KR101639302B1

KR101639302B1 - 지중공기를 이용하는 환경조절시스템

Info

Publication number: KR101639302B1
Application number: KR1020140103818A
Authority: KR
Inventors: 심성천; 한만엽; 서선명
Original assignee: (주)제스코; 한국농어촌공사
Priority date: 2014-08-11
Filing date: 2014-08-11
Publication date: 2016-07-13
Also published as: KR20160019272A

Abstract

본 발명은 지중공기를 이용하는 환경조절시스템에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 시설물 환기시 시설물 내부에서 외부로 버려지는 폐열을 재활용하여 히트펌프의 효율을 높이고 시설물 환기를 위해 사용되는 송풍팬의 전력사용을 줄일 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 지중공기를 열교환 없이 바로 시설물에 공급하여 시설물 내부의 온도 변화를 최소화하면서 시설물 내부의 이산화탄소의 농도를 조절할 수 있으며, 지중공기를 이용한 열교환, 시설물에서 배출되는 공기(폐열)를 이용한 열교환, 시스템의 주위공기를 이용한 열교환을 조건에 맞추어 선택적으로 수행하므로 에너지 효율 및 경제성을 향상시킬 수 있는 지중공기를 이용하는 환경조절시스템에 대한 것이다.

Description

지중공기를 이용하는 환경조절시스템{Environment control system using underground air}

에너지원으로 널리 사용되는 화석연료의 경우 매장 지역의 편중이 심하고 매장량의 한계가 있으며 환경오염을 일으키는 문제 때문에, 신재생에너지에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다. 신재생에너지 중 지열을 이용하는 냉난방시스템(환경조절시스템)은 아래 표시한 특허문헌처럼, 지중의 공기를 흡입하여 열교환하는 공조기, 상기 공조기와 열매체를 교환하는 히트펌프, 상기 히트펌프로부터 공급되는 열을 이용하여 시설물을 냉난방하는 출력부 등을 포함하여, 즉 지중의 공기를 이용하여 시설물을 냉난방하여 시설물 내부의 환경을 적정하게 유지한다.

(특허문헌)

특허 제10-1131187호(2012. 03. 29. 공고) "지하공기열원을 이용한 냉난방 시스템 및 그 냉난방 시스템의 제어방법"

