KR101762435B1 - The method of running a USN-based plant factory with air flow control system for saving energy and improving plant growth rate - Google Patents

The method of running a USN-based plant factory with air flow control system for saving energy and improving plant growth rate Download PDF

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Abstract

본 발명은 완전 제어형 식물공장에서 작물의 생장률 향상 및 에너지 절감을 위한 효과적인 방법을 제공한다. 이를 위해 본원 발명은 식물공장 내의 기류를 형성하기 위한 공조장치, 추가적인 기류를 효과적으로 식물공장으로 송풍하도록 구성된 순환팬, 식물공장내의 식물에 빛을 비추는 조명부 및 식물들을 재배하는 재배단을 포함하는 완전 제어형 식물공장에서 식물공장 내의 조명부를 켜는 한편, 식물공장 내의 온도를 제어하기 위해서 공조장치 또는 순환 팬을 작동하는 작동 단계를 포함하며, 이 작동 단계는 식물공장 내의 평균온도가 22℃ 이하이거나 24℃이상인 경우에는 공조장치를 가동하고, 식물공장 내의 평균온도가 23.5℃ 이상인 경우에는 순환팬을 가동하는 방법을 제공한다.The present invention provides an effective method for crop growth and energy saving in a fully controlled plant. For this purpose, the present invention relates to an air conditioning system for forming an air stream in a plant plant, a circulation fan configured to effectively blow the additional airflow to the plant plant, a lighting unit illuminating the plant in the plant plant, Comprising the step of activating an air conditioner or a circulating fan to control the temperature in the plant plant while turning on the lighting in the plant plant at the plant plant, The air conditioner is operated and the circulating fan is operated when the average temperature in the plant factory is 23.5 DEG C or more.

Description

작물의 생장률 향상 및 에너지 절감을 위한 USN기반 기류제어를 가지는 식물공장의 운영 방법{The method of running a USN-based plant factory with air flow control system for saving energy and improving plant growth rate}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a USN-based plant control method and a plant control method, and more particularly,

본 발명은 식물공장 내 작물의 품질 및 생산성을 향상시키기 위한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for improving the quality and productivity of crops in plant factories.

종래 완전제어형 식물공장의 경우, 작물의 생육을 향상시키기 위해서 공기의 흐름을 촉진시켜 공조장치의 가동시간을 경감하고 균일한 생육환경을 유지하기 위해 시설 내부에 순환 팬을 부착하여 추가하여 이를 가동시켰다.Conventionally, in the case of a fully-controlled plant, a circulation fan is attached to the inside of the facility in order to reduce the running time of the air conditioner by promoting the flow of air in order to improve the growth of the crop and maintain a uniform growth environment .

그러나 대부분의 위와 같은 공간은 밀폐된 구조의 식물공장과 환경적 차이를 보이는 온실로 국한되었으며, 관리자에 의한 수동제어 또는 스케줄 기반의 단순한 자동제어로 운영되었으며, 이에 따라 식물공장의 경우 특화된 공기유동장치의 설계 및 운영기술이 확립되지 않아 온도기류 편차로 인한 불균일한 품질의 작물 생산, 재배기간 연장에 따른 에너지 소비 등의 문제점을 내포하고 있다.However, most of the above space is confined to a greenhouse showing environmental differences from that of a closed plant, and it is operated by a manual control based on a manager or a simple automatic control based on a schedule, And the energy consumption due to the extension of the cultivation period, and the like.

또한, 작물의 재배실험을 통해 시설 내부의 생육환경과 생장률, 그리고 에너지소비량을 정량적으로 분석하여 시설 체적에 적합한 공기유동을 파악하기 어려웠던 단점이 존재하였다.In addition, there was a disadvantage that it was difficult to grasp the air flow suitable for the facility volume by quantitatively analyzing the growth environment, growth rate, and energy consumption of the inside of the facility through the cultivation experiment of the crop.

따라서, 본원 발명은 위와 같은 종래 기술에 따른 단점을 극복하여 최적의 식물 생장률을 가지면서 에너지 소모가 최소로 되는 기류발생을 포함하는 식물공장 운영 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of operating a plant plant including the generation of an air current having an optimal plant growth rate and minimizing energy consumption by overcoming the drawbacks of the prior art as described above.

본 발명에 따라서, 식물공장 내의 기류를 형성하기 위한 공조장치, 추가적인 기류를 효과적으로 상기 식물공장으로 송풍하도록 구성된 순환팬, 상기 식물공장내의 식물에 빛을 비추는 조명부 및 식물들을 재배하는 재배단을 포함하는 완전 제어형 식물공장의 운영 방법은, 상기 식물공장 내의 상기 조명부를 켜는 한편, 상기 식물공장 내의 온도를 제어하기 위해서 상기 공조장치 또는 상기 순환 팬을 작동하는 작동 단계를 포함하며, 상기 공조장치는 상기 식물공장의 상단에 배치되고, 상기 순환팬은 상기 재배단에 배치하되, 재배단의 가장 높이가 높은 곳(고점)과 가장 높이가 낮은 점(저점) 및 재배단의 중간 높이의 곳에 배치되도록 구성된다. According to the present invention there is provided an air conditioning system comprising an air conditioning system for forming an airflow in a plant plant, a circulation fan configured to effectively blow the additional airflow to the plant plant, a lighting unit illuminating the plant in the plant plant, A method of operating a fully controlled plant plant includes an operating step of operating the air conditioning apparatus or the circulating fan to control the temperature in the plant plant while turning on the illumination section in the plant plant, The circulation fan is disposed at the rear end of the plant, and is disposed at a position where the height of the rear end is the highest (the highest point), the lowest point (the lowest point), and the middle end of the rear end .

