KR102387272B1 - 히트펌프를 이용하는 국소 온실 환경 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프(400)를 포함하며 온실(1)에 위치하는 고설 베드(10)의 환경을 관리하는 온실 환경 관리 시스템에 있어서, 상기 히트펌프(400)에 의해 생성된 냉난방수가 저장되는 축열조(300); 상기 축열조(300)의 냉난방수를 공급받는 온도조절 파이프(100); 및 상기 온도조절 파이프(100)와 상기 축열조(300)를 연결하며 순환라인을 형성하는 냉난방수 순환유로(310)를 포함하고, 상기 온도조절 파이프(100)는 상기 고설 베드(10) 내의 다수의 작물의 관부에 접하도록 위치하는 국소 온실 환경 관리 시스템을 제공하는 것이다.

Description

히트펌프를 이용하는 국소 온실 환경 관리 시스템{Local environment management system of greenhouse using heat pump}

온실용 환경 관리 장치에 관한 것으로, 구체적으로, 히트펌프를 이용하여 온실의 국소 환경을 관리할 수 있는 장치와 이를 이용한 환경 관리 방법에 관한 것이다.

딸기 고설 수경 재배는 가대 위에 베드를 얹고, 베드에 배지를 담아서 딸기를 심고 양액을 급액하여 재배하는 방식으로 고설 재배,　고설 수경 재배,　하이 베드 재배,　침대 재배,　베드 재배,　베드 수경 재배 등으로 불린다.

딸기를 재배하는 전 작업을 선 자세로 하기 때문에 작업자의 편의를 증대시킬 수 있고, 토양을 사용하지 않아 연작에 의한 토양의 염류　집적이나 토양전염 병해가 없기 때문에 계속적인 재배가 가능한 장점이 있다.　또한, 작업환경이 청결하기 때문에 고용노력 확보가 용이했다.　

그러나, 초기 시설을 갖추는 데 많은 비용이 소요되기 때문에 일반 토양재배 이상의 수익을 올리려면 생력화 만으로는 경영상 이점이 없고 재배　수량 향상 등에 의한 수익　증가 방안을 적극적으로 검토해야 했다.

한편, 기후변화에 의한 저온 및 고온 일수 증가로 딸기 농가의 급증하는 냉난방 부담을 경감하기 위한 효율적인 냉난방기술 개발도 함께 필요했다.

이를 위해 온실 공간 전체에 대한 냉난방 장치가 아닌 작물을 대상으로 집중 냉난방 하는 기술이 개발되는 추세였다.

따라서, 본 출원인도 기존의 히트펌프를 이용하는 냉난방 기술 대비 냉난방 비용을 감소시키면서 수확량은 증가시킬 수 있는 냉난방 시스템을 개발하고자 하였다.

관련 특허문헌을 살펴본다.

한국 등록특허공보 제10-1707045호는 유리온실 냉난방시스템에 관한 것으로서, 축열조 및 축냉조로 사용될 수 있는 열매체저장조 및 히트펌프를 통해 작물의 생육환경에 맞춰 여름철과 겨울철에 유리온실을 보다 용이하게 냉난방 할 수 있는 유리온실 냉난방시스템이 개시된다.

그러나, 온실을 대상으로 한 환경 관리 장치를 제공하는 것이어서, 작물을 대상으로 환경 관리하는 장치 대비 효율적이지 못하여 경영상 이점을 달성할 수 없었다.

KR 10-1436440 B1 KR 10-1707045 B1 KR 10-1303576 B1 JP 5830211 B2 KR 10-1351840 B1

종래의 온실 환경 관리 시스템은 초기 시설을 갖추는 데 많은 비용이 소요되기 때문에 일반 토양재배 이상의 수익을 올리려면 생력화 만으로는 경영상 이점이 없어 재배　수량 향상 등에 의한 수익　증가 방안을 제공하고자 하였다.

또한, 종래의 온실 난방 또는 냉방 관리 장치는 온실 내부 전체를 대상으로 하므로 냉난방에 소요되는 에너지가 과다할 수 밖에 없었는데, 이를 해결하고자 하였다.