하지만, 종래의 지열을 이용하는 냉난방시스템(환경조절시스템)은 지중공기를 이용하여 단순히 시설물을 냉난방하는 것에 주안점을 맞추어, 에너지 효율이 떨어지는 문제가 있다. 예컨대, 낮 시간대 햇빛이 시설물 내부로 유입되어 시설물 내부의 온도가 올라가는 경우, 시설물 내부의 적정 온도 및 습도를 맞추기 위해 송풍팬을 이용하여 내부의 공기를 외부로 배출하는데, 즉 폐열은 이용되지 않고 버려지게 되고 송풍팬을 작동하기 위해 추가적인 에너지가 사용되어 지열을 이용하는 냉난방시스템(환경조절시스템)의 에너지 효율이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 종래의 지열을 이용하는 냉난방시스템(환경조절시스템)을 농업용 하우스의 시설물에 적용하는 경우, 이산화탄소를 발생시켜 하우스 내부에 공급하기 위한 장치를 별도로 구비하여야 하여 지열을 이용하는 냉난방시스템(환경조절시스템)의 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명은 시설물 환기시 시설물 내부에서 외부로 버려지는 폐열을 재활용하여 히트펌프의 효율을 높이고 시설물 환기를 위해 사용되는 송풍팬의 전력사용을 줄일 수 있어 에너지 효율이 향상된 지중공기를 이용하는 환경조절시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 지중공기를 열교환 없이 바로 시설물에 공급하여 시설물 내부의 온도 변화를 최소화하면서 시설물 내부의 이산화탄소의 농도를 조절할 수 있는 지중공기를 이용하는 환경조절시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 지중공기를 이용한 열교환, 시설물에서 배출되는 공기(폐열)를 이용한 열교환, 시스템의 주위공기를 이용한 열교환을 조건에 맞추어 선택적으로 수행하므로 에너지 효율 및 경제성을 향상시킬 수 있는 지중공기를 이용하는 환경조절시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템은 공기를 흡입하여 열교환하는 열교환부와, 상기 열교환부의 열교환을 이용하여 시설물 내부를 난방하는 공조부와, 일단은 지중에 위치하고 타단은 열교환기에 위치하여 지중공기를 열교환부에 공급하는 지중관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템은 상기 시설물 내부의 공기를 열교환부에 공급하는 폐열공급부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템은 상기 시설물 외부의 공기를 열교환부에 공급하는 외부공기공급부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템은 상기 지중관의 통해 유입된 지중공기를 시설물 내부에 공급하여 시설물 내부의 이산화탄소의 농도를 조절하는 이산화탄소공급부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템은 상기 시설물 내부의 공기를 열교환부에 공급하는 폐열공급부와, 상기 시설물 외부의 공기를 열교환부에 공급하는 외부공기공급부와, 상기 지중관의 통해 유입된 지중공기를 시설물 내부에 공급하여 시설물 내부의 이산화탄소의 농도를 조절하는 이산화탄소공급부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템에 있어서 상기 열교환부는 외형을 형성하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 위치하며 유입된 공기를 이용하여 열교환하는 열교환기와, 상기 하우징 내부에 상기 열교환기와 일정 간격을 두고 위치하여 공기를 흡입하는 흡인력을 제공하는 가압부와, 일단이 상기 가압부와 연결되고 타단이 상기 하우징의 외부에 위치하여 상기 하우징 내부로 유입된 공기를 상기 열교환부의 외부로 배출하는 배기관과, 상기 배기관의 일측에 위치하여 상기 배기관의 개폐를 조절하는 배기관조절부를 포함하며, 상기 폐열공급부는 일단이 시설물에 연통되고 타단이 상기 열교환부에 연통되어 시설물 내부의 공기의 이동통로가 되는 시설물관과, 상기 시설물관의 일측에 위치하여 상기 시설물관의 개폐를 조절하는 시설물관조절부를 포함하고, 상기 외부공기공급부는 일단이 상기 열교환부 내에 위치하고 타단이 상기 열교환부 외부에 위치하여 환경조절시스템의 외부 공기의 이동통로가 되는 외부관과, 상기 외부관의 일측에 위치하여 상기 외부관의 개폐를 조절하는 외부관조절부를 포함하며, 상기 이산화탄소공급부는 일단이 상기 배기관조절부의 전측 상기 배기관에 연통되고 타단이 상기 시설물관조절부의 전측 상기 시설물관에 연통되어 상기 배기관을 통해 배출된 지중공기가 상기 하우스 내부에 공급되도록 하는 공급관과, 상기 공급관의 일측에 위치하여 상기 공급관의 개폐를 조절하는 공급관조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템에 있어서 환경조절시스템의 작동을 제어하는 컨트롤러를 추가로 포함하며, 상기 컨트롤러는 지중공기열교환조건에 해당하는 경우 상기 열교환부가 상기 지중관을 통해 유입된 지중공기를 이용하여 열교환을 수행하도록 제어하는 지중공기열교환모듈과, 시물물공기열교환조건에 해당하는 경우 상기 열교환부가 상기 폐열공급부를 통해 유입된 시설물 내의 공기를 이용하여 열교환을 수행하도록 제어하는 시설물공기열교환모듈과, 외부공기열교환조건에 해당하는 경우 상기 열교환부가 상기 외부공기공급부를 통해 유입된 환경조절시스템의 외부 공기를 이용하여 열교환을 수행하도록 제어하는 외부공기열교환모듈과, 이산화탄소공급조건에 해당하는 경우 상기 지중관을 통해 유입된 지중공기를 열교환 없이 시설물 내부에 공급되도록 제어하는 이산화탄소공급모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템에 있어서 상기 지중공기열교환모듈은 상기 배기관조절부를 제어하여 상기 배기관을 개방하고, 상기 시설물관조절부를 제어하여 상기 시설물관을 폐쇄하고, 상기 외부관조절부를 제어하여 외부관을 폐쇄하고, 상기 공급관조절부를 제어하여 공급관을 폐쇄하고, 상기 열교환기에 열매체를 순환시키고 상기 가압부를 작동시켜 상기 지중관을 통해 유입된 지중공기는 상기 열교환기를 통과하면서 열교환이 이루어지고, 열교환이 이루어진 지중공기는 가압부, 배기관을 차례로 통과하여 환경조절시스템의 외부로 배출되도록 하며, 상기 시설물공기열교환모듈은 가압부를 정지시키고 시설물관조절부를 제어하여 시설물관을 개방하고 가압부를 작동시켜 시설물 내부의 공기가 시설물관을 통해 열교환부에 유입되어 상기 열교환기를 통과하면서 열교환이 이루어지고, 열교환이 이루어진 시설물 내의 공기는 가압부, 배기관을 차례로 통과하여 환경조절시스템의 외부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템에 있어서 상기 외부공기열교환모듈은 가압부를 정지시키고, 상기 배기관이 개방되고 상기 시설물관이 폐쇄되고, 상기 공급관이 폐쇄되도록 하고, 상기 외부관조절부를 제어하여 외부관을 개방하고, 상기 열교환기에 열매체를 순환시키고 상기 가압부를 작동시켜 상기 외부관을 통해 유입된 환경조절시스템의 외부 공기는 상기 열교환기를 통과하면서 열교환이 이루어지고, 열교환이 이루어진 외부 공기는 가압부, 배기관을 차례로 통과하여 환경조절시스템의 외부로 배출되도록 하며, 상기 이산화탄소공급모듈은 가압부를 정지시키고, 상기 열교환기에 열매체가 순환되지 않도록 하고, 상기 배기관조절부를 제어하여 상기 배기관을 폐쇄하고, 상기 시설물관조절부를 제어하여 상기 시설물관을 폐쇄하고, 상기 외부관조절부를 제어하여 외부관을 폐쇄하고, 상기 공급관조절부를 조절하여 상기 공급관을 개방한 상태에서 상기 가압부를 작동시켜 상기 지중관을 통해 유입된 지중공기는 열교환 없이 가압부, 배기관, 공급관을 차례로 통과하여 시설물 내부로 유입되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 시설물 환기시 시설물 내부에서 외부로 버려지는 폐열을 재활용하여 히트펌프의 효율을 높이고 시설물 환기를 위해 사용되는 송풍팬의 전력사용을 줄일 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 지중공기를 열교환 없이 바로 시설물에 공급하여 시설물 내부의 온도 변화를 최소화하면서 시설물 내부의 이산화탄소의 농도를 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 지중공기를 이용한 열교환, 시설물에서 배출되는 공기(폐열)를 이용한 열교환, 시스템의 주위공기를 이용한 열교환을 조건에 맞추어 선택적으로 수행하므로 에너지 효율 및 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경조절시스템의 전체구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경조절시스템에 사용되는 열교환부의 상세도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경조절시스템에 사용되는 컨트롤러의 블럭도.
도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경조절시스템의 작동과정을 설명하기 위한 참고도.