한편, 본 발명에 따른 완전 제어형 식물공장의 운영 방법의 작동 단계는, 상기 식물공장 내의 평균온도가 22℃ 이하이거나 24℃이상인 경우에는 상기 공조장치를 가동하고, 상기 식물공장 내의 평균온도가 23.5℃ 이상인 경우에는 상기 순환팬을 가동하는 제1 작동 단계를 포함한다.Meanwhile, in the operating method of the fully controlled plant plant according to the present invention, when the average temperature in the plant plant is below 22 ° C or above 24 ° C, the air conditioner is operated and the average temperature in the plant plant is 23.5 ° C The first operation step of operating the circulation fan.

한편, 본 발명에 따른 완전 제어형 식물공장의 운영 방법의 제1 작동 단계는, 상기 식물공장 내의 기류가 소정의 범위 내에 머무르도록 하며, 상기 소정의 범위는 상기 식물 공장 내의 식물들의 무게가 가장 무겁게 되는 범위인 것을 톡징으로 한다.Meanwhile, the first operation step of the method of operating the fully-controlled plant plant according to the present invention allows the airflow in the plant plant to stay within a predetermined range, and the predetermined range is that the weight of the plants in the plant plant is the heaviest Quot; tangent "

본원 발명에 의해서 작물 생육에 적합한 재배환경을 제공할 수 있고, 고품질의 작물생산과 이들을 기르는데 사용되는 에너지를 최대한 절감할 수 있는 효과를 가진다.According to the present invention, it is possible to provide a cultivation environment suitable for growing crops, and it is possible to maximally reduce the energy used for producing high quality crops and cultivating them.

도1은 본 발명을 CFD 시뮬레이션 하기 위한 3D 모델링 및 메시 모델링의 구성을 보인다.
도 2의 (a)는 순환팬의 배치가 없는 Case A를, (b)는 아랫 부분에 4개의 순환 팬을 배치한 Case B를 도시한다.
도 3의 (a)는 윗부분에 4개의 순환 팬을 배치한 Case C를, (b)는 윗부분에 2개의 순환 팬을 배치한 Case D를 도시한다.
도 4는 Case A ~ D에 의한 시뮬레이션 결과를 도시한다.
도 5의 (a), (b) 및 도 6의 (a), (b)는 모두 Case D의 특정 조건들에 대한 실험예를 도시한다.
도7a는 본 발명의 실시예 1에 의한 온도 변화를 도시한다.
도7b는 본 발명의 실시예 2에 의한 온도 변화를 도시한다.
도7c는 본 발명의 실시예 3에 의한 온도 변화를 도시한다.
도8a는 본 발명의 실시예 1 내지 3에 의한 식물 생장 지표중 무게를 도시한다.
도8b는 본 발명의 실시예 1 내지 3에 의한 식물 생장 지표중 길이를 도시한다.
도8c는 본 발명의 실시예 1 내지 3에 의한 식물 생장 지표중 너비를 도시한다.
도8d는 본 발명의 실시예 1 내지 3에 의한 식물 생장 지표중 잎의 갯수를 도시한다.
Figure 1 shows the construction of 3D modeling and mesh modeling for CFD simulation of the present invention.
2 (a) shows a case A in which no circulating fan is arranged, and (b) shows a case B in which four circulating fans are arranged in a lower part.
3 (a) shows Case C in which four circulating fans are arranged on the upper part, and (b) shows Case D in which two circulating fans are arranged on the upper part.
Fig. 4 shows the simulation results of the cases A to D. Fig.
Figures 5 (a), 5 (b) and 6 (a) and 6 (b) all illustrate experimental examples for the specific conditions of Case D.
7A shows the temperature change according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7B shows the temperature change according to the second embodiment of the present invention.
Fig. 7C shows the temperature change according to the third embodiment of the present invention.
8A shows the weight of the plant growth index according to Examples 1 to 3 of the present invention.
8B shows the lengths of the plant growth indexes according to Examples 1 to 3 of the present invention.
8C shows widths of the plant growth indexes according to Examples 1 to 3 of the present invention.
FIG. 8D shows the number of leaves in the plant growth index according to Examples 1 to 3 of the present invention. FIG.

본원 발명은 작물 생장률의 향상 및 에너지 절감을 위한 USN기반 식물공장 기술에 대해 기술하고 있으며, 위와 같은 효과를 가지는 식물공장을 구현하기 위해서 공장 설계시에 공기 유동을 위한 순환 팬의 배치 및 이로 인한 공기속도의 변화와 이에 따른 공장 내부의 온도 편차를 CFD(Computerized Fluid Dynamics)를 통해 시뮬레이션하는 과정을 거쳤는바, 본원 발명에 대한 이해를 돕기 위해서 먼저 본원 발명을 위한 기류제어 유동 해석과정을 먼저 설명하겠다.The present invention describes a USN-based plant factory technology for improving crop growth rate and energy saving. In order to realize a plant plant having the above-mentioned effect, the arrangement of circulating fans for air flow at the time of factory design, The process of simulating the variation of the speed and the temperature variation inside the factory through CFD (Computerized Fluid Dynamics) has been performed. First, in order to understand the present invention, the airflow control flow analysis process for the present invention will be described first.

도 1은 식물공장 구성을 위한 유동 해석을 위한 식물공장 구조의 3D-모델링 및 메시(mesh)구조이다.Figure 1 is a 3D-modeling and mesh structure of plant plant structure for flow analysis for plant plant construction.

도면 부호 100은 3D-모델링된 식물공장 구조이며, 송풍을 위한 팬(110)과 조명을 위한 LED조명부(120)이 구조의 내부에 배치된 것을 보이고 있으며, 도면부호 100'는 3D-모델링의 메시구조이다.Reference numeral 100 denotes a 3D-modeled plant factory structure, in which a fan 110 for blowing and an LED lighting unit 120 for illumination are arranged inside the structure, and 100 'denotes a 3D- Structure.

우선 어떤 환경에서 가장 최선의 기류및 온도가 분포하는지 알아보고자 아래와 같이 식물재배단에 순환팬을 배치하는 조건에 대해서 실험을 수행한다.First, to find out the best airflow and temperature distribution in an environment, we conduct experiments on the condition that the circulating fan is placed on the plant rear end as below.

