KR102621699B1 - Greenhouse energy supply method using convergence energy production and storage technology - Google Patents
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Abstract
본 발명은 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지를 생산하여 열원을 공급하는 다중열원 에너지 생산원; 온실 측의 지중에 매설되어 내부에 설정된 온도범위의 축열매체가 저장되는 지중열분배기; 상기 다중열원 에너지 생산원 각각과 상기 지중열분배기 사이에 구비되어 다중열원 에너지 생산원 각각에서 생산된 열원을 상기 지중열분배기로 수송하는 열수송배관; 및 상기 온실과 상기 지중열분배기 사이에 설치되어 상기 지중열분배기의 축열매체열을 상기 온실의 생육환경조건에 따라 상기 온실측으로 분배, 공급하는 열분배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology, and more specifically, to a multi-heat source energy production source that produces energy and supplies a heat source; An underground heat distributor buried in the ground near the greenhouse and storing a heat storage medium within a set temperature range; A heat transport pipe provided between each of the multiple heat source energy production sources and the ground heat distributor to transport the heat source produced by each of the multiple heat source energy production sources to the ground heat distributor; and a heat distribution pipe installed between the greenhouse and the underground heat distributor to distribute and supply the heat storage medium heat of the underground heat distributor to the greenhouse according to the growth environment conditions of the greenhouse. Convergence energy production comprising a. It is about a greenhouse energy supply system using energy storage technology.
Description
본 발명은 융복합 신재생에너지원에서 생산되는 열에너지를 융합하여 원예시설에 안정적으로 공급하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of stably supplying heat energy produced from convergence renewable energy sources to horticultural facilities.
일반적으로, 시설원예는 유리온실이나 비닐하우스 등의 온실 내부에 구성한 재배지에 작물을 식재하고, 작물의 재배에 이상적인 온도, 습도, CO2 등의 조건을 유지하도록 환경을 관리하면서 재배과정을 수행하게 된다.In general, facility horticulture involves planting crops in a cultivation area constructed inside a greenhouse, such as a glass greenhouse or greenhouse, and performing the cultivation process while managing the environment to maintain conditions such as temperature, humidity, and CO2 that are ideal for growing crops. .
온실은 통상 골격의 기능을 수행하도록 시공된 온실프레임과, 이 온실프레임에 설치되는 유리나 비닐시트로 이루어진 광투과성면상체로 구성되어 있다.A greenhouse usually consists of a greenhouse frame constructed to perform the function of a skeleton, and a light-transmissive surface made of glass or vinyl sheet installed on the greenhouse frame.
그리고, 온실은 내부에 온도, 습도, CO2 등의 조절을 위한 다양한 부가시설이 설치되는데, 온도의 조절을 위한 난방장치, 냉방장치, 이산화탄소의 공급을 위한 CO2 공급장치 등의 부가시설을 갖추고 있다.In addition, greenhouses are equipped with various additional facilities to control temperature, humidity, CO2, etc. inside the greenhouse, and are equipped with additional facilities such as heating and cooling devices to control temperature, and CO2 supply devices to supply carbon dioxide.
온실의 난방 시스템은 대부분 온수를 순환시키는 온수 난방을 채택하여 내부 [0006] 온도를 조절하고 있으나 온실의 구조적 특징으로 인해 길이 방향이나 폭 방향의 온도에 큰 편차가 발생하고 있고, 대부분의 온실은 중앙에 배치된 센서에서 모니터링 된 온도를 기준으로 전체 온도를 제어하게 되므로 평균값에 편차가 발생하므로 온실내 작물 생육의 불균일은 물론이고 작물의 품질이 저하되는 단점이 있다.[0006] Most greenhouse heating systems adopt hot water heating that circulates hot water to control the internal temperature. However, due to the structural characteristics of the greenhouse, there is a large deviation in temperature in the longitudinal or width direction, and most greenhouses have a central Since the overall temperature is controlled based on the temperature monitored by the sensor placed in the greenhouse, there is a deviation in the average value, which has the disadvantage of not only uneven crop growth within the greenhouse but also deteriorating the quality of the crops.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1611962호에 개시된 바와 같은 유리 온실용 바닥 냉난방 시스템이 제안되어 있다.As a way to solve this problem, a floor cooling and heating system for a glass greenhouse as disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1611962 has been proposed.