또한, 기후변화에 의한 저온 및 고온 일수 증가로 농가의 급증하는 냉난방 부담을 경감하기 위한 효율적인 냉난방기술을 제공하고자 하였다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 히트펌프(400)를 포함하며 온실(1)에 위치하는 고설 베드(10)의 환경을 관리하는 온실 환경 관리 시스템에 있어서, 상기 히트펌프(400)에 의해 생성된 냉난방수가 저장되는 축열조(300); 상기 축열조(300)의 냉난방수를 공급받는 온도조절 파이프(100); 및 상기 온도조절 파이프(100)와 상기 축열조(300)를 연결하며 순환라인을 형성하는 냉난방수 순환유로(310)를 포함하고, 상기 온도조절 파이프(100)는 상기 고설 베드(10) 내의 다수의 작물의 관부에 접하도록 위치하는 국소 온실 환경 관리 시스템을 제공한다.

또한, 상기 온도조절 파이프(100)는 PE관으로, 상기 고설 베드(10) 내에서 길이 방향으로 연장되어 상기 고설 베드(10) 내의 상기 다수의 작물의 관부에 접하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 축열조(300)의 냉난방수를 공급받아 양액을 생성하는 양액생성장치(200); 및 상기 양액생성장치(200)와 상기 고설 베드(10)를 연결하는 양액급액관(210);을 더 포함하고, 상기 양액급액관(210)의 단부(211)는 상기 다수의 작물의 배지인 상토 표면에서 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 양액급액관(210)의 상기 단부(211)는 서로 이웃하는 상기 작물 사이에서 상기 온도조절 파이프(100)에 접하도록 위치하며 점적 호스인 것이 바람직하다.

또한, 상기 축열조(300)의 냉난방수가 상기 양액급액관(210)과 상기 온도조절 파이프(100)로 각각 공급되어, 상기 고설 베드(10)에서 재배되는 상기 작물의 상기 관부와 근권부의 온도가 조절되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 양액생성장치(200)의 전단과 상기 양액급액관(210)을 연결하는 바이패스관(230)을 더 포함하고, 상기 바이패스관(230)에 의해 상기 축열조(300)의 냉난방수가 상기 고설 베드(10)의 상기 다수의 작물의 근권부로 공급되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 히트펌프(400)로부터 배출되어 다시 상기 히트펌프(400)로 회귀하는 제1 열교환 순환유로(341); 상기 축열조(300)로부터 배출되어 다시 상기 축열조(300)로 회귀하는 제2 열교환 순환유로(342); 및 상기 제1 열교환 순환유로(341)와 상기 제2 열교환 순환유로(342)를 열교환시키도록 상기 축열조(300)와 상기 히트펌프(400)의 사이에 위치하는 열교환기(340);를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 열교환 순환유로(341) 상이며 상기 히트펌프(400)의 배출라인에 위치하는 서지탱크(430)를 더 포함하고, 상기 서지탱크(430)는, 상기 히트펌프(400)의 비정상적인 압력 상승에 의해 상기 제1 열교환 순환유로(341)로 전달되는 압력 상승을 완화시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하여, 온실 내부를 난방 또는 냉방할 경우 에너지 비용을 절감할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 환경 관리 장치로 인해 작물의 생육(출뢰율)이 개선되어 작물의 생산성을 증가시킬 수 있게 된다.

또한, 대상 작물의 특정 위치에 접하여 작물체를 냉방 또는 난방할 수 있게 되어, 작물의 생육을 극대화시킬 수 있게 된다.

또한, 양액의 온도조절기능도 동시에 이루어질 수 있어 농가에 대한 초기투자비 부담을 줄일 수 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 히트펌프를 이용하는 환경 관리 시스템의 시스템도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 환경 관리 시스템의 온도 조절 파이프 및 양액파이프가 설치된 베드의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는, 본 발명에 따른 환경 관리 시스템의 검증 실험을 위한 실험 정보에 관한 도면이다.
도 3a에 냉방처리 및 정식묘 별 시험구 배치 및 센서 설치도가 도시된다.
도 3b는 국소냉방 처리구별 시험 온실의 사진이다.
도 3c는 구입묘, 비단근묘, 단근묘별 작물체 질산태질소 함량이 표시된 표이다.
도 3d는 단근처리된 단근묘와 비단근처리된 비단근묘의 사진이다.
도 4a 내지 도 4b는, 본 발명에 따른 환경 관리 시스템의 검증 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명에 따른 환경 관리 시스템을 이용할 경우와 대조군들을 이용한 경우의 작물 생육 결과표이다.
도 4b는 본 발명에 따른 환경 관리 시스템을 이용할 경우와 대조군들을 이용한 경우의 출뢰 비교 사진이다.
도 5는 검증 실험 결과에 관한 그래프로, 본 발명에 따른 환경 관리 시스템을 이용할 경우와 대조군들을 이용한 경우의 단근처리에 따른 화방출뢰율 및 개화율이 도시된다.
도 6은 검증 실험에 따라 본 발명에 따른 환경 관리 시스템을 이용할 경우와 대조군들을 이용한 경우의 작물체 및 냉난방 시스템의 온도를 도시한다.
도 7에 히트펌프 입출구 및 축열조의 온도와 국소냉방기간 일적산 전력소비량을 설명하기 위한 그래프가 도시된다.
도 8a는 동절기 난방시험 에너지 소비량 비교 요인을 설명하기 위한 도면이다.
도 8b는 동절기 난방 처리 요인을 설명하기 위한 도면이다.
도 8c는 처리별 관부온도 비교도이다.
도 9는 검증 실험에 따라 본 발명에 따른 환경 관리 시스템을 이용할 경우와 대조군들을 이용한 경우의 수확량 비교도이다.
도 10은 냉난방 비용 비교도이다.