CaseCase 순환 팬Circulating fan 수량Quantity 배치arrangement Case ACasea 00 -- Case BCase B 44 BottomBottom Case CCase C 44 TopTop Case DCase D 22 TopTop

표 1과 같이, 네가지 조건에서 순환팬의 설치 위치와 수량을 변화시키며 실험을 진행하는데, Case A의 경우 식물재배단에는 순환팬이 배치되지 않는 경우이며, Case B는 4개의 순환 팬을 아래 부분에 배치하는 경우이다.As shown in Table 1, the experiment is carried out by changing the installation position and quantity of the circulating fan under four conditions. In case A, the circulation fan is not arranged at the planting stage, As shown in Fig.

Case C는 4개의 순환팬을 식물재배단 윗부분에 배치하며, Case D는 2개의 순환팬만을 배치하는 경우이다.Case C places four circulating fans at the top of the planting platform, and Case D is the case where only two circulating fans are placed.

위와 같은 실험을 위한 조건은 아래와 같다.The conditions for the above experiment are as follows.

장치Device 경계 조건Boundary condition value LED(조명)LED (light) 온도Temperature 300K300K 넓이area 1.08m2 1.08m 2 공기 조절기 및 난방Air conditioner and heating 속도speed 5m/s5m / s 온도Temperature 296K296K 넓이area 0.04m2 0.04 m 2 공기 순환 팬Air circulation fan 속도speed 흡기inspiration 3.6m/s3.6m / s 배기exhaust 4.7m/s4.7m / s 온도Temperature 296K296K

도 2의 (a)는 Case A에서의 온도 및 기류를 나타내고 있으며, 도 2의 (b)는 Case B(바닥 부분에 4개의 순환 팬 배치)에서의 온도 및 기류를 나타내고 있다. Case A에서는 식물재배단에 배치된 순환 팬이 없다는 것을 유의해야 한다.Fig. 2 (a) shows the temperature and air flow in case A, and Fig. 2 (b) shows the temperature and air flow in case B (four circulating fan arrangement in the bottom part). It should be noted that in case A there is no circulating fan placed on the planting platform.

또한, 도 3의 (a)는 Case C(윗 부분에 4개의 순환 팬 설치)에서의 온도 및 기류 분포를, 도3의 (b)는 Case D(윗 부분에 2개의 순환 팬 설치)에서의 온도 및 기류 분포를 각각 나타낸다.3 (a) shows the temperature and airflow distribution in Case C (with four circulating fans installed at the top) and FIG. 3 (b) Temperature and airflow distribution, respectively.

도 4는 위와 같은 실험을 통해 나타난 Case A ~ D의 온도/기류 분포를 표로 나타낸 것인데, Case A ~ C는 온도 또는 기류가 목표를 초과하는데 반해 Case D는 평균온도 296.33K 및 0.51m/s의 기류를 유지하는 결과를 보이고 있다.Figure 4 shows the temperature / airflow distributions of the cases A through D shown in the above experiment. In case A and C, the temperature or the air flow exceeded the target, while the case D showed the average temperature of 296.33 K and 0.51 m / s And the airflow is maintained.

이러한 Case D일때를 더욱 상세히 분석하기 위해서 아래 표 3의 조건을 가지는 8개의 실험을 수행한다.In order to analyze this case D in more detail, eight experiments are performed with the conditions shown in Table 3 below.

표 3에서 보는 바와 같이, Case D(식물재배단 윗 부분에 2개의 순환 팬 배치 경우)인 경우 각 조건들을 달리하면서 각 경우에 대한 실험을 수행하였다.As shown in Table 3, in Case D (where two circulating fans are arranged at the upper part of the planting stage), experiments were carried out for each case with different conditions.

CaseCase 팬 배기 속도Fan exhaust speed
(m/s)(m / s)
온도Temperature 속도speed
Avg[K]Avg [K] Ratio[%]Ratio [%] Avg[m/s]Avg [m / s] Ratio[%]Ratio [%] D-1D-1 0.980.98 296.91296.91 81.5381.53 0.250.25 14.1914.19 D-2D-2 1.61.6 296.85296.85 90.8890.88 0.280.28 19.3719.37 D-3D-3 2.092.09 296.79296.79 94.5194.51 0.310.31 21.0021.00 D-4D-4 2.512.51 296.75296.75 95.5995.59 0.340.34 22.8622.86 D-5D-5 3.223.22 296.68296.68 97.1297.12 0.390.39 24.5324.53 D-6D-6 3.83.8 296.63296.63 97.8297.82 0.430.43 26.1526.15 D-7D-7 4.294.29 296.58296.58 98.3398.33 0.460.46 27.0527.05 D-8D-8 4.734.73 296.55296.55 98.7698.76 0.490.49 27.6027.60

도 5 및 6은 위 표 3에 의한 실험중 일부 예를 도시하는데, 도 5의 (a)는 Case D-1인 경우, 도 5의 (b)는 Case D-4인 경우를 도시하고 있으며, 도 6의 (a)는 Case D-6을 도 6의 (b)는 Case D-8을 각각 도시하고 있다.
5 and 6 show some examples of the experiment according to Table 3, wherein FIG. 5A shows Case D-1, FIG. 5B shows Case D-4, 6 (a) shows Case D-6, and Fig. 6 (b) shows Case D-8.

본원 발명에 따른 식물공장은 조명을 제공하는 조명부, 기류를 형성하는 공조부, 공기의 순환을 위한 순환팬, 재배식물이 배치되는 재배단으로 구성될 수 있으며, 추가적으로 에너지 사용을 감시하며 이를 제어하는 제어부와 이를 원격에서 조정할 수 있도록 하는 원격 이동 장치와 세팅을 설정할 수 있는 사용자 입력장치들도 포함될 수 있다.The plant plant according to the present invention can be composed of an illuminating unit for providing illumination, an air conditioning unit for forming an air flow, a circulating fan for circulating air, and a rear stage in which cultivated plants are arranged, A control unit, a remote mobile device that enables remote control thereof, and user input devices capable of setting settings.