상기한 유리 온실용 바닥 냉난방 시스템은 유리 온실의 바닥에 배치되며, N개의 영역이 존재하는 바닥층; 상기 바닥층의 N개의 영역 각각에 설치되어, 냉온수가 흐르게 되는 배관 파이프; 냉수 또는 온수를 생성하는 냉온수 생성장치; 및 상기 생성된 냉수 또는 온수를 상기 배관 파이프로 공급 또는 환수하는 순환펌프; 상기 순환펌프 및 상기 배관 파이프 사이에 배치되는 유량 조절부; 상기 N개의 영역 주변의 온도를 각각 측정할 수 있는 온도 감지 센서; 및 상기 측정된 온도에 기초하여 유량 조절부를 제어하여 상기 N개의 영역에 설치된 배관 파이프로 공급되는 냉수 또는 온수의 양을 다르게 조절하여 유리 온실 내부의 온도를 일정하게 조절하는 제어부로 구성되어 있다.The above-mentioned floor cooling and heating system for a glass greenhouse is disposed on the floor of the glass greenhouse, and includes a bottom layer having N areas; Plumbing pipes installed in each of the N areas of the bottom floor through which cold and hot water flows; A cold and hot water generator that generates cold or hot water; and a circulation pump that supplies or returns the generated cold water or hot water to the plumbing pipe. a flow rate control unit disposed between the circulation pump and the plumbing pipe; A temperature detection sensor capable of measuring temperatures around each of the N areas; And a control unit that controls the flow rate control unit based on the measured temperature to vary the amount of cold water or hot water supplied to the plumbing pipes installed in the N areas to constantly adjust the temperature inside the glass greenhouse.
종래 유리 온실용 바닥 냉난방 시스템은 유량조절부를 제어하여 배관 파이프로 공급되는 온수의 양을 다르게 조절함으로써 온실내의 온도 불균일을 어느 정도 완하할 수 있지만, 여전히 이하와 같은 문제점을 수반하고 있는 한계점이 있다.Conventional floor cooling and heating systems for glass greenhouses can reduce temperature unevenness within the greenhouse to some extent by controlling the flow rate controller to vary the amount of hot water supplied to the plumbing pipes, but they still have limitations that involve the following problems.
먼저, 종래 유리 온실용 바닥 냉난방 시스템은 유량조절부를 제어하여 배관 파이프로 공급되는 온수의 양을 증가시키게 되면 어느 정도 방열량이 증가되어 해당 영역의 온도를 상승시킬 수는 있지만 정해진 규격의 파이프에서 유량를 증가시킬 경우 유속이 증가되어 온수의 신속한 회수작용이 이루어지게 된다. 이와 같이 온수의 유속을 증가시켜 신속하게 회수할 경우 온수가 가지고 있던 열기가 제대로 온실로 방열되지 않고 회수라인을 거치면서 냉각된 후 회수탱크로 모아지게 되고, 이 회수탱크의 용수를 보일러 등으로 재가열하여 난방을 위한 온수로 만든 다음 다시 공급하는 과정을 반복 수행하게 되므로 온실의 온도상승 시간이 비교적 길어지고 에너지의 낭비가 심한 한계점이 있다.First, in the conventional floor cooling and heating system for glass greenhouses, when the amount of hot water supplied to the plumbing pipe is increased by controlling the flow rate control unit, the heat dissipation amount can be increased to some extent, raising the temperature of the area, but the flow rate is increased in the pipe of a given standard. If so, the flow rate increases and rapid recovery of hot water is achieved. In this way, when the flow rate of hot water is increased and recovered quickly, the heat contained in the hot water is not properly radiated to the greenhouse, but is cooled through the recovery line and then collected in the recovery tank, and the water in this recovery tank is reheated with a boiler, etc. Since the process of making hot water for heating and then supplying it again is repeated, the temperature rise time in the greenhouse is relatively long and there is a limit to the severe waste of energy.