이하에서, "대상 작물"은 고설 베드(10)에서 생육되는 작물을 의미하며, 바람직하게는 딸기 일 수 있다.

이하에서, "관부"는 대상 작물(딸기)의 줄기와 뿌리 사이에 위치하는 부분을 의미한다.

이하에서, "근권부"는 대상 작물(딸기)의 뿌리 부분을 의미한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 국소 환경 관리 시스템을 상세히 설명한다. 여기에서, 본 발명을 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다. 본 발명의 형태 및 구성요소의 개수에 있어서도 다양한 변형이 가능하다.

국소 환경 관리 시스템

도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 국소 환경 관리 시스템을 설명한다.

본 발명은 온실(1)의 고설 베드(10)에 적용되는 국소 환경 관리 시스템을 제공하는 것으로, 온도조절 파이프(100), 양액생성장치(200), 축열조(300), 냉난방수 순환유로(310) 및 히트펌프(400)를 포함한다.

온도조절 파이프(100)는 고설 베드(10) 내의 다수의 작물의 관부와 접하도록 위치하며, 축열조(300)와 연결된다.

온도조절 파이프(100)는 고설 베드(10) 내에서 길이방향으로 연장되어 고설 베드(10) 내의 다수의 작물의 관부에 접하는 것이며, 일 실시예와 같이, 고설 베드(10)에 다수의 작물이 2열인 채로 고설 베드(10)의 길이방향으로 배열될 경우, 온도조절 파이프(100)는 1열에 길이방향으로 위치하는 작물들의 관부에 접한뒤 방향이 전환되어 2열의 길이방향으로 위치하는 작물들의 관부에 접하도록 위치할 수 있다. 이 때, 방향 전환되기 전의 온도조절 파이프(100)와 방향 전환된 후의 온도도절 파이프(100)의 일측과 타측은 각각 냉난방수 순환유로(310)에 연결된다.

온도조절 파이프(100)는 축열조(300)에 저장된 냉난방수를 공급받아 고설 베드(10) 내의 작물의 관부의 온도를 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 관부의 온도가 13 내지 15℃가 되도록 조절할 수 있다.

또한, 온도조절 파이프(100)는 연질의 PE관인 것이 바람직하다. 연질의 PE관인 온도조절 파이프(100)가 고설 베드(10)에 위치하는 작물, 일 실시예에선 딸기의 관부에 밀착하여 설치할 때 유연하여 관부에 밀착하여 설치할 수 있으며, 방향을 전환시켜 2열 배열되는 다수의 작물과 밀착될 수 있기 때문이다. 이때, 연질의 PE관은 열전달 효율이 좋기 때문에 딸기의 관부에 밀착된 채 열전달을 효율적으로 할 수 있다.

또한, 온도조절 파이프(100)는 백색의 PE 관일 수 있다. 주간시 태양광 간섭을 최소화하여 온도 영향을 받지 않아 온도조절 파이프(100)의 냉난방수가 영향을 받지 않게 하기 위함이다.

온도조절 파이프(100)에 의해 대상 작물의 관부가 20~25℃의 냉난방수가 통과하는 PE 관과 접하게 되어 집중적으로 냉난방 되고, 이에 따라, 조기수량이 43% 증대되고 딸기의 품질도 개선되는 등의 효과를 갖는다. 수량 증대에 대한 검증은 후술할 검증 부분에서 상세히 설명한다.