이하에서는 본 발명에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경조절시스템의 전체구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 환경조절시스템에 사용되는 열교환부의 상세도이고, 도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 환경조절시스템의 작동과정을 설명하기 위한 참고도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지중공기를 이용하는 환경조절시스템을 도 1 내지 7을 참조하여 설명하면, 공기를 흡입하여 열교환하는 열교환부(1)와, 상기 열교환부(1)의 열교환을 이용하여 시설물(100) 내부를 난방하는 공조부(2)와, 일단은 지중에 위치하고 타단은 열교환부(1)에 위치하여 지중공기를 열교환부(1)에 공급하는 지중관(3)과, 상기 시설물(100) 내부의 공기를 열교환부(1)에 공급하는 폐열공급부(4)와, 시설물(100) 외부의 공기를 열교환부(1)에 공급하는 외부공기공급부(5)와, 상기 지중관(3)의 통해 유입된 지중공기를 시설물(100) 내부에 공급하는 이산화탄소공급부(6)와, 환경조절시스템의 작동을 제어하는 컨트롤러(7) 등을 포함한다. 상기 지중공기를 이용하는 환경조절시스템은 주거용 건축물, 농업용 하우스 등의 다양한 시설물(100)에 적용될 수 있으나, 이하에서는 상기 환경조절시스템이 적용되는 시설물(100)로 농업용 하우스를 예로 들어 설명하기로 한다. 상기 하우스(100)의 내부에는 온도센서(미도시), 습도센서(미도시), 이산화탄소 농도측정센서(미도시) 등이 설치되고, 상기 시스템의 외부에는 온도센서(미도시) 등이 설치되어 측정된 값을 후술할 컨트롤러(7)에 전송하게 된다.

상기 열교환부(1)는 상기 컨트롤러(7)의 제어하에 공기를 흡입하여 열교환하는 구성으로, 상기 열교환부(1)는 상기 지중관(3)을 통해 유입된 지중공기를 이용하거나 폐열공급부(4)를 통해 유입된 시설물(100) 내부의 공기를 이용하거나 외부공기공급부(5)에 의해 공급된 외부 공기를 이용하여 열교환하게 된다. 또한, 상기 열교환부(1)는 상기 컨트롤러(7)의 제어하에 상기 지중관(3)을 통해 유입된 지중공기를 열교환 없이 이산화탄소공급부(6)에 공급한다. 상기 열교환부(1)는 하우징(11), 열교환기(12), 가압부(13), 배기관(14), 배기관조절부(15) 등을 포함한다.

상기 하우징(11)은 상기 열교환부(1)의 외형을 형성하며 열교환기(12), 가압부(13) 등을 수용하는 구성으로, 상기 지중관(3), 시설물관(41), 외부관(51), 배기관(61) 등과 연통된다.