이와 같은 식물공장에 있어서, 기류 즉 공기의 흐름은 자연상태와 같은 환경을 식물에게 제공함으로써 식물이 잘 자랄수 있도록 하는 것 뿐만 아니라 식물의 광합성에 의해 잎의 표면에 얇게 형성되는 산소(O2)층을 흩어뜨려서 식물에게 광합성의 기초가 되는 이산화탄소(CO2)를 원활히 제공하는 원인이 되기도 한다.In such plant factories, the flow of air, or air, not only allows the plants to grow well by providing an environment such as a natural state, but also oxygen (O 2 ), which is formed thinly on the surface of the leaves by photosynthesis of plants, It is also responsible for providing plants with carbon dioxide (CO 2 ), which is the basis of photosynthesis, by spreading the layers.

그러나, 기류 즉 바람이 계속적으로 발생하거나 너무 세게 발생하는 경우에는 온도가 강하하거나 이산화탄소를 식물이 흡수하기전에 멀리 불어보내는 역할을 하여 오히려 식물이 충분한 광합성을 하는데 방해가 되기도 한다.However, if the airflow, or wind, is constantly occurring or too severe, the temperature may drop or the carbon dioxide may blow away before the plant absorbs, which may interfere with sufficient photosynthesis by the plant.

따라서, 위와 같은 실험을 통해 가장 최선의 구성이라고 도출되는 재배단 높이에 2개의 순환팬을 배치하는 구성을 기본으로 하여 어떤 순환 팬 작동 구성을 통해 에너지를 최소한으로 줄이면서도 식물의 품질을 향상시킬 수 있는 방법을 제공하기 위해 아래와 같은 구성을 실험한다.Therefore, based on the arrangement of two circulating fans at the height of the rearing stage, which is derived as the best configuration through the above experiment, it is possible to improve the quality of the plant while minimizing the energy through a certain circulating fan operation configuration Experiment with the following configuration to provide the method that you have.

가동되는 장치Powered device 최저 공기 속도Minimum air velocity 최고 공기 속도Maximum air velocity 평균 공기 속도Average air velocity 공조기Air conditioner 5656 203203 118118 순환 팬Circulating fan 5555 318318 187187 모두 켜짐All on 8484 637637 260260 모두 꺼짐All off 99 6565 3838

위 표 4는 최선의 기류 순환 범위를 찾아내기 위해서 실험한 실측치이다.Table 4 shows the experimental data for finding the best airflow circulation range.

공조기만 가동되는 경우 최저, 최고, 평균 공기 속도(mm/s)는 각각 56, 203, 118이고, 순환팬만 가동되는 경우는 각각 55, 318, 187이다.The minimum, maximum and average air velocities (mm / s) are 56, 203 and 118, respectively, when the air conditioner is activated, and 55, 318 and 187, respectively.

이에 반해, 공조기 및 순환팬이 모두 켜진 경우 식물공장 내 기류의 속도는 각각 84, 637, 260인데 반해, 모두 꺼진 경우는 9, 65, 38이다.On the other hand, when both the air conditioner and the circulating fan are turned on, the air flow rates in the plant factory are 84, 637, and 260, respectively, while all of them are off, 9, 65, and 38.

위 데이터에서 알 수 있듯이 공조기는 식물공장 내부의 전체적인 공기 순환에 도움을 주는 반면(평균 속도 118), 순환팬은 공조기에 비해 국소적인 영향을 더 세게 미치는(평균 공기 속도 187) 것을 알 수 있다.As can be seen from the above data, it can be seen that the air conditioner contributes to the overall air circulation inside the plant factory (average speed 118) while the circulating fan has more local effects (average air speed 187) than the air conditioner.

위와 같은 공기의 흐름을 제어해서 어떤 경우에 식물에게 가장 적절한 환경이 제공되는지 결정하기 위한 실시예를 보인다.
There is shown an embodiment for controlling the flow of air as described above to determine in which case the most suitable environment is provided for the plant.

실시예 1Example 1

실시예 1은 식물에게 광합성을 위한 조명 및 기류발생을 위해서 공조기를 연속가동하는 경우이다.Example 1 is a case where the air conditioner is continuously operated for generating illumination and airflow for photosynthesis in plants.

이 경우, 공기의 평균 속도는 118mm/s가 되는데, 도 7a는 이와 같은 경우 재배단에서 측정되는 온도의 차이를 보여 주고 있다.In this case, the average velocity of the air is 118 mm / s, and FIG. 7 (a) shows the temperature difference measured at the rear stage in this case.

즉, 재배단의 가장 높이가 높은 곳(고점)과 가장 높이가 낮은 점(저점)의 온도보다 재배단의 중간 높이의 곳(중점)이 가장 온도가 높다는 것을 알 수 있다.In other words, it can be seen that the middle point of the rearing stage (center point) has the highest temperature than the highest point of the rearing stage (high point) and the lowest point (low point).

전체적인 기류발생은 비록 고른 기류 발생을 위한 것이지만 중점의 경우 바람이 뚫고 들어가야 하는 거리가 가장 멀어 그 저항이 제일 높아 그 기류의 영향이 최소화되는 것을 알 수 있으며, 최고 온도(중점)와 최저 온도(저점)는 2.9℃가 나는 것을 알 수 있다.
Although the overall airflow is intended for the generation of even airflow, it can be seen that the influence of the air current is minimized because the resistance is the highest because the distance that the wind penetrates is the longest in the case of the center point, and the maximum temperature (midpoint) ) Is 2.9 ° C.

실시예 2Example 2

실시예 2는 식물에게 광합성을 위한 조명을 가동하면서, 기류발생을 위해서 공조기와 순환팬을 혼합가동하는 경우이다.Example 2 is a case where the air conditioner and the circulating fan are mixed to operate the illumination for photosynthesis in the plant while generating the airflow.