그리고, 종래 유리 온실용 바닥 냉난방 시스템은 온실의 길이방향 배관의 길이가 매우 길어 온수가 긴 배관을 경유하여야 하는 점을 고려할 때 온수의 유량을 증가시키더라도 이동거리에 따른 열손실 등으로 여전히 길이방향의 구역별로 온도가 불균한 한계점이 있다.In addition, considering that the conventional floor cooling and heating system for glass greenhouses has very long pipes in the longitudinal direction of the greenhouse, so hot water must pass through long pipes, even if the flow rate of hot water is increased, heat loss due to the moving distance is still used in the longitudinal direction. There is a limit to temperature unevenness in each area.
또한, 최근 들어, 계절의 변화에 상관없이 온도가 일정한 지열을 냉난방의 열원으로 활용한 지열 냉난방시스템이 개발되고 있으며, 특히, 보온성과 단열성이 매우 양호하고 지표하 5~20m 하부에 위치하며 연평균 수온이 14℃ 정도를 유지하는 충적대수층을 지반으로 하는 지열 냉난방시스템을 온실의 냉난방에 이용하는 기술이 개발되고 있다.In addition, recently, a geothermal heating and cooling system has been developed that utilizes geothermal heat, which has a constant temperature regardless of seasonal changes, as a heat source for cooling and heating. In particular, it has very good heat retention and insulation properties, is located 5 to 20 m below the surface, and has an average annual water temperature of Technology is being developed to use a geothermal heating and cooling system based on the alluvial aquifer, which maintains a temperature of about 14℃, for cooling and heating greenhouses.
일반적으로, 충적대수층을 이용한 축열 냉난방시스템은 지하수가 위치하는 충적대수층까지 관정되도록 냉수정과 온수정을 설치하고, 냉방시에는 냉수정의 지하수를 양수하여 히트펌프를 통한 열교환을 통해 냉방을 수행하고, 냉방 수행에 의해 가열된 온배수를 온수정으로 배출하여 충적대수층에 저장하며, 난방시에는 온수정의 지하수를 양수하여 히트펌프를 통한 열교환을 통해 난방을 수행하고, 난방 수행에 의해 냉각된 냉배수를 냉수정으로 배출하여 충적대수층에 저장하는 것에 의해 냉난방을 수행하도록 구성된다.In general, a heat storage cooling and heating system using an alluvial aquifer installs cold water wells and hot water wells to reach the alluvial aquifer where groundwater is located. During cooling, groundwater from the cold water well is pumped and cooling is performed through heat exchange through a heat pump. The hot wastewater heated by the cooling process is discharged to the hot water well and stored in the alluvial aquifer. During heating, groundwater from the hot water well is pumped, heating is performed through heat exchange through a heat pump, and the cold wastewater cooled by the heating process is stored in the alluvial aquifer. It is configured to perform cooling and heating by discharging water into a cold water well and storing it in an alluvial aquifer.
그리고 종래에는 열원에서 생산되는 열에너지를 온실로 공급하기 이전에 단순히 완충 및 열매체 저장기능이 필요하여 지상에 설치되는 축열조 또는 버퍼탱크를 사용하였다.And in the past, heat storage tanks or buffer tanks installed on the ground were used simply because buffering and heat medium storage functions were needed before supplying the heat energy produced from the heat source to the greenhouse.