상기 열교환기(12)는 상기 하우징(11)의 내부에 위치하며 유입된 공기를 이용하여 열교환하는 구성으로, 상기 공조부(2)의 매체공급관(211a)을 통해 유입된 낮은 온도의 열매체가 상기 열교환기(12)를 통과하는 과정에서 상기 하우징(11)에 유입된 공기에 의해 가열되어 상기 열매체가 상대적으로 높은 온도가 되어 상기 메체회수관(211b)를 통해 상기 공조부(2)에 공급되게 되어 열교환이 이루어진다. 상기 열교환기(12)는 상기 지중관(3)을 통해 유입된 지중공기를 이용하거나 폐열공급부(4)를 통해 유입된 시설물(100) 내부의 공기를 이용하거나 외부공기공급부(5)에 의해 공급된 외부 공기를 이용하여 열교환하게 된다.

상기 가압부(13)는 상기 하우징(11) 내부에 상기 열교환기(12)와 일정 간격을 두고 위치하여 공기를 흡입하는 흡인력을 제공하는 구성으로, 예컨대 송풍기 등이 사용될 수 있다. 상기 가압부(13)의 작동에 의해 상기 하우징(11) 내부로 상기 지중관(3)을 통해 지중공기가 유입되거나, 상기 폐열공급부(4)를 통해 시설물(100) 내부의 공기가 유입되거나, 상기 외부공기공급부(5)를 통해 환경조절시스템 외부의 공기가 유입되게 된다.

상기 배기관(14)은 일단이 상기 가압부(13)와 연결되고 타단이 상기 하우징(11)의 외부에 위치하여 상기 하우징(11) 내부로 유입된 공기를 상기 열교환부(1)의 외부로 배출하는 구성으로, 상기 배기관(14)의 일측에는 상기 컨트롤러(7)의 제어하에 상기 배기관(14)의 개폐를 조절하는 배기관조절부(15)가 위치한다. 상기 하우징(11)의 내부에 유입된 지중공기, 시설물 내부 공기 및 시스템 외부 공기는 열교환에 이용된 후 상기 배기관(14)을 통해 배출되거나, 상기 지중공기는 열교환 없이 상기 배기관(14)을 통해 바로 시설물(100) 내부에 공급되게 되는데, 이에 대해서는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.

상기 공조부(2)는 상기 열교환부(1)의 열교환을 이용하여 시설물(100) 내부를 난방하는 구성으로, 열교환기(22)를 통과하여 가열된 열매체를 이용하는 종래의 다양한 공조장치가 사용될 수 있는데, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 열교환기(22)와 열매체를 교환하는 히트펌프(21)와, 상기 히트펌프(22)와 열매체를 교환하는 축열탱크(22)와, 상기 축열탱크(22)와 열매체를 교환하여 가열공기를 발생시키는 라디에이터(23) 등을 포함할 수 있다.

상기 지중관(3)은 일단이 지중에 위치하고 타단이 열교환부(1)에 위치하여 지중공기의 이동통로가 되는 구성으로, 상기 지중관(3)을 통해 열교환부(1)에 공급된 공기는 열교환된 후 외부로 배출되거나 열교환 없이 시설물(100)에 공급되게 된다. 상기 지중관(3)의 일단이 위치하는 지중은 화강암과 같이 공기의 유동이 어려운 암석들 사이에 공기의 유동통로를 형성하는 화산쇄설암 등의 암석이 구비된 지형으로 이루어진다. 상기 지중에 위치하는 지중공기는 15 내지 17도를 유지하며 시스템 외부 즉 대기 중의 공기보다 높은 이산화탄소 농도를 가지게 된다.

상기 폐열공급부(4)는 시설물(100) 내부의 공기를 열교환부(1)에 공급하는 구성으로, 시설물관(41), 시설물관조절부(42) 등을 포함한다.

상기 시설물관(41)은 일단이 시설물(100)에 연통되고 타단이 상기 열교환부(1)에 연통되어 시설물 내부의 공기의 이동통로가 되는 구성으로, 상기 시설물관(41)의 일측에는 상기 컨트롤러(7)의 제어하에 상기 시설물관(41)의 개폐를 조절하는 시설물관조절부(42)가 위치한다. 채광 등에 의해 상기 시설물(100) 내부의 온도가 높아지는 경우 종래에는 시설물(100) 내부의 공기를 시설물(100)에 설치된 송풍팬(미도시)을 이용하여 시설물(100) 외부로 배출하게 되는데, 상기 환경조절시스템은 상기 시설물(100) 내부의 가열 공기를 환경조절시스템 외부로 즉 대기로 배출하지 않고 상기 폐열공급부(4)를 통해 상기 열교환기(1)에 공급하여 폐열을 회수하게 되는데, 이에 대해서는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.