이 경우, 공조기와 순환팬의 혼합가동은 아래와 같은 방법으로 이루어진다.In this case, the mixed operation of the air conditioner and the circulating fan is performed in the following manner.

식물공장 내의 평균온도가 22℃이하이거나 24℃이상인 경우에는 공조기를 가동하고, 식물공장 내의 평균온도가 23.5℃이상인 경우 순환팬을 가동하게 된다.The air conditioner is operated when the average temperature in the plant factory is 22 ° C or lower or 24 ° C or higher, and the circulation fan is operated when the average temperature in the plant factory is 23.5 ° C or higher.

즉, 평균 온도가 22(이하 섭씨)이하인 경우에는 공조기만 가동되고, 평균 온도가 22초과 23.5미만인 경우에는 아무것도 가동되지 않으며, 평균온도가 23.5 이상 24미만인 경우에는 순환팬만 가동되며, 평균온도가 24이상인 경우 공조기와 순환팬이 함께 가동된다.That is, when the average temperature is lower than 22 (degrees Celsius), only the air conditioner is operated. When the average temperature is higher than 22 and lower than 23.5, nothing is activated. When the average temperature is higher than 23.5 and lower than 24, If it is 24 or more, the air conditioner and the circulating fan operate together.

도 7b는 실시예 2에 의한 온도 변화를 보이고 있다. 도 7b를 검토하면, 도 7a와는 다르게 고/중/저점에서의 온도가 계속해서 상하로 변동하며 저점은 항상 가장 낮은 온도를 가지지만, 고점과 중점은 계속해서 최고 온도를 교대로 가지는 것을 알 수 있다.FIG. 7B shows a temperature change according to the second embodiment. 7B, it can be seen that the temperature at the high / middle / low point continuously fluctuates upward and downward and the lowest point always has the lowest temperature, unlike FIG. 7A, but the peak and the middle point continue to have the highest temperature alternately have.

실시예 2에서 알 수 있듯이 계속적인 공기의 순환이 이루어져서 고점과 중점의 온도가 서로를 넘어서고 있다. 한편, 최고 온도와 최저 온도의 차이는 2.5℃이다.
As can be seen in Example 2, continuous air circulation occurs and the temperatures of the high point and the midpoint are exceeding each other. On the other hand, the difference between the maximum temperature and the minimum temperature is 2.5 ° C.

실시예 3Example 3

실시예 3은 식물에게 광합성을 위한 조명을 가동하면서, 기류발생을 위해서 공조기와 순환팬을 혼합가동하는 경우이며, 이러한 점에서 실시예 2와 유사하나 공조기와 순환팬의 가동시점(온도)가 실시예 2와 상이하다.The third embodiment is a case where the air conditioner and the circulating fan are mixed to operate the lighting for photosynthesis while generating the airflow, and in this respect, similar to the second embodiment, the operation time (temperature) of the air conditioner and the circulating fan is This is different from Example 2.

즉, 실시예 3의 경우 식물공장 내의 평균온도가 22℃이하이거나 24℃이상인 경우에는 공조기 및 순환팬을 함께 가동하고, 식물공장 내의 평균온도가 23.5℃이상인 경우 순환팬을 가동하게 된다.That is, in the case of Example 3, the air conditioner and the circulating fan operate together when the average temperature in the plant factory is 22 ° C or lower or 24 ° C or higher, and the circulating fan operates when the average temperature in the plant is 23.5 ° C or higher.

즉, 평균 온도가 22(이하 섭씨)이하인 경우에는 공조기와 순환팬을 가동하고, 평균 온도가 22초과 23.5미만인 경우에는 아무것도 가동되지 않으며, 평균온도가 23.5 이상 24미만인 경우에는 순환팬만 가동되며, 평균온도가 24이상인 경우 공조기와 순환팬이 함께 가동된다.That is, when the average temperature is lower than 22 (degrees Celsius), the air conditioner and the circulating fan are operated. When the average temperature is lower than 23.5, nothing is activated. When the average temperature is lower than 23.5, When the average temperature is 24 or more, the air conditioner and the circulating fan operate together.

도 7c는 실시예 3에 의한 온도 변화를 보이고 있다. 도 7c를 검토하면, 도 7b와 유사하게 고/중/저점에서의 온도가 계속해서 상하로 변동하는 것을 알 수 있지만 도 7b와 상이한 점은 고점은 언제나 가장 온도가 높으며, 중점과 저점이 교대로 중간의 온도를 가지게 된다.7C shows a temperature change according to the third embodiment. 7C, it can be seen that the temperature at the high / middle / low points continuously fluctuates up and down similar to FIG. 7B. However, the difference from FIG. 7B is that the peak is always the highest temperature, So that it has an intermediate temperature.

즉, 계속적인 공기의 순환이 이루어져서 중점과 저점의 온도가 서로를 넘어서고 있다. 한편, 최고 온도와 최저 온도의 차이는 1.7℃이다.That is, the circulation of air is continued and the temperature of the center point and the bottom point are exceeding each other. On the other hand, the difference between the maximum temperature and the minimum temperature is 1.7 ° C.

즉, 재배단의 가장 높이가 높은 곳(고점)과 가장 높이가 낮은 점(저점)의 온도보다 재배단의 중간 높이의 곳(중점)이 가장 온도가 높다는 것을 알 수 있다.In other words, it can be seen that the middle point of the rearing stage (center point) has the highest temperature than the highest point of the rearing stage (high point) and the lowest point (low point).

