KR102403132B1 - 온실 연계 공조 시스템 및 이를 이용한 공기조화방법 - Google Patents

온실 연계 공조 시스템 및 이를 이용한 공기조화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 온실 연계 공조 시스템은, 태양광이 투과되고, 내부에 식물을 재배하는 제1 온실, 상기 태양광이 투과되지 않고, 내부에 식물을 재배하는 제2 온실, 건물 내의 상기 제1 및 제2 온실을 제외한 실내 공간, 상기 제1 온실 외부에 형성되어, 상기 태양광을 이용해 전력을 생산하는 태양광 패널, 상기 태양광 패널에 연결되어 상기 제2 온실에 빛을 제공하는 보조 광원 및 상기 제1 및 제2 온실과 상기 실내 공간을 연결하며, 상기 제1 및 제2 온실 및 상기 실내 공간 간에 공기, 습도 및 에너지를 선택적으로 교환하는 공조부를 포함할 수 있다.

Description

온실 연계 공조 시스템 및 이를 이용한 공기조화방법{GREENHOUSE-LINKED AIR CONDITIONING SYSTEM AND AIR CONDITIONING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 온실 연계 공조 시스템 및 이를 이용한 공기조화방법에 관한 것이다.
온실은 광선, 온도, 습도 따위를 조절하여 각종 식물의 재배를 자유롭게 하는 구조물이다. 온실을 활용하면 추울 때 식물을 재배하거나 또는 추운 지방에서 더운 지방의 식물을 재배할 수 있으며, 개화, 결실 따위를 조절할 수 있으므로 촉성 재배와 억제 재배가 가능하다.
일반적으로 건물 내부의 공기는 공기필터를 구비한 공기조화시스템을 활용하여, 실내의 온도, 습도 및 냄새 등의 조건을 건물의 사용 목적에 적합한 상태로 유지한다. 다만, 기존의 공기조화 시스템은 기계적인 방식을 사용하여 공기를 정화하므로 자연의 공기가 아닌 인공적인 공기를 공급한다는 단점이 있다. 또한, 이 경우 주기적으로 건물의 창문을 열어서 외부의 새로운 공기와 교환을 해야 한다는 단점이 있다.
이에 따라, 실내 공기조화를 위해 실내 공간에 식물을 가꾸면 식물이 인체에서 배출되는 이산화탄소와 같은 탄산가스를 흡수하고 인체에 필요한 산소를 제공할 수 있는 동시에 정서적 풍요로움이나 심미적 기능을 가질 수 있다. 다만, 건물 내부의 실내 공간에 식물을 가꾸기 위한 공간이 부족하며 식물 재배를 위한 공기 조건과 건물의 사용 목적에 따른 공기의 조건이 상이하여 최적의 공기조화 효과를 얻을 수 없다는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0136768호 대한민국 공개특허 제10-2015-0050730호 대한민국 공개특허 제10-2021-0009152호
상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 온실과 실내 공간을 연결하여 온실 및 실내 공간 간에 공기, 습도 및 에너지를 선택적으로 교환하는 온실 연계 공조 시스템 및 이를 이용한 공기조화방법을 제시하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 온실 연계 공조 시스템은, 태양광이 투과되고, 내부에 식물을 재배하는 제1 온실, 상기 태양광이 투과되지 않고, 내부에 식물을 재배하는 제2 온실, 건물 내의 상기 제1 및 제2 온실을 제외한 실내 공간, 상기 제1 온실 외부에 형성되어, 상기 태양광을 이용해 전력을 생산하는 태양광 패널, 상기 태양광 패널에 연결되어 상기 제2 온실에 빛을 제공하는 보조 광원 및 상기 제1 및 제2 온실과 상기 실내 공간을 연결하며, 상기 제1 및 제2 온실 및 상기 실내 공간 간에 공기, 습도 및 에너지를 선택적으로 교환하는 공조부를 포함할 수 있다.
상기 제2 온실은, 상기 건물의 지하에 위치할 수 있다.
상기 공조부는, 상기 제1 및 제2 온실과 상기 실내 공간 간에 상기 공기가 흐르는 통로인 덕트, 상기 덕트에 결합되어, 상기 공기의 상태를 측정하는 센서 모듈, 상기 덕트에 결합되어, 상기 덕트의 개폐를 조절하는 댐퍼, 상기 덕트에 결합되어, 상기 덕트 내부의 공기가 흐르게 하는 급기팬 및 상기 센서 모듈, 상기 댐퍼 및 상기 급기팬과 연결되어, 상기 댐퍼 및 상기 급기팬의 구동을 제어하는 통합 제어부를 포함하며, 상기 댐퍼가 상호 연동되어 작동하여 상기 공기의 흐름을 원활하게 할 수 있다.