상기 외부공기공급부(5)는 환경조절시스템의 외부 공기를 열교환부(1)에 공급하는 구성으로, 공급관(51), 공급관조절부(52) 등을 포함한다.

상기 외부관(51)은 일단이 상기 열교환부(1) 내에 위치하고 타단이 상기 열교환부(1) 외부에 위치하여 환경조절시스템의 외부 공기의 이동통로가 되는 구성으로, 상기 외부관(51)의 일측에는 상기 컨트롤러(7)의 제어하에 상기 외부관(51)의 개폐를 조절하는 외부관조절부(52)가 위치한다. 혹서기, 혹한기 이외의 시기 등과 같이 지중공기보다 환경조절시스템의 외부(대기)의 공기가 더 높은 온도를 가지게 되고 상기 시설물(100)의 내부 온도가 폐열을 회수할 수 있는 조건에 이르지 못한 경우에는 상기 외부공기공급부(5)를 통해 상기 열교환기(1)에 외부 공기를 공급하여 열교환이 이루어지게 되는데, 이에 대해서는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.

상기 이산화탄소공급부(6)는 상기 지중관(3)을 통해 유입된 지중공기를 시설물(100) 내부에 공급하는 구성으로, 공급관(61), 공급관조절부(62) 등을 포함한다.

상기 공급관(61)은 일단이 상기 배기관조절부(15)의 전측 상기 배기관(14)에 연통되고 타단이 상기 시설물관조절부(42)의 전측 상기 시설물관(41)에 연통되어 상기 배기관(14)을 통해 배출된 지중공기가 상기 하우스(100) 내부에 공급되도록 하는 구성으로, 상기 공급관(61)의 일측에는 상기 컨트롤러(7)의 제어하에 상기 공급관(61)의 개폐를 조절하는 공급관조절부(62)가 위치한다. 지중공기는 대기의 공기보다 높은 이산화탄소의 농도를 가지고 하우스 내부는 농작물의 생육을 위해 적정한 이산화탄소의 농도가 유지되어야 하는데, 상기 환경조절시스템은 상기 컨트롤러(7)의 제어하에 상기 이산화탄소공급부(6)를 통한 시설물 내부 지중공기의 공급을 제어하여 시설물(100)의 내부의 이산화탄소의 농도를 조절하게 되며, 이에 대해서는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.

상기 컨트롤러(7)는 환경조절시스템의 작동을 제어하는 구성으로, 수신모듈(71), 지중공기열교환모듈(72), 시설물공기열교환모듈(73), 외부공기열교환모듈(74), 이산화탄소공급모듈(75), 저장모듈(76), 제어모듈(77) 등을 포함한다.

상기 수신모듈(71)은 상기 하우스(100)의 내부에 위치하는 온도센서, 습도센서, 이산화탄소 농도측정센서 및 상기 환경조절시스템의 외부에 설치된 온도센서 등의 각종 센서가 전송하는 데이터를 수신하여 출력한다.

상기 지중공기열교환모듈(72)은 상기 수신모듈(71)에서 수신된 데이터가 상기 저장모듈(76)에 저장된 지중공기열교환조건에 해당하는 경우, 상기 열교환부(1)가 상기 지중관(3)을 통해 유입된 지중공기를 이용하여 열교환을 수행하도록 환경조절시스템을 제어한다. 상기 환경조절시스템은 상기 지중공기열교환모듈(72)의 제어하에 지중공기를 이용하는 열교환을 기본으로 하며, 구체적으로는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 지중공기열교환모듈(72)은 상기 배기관조절부(15)를 제어하여 상기 배기관(14)을 개방하고, 상기 시설물관조절부(42)를 제어하여 상기 시설물관(41)을 폐쇄하고, 상기 외부관조절부(52)를 제어하여 외부관(51)을 폐쇄하고, 상기 공급관조절부(62)를 제어하여 공급관(61)을 폐쇄하고, 상기 열교환기(12)에 열매체를 순환시키고 상기 가압부(13)를 작동시키면 상기 지중관(3)을 통해 유입된 지중공기는 상기 열교환기(12)를 통과하면서 열교환이 이루어지고, 열교환이 이루어진 지중공기는 가압부(13), 배기관(14)을 차례로 통과하여 환경조절시스템의 외부로 배출되게 된다.