전체적인 기류발생은 비록 고른 기류 발생을 위한 것이지만 중점의 경우 바람이 뚫고 들어가야 하는 거리가 가장 멀어 그 저항이 제일 높아 그 기류의 영향이 최소화되는 것을 알 수 있으며, 최고 온도(중점)와 최저 온도(저점)는 2.9℃가 나는 것을 알 수 있다.Although the overall airflow is intended for the generation of even airflow, it can be seen that the influence of the air current is minimized because the resistance is the highest because the distance that the wind penetrates is the longest in the case of the center point, and the maximum temperature (midpoint) ) Is 2.9 ° C.

위와 같은 실시예 1 내지 3에 의한 식물의 생장률(품질)을 조사한 것을 도 8a 내지 8d에서 보이고 있다.The growth rate (quality) of the plants according to Examples 1 to 3 was examined in FIGS. 8A to 8D.

도 8a는 각 실시예에 따라 재배된 식물의 무게를 보이고 있는데 실시예 2에 의한 식물의 무게가 평균적으로 가장 무겁다는 것을 알 수 있다.FIG. 8A shows the weight of plants cultivated according to each example, and the weight of plants according to Example 2 is the heaviest on average.

한편, 도 8b는 각 실시예에 따라 재배된 식물의 길이를 보이고 있는데 실시예 2에 의한 식물의 길이가 평균적으로 가장 길다는 것을 알 수 있다.On the other hand, FIG. 8B shows the length of plants cultivated according to each example, and it can be seen that the length of plants according to Example 2 is the longest on average.

한편, 도 8c는 각 실시예에 따라 재배된 식물의 너비를 보이고 있는데 실시예 3에 의한 식물의 너비가 평균적으로 가장 길다는 것을 알 수 있다.On the other hand, FIG. 8C shows the width of the plants cultivated according to the respective examples, and the width of the plants according to the third embodiment is the longest on average.

한편, 도8d는 각 실시예에 따라 재배된 식물의 잎의 갯수를 보이고 있는데 실시예 3에 의한 식물에 달린 잎의 갯수가 평균적으로 가장 많다는 것을 알 수 있다.On the other hand, FIG. 8D shows the number of plant leaves cultivated according to each example, and it is understood that the number of leaves on the plant according to Example 3 is the greatest on average.

그러나, 식물의 품질은 동일시간동안 가장 무겁고 길게 자란것이라는 기준으로 판단컨데, 실시예 2와 같은 기류조건을 제공하는 것이 가장 식물의 성장을 돕는 다는 것을 알 수 있다.However, judging from the criterion that the plant quality is the heaviest and the longest in the same time period, it can be seen that providing the air flow condition as in Example 2 is the most helpful for the growth of the plant.

한편, 에너지 소비관점에서 판단하면, 조명에 의한 에너지 소비는 실시예 1내지 3이 동일하지만, 기류 발생을 위한 에너지 소모는 공조기와 순환팬을 동시에 가동하는 범위가 가장 넓은 실시예 3이 제일 심하고 그 다음이 실시예 2, 실시예 1 순이라는 것을 알 수 있다.On the other hand, from the viewpoint of energy consumption, the energy consumption by the lighting is the same as in the first to third embodiments, but the energy consumption for generating the airflow is the most severe in the third embodiment in which the air conditioner and the circulating fan operate at the same time. It can be seen that the following is the order of Example 2 and Example 1.

그러나, 목표 온도가 23.5도이며, 온도가 25도를 넘어서는 경우는 많지 않다는 점을 고려하면 언제나 공조기를 가동하는 실시예 1과 아무것도 가동하지 않는 온도 구간이 존재하는 실시예 2가 거의 동일한 수준이다.However, considering that the target temperature is 23.5 degrees and the temperature does not exceed 25 degrees, it is almost the same level as in Embodiment 1 in which the air conditioner is always operated and Embodiment 2 in which there is a temperature interval in which nothing runs.

따라서, 실시예 2와 같은 기류 발생 방법, 즉, 식물공장 내의 조명부를 켜는 한편, 식물공장 내의 온도를 제어하기 위해서 공조장치 또는 순환 팬을 작동하는 방법 중에 식물공장 내의 평균온도가 22℃ 이하이거나 24℃이상인 경우에는 공조장치만을 가동하고, 식물공장 내의 평균온도가 23.5℃ 이상인 경우에는 순환팬을 가동하는 방법이 가장 효율적이다.Therefore, the air flow generating method as in the embodiment 2, that is, the method of operating the air conditioner or the circulating fan to control the temperature in the plant factory while turning on the illumination part in the plant factory, ° C, it is most efficient to operate only the air conditioner and operate the circulating fan when the average temperature in the plant is 23.5 ° C or higher.

한편, 위와 같은 방법은 상기 식물공장 내의 기류가 소정의 범위 내에 머무르도록 하여 효율적인 광합성을 위한 이산화탄소를 식물에 제공하면서도 최적의 온도를 유지할 수 있으며, 이에 따라 다른 조건이 동일한 경우 식물들의 무게가 가장 무겁게 되도록 재배할 수 있게 된다.
In the meantime, the above-mentioned method can keep the airflow in the plant plant within a predetermined range, thereby providing carbon dioxide for efficient photosynthesis to the plant, while maintaining the optimum temperature. Accordingly, when the other conditions are the same, It can be cultivated to be heavy.

한편, 공기순환과 관련된 기존연구에서는 공기유동팬의 적정용량 및 배치 기준에 따라 시설 내부에 균일한 기류속도를 형성하는 것에만 초점을 두고 있는바, 본원 발명은 완전제어형 식물공장을 대상으로 시설 내부에 식물생육에 적합한 적정기류를 형성하여 생장률을 향상시키고 불필요한 에너지소비를 절감하기 위한 공기유동장치의 혼합제어기법의 또다른 실시예를 설명하겠다.
Meanwhile, in the existing studies related to the air circulation, the focus is only on forming a uniform air flow rate in the facility according to the proper capacity and layout standard of the air flow fan. The present invention is directed to a fully- Another embodiment of a mixing control technique of an air flow device for improving the growth rate and reducing unnecessary energy consumption will be described.