상기 공조부는, 상기 덕트에 결합되어, 상기 공기가 상기 제1 및 제2 온실 및 상기 실내 공간으로 유입되기 전 오염 물질을 걸러내는 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 센서 모듈은, 상기 공기의 CO2농도를 측정하는 CO2센서, 상기 공기의 오염 물질 농도를 측정하는 공기질 센서, 상기 공기의 온도를 측정하는 온도 센서 및 상기 공기의 습도를 측정하는 습도 센서를 포함할 수 있다.
상기 공조부는, 상기 덕트에 결합되어, 상기 공기가 상기 실내 공간으로 유입되기 전 습도를 낮추는 제습기를 더 포함할 수 있다.
상기 공조부는, 상기 덕트에 결합되어, 상기 공기가 상기 실내 공간으로 유입되기 전 온도를 조절하는 냉각 코일 및 히터 코일을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기 조화 방법은 상기 공기 상태 측정 후 외부 공기 도입하는 단계, 상기 도입된 외부 공기와 상기 제1 및 제2 온실 중 적어도 어느 하나를 통과한 공기가 혼합되는 단계, 상기 혼합된 공기의 온도 및 습도를 조절하고 정화하는 단계 및 상기 실내 공간에 상기 혼합된 공기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기 조화 방법은 상기 실내 공간에 상기 혼합된 공기를 제공하는 단계 이후, 상기 제1 및 제2 온실 사용 여부에 따라 상기 댐퍼가 조절되어 상기 실내 공간 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기 조화 방법은 상기 댐퍼가 조절되어 상기 실내 공간 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계 이후, 상기 제1 및 제2 온실이 사용되는 경우, 상기 실내 공간 통과한 공기의 CO2농도가 상기 제1 및 제2 온실의 적정 CO2농도 보다 작은 경우에만 보일러의 연소를 통한 CO2를 추가 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기 조화 방법은 상기 댐퍼가 조절되어 상기 실내 공간 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계 이후, 상기 제1 및 제2 온실이 사용되는 경우, 상기 센서 모듈의 측정값에 따라 온실 자체의 환기 및 습도를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기 조화 방법은 상기 센서 모듈의 측정값에 따라 온실 자체의 환기 및 습도를 조절하는 단계 이후, 상기 센서 모듈의 측정값에 따라 상기 온실 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 온실 연계 공조 시스템 및 이를 이용한 공기 조화 방법은 온실 및 실내 공간 간에 공기, 습도 및 에너지를 선택적으로 교환할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 온실 연계 공조 시스템의 전체 구성을 도시하는 구성도이다.
도 3은 도 1의 온실 연계 공조 시스템의 통합 제어부의 연결구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기조화방법의 과정을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템의 전체 구성을 도시하는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기조화방법의 과정을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템(10)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 온실 연계 공조 시스템의 전체 구성을 도시하는 구성도이고, 도 3은 도 1의 온실 연계 공조 시스템의 통합 제어부의 연결구조를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템(10)은, 온실(100), 실내 공간(200), 태양광 패널(300), 보조 광원(400) 및 공조부(500)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 온실(100)과 실내 공간(200)은 연결되어 상호 간에 공기, 습도 및 에너지를 선택적으로 교환할 수 있다.
또한, 온실(100) 외부에 태양광 패널(300)이 설치되어 필요한 전력을 생산할 수 있고, 태양광 패널(300)에 연결된 보조 광원(400)을 활용하여 빛이 없는 곳, 예를 들어, 건물의 지하 공간에도 온실(100)을 설치할 수 있어 공간활용을 극대화할 수 있다. 여기에서, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 온실 연계 공조 시스템(10)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
온실(100)은 건물 내에 위치하며 내부에 식물을 재배하는 공간으로, 제1 온실(110) 및 제2 온실(120)을 포함할 수 있다. 여기에서, 온실(100)은 반드시 제1 온실(110) 및 제2 온실(120)에 한정되지 않고 필요에 따라 여러 온실(100)이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
제1 온실(110)은 태양광이 투과되고, 내부에 식물을 재배할 수 있는 공간으로, 건물의 내부에 위치할 수 있다. 제1 온실(110)은 태양광이 투과될 수 있는 면적을 최대화하기 위해 건물의 옥상과 같은 건물의 가장 상부에 위치할 수 있다. 제1 온실(110)은 내부에 식물을 재배할 수 있는 공간을 형성하기 위해, 측벽 및 상부 벽을 포함할 수 있다.
제1 온실(110)의 외벽은 태양광이 투과되기 위해 유리, 투명 아크릴판 및 플라스틱 창과 같은 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 제1 온실(110)의 바닥은 투과된 태양광이 온실 내에서 사용되지 못하고 버려지지 않게 하기 위해 열의 흡수나 반사율이 적은 재료를 선택할 수 있다. 다만, 제1 온실(110)의 위치 및 재질은 이에 한정되지 않고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위에서 일부 변경될 수 있다.