양액생성장치(200)는 축열조(300)의 냉난방수를 공급받도록 위치하여 양액을 생성한다. 일 실시예에서는, 온실(1)과 축열조(300)의 사이에 위치한다.

양액생성장치(200)는 축열조(300)의 냉난방수를 공급받아 양액을 생성한다. 즉, 냉난방 된 양액을 온실(1)의 고설 베드(10)와 연결된 양액급액관(210)을 이용해 공급하는 것이다.

양액급액관(210)은 양액생성장치(200)와 고설 베드(10)를 연결하여, 양액생성장치(200)에서 생성된 양액을 고설 베드(10)에 공급할 수 있다. 구체적으로, 양액급액관(210)의 단부(211)가 하방에 양액 배출공이 형성된 점적 호스로 구비되어, 고설 베드(10)에 위치하는 다수의 작물의 토양 상부에 양액이 공급되고 근권부로 스며들게 하여, 고설 베드(10)의 작물의 근권부에 양액을 제공함과 동시에 생장에 알맞은 온도로의 조절도 가능하다.

일 실시예에서, 양액급액관(210)의 단부(211)는 온도조절 파이프(100)와 접하며 작물의 배지인 상토 표면에 인접하게 위치하는데, 온도조절 파이프(100)가 2열 배열된 경우, 접한 채 함께 2열 배열되어 서로 이웃하는 작물 사이에 위치할 것이다(도 2 참조). 양액 공급의 원수를 냉난방수로 공급하여 공급된 양액이 배지 토양으로 서서히 스며들어 다수 작물의 근권부의 온도 조절을 효율적으로 하기 위함이다.

또한, 양액급액관(210)이 온도조절 파이프(100)와 접할 경우, 하절기 또는 주간의 날씨 영향에 의해 양액급액관(210)의 온도가 기설정 온도보다 상승될 경우 온도조절 파이프(100)에 흐르는 냉난방수(이 경우 상대적 냉수)로 인해 양액급액관(210)의 온도가 유지될 수 있는 효과도 있다.

바람직한 예시로, 양액급액관(210)을 이용해 하절기에는 냉수에 의해 온도 조절된 양액을 일정하게 급액하고 동절기에는 온수에 의해 온도 조절된 양액을 급액하여 고설 베드(10)에 위치하는 대상 작물의 근권부의 온도를 일시적으로 강하시키거나 상승시켜 작물의 근권부 환경을 더욱 좋게 만드는 효과가 있다. 또한, 온도조절 파이프(100)에 의한 대상 작물의 관부 냉난방과 동시에 이루어지므로 고온기나 저온기시 대상 작물 생육에 매우 유리하고 냉난방 효과를 더욱 극대화하여 조기수량증대 및 품질을 개선하여 부가가치를 더욱 창출할 수 있다.

즉, 양액급액관(210)과 온도조절 파이프(100)에 의해 고설 베드(10)에서 재배되는 작물의 관부와 근권부의 온도가 동시에 조절 가능한 것이다.

다른 실시예에서, 양액생성장치(200)의 전단과 양액급액관(210)을 연결하는 바이패스관(230)을 더 포함할 수 있다.

바이패스관(230)에 의해 축열조(300)의 냉난방수가 양액생성장치(200)를 거치지 않고 고설 베드(10)에서 재배되는 다수의 작물의 근권부로 직접 공급되는 것이다.

고설 베드(10)에서 재배되는 다수의 작물이 영양 과잉으로 더 이상의 양액 공급이 필요하지 않을 경우, 바이패스관(230)이 사용될 수 있다.

축열조(300)는 원수저장조(30)와 연결되어 원수저장조(30)의 원수를 공급받아 히트펌프(400)와 열 교환 함으로써 가열 또는 냉각시켜 온도 조절된 냉난방수를 저장한다.

축열조(300)는 온도조절 파이프(100)와 연결하며 순환라인을 형성하는 냉난방수 순환유로(310)에 의해 온도 조절된 냉난방수를 고설 베드(10) 내의 온도조절 파이프(100)로 공급한다.

냉난방수 순환유로(310)는 유체 공급관(311)과 유체 회수관(312)을 포함한다.

유체 공급관(311)에 의해 축열조(300)에 저장된 냉난방수가 온도조절 파이프(100)로 공급된다.