실시예 4Example 4

실시예 4의 경우, 도 3의 (a)에 대응하는 공조부 및 팬과 동일한 위치에 대응하는 공조부 및 4set의 팬이 설치된다. 또한, 팬의 위치에 LED(조명)가 함께 설치된다.In the case of the fourth embodiment, the air conditioner corresponding to (a) of FIG. 3 and the air conditioner corresponding to the same position as the fan and four sets of fans are provided. Further, an LED (illumination) is installed together with the position of the fan.

실시예 4에서는 엽채류 생육에 적합한 시설 내부의 목표온도인 23℃에 도달하는 데 소요되는 시간과 공기유동장치의 에너지소비량, 상하단 영역의 온도편차, 12시간 경과된 이후의 누적 에너지량 등을 점검하여 Case 1, 2중 어느 경우가 더 나은 결과(작물 생육상태)를 나은지를 판단한다.In Example 4, the time required to reach the target temperature of 23 ° C, the energy consumption of the air flow device, the temperature deviation in the upper and lower end zones, and the cumulative energy amount after 12 hours have been checked Case 1 or 2 determines whether the better outcome (crop growth condition) is better.

엽채류의 두 가지 품종(적상추, 적치커리)이 실험대상 식물로 선정되었고, 목표온도로 23℃가 설정되었으며, 조명의 경우 LED 광원의 평균광량은 약 130 μmol·m-2s-1이며 EC농도는 1.0 dS·m-1수준이다.Two types of leafy vegetables (red lettuce and red chicory) were selected as the target plants and the target temperature was set at 23 ℃. In case of illumination, the average light amount of LED light source was about 130 μmol · m -2 s -1 and EC concentration Is 1.0 dS · m -1 .

유형type 가동장치Movable device 가동방식Operating method Case1Case1 LED+공조LED + HVAC 연속가동Continuous operation
Case2

Case2

LED+공조+팬

LED + Air conditioning + fan
제어알고리즘 기반 가동
-if(평균온도<22 and 평균온도>24) 공조가동;
-if(평균온도>23.5) 팬 가동;
Operation based on control algorithm
-if (average temperature <22 and average temperature> 24) A / C operation;
-if (average temperature> 23.5) Fan operation;

위 표 5는 공기유동장치의 제어 조건을 제시하고 있다. 즉, 제어가 없는 Case 1의 경우 조명과 공조부를 연속으로 가동하는 반면, 제어가 있는 Case 2는 평균온도가 22℃보다 낮거나 24℃보다 높을땐 공조부를 가동하며, 평균 온도가 23.5℃보다 높을때는 팬을 가동한다.Table 5 shows the control conditions for the air flow device. In Case 1, which is not controlled, the lighting and air conditioning units are continuously operated, whereas in Case 2, the control is activated when the average temperature is lower than 22 ° C or higher than 24 ° C, and the average temperature is higher than 23.5 ° C When the fan is running.

분류Classification 항목Item 시간(분)Time (minutes) 온도(℃)Temperature (℃) 편차(℃)Deviation (℃) 에너지(W)Energy (W) 유속(m/s)Flow rate (m / s) Case 1
(제어없음)
Case 1
(No control)
초기온도
목표온도(23℃)
12hr경과
Initial temperature
Target temperature (23 ℃)
12hr elapsed
0
42
720
0
42
720
18.6
23.0
23.3
18.6
23.0
23.3
0.3
2.8
1.9
0.3
2.8
1.9
0
592.9
1822.7
0
592.9
1822.7

0.216

0.216
Case 2
(제어있음)
Case 2
(With control)
초기온도
목표온도(23℃)
12hr경과
Initial temperature
Target temperature (23 ℃)
12hr elapsed
0
31
720
0
31
720
18.5
23.1
23.2
18.5
23.1
23.2
0.3
0.5
1.3
0.3
0.5
1.3
0.5
447.7
856.6
0.5
447.7
856.6

0.354

0.354

표 6에서 보는 바와 같이, 공조장치만을 가동한 Case 1의 경우 엽채류 생육에 적합한 목표온도인 23℃에 도달하는 시간이 42분 소요된 반면에 팬을 혼합하여 제어한 Case 2는 31분 소요된 결과를 보여 약 26%의 시간이 단축되는 효과를 가진다.As shown in Table 6, Case 1, which only operated the air conditioner, took 42 minutes to reach the target temperature of 23 ° C, which is suitable for the growth of leafy vegetables, whereas Case 2, And the time is reduced by about 26%.

또한, 상,하단 온도편차 및 냉난방을 위한 공기유동장치로부터 소비된 누적에너지량을 비교해보면 Case 1의 상,하단 온도편차는 2.8℃의 큰 차이를 보인 반면, Case 2는 0.5℃로 Case 2에서의 상,하단의 온도가 Case 1에 비해 매우 균일하였다. In addition, when comparing the upper and lower temperature deviations and the amount of cumulative energy consumed from the air flow device for cooling and heating, the upper and lower temperature deviations of Case 1 were 2.8 ° C, while Case 2 was 0.5 ° C. The temperature of the top and bottom of the case was very uniform compared to Case 1.

이때 Case 2의 조건에서 목표온도까지 도달하는 데에 소비된 누적 에너지량은 총 447.7W로 Case 1의 592.9W과 대비하여 약 24.5%가 절감되었으며, 12시간동안 누적된 에너지 소비량을 비교해보면 공조부와 팬을 혼합하여 사용한 Case2의 에너지 소비가 공조장치만을 가동한 Case 1보다 약 53% 절감되었다.In this case, the cumulative energy consumed to reach the target temperature under the condition of Case 2 was 447.7W, which is about 24.5% lower than that of Case 1 of 592.9W. Comparing the accumulated energy consumption for 12 hours, The energy consumption of case 2, which is a mixture of fan and fan, was reduced about 53%

또한, 평균유속의 경우 Case 1에서 0.216 m/s, Case 2에서 0.354 m/s로 향상되었으며 이는 엽채류 생육에 적합한 적정기류인 0.3 ~ 0.5 m/s의 범위에 포함되어 있어 Case 2가 식물생육에 보다 적합한 환경임을 의미한다.The average flow rate was improved from 0.216 m / s in Case 1 to 0.354 m / s in Case 2, which is in the range of 0.3 ~ 0.5 m / s, which is suitable for the growth of leafy vegetables. Which means a more suitable environment.