제2 온실(120)은 태양광이 투과되지 않고, 내부에 식물을 재배할 수 있는 공간으로, 건물 내부에서의 위치 제약이 적을 수 있다. 제2 온실(120)은 태양광이 투과되지 않더라도 후술하는 보조 광원(400)에 의해 식물의 생육에 필요한 빛을 제공받아 식물을 재배할 수 있다.
제2 온실(120)은 건물의 지하에 위치할 수 있다. 건물의 지하 공간은 일반적으로 태양광이 닿지 않고 습도가 높아 곰팡이가 자주 필 수 있으며 공기 순환이 원활하지 않아 지상층에 비해 활용도가 높지 않다. 이에 제2 온실(120)을 건물의 지하에 위치시킴으로써 건물 내부 공간을 최대한 활용할 수 있음과 동시에, 온실(100) 내부 식물의 광합성 및 호흡에 의해 공기질을 향상시킬 수 있다.
제2 온실(120)은 내부에 식물을 재배할 수 있는 공간을 형성하기 위해 측벽 및 상부 벽을 포함할 수 있다. 제2 온실(120)은 주 광원으로 보조 광원(400)을 활용할 수 있는 바, 주 광원으로 태양빛을 활용하는 제1 온실(110)과 달리 외벽의 재질이 투명할 필요가 없다. 제2 온실(120)의 바닥은 보조 광원(400)의 빛이 온실 내에서 사용되지 못하고 버려지지 않게 하기 위해 열의 흡수나 반사율이 적은 재료를 선택할 수 있다. 다만, 제2 온실(120)의 위치 및 재질은 이에 한정되지 않고 다양한 위치 및 재질을 가질 수 있다.
실내 공간(200)은 건물 내의 제1 온실(110) 및 제2 온실(120)을 제외한 공간으로, 제1 실내 공간(210) 및 제2 실내 공간(220)을 포함할 수 있다. 다만, 제1 실내 공간(210) 및 제2 실내 공간(220)은 복수 개의 실내 공간(200)을 예시적으로 나타낸 것에 불과하며 필요에 따라 여러 실내 공간(200)이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
실내 공간(200)은 건물의 사용목적에 따라 주거공간, 상업공간, 업무공간, 연구공간 등이 될 수 있다. 실내 공간(200)의 사용 목적에 따라 요구되는 공기의 상태가 다를 수 있다. 예를 들어, 실내 공간(200)이 주거공간으로 활용되는 경우에는 사람이 거주하기에 적절한 적정 실내 습도 및 산소 농도를 갖춰야 하며, 전산실과 같이 고사양의 PC가 구비된 경우에는 컴퓨터 및 디스크의 과열을 피하기 위해 일정 온도를 유지해야 한다. 실내 공간(200)의 요구되는 공기의 상태에 따라 후술하는 공조부(500)에 의해 온실(100)과 공기, 습도 및 에너지가 선택적으로 교환될 수 있다.
태양광 패널(300)은 제1 온실(110) 외부에 형성되어, 태양광을 이용해 전력을 생산할 수 있다. 태양광 패널(300)은 제1 온실(110)의 상부에 위치하고 태양광을 받는 면적을 최대화하기 위해 일정 각도로 기울어진 얇은 판 형상일 수 있다. 태양광 패널(300)은 중금속에 의한 환경오염을 방지하기 위해 중금속이 거의 포함되지 않은 결정질 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.
태양광 패널(300)에는 구동부(미도시)가 구비되어 태양의 입사각과 반사각에 따라 태양광 패널(300) 자체의 각도 및 위치를 조절할 수 있다. 태양광 패널(300)에서 발생한 열로 온실(100) 및 실내 공간(200)에 난방을 제공할 수 있다. 태양광 패널(300)에서 태양광을 이용해 전력을 생산하고 이를 후술하는 보조 광원(400) 및 공조부(500)의 에너지원으로 활용할 수 있다. 다만, 태양광 패널(300)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위내에서 변경될 수 있다.
보조 광원(400)은 태양광 패널(300)에 연결되어 제2 온실(120)에 빛을 제공할 수 있다. 보조 광원(400)은 제2 온실(120)에 균등하게 빛을 제공하기 위해 제2 온실(120)의 상부에 일정한 간격으로 이격되어 위치할 수 있다. 보조 광원(400)은 식물의 생육을 위해 필요한 정도에 따라 각도를 조절할 수 있다.
보조 광원(400)은 태양광 패널(300)에서 발생한 전력을 활용하여 열과 빛을 발생시키는 백열 전구, 형광램프 및 HID램프 등이 활용될 수 있다. 보조 광원(400)이 존재함에 따라, 태양광이 닿지 않는 공간에도 제2 온실(120)을 설치하여 식물을 재배할 수 있다는 장점이 있다. 다만, 보조 광원(400)의 위치 및 종류는 이에 한정되지 않고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위내에서 변경될 수 있다.