상기 시설물공기열교환모듈(73)은 상기 수신모듈(71)에서 수신된 데이터가 상기 저장모듈(76)에 저장된 시물물공기열교환조건에 해당하는 경우, 상기 열교환부(1)가 상기 폐열공급부(4)를 통해 유입된 시설물 내의 공기를 이용하여 열교환을 수행하도록 환경조절시스템을 제어한다. 상기 시설물공기열교환모듈(73)의 제어하에 시설물 내의 공기를 이용한 열교환 과정을 도 5를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 상기 환경조절시스템은 상기 지중공기열교환모듈(72)의 제어하에 지중공기를 이용하는 열교환을 기본으로 하므로, 상기 시설물공기열교환모듈(73)은 가압부(13)를 일시 정지시키고 시설물관조절부(42)를 제어하여 시설물관(41)을 개방하고 다시 가압부(13)를 작동시키면 시설물(100) 내부의 공기가 시설물관(41)을 통해 열교환부(1)에 유입되어 상기 열교환기(12)를 통과하면서 열교환이 이루어지고, 열교환이 이루어진 시설물 내의 공기는 가압부(13), 배기관(14)을 차례로 통과하여 환경조절시스템의 외부로 배출되게 된다. 이때, 상기 지중관(1)은 개방되어 있더라도 지중에는 음압이 작용하므로, 상기 시설물관(41)이 개방된 상태에서 가압부(13)를 작동시키는 경우 지중공기 대신에 시설물(100) 내의 공기가 유입되게 된다. 해가 떠서 시설물 내로 채광이 되어 적정온도 이상으로 올라가는 등의 경우, 시설물 내부의 온도를 적정하게 유지하기 위해 시설물 내의 공기를 외부로 배출하기보다는 상기 시설물 내의 공기를 열교환부(1)에 공급하여 즉 폐열을 재활용하여 히트펌프의 효율을 높이고(지중공기를 이용한 열교환보다 효율이 높음) 시설물 환기를 위해 사용되는 송풍팬의 전력사용을 줄일 수 있게 된다.

상기 외부공기열교환모듈(74)은 상기 수신모듈(71)에서 수신된 데이터가 상기 저장모듈(76)에 저장된 외부공기열교환조건에 해당하는 경우, 상기 열교환부(1)가 상기 외부공기공급부(5)를 통해 유입된 환경조절시스템의 외부 공기를 이용하여 열교환을 수행하도록 환경조절시스템을 제어한다. 상기 외부공기열교환모듈(74)의 제어하에 외부 공기를 이용한 열교환 과정을 도 6을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 상기 환경조절시스템은 기본적으로 지중공기를 이용하던 시설물 내부의 공기를 이용하던 열교환을 수행하고 있으므로 상기 외부공기열교환모듈(74)은 가압부(13)를 일시 정지시키고, 상기 배기관(14)이 개방되고 상기 시설물관(41)이 폐쇄되고, 상기 공급관(61)을 폐쇄되도록 하고, 상기 외부관조절부(52)를 제어하여 외부관(51)을 개방하고, 상기 열교환기(12)에 열매체를 순환시키고 상기 가압부(13)를 다시 작동시키면 상기 외부관(51)을 통해 유입된 환경조절시스템의 외부 공기는 상기 열교환기(12)를 통과하면서 열교환이 이루어지고, 열교환이 이루어진 외부 공기는 가압부(13), 배기관(14)을 차례로 통과하여 환경조절시스템의 외부로 배출되게 된다. 이때, 상기 지중관(1)은 개방되어 있더라도 지중에는 음압이 작용하므로, 상기 외부관(51)이 개방된 상태에서 가압부(13)를 작동시키는 경우 지중공기 대신에 외부관(51) 내의 공기가 유입되게 된다.

상기 이산화탄소공급모듈(75)은 상기 수신모듈(71)에서 수신된 데이터가 상기 저장모듈(76)에 저장된 이산화탄소공급조건에 해당하는 경우, 상기 지중관(3)을 통해 유입된 지중공기를 열교환 없이 시설물(100) 내부에 공급되도록 환경조절시스템을 제어한다. 상기 이산화탄소공급모듈(75)의 제어하에 지중공기를 열교환 없이 시설물 내부에 공급하여 시설물 내부의 이산화탄소의 농도를 조절하는 과정을 도 7을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 상기 환경조절시스템은 기본적으로 지중공기를 이용하던 시설물 내부의 공기를 이용하던 시스템의 외부공기를 이용하던 열교환을 수행하고 있으므로 상기 이산화탄소공급모듈(75)은 가압부(13)를 일시 정지시키고, 상기 열교환기(12)에 열매체가 순환되지 않도록 하고, 상기 배기관조절부(15)를 제어하여 상기 배기관(14)을 폐쇄하고, 상기 시설물관조절부(42)를 제어하여 상기 시설물관(41)을 폐쇄하고, 상기 외부관조절부(52)를 제어하여 외부관(51)을 폐쇄하고, 상기 공급관조절부(52)를 조절하여 상기 공급관(51)을 개방한 상태에서 상기 가압부(13)를 다시 작동시키면 상기 지중관(3)을 통해 유입된 지중공기는 열교환 없이 가압부(13), 배기관(14), 공급관(61)을 차례로 통과하여 시설물 내부로 유입되게 된다. 지중공기는 대기의 공기보다 높은 이산화탄소의 농도를 가지고 하우스 내부는 농작물의 생육을 위해 적정한 이산화탄소의 농도가 유지되어야 하는데, 상기 환경조절시스템은 상기 이산화탄소공급모듈(75)의 제어하에 시설물 내부에 지중공기의 공급을 제어하여 시설물(100)의 내부의 이산화탄소의 농도를 조절하게 된다. 또한, 지중공기를 열교환 후에는 온도가 급격히 떨어지게 되는데, 상기 환경조절시스템은 지중공기를 열교환 없이 바로 시설물에 공급하여 시설물 내부의 온도 변화를 최소화하면서 시설물 내부의 이산화탄소의 농도를 조절할 수 있게 된다.