이러한 지상구조물의 경우 원예시설 공간이용 효율을 저하하고 열에너지 생산처와 수요처간의 거리이격으로 인해 추가적인 배관사용량이 많아지며 기온변화가 심한 외부환경으로의 표면열손실이 과다한 한계가 존재한다.In the case of these above-ground structures, the space utilization efficiency of horticultural facilities is reduced, additional piping usage increases due to the distance between heat energy producers and consumers, and there is an excessive limit to surface heat loss to the external environment with severe temperature changes.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 온실, 인도어팜(indoor farm), 버티컬팜(vertical farm), 윈도우팜(window farm) 등을 포함한 원예시설에서 다양한 에너지원에서 생산된 열원을 융복합하고 저장하여 안정적으로 온실 내 생육환경관리를 위한 에너지공급 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention was devised to solve the above-described conventional problems, and according to embodiments of the present invention, greenhouses, indoor farms, vertical farms, window farms, etc. The purpose is to provide an energy supply method for stable growth environment management in greenhouses by converging and storing heat sources produced from various energy sources in horticultural facilities, including greenhouse gases.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 온실 에너지공급에 있어서 지역별 및 계절별 기후조건에 따른 다양한 신재생 에너지 생산 조합에 대응할 수 있고 온실 에너지공급 전 단계에서 서로 다른 에너지원에서 생산되는 열원의 시간차 및 온도차에 따른 부하변동을 완충함으로써 안정적으로 원예시설에 에너지를 공급하고, 이를 통해 신재생에너지원을 이용한 원예시설 에너지 자립화를 촉진할 수 있고 정밀농업에 부합하는 최적의 생육환경 관리를 통해 온실 및 영농에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있는, 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, according to an embodiment of the present invention, in greenhouse energy supply, it is possible to respond to various combinations of new and renewable energy production according to regional and seasonal climatic conditions and to respond to time differences and temperature differences between heat sources produced from different energy sources at all stages of greenhouse energy supply. By buffering load fluctuations, energy can be stably supplied to horticultural facilities, thereby promoting energy self-sufficiency in horticultural facilities using new and renewable energy sources, and utilizing greenhouse and agricultural energy by managing the optimal growth environment consistent with precision agriculture. The purpose is to provide a greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology that can improve efficiency.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 융복합 에너지생산 및 저장기술을 이용한 온실 에너지공급 방법은 융복합 에너지 생산원에서 온실로 공급되는 열에너지를 지중분배관으로 수송 및 저장하여 온실로 안정적으로 공급함으로써 에너지 허브로의 기능을 지니며 지상 공간을 절약하여 공간 이용율을 높이고 열손실을 최소화하여 기존의 지상 축열 및 버퍼 탱크가 가지는 기능적 한계를 극복 할 수 있고, 이는 특히 기축온실의 한정된 공간에 새로이 신재생에너지원을 설치하고 운용하고자 할 때 공간 활용 정도를 향상시킬 수 있는, 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, the greenhouse energy supply method using convergence energy production and storage technology transports and stores the heat energy supplied to the greenhouse from the convergence energy production source to the underground distribution pipe and stably supplies it to the greenhouse, thereby providing energy. It functions as a hub and saves ground space, increasing space utilization and minimizing heat loss, thereby overcoming the functional limitations of existing ground heat storage and buffer tanks. The purpose is to provide a greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology that can improve space utilization when installing and operating a greenhouse.
본 발명의 실시예에 따르면, 지역별, 기후조건별 등에 따른 다양한 신재생 및 미활용에너지원 조합에서 온열 또는 냉열에너지를 생산하고, 이를 에너지 공급과 생산에 있어서 발생할 수 있는 수요와 공급에서의 불균형을 완충할 수 있는 지중분배관으로 이송 및 저장하여, 온실에 안정적으로 냉온열에너지를 공급할 수 있으며, 이를 통해 기계실내의 다양한 열원(히트펌프, 보일러 등)에서 나오는 열원을 복합적으로 온실 열공급 및 제어할 수 있고 온실(벽면에서의 열손실 등) 국소적인 온도차에 따른 생육환경 조건을 균일하게 보정할 수 있으며 또한 잉여열을 저장 또는 활용함으로써 보다 효과적인 온실 에너지관리가 가능해질 수 있는, 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, hot or cold energy is produced from a combination of various new and unused energy sources according to region, climate condition, etc., and buffers the imbalance in supply and demand that may occur in energy supply and production. By transporting and storing it in an underground distribution pipe, it is possible to stably supply hot and cold energy to the greenhouse. Through this, heat sources from various heat sources (heat pump, boiler, etc.) in the machine room can be combined to supply and control greenhouse heat. A convergence energy production and storage technology that can uniformly correct growth environment conditions due to local temperature differences in greenhouses (heat loss from walls, etc.) and also enable more effective greenhouse energy management by storing or utilizing surplus heat. The purpose is to provide a greenhouse energy supply system and method using .