공조부(500)는 덕트(510), 센서 모듈(520), 댐퍼(530), 필터(540), 제습기(550a), 냉각 코일(560), 히터 코일(570), 급기팬(580) 및 통합 제어부(590)를 포함할 수 있다. 공조부(500)는 제1 온실(110) 및 제2 온실(120)과 실내 공간(200)을 연결하며, 제1 온실(110) 및 제2 온실(120)과 실내 공간(200) 간에 공기, 습도 및 에너지를 선택적으로 교환할 수 있다. 공조부(500)에는 HVAC(heating, ventilation, air conditioning)가 활용될 수 있다(도 1 참조). 여기에서, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 구성 요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 공조부(500)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
덕트(510)는 제1 온실(110) 및 제2 온실(120)과 실내 공간(200) 간에 공기가 흐르는 통로일 수 있다. 덕트(510)는 단면이 직사각형으로 이루어지거나 덕트(510)와 공기 간의 마찰을 줄이기 위해 원형 또는 타원형으로 이루어진 파이프, 튜브일 수 있다. 덕트(510)는 공기가 흐르는 도중 외부 공기와의 접촉을 방지하기 위해 밀폐된 구조일 수 있다.
덕트(510)는 지속적인 하중에도 형상을 유지할 수 있을 정도의 충분한 강성을 지니는 강철판, 알루미늄 판, PVC(Polyvinyl chloride), FRP(Fiber reinforced plastics)으로 제작될 수 있다. 덕트(510)는 덕트(510) 내부와 외부 간의 열의 이동을 막기 위해 덕트(510)의 둘레에 단열재를 감쌀 수 있다. 다만, 덕트(510)의 형상 및 재질은 이에 한정되지 않고 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채용될 수 있는 범위내에서 변경될 수 있다.
센서 모듈(520)은 CO2 센서(521), 공기질 센서(522), 온도 센서(523) 및 습도 센서(524)를 포함할 수 있다. 센서 모듈(520)은 덕트(510)에 결합되어 공기의 상태를 측정할 수 있다. 여기에서, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 센서들 외에 다른 범용적인 센서들이 센서 모듈(520)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
CO2 센서(521)는 실내 공간(200) 및 온실(100)에 결합되어, 공기 내에 함유된 CO2 농도를 측정할 수 있다. CO2 센서(521)는 CO2 농도를 측정하기 위한 어떠한 센서도 가능하다. 예를 들어, CO2 센서(521)는 CO2 농도를 측정할 수 있는 비분산 적외선(Non-Dispersive Infrared, NDIR) 센서일 수 있다.
CO2 센서(521)는 온실(100) 내에 위치하여, 온실(100) 내부의 공기가 식물이 광호흡을 할 수 있는 조건에 해당하는지 판단하기 위한 지표를 제공할 수 있다.
CO2 센서(521)는 실내 공간(200) 내에 위치하여, 실내 공간(200) 내부의 공기가 사용자의 거주 및 생활 또는 건물의 사용목적에 따른 공기 조건에 부합하는지 판단하기 위한 지표를 제공할 수 있다.
또한, CO2 센서(521)는 공기가 온실(100) 내부로 유입되기전 덕트(510)에 결합되어, 온실(100)로 유입되는 공기의 CO2 농도를 측정할 수 있다. CO2 센서(521)에 의해 측정된 CO2 농도가 온실(100) 내부의 식물의 광호흡을 위한 CO2 농도 보다 작은 경우, 보일러(550b)의 연소를 통해 CO2를 추가 공급할 수 있다.
CO2 센서(521)는 공기가 온실(100) 외부로 유출되는 덕트(510)에 결합되어, 온실(100) 외부로 유출되는 공기의 CO2 농도를 측정할 수 있다. CO2 센서(521)에 의해 측정된 CO2 농도가 거주자에게 적합하지 않은 경우, 후술하는 댐퍼(530)를 이용하여 건물 외부로 배기할 수 있다. 다만, CO2 센서(521)의 위치 및 종류는 이에 한정되지 않고 다양한 위치 및 종류를 가질 수 있다.
공기질 센서(522)는 덕트(510)에 결합되어, 공기의 미세먼지, 생활가스 및 유해물질 등을 측정할 수 있다. 공기질 센서(522)는 공기의 질을 측정하기 위한 어떠한 센서도 가능하다. 예를 들어, 공기질 센서(522)는 레이저 미세먼지 센서, 비분산 적외선 센서(NDIR) 및 VOC(Volatile organic compounds) 센서 일 수 있다.
공기질 센서(522)는 필요에 따라 덕트(510)에 복수 개 결합될 수 있다. 예를 들어, 공기질 센서(522)는 외부 공기가 건물 내로 유입되는 부분의 덕트(510)에 결합되어, 외부 공기 유입 시 외부 공기의 질을 측정하여 외부 공기 유입여부를 결정하는 지표를 제공할 수 있다.