상기 저장모듈(76)은 지중공기열교환모듈(72), 시설물공기열교환모듈(73), 외부공기열교환모듈(74), 이산화탄소공급모듈(75)을 작동시키기 위한 지중공기열교환조건, 시설물공기열교환조건, 외부공기열교환조건, 이산화탄소공급조건 등을 저장한다. 예컨대, 상기 지중공기열교환조건은 환경조절시스템이 작동하도록 하는 조작신호가 출력된 경우 상기 지중공기열교환모듈(72)이 작동하도록 설정될 수 있다. 상기 시설물공기열교환조건은 채광이 일어나는 시간대인 오전 9시부터 오후 6시까지 작동되며, 상기 시설물 내부의 온도가 특정 온도(예컨대 25도) 이상일 때 상기 시설물공기열교환모듈(73)이 작동하도록 설정될 수 있다. 상기 외부공기열교환조건은 시설물공기열교환조건이 실행될 수 없는 조건에서 시스템 외부의 온도가 13 내지 25도일 때 상기 외부공기열교환모듈(74)이 작동하도록 설정될 수 있다. 상기 이산화탄소공급조건은 오전 8시부터 오전 9시까지 작동되거나 시설물 내부의 이산화탄소의 농도 특정 농도 이하로 될 때 상기 이산화탄소공급모듈(75)이 작동하도록 설정될 수 있다.

상기 제어모듈(77)은 상기 컨트롤러(7)의 전체적인 작동을 제어한다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 열교환부 2: 공조부 3: 지중관
4: 폐열공급부 5: 외부공기공급부 6: 이산화탄소공급부
7: 컨트롤러 11: 하우징 12: 열교환기
13: 가압부 14: 배기관 15: 배기관조절부
21: 히트펌프 22: 축열탱크 23: 라디에이터
41: 시설물관 42: 시설물관조절부 51: 외부관
52: 외부관조절부 61: 공급관 62: 공급관조절부
71: 수신모듈 72: 지중공기열교환모듈 73: 시설물공기열교환모듈
74: 외부공기열교환모듈 75: 이산화탄소공급모듈 76:저장모듈
77: 제어모듈