본 발명의 실시예에 따르면, 지중열분배기을 사용함으로써, 1)다양한 신재생 및 미활용에너지원에서 생산되는 열에너지를 융복합 할 수 있고, 2) 온실 및 기계실 주변 지중에 매설하여 지상공간을 절약할 수 있으며, 3) 지중의 안정적인 열환경으로 인해 열저장 및 수송시 열손실을 최소화 할 수 있으며, 4) 열수송 매체를 현열 외에 상변화물질 또는 화학적 축열물질 등을 사용한다면 수송 에너지 밀도를 높이고 시간에 따른 열손실을 최소화할 수 있고, 5) 이를 통해 온실주변 환경조건에 따른 열에너지 생산원간의 부하변동 조절과 온실 생육환경 정밀제어를 가능하게 함으로써 6) 수요와 공급간의 지능형 온실(스마트팜, 빌딩팜 등)관리할 수 있는 분야로도 적용범위를 넓힐 수 있는, 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. According to an embodiment of the present invention, by using an underground heat distributor, 1) it is possible to converge thermal energy produced from various new and renewable and unused energy sources, and 2) it is possible to save ground space by burying it in the ground around the greenhouse and machine room. 3) Due to the stable thermal environment of the ground, heat loss can be minimized during heat storage and transportation, and 4) if phase change materials or chemical heat storage materials are used as heat transport media in addition to sensible heat, transport energy density can be increased and transport energy can be reduced in time. 5) Through this, it is possible to control load fluctuations between heat energy production sources according to environmental conditions around the greenhouse and to precisely control the greenhouse growth environment. 6) Intelligent greenhouse between supply and demand (smart farm, building farm) etc.) The purpose is to provide a greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology that can expand the scope of application to manageable fields.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.
본 발명의 제1목적은, 온실 에너지공급시스템에 있어서, 에너지를 생산하여 열원을 공급하는 다중열원 에너지 생산원; 온실 측의 지중에 매설되어 내부에 설정된 온도범위의 축열매체가 저장되는 지중열분배기; 상기 다중열원 에너지 생산원 각각과 상기 지중열분배기 사이에 구비되어 다중열원 에너지 생산원 각각에서 생산된 열원을 상기 지중열분배기로 수송하는 열수송배관; 및 상기 온실과 상기 지중열분배기 사이에 설치되어 상기 지중열분배기의 축열매체열을 상기 온실의 생육환경조건에 따라 상기 온실측으로 분배, 공급하는 열분배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템으로서 달성될 수 있다. The first object of the present invention is to provide a greenhouse energy supply system, which includes a multi-heat source energy production source that produces energy and supplies a heat source; An underground heat distributor buried in the ground near the greenhouse and storing a heat storage medium within a set temperature range; A heat transport pipe provided between each of the multiple heat source energy production sources and the ground heat distributor to transport the heat source produced by each of the multiple heat source energy production sources to the ground heat distributor; and a heat distribution pipe installed between the greenhouse and the underground heat distributor to distribute and supply the heat storage medium heat of the underground heat distributor to the greenhouse according to the growth environment conditions of the greenhouse. Convergence energy production comprising a. This can be achieved as a greenhouse energy supply system using energy and storage technology.
그리고 상기 다중열원 에너지 생산원은, 대수층 계간축열시스템, 수열에너지원, 바이오 보일러, 및 풍력에너지원 중 적어도 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the multi-heat source energy production source may be comprised of at least one of an aquifer intertemporal heat storage system, a hydrothermal energy source, a bio-boiler, and a wind energy source.
또한 상기 대수층 계간축열시스템은, 온열용 충적 대수층 계간축열 유닛과, 냉열용 충적 대수층 계간축열 유닛과, 상기 온열용 충적 대수층 계간축열 유닛에서 생산한 에너지와 상기 냉열용 충적 대수층 계간축열 유닛에서 생산한 에너지를 냉온열에너지로 변환하여 상기 지중열분배기 측으로 공급하는 히트펌프유닛을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the aquifer inter-temporal storage system includes an alluvial aquifer inter-temporal storage unit for warm heat, an alluvial aquifer inter-temporal storage unit for cold heat, energy produced by the alluvial aquifer inter-temporal storage unit for warm heat, and energy produced by the alluvial aquifer inter-temporal storage unit for cold heat. It may be characterized by including a heat pump unit that converts energy into hot and cold energy and supplies it to the underground heat distributor.