또한, 공기질 센서(522)는 온실(100)을 통과한 공기가 지나는 부분의 덕트(510)에 결합되어, 온실(100)을 통과한 공기의 공기의 질을 측정하여 상기 공기의 실내 공간(200)으로의 유입여부를 결정하는 지표를 제공할 수 있다. 다만, 공기질 센서(522)의 위치 및 종류는 이에 한정되지 않고 다양한 위치 및 종류를 가질 수 있다.
온도 센서(523) 및 습도 센서(524)는 덕트(510)에 결합되어 공기의 온도 및 습도를 측정할 수 있다. 온도 센서(523) 및 습도 센서(524)는 공기의 온도 및 습도를 측정하기 위한 어떠한 센서도 가능하다. 예를 들어, 온도 센서(523)는 서미스터(Thermistor), 저항온도 검출기(Resistance Temperature Detectors, RTD) 및 적외선 온도 센서 등이 활용될 수 있다. 습도 센서(524)는 염화 리튬 습도 센서, 산화알루미늄 습도센서 및 세라믹 습도센서 등이 활용될 수 있다.
온도 센서(523) 및 습도 센서(524)는 필요에 따라 덕트(510)에 복수 개 결합될 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(523) 및 습도 센서(524)는 외부 공기가 건물 내로 유입되는 부분의 덕트(510)에 결합되어, 외부 공기 유입 시 외부 공기의 온도 및 습도를 측정하여 외부 공기 유입여부를 결정하는 지표를 제공할 수 있다.
온도 센서(523) 및 습도 센서(524)는 온실(100) 내에 위치하여, 온실(100) 내부의 공기가 식물이 광호흡을 할 수 있는 조건에 해당하는지 판단하기 위한 지표를 제공할 수 있다.
또한, 온도 센서(523) 및 습도 센서(524)는 실내 공간(200) 내에 위치하여, 실내 공간(200) 내부의 공기가 사용자의 거주 및 생활 또는 건물의 사용목적에 따른 공기 조건에 부합하는지 판단하기 위한 지표를 제공할 수 있다.
온도 센서(523) 및 습도 센서(524)는 공기가 실내 공간(200) 내부로 유입되기전 덕트(510)에 결합되어, 실내 공간(200)으로 유입되는 공기의 온도 및 습도를 측정할 수 있다. 온도 센서(523)에 의해 측정된 온도 및 습도가 실내 공간(200) 내부의 거주자 및 사용자 또는 건물의 사용목적에 부적합 한 경우 후술하는 제습기(550a), 냉각 코일(560) 및 히터 코일(570)을 활용해 온도 및 습도를 조절할 수 있다. 다만, 온도 센서(523) 및 습도 센서(524)의 위치 및 종류는 이에 한정되지 않고 다양한 위치 및 종류를 가질 수 있다.
댐퍼(530)는 제1 댐퍼(531), 제2 댐퍼(532), 제3 댐퍼(533), 제4 댐퍼(534), 제5 댐퍼(535) 및 제6 댐퍼(536)를 포함할 수 있다. 댐퍼(530)는 덕트(510)에 결합되어 덕트(510)의 개폐를 조절할 수 있다. 다만, 제1 내지 제6 댐퍼(531, 532, 533, 534, 535, 536)는 복수 개의 댐퍼(530)를 예시적으로 나타낸 것에 불과하며 필요에 따라 여러 댐퍼(530)가 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
댐퍼(530)는 덕트(510) 내부를 흐르는 공기의 경로를 결정할 수 있다. 예를 들어, 온실(100)에서 환기된 공기가 거주자 및 사용자 또는 건물의 사용목적에 부적합한 경우, 건물의 외부를 향해 있는 댐퍼(530)를 개방하여 온실(100)에서 환기된 공기를 외부로 배기할 수 있다.
댐퍼(530)는 덕트(510) 내에 설치되어 송풍량을 조절할 수 있는 어떠한 댐퍼(530)도 될 수 있다. 예를 들어, 댐퍼(530)는 회전식 댐퍼, 나비형 댐퍼(butterfly damper) 및 스플릿 댐퍼(split damper)가 될 수 있다. 다만 댐퍼(530)의 위치 및 종류는 이에 한정되지 않고 다양한 위치 및 종류를 가질 수 있다.
필터(540)는 제1 필터(541) 및 제2 필터(542)를 포함할 수 있다. 필터(540)는 덕트(510)에 결합되어, 공기가 제1 온실(110), 제2 온실(120) 및 실내 공간(200)으로 유입되기 전 오염 물질을 걸러낼 수 있다. 필터(540)는 공기가 흐를 때 공기로부터 먼지나 각종입자를 제거하기 위해 작은 구멍이 형성된 여과지로 만들어질 수 있다.