실시예 4에 따른 작물의 생장 상태를 살펴보면Looking at the growth state of the crop according to Example 4

작물crops 위치 &
Case
location &
Case
재배 기간
(일)
Cultivation period
(Work)
잎 길이
(mm)
Leaf length
(mm)
잎 넓이
(mm)
Leaf width
(mm)
잎 수
(개)
Number of leaves
(dog)
무게
(g)
weight
(g)
붉은 치커리Red chicory 재배단 상단
Case 1
Upper level
Case 1
3
16
3
16
3.4
15.9
3.4
15.9
1.2
3.6
1.2
3.6
4.5
13.3
4.5
13.3
N/A
5.5
N / A
5.5
붉은 치커리Red chicory 재배단 상단
Case 2
Upper level
Case 2
3
16
3
16
6.1
25.3
6.1
25.3
1.8
5.2
1.8
5.2
3.7
13.0
3.7
13.0
N/A
12.3
N / A
12.3
붉은 상추Red lettuce 재배단 하단
Case 1
Bottom of the cultivation unit
Case 1
3
16
3
16
6.0
14.8
6.0
14.8
4.2
13.1
4.2
13.1
5.7
6.0
5.7
6.0
N/A
21.8
N / A
21.8
붉은 상추Red lettuce 재배단 하단
Case 2
Bottom of the cultivation unit
Case 2
3
16
3
16
4.4
17.3
4.4
17.3
4.1
14.3
4.1
14.3
3.0
8.2
3.0
8.2
N/A
28.6
N / A
28.6

표 7은 각 Case별 제어 조건에 따라 두 가지 품종의 엽채류(붉은 치커리, 붉은 상추)의 생장 상태를 비교한 표이다.Table 7 compares the growth state of two varieties of leafy vegetables (red chicory, red lettuce) according to the control conditions of each case.

공조장치만을 가동한 Case 1과 공조장치와 팬을 혼합하여 가동한 Case 2를 비교하면, 두 개 식물 모두 Case2의 제어 조건하에서 보다 향상된 생장률을 보였다. 붉은 치커리의 경우 심어진 이후 16일이 경과된 시점의 생육 상태를 살펴보면 잎 매수는 거의 유사한 결과를 보이나 엽장, 엽폭, 생체중은 Case 2에 의해 재배된 경우가 Case 1에 의해 재배된 경우보다 약 1.52배 이상 생육이 발달하였다. 붉은 상추의 경우 Case1과 Case2에서의 생육 결과가 큰 차이를 보이지는 않았으나 Case2에서 엽수가 약 36%이상 증가하였으며 생체중은 약 31% 향상되는 결과를 보였다.
Comparing Case 1 with air conditioner only and Case 2 with air conditioner and fan mixed, both plants showed better growth rate under the control condition of Case 2. In the case of red chicory, the number of leaves was similar to that of 16 days after planting, but that of leaves, leaf width and fresh weight was about 1.52 times higher than that of case 2 Or more. In case of red lettuce, there was no significant difference in growth between Case 1 and Case 2, but in Case 2, the number of leaves was increased by more than 36% and the weight of living was increased by about 31%.

이상과 같이, 본원 발명 기술을 예시와 더불어 설명하였는바, 본원 발명에 따른 권리범위는 본원 청구범위뿐만아니라 통상의 기술자에 의해 자명한 범위까지로 확장되어야 함은 당연하다.While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, it is to be understood that the scope of the invention is not limited to the disclosed embodiments, but extends to the scope of the present invention.

Claims (3)

식물공장 내의 기류를 형성하기 위한 공조장치, 추가적인 기류를 효과적으로 상기 식물공장으로 송풍하도록 구성된 순환팬, 상기 식물공장내의 식물에 빛을 비추는 조명부 및 식물들을 재배하는 재배단을 포함하는 완전 제어형 식물공장의 운영 방법에 있어서,
상기 식물공장 내의 상기 조명부를 켜는 한편, 상기 식물공장 내의 온도를 제어하기 위해서 상기 공조장치 또는 상기 순환 팬을 작동하는 작동 단계를 포함하고,
상기 공조장치는 상기 식물공장의 상단에 배치되며,
상기 순환팬은 상기 재배단에 배치하되, 재배단의 가장 높이가 높은 곳(고점)과 가장 높이가 낮은 점(저점) 및 재배단의 중간 높이의 곳에 각각 배치되고,
상기 작동 단계는,
상기 식물공장 내의 평균온도가 22℃ 이하이거나 24℃이상인 경우에는 상기 공조장치를 가동하고, 상기 식물공장 내의 평균온도가 23.5℃ 이상인 경우에는 상기 순환팬을 가동하는 제1 작동 단계를 포함하는, 식물공장 운영 방법.
An air conditioning system for forming airflows in a plant plant, a circulating fan configured to effectively blow the additional airflow to the plant plant, a fully controlled plant plant including a lighting unit illuminating plants in the plant plant and a growing plant In the operating method,
And operating the air conditioner or the circulation fan to control the temperature in the plant factory while turning on the illumination unit in the plant plant,
The air conditioner is disposed at the top of the plant plant,
The circulation fan is disposed at the rear end of the rearmost stage, and is disposed at each of the highest height of the rearmost stage (the highest point), the lowest point (the lowest point)
The operating step comprises:
And a first operating step of operating the air conditioning apparatus when the average temperature in the plant plant is 22 ° C or lower or 24 ° C or higher and when the average temperature in the plant plant is 23.5 ° C or higher, How to operate the plant.
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