Claims

공기를 흡입하여 열교환하는 열교환부와, 상기 열교환부의 열교환을 이용하여 시설물 내부를 난방하는 공조부와, 일단은 지중에 위치하고 타단은 열교환기에 위치하여 지중공기를 열교환부에 공급하는 지중관과, 상기 시설물 내부의 공기를 열교환부에 공급하는 폐열공급부과, 상기 지중관을 통해 유입된 지중공기를 시설물 내부에 공급하여 시설물 내부의 이산화탄소의 농도를 조절하는 이산화탄소공급부와, 상기 지중관을 통해 인출된 지중공기가 열교환을 위한 용도 또는 이산화탄소의 농도 조절을 위한 용도 중 어느 하나의 용도로 반드시 사용되도록 제어하는 컨트롤러를 포함하며,
상기 열교환부는 외형을 형성하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 위치하며 유입된 공기를 이용하여 열교환하는 열교환기와, 상기 하우징 내부에 상기 열교환기와 일정 간격을 두고 위치하여 공기를 흡입하는 흡인력을 제공하는 가압부와, 일단이 상기 가압부와 연결되고 타단이 상기 하우징의 외부에 위치하여 상기 하우징 내부로 유입된 공기를 상기 열교환부의 외부로 배출하는 배기관과, 상기 배기관의 일측에 위치하여 상기 배기관의 개폐를 조절하는 배기관조절부를 포함하고,
상기 폐열공급부는 일단이 시설물에 연통되고 타단이 상기 열교환부에 연통되어 시설물 내부의 공기의 이동통로가 되는 시설물관과, 상기 시설물관의 일측에 위치하여 상기 시설물관의 개폐를 조절하는 시설물관조절부를 포함하며,
상기 이산화탄소공급부는 일단이 상기 배기관조절부의 전측 상기 배기관에 연통되고 타단이 상기 시설물관조절부의 전측 상기 시설물관에 연통되어 상기 배기관을 통해 배출된 지중공기가 상기 시설물 내부에 공급되도록 하는 공급관과, 상기 공급관의 일측에 위치하여 상기 공급관의 개폐를 조절하는 공급관조절부를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 열교환부가 상기 지중관을 통해 유입된 지중공기를 이용하여 열교환을 수행하도록 제어하는 지중공기열교환모듈과, 이산화탄소공급조건에 해당하는 경우 상기 지중관을 통해 유입된 지중공기가 열교환 없이 시설물 내부에 공급되도록 제어하는 이산화탄소공급모듈을 포함하고, 상기 이산화탄소공급조건은 시설물 내부의 이산화탄소의 농도가 특정 농도 이하로 될 때 상기 이산화탄소공급모듈이 작동하도록 설정되며,
상기 지중공기열교환모듈은 상기 배기관조절부를 제어하여 상기 배기관을 개방하고, 상기 공급관조절부를 제어하여 공급관을 폐쇄하고, 상기 열교환기에 열매체를 순환시키고 상기 가압부를 작동시켜 상기 지중관을 통해 유입된 지중공기는 상기 열교환기를 통과하면서 열교환이 이루어지고, 열교환이 이루어진 지중공기는 가압부, 배기관을 차례로 통과하여 환경조절시스템의 외부로 배출되도록 하고,
상기 이산화탄소공급모듈은 가압부를 정지시키고, 상기 열교환기에 열매체가 순환되지 않도록 하고, 상기 배기관조절부를 제어하여 상기 배기관을 폐쇄하고, 상기 공급관조절부를 조절하여 상기 공급관을 개방한 상태에서 상기 가압부를 작동시켜 상기 지중관을 통해 유입된 지중공기는 열교환 없이 가압부, 배기관, 공급관을 차례로 통과하여 시설물 내부로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 지중공기를 이용하는 환경조절시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 환경조절시스템은
상기 시설물 외부의 공기를 열교환부에 공급하는 외부공기공급부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지중공기를 이용한 환경조절시스템.
삭제
삭제
제3항에 있어서,
상기 외부공기공급부는 일단이 상기 열교환부 내에 위치하고 타단이 상기 열교환부 외부에 위치하여 환경조절시스템의 외부 공기의 이동통로가 되는 외부관과, 상기 외부관의 일측에 위치하여 상기 외부관의 개폐를 조절하는 외부관조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중공기를 이용하는 환경조절시스템.
제6항에 있어서,
상기 컨트롤러는 시설물공기열교환조건에 해당하는 경우 상기 열교환부가 상기 폐열공급부를 통해 유입된 시설물 내의 공기를 이용하여 열교환을 수행하도록 제어하는 시설물공기열교환모듈과, 외부공기열교환조건에 해당하는 경우 상기 열교환부가 상기 외부공기공급부를 통해 유입된 환경조절시스템의 외부 공기를 이용하여 열교환을 수행하도록 제어하는 외부공기열교환모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 환경조절시스템.
제7항에 있어서,
상기 시설물공기열교환모듈은 가압부를 정지시키고 시설물관조절부를 제어하여 시설물관을 개방하고 가압부를 작동시켜 시설물 내부의 공기가 시설물관을 통해 열교환부에 유입되어 상기 열교환기를 통과하면서 열교환이 이루어지고, 열교환이 이루어진 시설물 내의 공기는 가압부, 배기관을 차례로 통과하여 환경조절시스템의 외부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 지중공기를 이용하는 환경조절시스템.
제8항에 있어서,
상기 외부공기열교환모듈은 가압부를 정지시키고, 상기 배기관이 개방되고 상기 시설물관이 폐쇄되고, 상기 공급관이 폐쇄되도록 하고, 상기 외부관조절부를 제어하여 외부관을 개방하고, 상기 열교환기에 열매체를 순환시키고 상기 가압부를 작동시켜 상기 외부관을 통해 유입된 환경조절시스템의 외부 공기는 상기 열교환기를 통과하면서 열교환이 이루어지고, 열교환이 이루어진 외부 공기는 가압부, 배기관을 차례로 통과하여 환경조절시스템의 외부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 지중공기를 이용하는 환경조절시스템.