그리고 상기 온실 부근에 설치되며, 상기 다중열원 에너지 생산원 각각에서 생산된 에너지를 공급받아 열에너지로 변환하는 히트펌프를 갖는 기계실을 더 포함하고, 상기 기계실 히트펌프를 통해 상기 지중열분배기 측으로 열에너지를 공급하며, 상기 축열매체를 축열시키는 것을 특징으로 할 수 있다.And it is installed near the greenhouse, and further includes a machine room having a heat pump that receives energy produced by each of the multiple heat source energy production sources and converts it into heat energy, and supplies heat energy to the ground heat distributor through the machine room heat pump. It may be characterized by storing heat in the heat storage medium.
또한 상기 열분배관은 상기 온실 바닥에 분포되도록 복수로 구성되며, 복수의 열분배관 각각 개별적으로 축열매체의 공급 순환시키는 분배펌프와, 상기 복수의 열분배관 각각에 구비되는 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the heat distribution pipe is composed of a plurality of heat distribution pipes to be distributed on the greenhouse floor, and further includes a distribution pump that circulates the supply of heat storage medium individually to each of the plurality of heat distribution pipes, and a control valve provided in each of the plurality of heat distribution pipes. You can do this.
그리고 상기 기계실 히프펌프에 의한 열에너지를 상기 온실로 공급하는 온실열공급배관을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. It may further include a greenhouse heat supply pipe that supplies heat energy generated by the machine room hip pump to the greenhouse.
또한 상기 축열매체는 상변화물질 또는 화학적 출열물질로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, the heat storage medium may be composed of a phase change material or a chemical heat output material.
그리고 상기 온실 내의 위치별로 복수로 설치되는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다 It may further include a plurality of temperature sensors installed at each location within the greenhouse.
또한 상기 지중열분배기 내에 저장된 축열매체의 온도를 실시간으로 측정하는 축열온도센서; 및 상기 축열온도센서를 기반으로 상기 기계실 내 히트펌프를 제어하여 상기 축열매체의 온도가 설정된 온도범위가 되도록 조절하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. Additionally, a heat storage temperature sensor that measures the temperature of the heat storage medium stored in the underground heat distributor in real time; and a control unit that controls the heat pump in the machine room based on the heat storage temperature sensor to adjust the temperature of the heat storage medium to a set temperature range.
그리고 상기 제어부는, 상기 온도센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 온실내의 온도와 온도편차가 설정된 범위 내가 되도록 상기 열분배펌프와 조절밸브와 히트펌프를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다. The control unit may control the heat distribution pump, the control valve, and the heat pump so that the temperature and temperature deviation within the greenhouse are within a set range based on the value measured by the temperature sensor.
본 발명의 제2목적은 온실 에너지공급방법에 있어서, 다중열원 에너지 생산원 각각에서 에너지를 생산하는 단계; 다중열원 에너지 생산원 각각의 열수송배관을 통해 생산된 에너지가 온실 부근에 설치된 기계실로 공급되는 단계; 상기 기계실에 설치된 히트펌프를 통해 공급받은 에너지를 열에너지로 변환하여, 축열공급배관을 통해 온실 측의 지중에 매설된 지중열분배기로 공급하여 내부에 저장된 축열매체가 설정된 온도범위로 유지되도록 축열시키는 단계; 상기 온실과 상기 지중열분배기 사이에 설치된 열분배관을 통해, 상기 지중열분배기의 축열매체열을 상기 온실의 생육환경조건에 따라 상기 온실측으로 분배, 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급방법으로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is a greenhouse energy supply method, comprising the steps of producing energy from each of the multiple heat source energy production sources; A step in which energy produced through heat transport pipes of each of the multiple heat source energy production sources is supplied to a machine room installed near the greenhouse; Converting the energy supplied through the heat pump installed in the machine room into thermal energy and supplying it to the underground heat distributor buried in the ground of the greenhouse through the heat storage supply pipe to store heat so that the heat storage medium stored inside is maintained in the set temperature range. ; Distributing and supplying the heat storage medium heat of the underground heat distributor to the greenhouse according to the growth environment conditions of the greenhouse through a heat distribution pipe installed between the greenhouse and the underground heat distributor. Convergence comprising a. This can be achieved as a greenhouse energy supply method using energy production and storage technology.
그리고 상기 온실과 상기 히프펌프 사이에 설치된 온실열공급배관을 통해, 상기 기계실 히프펌프에 의한 열에너지를 상기 온실로 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The method may further include supplying heat energy from the machine room hip pump to the greenhouse through a greenhouse heat supply pipe installed between the greenhouse and the hip pump.