유체 회수관(312)에 의해 온도조절 파이프(100)에서 회수된 즉, 온도가 변이된 냉난방수가 다시 축열조(300)로 공급된다.

일 실시예에서는, 냉방 시에는 15℃(냉수), 난방 시에는 20~25℃(온수)의 냉온수를 축열조(300)에 저장한다.

또한, 축열조(300)는 히트펌프(400)와 제1 열교환 순환유로(341) 및 제2 열교환 순환유로(342)에 의해 연결된다.

제1 열교환 순환유로(341)는 히트펌프(400)로부터 배출되어 다시 히트펌프(400)로 회귀된다.

제2 열교환 순환유로(342)는 축열조(300)로부터 배출되어 다시 축열조(300)로 회귀한다.

열교환기(340)는 제1 열교환 순환유로(341)와 제2 열교환 순환유로(342)를 열 교환 시키도록 축열조(300)와 히트펌프(400)의 사이에 위치한다.

열교환기(340)에 의해 열매체유에 대한 순환이 한 사이클 더 추가되어 대상 작물을 직접 냉난방 하거나 대상 작물에게 직접 급액되는 양액이나 관수가 히트펌프(400)의 시스템 오류로 냉매관 파괴 시 발생되는 냉매에 의해 오염되는 문제를 방지할 수 있다.

서지탱크(430)는 제1 열교환 순환유로(341) 상이며 히트펌프(400)의 배출라인에 위치한다.

서지탱크(430)는 히트펌프(400)의 비정상적인 압력 상승에 의해 제1 열교환 순환유로(341)로 전달되는 압력 상승을 완화시킨다. 즉, 히트펌프(400)의 배출관의 수압을 조절하여 수격 작용을 방지할 수 있다.

결론적으로, 열교환기(340)와 서지탱크(430)에 의해 히트펌프(400)에 의해 발생될 수 있는 오염이 방지되어, 안전 장치로 마련되는 것이다.

환경 관리 시스템의 효과 검증 실험

도 3 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 환경 관리 시스템의 효과 검증 실험 결과를 설명한다.

도 3a 내지 도 3d을 참조하여, 본 발명에 따른 환경 관리 시스템의 검증 실험 내용을 설명한다.

대조군(무처리)과 실험군(근권부(종래), 관부(본 발명))의 처리구 배치 및 센서 설치도는 도 3a 내지 3b에 도시된 바와 같다.

공시품종은 ‘설향’으로 2중 피복 단동 온실의 고설 베드에 2017년 8월 31일 정식하였다.

처리구는 무처리 온실(대조군), 근권부 냉난방 온실(종래), 관부 냉난방 온실(본 발명)의 3동으로 고설 베드가 각각 4열씩 설치되어 있으며 히트펌프와 연결된 축열조는 국소 냉난방 대상 온실 2동에 각각의 순환펌프로 연결되어 있으며 각각의 순환펌프는 관부 및 근권부의 PE배관의 표면온도(기준 값 20±0.3℃)를 기준으로 독립적으로 ON-OFF 운전되었다.

정식묘는 단근처리묘(6월 29~30일 러너 단근포트에 핀 꽂기, 8월 31일 단근 및 정식), 비단근묘(연결포트 육묘), 육묘장 구입묘 3종을 각 베드에 길이방향으로 1/3씩 정식하였다(도 3c 내지 3d 참조).

2017년 9월 1일부터 히트펌프를 가동하여 국소냉방을, 11월 15일 히트펌프를 난방사이클로 전환하여 국소난방을 수행하였다.

국소 냉난방 시험의 데이터 획득은 각 처리구 온실의 베드의 상/하류의 관부 표면온도, 상/하류의 베드 천부 및 심부(5cm, 20cm 깊이) 온도, 국소냉난방용 PE배관의 입/출구 온도, 온실내부 군락높이의 온습도, 히트펌프 입/출수 온도, 축열조 상/하부 온도, 히트펌프 전력소비량을 각각 계측하였으며 각 항목의 평균값을 분석하였다.

단근처리묘는 단근포트 상하부 구멍으로 노출된 뿌리는 모두 제거하였으며, 비단근처리묘는 연결포트에서 꺼내 바로 정식하였다.

구입묘는 함양의 육묘장묘를 구입하여 정식하였으며 정식 후 정화방 출뢰시기까지는 EC 0.8dS/m, 이후는 1.0dS/m로 관수하였다.

