간 난방과정을 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 축열식 온열 난방시스템에서 보조난방기구를 더 포함한 난방과정을 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 야간의 난방과정은 온실 내부의 온도가 야간온도 설정값 이하로 내려가면 제어부(160)가 팬코일 유닛(121)을 가동하여 축열조(120)의 방열이 시작되며, 축열조(120)의 열량으로 난방부하를 대응하지 못하는 경우에는 도 5에 나타난 바와 같이 보조난방기(200)를 가동하여 온실 온도를 유지할 수 있다.

한편, 공기열원 히트펌프(110)를 냉방사이클로 전환하여 냉방장치로도 이용이 가능하다. 하절기에 온실의 주간 냉방은 과다한 냉방부하로 인하여 경제성이 떨어지므로 상대적으로 저온인 야간의 외기를 이용하여 온실 야냉을 수행한다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 온실 110: 히트펌프
120: 축열조 121: 팬코일 유닛
130: 흡기수단 131: 제1 덕트
132: 제1 덕트 개폐수단 133: 흡기팬
140: 배기수단 141: 제2 덕트
142: 제2 덕터 개폐수단 143: 배기팬
150: 제어부 160: 온도센서
200: 보조 난방기

Claims

열 또는 냉열을 저장하고, 상기 저장된 열 또는 냉열을 온실 내부로 방출하는 팬코일 유닛을 구비하는 축열조;
상기 축열조와 연결되어, 상기 온실 내부 또는 외부의 열 또는 냉열을 상기 축열조에 전달하는 히트펌프;
온실의 내부 또는 온실의 외부 공기를 미리 설정된 온실내부의 온도에 따라 선택적으로 흡입하여 히트펌프로 공급하는 흡기수단;
히트펌프에서 발생하는 공기를 온실의 내부 또는 온실의 외부로 선택적으로 배기하는 배기수단;
온실 내부의 온도를 측정하는 온도센서; 및
상기 온도센서로부터 측정된 온도에 의해 상기 흡기수단 및 배기수단을 제어하여, 동절기에 온실 내부의 온도가 상승하기 시작하여 재배작물의 생육 적온 범위의 상한온도에 도달하기 전까지는 온실 외부 공기열을 이용하여 축열할 수 있도록 온실 내부로 통하는 덕트는 폐쇄하고, 온실 외부로 통하는 덕트는 개방하도록 상기 흡기수단 및 상기 배기수단을 제어하고, 온실 내부의 온도가 태양복사에 의해 작물의 생육 적온 범위의 상한온도에 도달하게 되면 상기 온실 내부의 태양 잉여열을 이용하여 상기 축열조에 축열하도록 온실 내부로 통하는 덕트는 폐쇄하고, 온실 외부로 통하는 덕트는 개방하도록 상기 흡기수단 및 상기 배기수단을 제어하는 제어부를 포함하는 축열식 온실 난방 시스템.
청구항 1 에 있어서, 상기 흡기수단은
히트펌프와 연결되며 온실 내부와 온실의 외부로 배치되도록 3방향으로 이루어진 제1 덕트;
상기 덕트에 설치되어 공기 흡기 방향을 조절할 수 있는 제1 덕트 개폐수단;
상기 덕트 내부에 설치되어 공기를 유입할 수 있도록 하는 공기 흡기팬을 포함하는 축열식 온실 난방 시스템.
청구항 1 에 있어서, 상기 배기수단은
히트펌프와 연결되며 온실 내부와 온실의 외부로 배치되도록 3방향으로 이루어진 제2 덕트;
상기 덕트에 설치되어 공기 배기 방향을 조절할 수 있는 제2 덕트 개폐수단;
상기 덕트 내부에 설치되어 히트펌프로부터 발생되는 공기를 배출할 수 있도록 하는 공기 배기팬을 포함하는 축열식 온실 난방 시스템.
청구항 1 에 있어서, 축열식 온실 난방 시스템은
온실 내부에 보조 난방기를 더 포함하는 축열식 온실 난방 시스템.