필터(540)는 공기가 온실(100) 및 실내 공간(200)으로 유입되기 전 부분의 덕트(510)에 결합되어 유입되는 공기를 정화할 수 있다. 다만, 필터(540)의 위치 및 종류는 이에 한정되지 않고 다양한 위치 및 종류를 가질 수 있다.
제습기(550a)는 덕트(510)에 결합되어, 공기가 실내 공간(200)으로 유입되기 전 습도를 낮출 수 있다. 제습기(550a)는 필요에 따라 덕트(510)에 복수 개 결합될 수 있다. 예를 들어, 제습기(550a)는 실내 공간(200) 및 온실(100)에 공기가 유입되는 부분의 덕트(510)에 결합되어 유입되는 공기의 습도를 조절할 수 있다. 제습기(550a)는 공기의 습도를 낮추기 위한 어떠한 구성도 가능하다.
냉각 코일(560) 및 히터 코일(570)은 덕트(510)에 결합되어 공기가 실내 공간(200)으로 유입되기 전 온도를 조절할 수 있다. 냉각 코일(560) 및 히터 코일(570)은 필요에 따라 덕트(510)에 복수 개 결합될 수 있다.
급기팬(580)은 제1 급기팬(581) 및 제2 급기팬(582)을 포함할 수 있다. 급기팬(580)은 덕트(510)에 결합되어 덕트(510) 내부의 공기가 흐르게 할 수 있다. 여기에서, 제1 급기팬(581) 및 제2 급기팬(582)은 급기팬(580)을 예시적으로 나타낸 것에 불과하며 급기팬(580)은 필요에 따라 덕트(510)에 복수 개 결합될 수 있다.
통합 제어부(590)는 센서 모듈(520), 댐퍼(530) 및 급기팬(580)과 연결되어, 상기 댐퍼(530) 및 급기팬(580)의 구동을 제어할 수 있다. 통합 제어부(590)는 센서 모듈(520)으로부터 받은 신호를 바탕으로 댐퍼(530) 및 급기팬(580)의 구동을 위한 연산을 할 수 있다.
또한, 통합 제어부(590)에는 제습기(550a), 냉각 코일(560) 및 히터 코일(570)이 연결되어, 센서 모듈(520)로부터 받은 신호를 바탕으로 제습기(550a), 냉각 코일(560) 및 히터 코일(570)의 구동을 위한 연산할 수 있다. 통합 제어부(590)는 GPU보드와 같이 고성능 연산장치 프로세서가 포함된 단일 제어보드일 수 있다. 다만, 통합 제어부(590)는 댐퍼(530), 급기팬(580), 제습기(550a), 냉각 코일(560) 및 히터 코일(570)의 구동을 위한 연산을 가능하게 하는 어떠한 구성도 가능할 수 있다.
입력 모듈(591) 및 출력 모듈(592)은 통합 제어부(590)에 연결되어 입력 신호를 입력하거나 통합 제어부(590)의 제어 신호를 출력할 수 있다. 입력 모듈(591) 및 출력 모듈(592)은 입출력을 위한 어떠한 구성도 될 수 있다. 예를 들어, 입력 모듈(591)은 터치 패드, 입력 키패드가 될 수 있고 출력 모듈(592)은 LCD 패널일 수 있다.
입력 모듈(591) 및 출력 모듈(592)을 활용하면 센서 모듈(520)을 이용해 측정된 공기의 상태를 확인할 수 있고 공조부(500)의 수동 조작이 가능할 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템(10)을 이용한 공기조화방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기조화방법의 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 온실 연계 공조 시스템(10)을 이용한 공기조화방법은 외부 공기 도입하는 단계(S100), 공기가 혼합되는 단계(S200), 혼합된 공기의 온도 및 습도를 조절하고 정화하는 단계(S300), 실내 공간(200)에 혼합된 공기를 제공하는 단계(S400), 온실(100) 사용 여부에 따라, 실내 공간(200) 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계(S500), 온실(100) 자체의 환기 및 습도를 조절하는 단계(S600) 및 온실(100) 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.
상기 일련의 단계들을 통해, 건물 내부의 폐열을 온실의 작물 재배에 필요한 냉난방으로 활용하여 건물의 에너지 효율이 증대될 수 있다. 또한, 건물 내부의 미세먼지 및 거주자의 호흡으로 증가된 CO2가 필터(540) 및 온실(100) 내부의 식물의 광합성 및 호흡에 의해 제거될 수 있어 공기질이 개선될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 외부 공기 도입하는 단계(S100)에서는 센서 모듈(520)에 의해 외부 공기의 온도, 습도, 미세먼지 및 유해물질 등을 센싱할 수 있다. 또한 통합 제어부(590)에 의해 공기질이 건물 내의 거주자 및 사용자와 건물의 사용목적에 따른 공기상태에 적합하다고 판단될 때, 제1 댐퍼(531)를 가동하여 외부 공기를 도입할 수 있다.