도 3c 및 도 3d를 참조하여 정식묘의 처리방법에 따라 실험 결과에 영향을 주는지를 판단한다.

정식 후 13일이 경과한 정식묘의 질산태질소 함량을 측정한 결과, 단근처리묘는 27ppm으로 비단근처리묘 함량의 15%정도로 매우 낮았으며, 육묘장 구입묘의 35% 수준으로 낮게 나타나 질산태질소의 흡수가 억제되고 있음을 알 수 있었으며 비단근처리묘는 육묘기에 발달한 뿌리의 양분흡수력으로 인해 구입묘보다 약 2.7배 높은 질산태질소 농도를 나타내었다.

관부 및 근권부 국소냉방과 단근처리가 초기 작물생육에 미치는 영향을 분석하기 위해 정식 30일 경과(2017년9월29일) 시의 생육분석을 수행한 결과, 국소냉방 처리구간에 생육차이는 없었으며, 단근처리 유무의 경우 단근처리를 한 묘에서 단근이 뿌리발달에 영향을 주어 지상부의 생육저하를 야기하였으나 관부직경이나 엽장, 엽폭은 차이가 없었으며 엽병장만 짧아졌다.

따라서 8월 30일의 조기 단근처리 및 정식은 이후의 발근과 지상부 생육이 충분이 이루어져 작물 생육에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다.

도 4a 내지 도 4b를 참조하여, 본 발명에 따른 환경 관리 시스템의 검증 실험 결과를 설명한다.

도 4a에 실험군(종래 및 본 발명)과 대조군(무처리)의 작물 생육 결과표가 도시되고, 도 4b에 실험군과 대조군의 출뢰 비교 사진이 도시된다.

단근처리 및 관부/근권부 국소난방이 정화방 출뢰 및 개화에 미치는 영향을 분석한 결과 육묘장 구입묘는 정화방 화아분화가 완료된 묘를 정식하였으므로 국소냉방의 처리의 효과가 나타나지 않았다. 다만 8월 31일의 조기 정식 후 고온에 노출시간이 길어지며 관부 및 근권부 국소냉방에도 불구하고 정화방 출뢰가 30% 미만으로 낮게 나타났다.

자가 육묘는 육묘기간에 고온에 노출되고 별도의 화아분화 처리를 하지 않은 상태에서 조기 정식하여 정화방 화아분화가 충분하지 않았던 것으로 판단된다.

따라서 정화방에서부터 국소냉방과 단근 처리의 효과가 나타난 것으로 판단된다.

실험군과 대조군들의 화방출뢰율 및 개화율이 도시된 도 5을 더 참조하여 실험에 따른 출뢰율 및 개화율을 설명한다.

모든 국소냉방 처리구에서 정화방 출뢰는 단근묘>비단근묘>구입묘의 순서로 나타나 단근처리에 의한 질산태질소의 차단이 효과가 있는 것으로 분석되었다.

단근묘와 비단근묘에서 정화방 출뢰는 관부냉방>근권냉방>무처리로 나타나 국소냉방의 효과가 생장점 분화가 일어나는 관부의 냉방이 근권부의 냉방보다 효과가 높은 것으로 분석되었다.

각각의 냉방 처리구에서 단근처리의 출뢰율이 비단근보다 12.5~20% 높았으며, 관부냉방의 출뢰율이 무처리보다 28.8~36.3%, 근권부 냉방보다 20~26.3% 높아 근권부 냉방의 처리는 단근처리 효과와 비슷했으나 관부냉방 효과는 단근효과보다 높게 나타나 정화방(1화방) 출뢰 조진화를 위해서는 관부냉방이 가장 효과가 큰 것으로 분석되었다.

즉, 본 발명에 따라 온도조절 파이프(100)를 위치시킬 경우, 종래 기술 대비 대상 작물의 생육을 앞당기는데 있어 현저한 효과를 나타내 우수한 출뢰율을 가지는 것이다.

도 6에 처리구별 관부 온도를 비교한 결과가 도시되는데, 이를 구체적으로 설명한다.

냉방 처리구별 관부 온도를 비교한 결과 관부 냉방구의 경우 2017년10월12일까지 주간의 관부 온도가 20℃를 상회하여 순환펌프 가동으로 국소냉방이 수행되었으며, 이후는 대부분 20℃를 하회하여 거의 작동되지 않았다. 이후 일중 평균 관부온도가 15℃를 하회하기 시작하여 2017년11월7일부터 히트펌프를 난방사이클로 가동하여 관부를 국소난방하였다.