또한 제어부가, 상기 지중열분배기 내에 저장된 축열매체의 온도를 실시간으로 측정하는 축열온도센서를 기반으로 상기 기계실 내 히트펌프를 제어하여 상기 축열매체의 온도가 설정된 온도범위가 되도록 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the control unit controls the heat pump in the machine room based on a heat storage temperature sensor that measures the temperature of the heat storage medium stored in the underground heat distributor in real time to adjust the temperature of the heat storage medium to a set temperature range; It may be characterized as including.
그리고 상기 열분배관은 상기 온실 바닥에 분포되도록 복수로 구성되며, 복수의 열분배관 각각 개별적으로 축열매체의 공급 순환시키는 분배펌프와, 상기 복수의 열분배관 각각에 구비되는 조절밸브를 더 포함하고, 상기 제어부가, 상기 온도센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 온실 내의 온도와 온도편차가 설정된 범위 내가 되도록 상기 열분배펌프와 조절밸브와 히트펌프를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The heat distribution pipes are composed of a plurality of heat distribution pipes to be distributed on the floor of the greenhouse, and further include a distribution pump that circulates the supply of a heat storage medium individually to each of the plurality of heat distribution pipes, and a control valve provided in each of the plurality of heat distribution pipes, The control unit may further include controlling the heat distribution pump, the control valve, and the heat pump so that the temperature and temperature deviation within the greenhouse are within a set range based on the value measured by the temperature sensor.
본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 따르면, 온실, 인도어팜(indoor farm), 버티컬팜(vertical farm), 윈도우팜(window farm) 등을 포함한 원예시설에서 다양한 에너지원에서 생산된 열원을 융복합하고 저장하여 안정적으로 온실 내 생육환경관리를 위한 에너지를 공급할 수 있는 효과를 갖는다. According to the greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention, greenhouses, indoor farms, vertical farms, window farms, etc. It has the effect of converging and storing heat sources produced from various energy sources in horticultural facilities to stably supply energy for managing the growth environment in the greenhouse.
또한 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 따르면, 온실 에너지공급에 있어서 지역별 및 계절별 기후조건에 따른 다양한 신재생 에너지 생산 조합에 대응할 수 있고 온실 에너지공급 전 단계에서 서로 다른 에너지원에서 생산되는 열원의 시간차 및 온도차에 따른 부하변동을 완충함으로써 안정적으로 원예시설에 에너지를 공급하고, 이를 통해 신재생에너지원을 이용한 원예시설 에너지 자립화를 촉진할 수 있고 정밀농업에 부합하는 최적의 생육환경 관리를 통해 온실 및 영농에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다. In addition, according to the greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention, it is possible to respond to various combinations of new and renewable energy production according to regional and seasonal climatic conditions in greenhouse energy supply and greenhouse energy By buffering load fluctuations due to time differences and temperature differences between heat sources produced from different energy sources in the pre-supply stage, energy can be stably supplied to horticultural facilities, thereby promoting energy independence of horticultural facilities using new and renewable energy sources. It has the effect of improving greenhouse and agricultural energy use efficiency through optimal growth environment management consistent with precision agriculture.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 따르면, 융복합 에너지생산 및 저장기술을 이용한 온실 에너지공급 방법은 융복합 에너지 생산원에서 온실로 공급되는 열에너지를 지중분배관으로 수송 및 저장하여 온실로 안정적으로 공급함으로써 에너지 허브로의 기능을 지니며 지상 공간을 절약하여 공간 이용율을 높이고 열손실을 최소화하여 기존의 지상 축열 및 버퍼 탱크가 가지는 기능적 한계를 극복 할 수 있고, 이는 특히 기축온실의 한정된 공간에 새로이 신재생에너지원을 설치하고 운용하고자 할 때 공간 활용 정도를 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다. And according to the greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention, the greenhouse energy supply method using convergence energy production and storage technology is a method of supplying energy to the greenhouse from a convergence energy production source. It functions as an energy hub by transporting and storing heat energy through underground distribution pipes and stably supplying it to the greenhouse. It also saves ground space, increases space utilization, and minimizes heat loss, eliminating the functional limitations of existing ground heat storage and buffer tanks. This can be overcome, and this has the effect of improving space utilization, especially when installing and operating a new renewable energy source in the limited space of an existing greenhouse.