공기가 혼합되는 단계(S200)에서는 도입된 외부 공기와 제1 온실(110) 및 제2 온실(120) 중 적어도 어느 하나를 통과한 공기가 혼합될 수 있다. 제6 댐퍼(536)가 가동되어 제1 온실(110) 및 제2 온실(120) 중 적어도 어느 하나를 통과한 공기가 유입되어 외부 공기와 혼합될 수 있다.
혼합된 공기의 온도 및 습도를 조절하고 정화하는 단계(S300)에서는 제1 필터(541), 냉각 코일(560), 히터 코일(570) 및 제습기(550a)에 의해 혼합된 공기를 실내 공간(200)에 적합하게 할 수 있다. 제1 필터(541)에 의해 미세먼지 및 각종 입자가 걸러질 수 있다. 냉각 코일(560) 및 히터 코일(570)에 의해 혼합된 공기를 실내 공간(200)에 필요한 온도로 만들 수 있다. 제습기(550a)는 습도 센서(524)에 의해 측정된 혼합된 공기의 습도가 쾌적 범위 이상의 습도를 나타내는 경우 가동되어 습도를 맞출 수 있다.
실내 공간(200)에 혼합된 공기를 제공하는 단계(S400)에서는 제1 급기팬(581)의 구동에 의해 제1 실내 공간(210) 및 제2 실내 공간(220)을 비롯한 건물의 모든 실내 공간(200)에 혼합된 공기가 제공될 수 있다.
실내 공간(200) 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계(S500)에서는 댐퍼(530)가 조절되어 온실의 사용 여부에 따라 실내 공간(200) 통과한 공기의 경로를 결정할 수 있다. 온실(100)이 사용되는 경우, 통합 제어부(590)는 제2 댐퍼(532)를 닫고 제3 댐퍼(533)를 개방하여 실내 공간(200) 통과한 공기가 온실(100)로 향하도록 제어할 수 있다. 온실(100)이 사용되지 않는 경우, 통합 제어부(590)는 제2 댐퍼(532)를 개방하고 제3 댐퍼(533)를 닫아 실내 공간(200) 통과한 공기가 온실(100)을 거치지 않도록 제어할 수 있다.
온실(100) 자체의 환기 및 습도를 조절하는 단계(S600)에서는 센서 모듈(520)에 의해 측정된 센서 값을 바탕으로 온실(100) 자체적인 환기 및 포그 시스템을 가동할 수 있다. 온실(100) 자체의 환기 및 습도를 조절하는 단계(S600)를 거쳐 온실(100) 내부의 공기는 식물의 생육을 위해 적절한 상태를 유지할 수 있다.
온실(100) 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계(S700)에서는 센서 모듈(520)의 측정값에 따라 댐퍼(530)를 조절하여 온실(100) 통과한 공기의 경로를 결정할 수 있다. 센서 모듈(520)의 측정값에 의해 온실(100) 통과한 공기가 거주자 및 건물의 사용목적에 따른 공기조건에 부합한다 판단한 경우, 통합 제어부(590)는 제5 댐퍼(535)를 닫고 제6 댐퍼(536)를 개방하여 온실(100) 통과한 공기가 도입된 외부 공기와 혼합되게 할 수 있다. 센서 모듈(520)의 측정값에 의해 온실(100) 통과한 공기가 거주자 및 건물의 사용목적에 따른 공기조건에 부합하지 않는다 판단한 경우, 통합 제어부(590)는 제5 댐퍼(535)를 개방하고 제6 댐퍼(536)를 닫아 온실(100) 통과한 공기가 외부로 배기 되도록 할 수 있다.
이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템(10) 및 이를 이용한 공기조화방법에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템의 전체 구성을 도시하는 구성도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기조화방법의 과정을 나타낸 순서도이다.
도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템(10) 및 이를 이용한 공기조화방법은 보일러(550b) 및 CO2를 추가 공급하는 단계(S500')를 제외하고는 상기 제1 실시예에 따른 온실 연계 공조 시스템(10) 및 이를 이용한 공기조화방법과 동일한 구조 및 단계로 이루어지므로 동일한 구성 및 단계에 대한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따르면, 건물 내부에 설치된 보일러(550b)는 온실(100) 및 실내 공간(200)의 난방을 위해 활용될 뿐만 아니라, 온실(100)의 적정 CO2농도를 위해 CO2를 공급할 수 있다.