2017년9월1일부터 2017년10월12일까지 국소냉방 기간의 관부 평균온도는 무처리구 23.6℃, 근권부 냉방구 22.8℃, 관부 냉방구 18.9℃로 나타나 관부처리구 온도가 무처리구 및 근권 냉방구에 비해 각각 4.7℃, 3.9℃낮은 것으로 분석되었다.

근권부 평균온도는 국소냉방 기간(2017년9월1일~2017년10월12일)에 무처리구 23.5℃, 근권부 냉방구 21.6℃, 관부 냉방구 24.2℃로 나타났다.

도 7에 히트펌프 입출구 및 축열조의 온도와 국소냉방기간 일적산 전력소비량을 설명하기 위한 그래프가 도시된다.

국소냉방기간에 축열조 온도는 상부 15.8℃, 하부 15.4℃로 온도분리는 크지 않으나 설정온도를 잘 유지하였으며 히트펌프 입구온도는 15℃와 14.4℃로 약 0.6℃로 나타 났다.

국소냉방기간의 히트펌프, 순환펌프의 일적산 전력소비량을 분석한 결과 9월 초순 약 40kWh에서 10월 초순 약 15kWh로 감소하였으며 전체 적산전력소비량은 1,121kWh로 농사용 전력을 기준 전력량요금45원/kWh(기본료 포함)로 계산 시 50,450원이 소요되는 것으로 분석되었다.

동절기 난방시험 에너지 소비량 비교 요인 및 난방 처리 요인을 도 8a 내지 8b를 참조하여 설명하고, 도 8c를 참조하여 처리별 관부온도를 설명한다.

2017년 11월 7일부터 2018년 3월 31일까지의 생장부 국소난방을 실시하였으며 난방 방식은 히프펌프를 이용하여 35℃의 온수를 축열조에 저장 후 관부 및 근권부를 20℃로 난방 실시했다.

생육 및 에너지 비교 시험을 위하여 시험온실을 아래 그림과 같이 관부+공간온도 5℃, 근권+공간온도 5℃, 공간온도 10℃로 조성하여 시험하였다.

공간온도 10℃(무처리), 근권+공간온도 5℃, 관부+공간온도 5℃처리구의 혹한기 관부 평균온도는 12.8℃, 12.5℃, 18.2℃로 나타나 관부난방이 관부온도 5.4℃ 상승시키는 것으로 나타났다.

공간온도10℃(무처리), 근권+공간온도 5℃, 관부+공간온도 5℃, 처리구의 혹한기 근권부 평균온도는 14.1℃, 16.4℃, 13.5℃로 나타나 근권부난방이 근권부 온도 2.3℃상승시키는 것으로 나타났다.

도 9는 검증 실험에 따라 본 발명에 따른 환경 관리 시스템을 이용할 경우와 대조군들을 이용한 경우의 수확량 비교도이다.

난방에 의한 수량증대효과는 무처리구 대비 관부난방이 22%, 근권부 난방 이 11% 증가한 것으로 나타났다.

도 10을 참조하여 냉난방 비용을 각 실험군과 대조군별로 비교하여 설명한다.

냉난방 비용을 산출하는데 사용된 조건은 다음과 같다.

전력량 값은 45원/kWh(기본료 포함), 등유는 리터당 800원 적용하였다.

온수보일러는 2a당 120만원 생장부 냉난방 시스템은 2a당 480만원 설치비용을 고려하였으며, 총 고정비와 연간 냉난방비와의 합을 비교하였다.

각 실험군들과 대조군의 산출된 냉난방 비용은 다음과 같다.

관부냉난방 에너지 비용은 냉방비 547kWh(24,617원) + 관부난방비 2,525kWh(113, 608원) + 공간난방 5℃(등유 916.8리터-733,400원) = 871,665원으로 산정되었다.

·근권냉난방 에너지 비용은 냉방비 574kWh(25,833원) + 근권부난방비 2,526kWh(113,687원) + 공간난방 5℃(등유 1,071.8리터-857440원) = 996,960원으로 산정되었다.

무처리구 에너지 비용은 공간난방 10℃(등유 2,586.3리터) 2,069,040원으로 산정되었다.