CO2를 추가 공급하는 단계(S500')에서는 센서 모듈(520)에 의해 측정된 실내 공간(200) 통과한 공기의 CO2 농도가 온실(100) 내부 식물의 광합성 및 호흡을 위한 적정 CO2농도보다 작은 경우, 보일러(550b)의 연소로 발생한 CO2를 온실(100)로 추가 공급할 수 있다. CO2를 추가 공급하는 단계(S500')를 통해 건물에서 발생하는 CO2를 효율적으로 제거함과 동시에 온실(100) 내부 식물의 재배를 위한 CO2농도를 용이하게 유지할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 온실 연계 공조 시스템
100 온실
200 실내 공간
300 태양광 패널
400 보조 광원
500 공조부

Claims (11)

  1. 태양광이 투과되고, 내부에 식물을 재배하는 제1 온실;
    상기 태양광이 투과되지 않고, 내부에 식물을 재배하는 제2 온실;
    건물 내의 상기 제1 및 제2 온실을 제외한 실내 공간;
    상기 제1 온실 외부에 형성되어, 상기 태양광을 이용해 전력을 생산하는 태양광 패널;
    상기 태양광 패널에 연결되어 상기 제2 온실에 빛을 제공하는 보조 광원;
    상기 제1 및 제2 온실과 상기 실내 공간을 연결하며, 상기 제1 및 제2 온실 및 상기 실내 공간 간에 공기, 습도 및 에너지를 선택적으로 교환하는 공조부 및
    상기 제1 온실 및 상기 제2 온실에 연결되어, 상기 제1 온실, 상기 제2 온실 및 상기 실내 공간의 난방을 위해 활용되고 연료의 연소로 발생한 CO2를 상기 제1 온실 및 상기 제2 온실에 추가 공급하는 보일러를 포함하며,
    상기 공조부는,
    상기 제1 및 제2 온실과 상기 실내 공간 간에 상기 공기가 흐르는 통로인 덕트;
    상기 덕트에 결합되어, 상기 공기의 상태를 측정하는 센서 모듈;
    상기 덕트에 결합되어, 상기 덕트의 개폐를 조절하는 댐퍼;
    상기 덕트에 결합되어, 상기 덕트 내부의 공기가 흐르게 하는 급기팬; 및
    상기 센서 모듈, 상기 댐퍼 및 상기 급기팬과 연결되어, 상기 댐퍼 및 상기 급기팬의 구동을 제어하는 통합 제어부를 포함하며,
    상기 댐퍼가 상호 연동되어 작동하여 상기 공기의 흐름을 원활하게 하는, 온실 연계 공조 시스템
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 온실은 상기 건물의 지하에 위치한, 온실 연계 공조 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 공조부는,
    상기 덕트에 결합되어, 상기 공기가 상기 제1 및 제2 온실 및 상기 실내 공간으로 유입되기 전 오염 물질을 걸러내는 필터를 더 포함하는, 온실 연계 공조 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    상기 공기의 CO2농도를 측정하는 CO2센서;
    상기 공기의 오염 물질 농도를 측정하는 공기질 센서;
    상기 공기의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
    상기 공기의 습도를 측정하는 습도 센서를 포함하는, 온실 연계 공조 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 공조부는,
    상기 덕트에 결합되어, 상기 공기가 상기 실내 공간으로 유입되기 전 습도를 낮추는 제습기 및
    상기 덕트에 결합되어, 상기 공기가 상기 실내 공간으로 유입되기 전 온도를 조절하는 냉각 코일 및 히터 코일을 더 포함하는, 온실 연계 공조 시스템.
  7. 제1항에 따른 온실 연계 공조 시스템을 이용하여 공기 조화 방법으로서,
    외부 공기 상태 측정 후 상기 외부 공기를 상기 덕트에 도입하는 단계;
    상기 도입된 외부 공기와 상기 제1 및 제2 온실 중 적어도 어느 하나를 통과한 공기가 혼합되는 단계;
    상기 혼합된 공기의 온도 및 습도를 조절하고 정화하는 단계; 및
    상기 실내 공간에 상기 혼합된 공기를 제공하는 단계를 포함하는, 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기 조화 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 실내 공간에 상기 혼합된 공기를 제공하는 단계 이후,
    상기 제1 및 제2 온실 사용 여부에 따라, 상기 댐퍼가 조절되어 상기 실내 공간 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계를 더 포함하는, 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기 조화 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 댐퍼가 조절되어 상기 실내 공간 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계 이후,
    상기 제1 및 제2 온실이 사용되는 경우, 상기 실내 공간 통과한 공기의 CO2농도가 상기 제1 및 제2 온실의 적정 CO2농도 보다 작은 경우에만 보일러의 연소를 통한 CO2를 추가 공급하는 단계를 더 포함하는, 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기 조화 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 댐퍼가 조절되어 상기 실내 공간 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계 이후,
    상기 제1 및 제2 온실이 사용되는 경우, 상기 센서 모듈의 측정값에 따라 온실 자체의 환기 및 습도를 조절하는 단계를 더 포함하는, 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기 조화 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 센서 모듈의 측정값에 따라 온실 자체의 환기 및 습도를 조절하는 단계 이후,
    상기 센서 모듈의 측정값에 따라 상기 온실 통과한 공기의 경로를 결정하는 단계를 더 포함하는, 온실 연계 공조 시스템을 이용한 공기 조화 방법.
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