난방시스템 설치비를 고려하지 않았을 경우를 단순 비교하더라도 냉난방비용 절감율이 관부 냉난방 58%, 근권부 냉난방 52% 이어서, 6%이상 차이가 났으며, 설치비포함 냉난방비용 절감율을 비교할 경우, 관부냉난방(본 발명) 13.5%, 근권부(종래) 냉난방 8%으로, 5.5%이상 차이가 난다.

결론적으로, 본 발명에 따른 국소 환경 관리 시스템을 이용할 경우 관부에 특화된 환경 관리가 가능해져 종래 기술(근권부 환경 관리 시스템) 대비 출뢰율이 근권부 냉방보다 20~26.3% 높은 효과를 나타내고, 6% 내외의 비용 절감율을 나타내는 바, 본 발명에 따른 국소 환경 관리 시스템은 종래 발명 대비 현저한 발명인 것이다.

이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1: 온실
10: 고설 베드
30: 원수공급부
100: 온도조절 파이프
200: 양액생성장치
210: 양액급액관
211: 단부
230: 바이패스관
300: 축열조
310: 냉난방수 순환유로
311: 유체 공급관
312: 유체 회수관
340: 열교환기
341: 제1 열교환 순환유로
342: 제2 열교환 순환유로
400: 히트펌프
430: 서지탱크

Claims (8)

1. 히트펌프(400)를 포함하며 온실(1)에 위치하는 고설 베드(10)의 환경을 관리하는 온실 환경 관리 시스템에 있어서,
   상기 히트펌프(400)에 의해 생성된 냉난방수가 저장되는 축열조(300);
   상기 축열조(300)의 냉난방수를 공급받는 온도조절 파이프(100);
   상기 축열조(300)의 냉난방수를 공급받아 양액을 생성하는 양액생성장치(200);
   상기 양액생성장치(200)와 상기 고설 베드(10)를 연결하는 양액급액관(210);
   상기 양액생성장치(200)의 전단과 상기 양액급액관(210)을 연결하는 바이패스관(230); 및
   상기 온도조절 파이프(100)와 상기 축열조(300)를 연결하며 순환라인을 형성하는 냉난방수 순환유로(310)를 포함하고,
   상기 온도조절 파이프(100)는 상기 고설 베드(10) 내의 다수의 작물의 관부에 접하도록 위치하고,
   상기 온도조절 파이프(100)는 PE관으로, 상기 고설 베드(10) 내에서 길이 방향으로 연장되어 상기 고설 베드(10) 내의 상기 다수의 작물의 관부에 접하고,
   상기 양액급액관(210)의 단부(211)는 상기 다수의 작물의 배지인 상토 표면에서 상기 온도조절 파이프(100)에 인접하게 위치하고,
   상기 바이패스관(230)에 의해 상기 축열조(300)의 냉난방수가 상기 고설 베드(10)의 상기 다수의 작물의 근권부로 공급되는,
   국소 온실 환경 관리 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 양액급액관(210)의 상기 단부(211)는 서로 이웃하는 상기 작물 사이에서 상기 온도조절 파이프(100)에 접하도록 위치하며 점적 호스인,
   국소 온실 환경 관리 시스템.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 축열조(300)의 냉난방수가 상기 양액급액관(210)과 상기 온도조절 파이프(100)로 각각 공급되어, 상기 고설 베드(10)에서 재배되는 상기 작물의 상기 관부와 근권부의 온도가 조절되는,
   국소 온실 환경 관리 시스템.
   
6. 삭제
7. 제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 히트펌프(400)로부터 배출되어 다시 상기 히트펌프(400)로 회귀하는 제1 열교환 순환유로(341);
   상기 축열조(300)로부터 배출되어 다시 상기 축열조(300)로 회귀하는 제2 열교환 순환유로(342); 및
   상기 제1 열교환 순환유로(341)와 상기 제2 열교환 순환유로(342)를 열교환시키도록 상기 축열조(300)와 상기 히트펌프(400)의 사이에 위치하는 열교환기(340);를 포함하는,
   국소 온실 환경 관리 시스템.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제1 열교환 순환유로(341) 상이며 상기 히트펌프(400)의 배출라인에 위치하는 서지탱크(430)를 더 포함하고,
   상기 서지탱크(430)는,
   상기 히트펌프(400)의 비정상적인 압력 상승에 의해 상기 제1 열교환 순환유로(341)로 전달되는 압력 상승을 완화시키는,
   국소 온실 환경 관리 시스템.

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