본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 따르면, 지역별, 기후조건별 등에 따른 다양한 신재생 및 미활용에너지원 조합에서 온열 또는 냉열에너지를 생산하고, 이를 에너지 공급과 생산에 있어서 발생할 수 있는 수요와 공급에서의 불균형을 완충할 수 있는 지중분배관으로 이송 및 저장하여, 온실에 안정적으로 냉온열에너지를 공급할 수 있으며, 이를 통해 기계실내의 다양한 열원(히트펌프, 보일러 등)에서 나오는 열원을 복합적으로 온실 열공급 및 제어할 수 있고 온실(벽면에서의 열손실 등) 국소적인 온도차에 따른 생육환경 조건을 균일하게 보정할 수 있으며 또한 잉여열을 저장 또는 활용함으로써 보다 효과적인 온실 에너지관리가 가능해질 수 있는 효과를 갖는다. According to the greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention, hot or cold energy is produced from a combination of various new renewable and unused energy sources according to region and climate conditions, and the By transporting and storing it in an underground distribution pipe that can buffer the imbalance in supply and demand that may occur in energy supply and production, hot and cold energy can be stably supplied to the greenhouse, and through this, various heat sources (heat pumps) in the machine room can be used. , boilers, etc.) can be combined to supply and control greenhouse heat, and the growing environment conditions can be uniformly corrected due to local temperature differences in the greenhouse (heat loss from the walls, etc.), and by storing or utilizing surplus heat, It has the effect of enabling effective greenhouse energy management.
본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 따르면, 지중열분배기을 사용함으로써, 1)다양한 신재생 및 미활용에너지원에서 생산되는 열에너지를 융복합 할 수 있고, 2) 온실 및 기계실 주변 지중에 매설하여 지상공간을 절약할 수 있으며, 3) 지중의 안정적인 열환경으로 인해 열저장 및 수송시 열손실을 최소화 할 수 있으며, 4) 열수송 매체를 현열 외에 상변화물질 또는 화학적 축열물질 등을 사용한다면 수송 에너지 밀도를 높이고 시간에 따른 열손실을 최소화할 수 있고, 5) 이를 통해 온실주변 환경조건에 따른 열에너지 생산원간의 부하변동 조절과 온실 생육환경 정밀제어를 가능하게 함으로써 6) 수요와 공급간의 지능형 온실(스마트팜, 빌딩팜 등)관리할 수 있는 분야로도 적용범위를 넓힐 수 있는 효과를 갖는다. According to the greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention, by using a ground heat distributor, 1) thermal energy produced from various renewable and unused energy sources can be converged; , 2) Ground space can be saved by being buried underground around greenhouses and machine rooms, 3) Heat loss during heat storage and transport can be minimized due to the stable thermal environment of the ground, and 4) Heat transport media can be used in addition to sensible heat. If you use change materials or chemical heat storage materials, you can increase the transport energy density and minimize heat loss over time. 5) This allows you to control load fluctuations between heat energy production sources according to environmental conditions around the greenhouse and precisely control the greenhouse growth environment. 6) By making this possible, it has the effect of expanding the scope of application to areas that can manage intelligent greenhouses (smart farms, building farms, etc.) between supply and demand.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템의 개념도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온실에너지 공급의 예시,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템의 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급방법의 흐름도를 도시한 것이다. The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention along with the detailed description of the invention, so the present invention is limited only to the matters described in such drawings. It should not be interpreted as such.
1 is a conceptual diagram of a greenhouse energy supply system using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is an example of greenhouse energy supply according to an embodiment of the present invention,
Figure 3 is a configuration diagram of a greenhouse energy supply system using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a block diagram showing the signal flow of the control unit according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 shows a flowchart of a greenhouse energy supply method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the attached drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In this specification, when an element is referred to as being on another element, it means that it may be formed directly on the other element or that a third element may be interposed between them. Also, in the drawings, the thickness of components is exaggerated for effective explanation of technical content.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Embodiments described herein will be explained with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Therefore, the shape of the illustration may be changed depending on manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in form produced according to the manufacturing process. For example, an area shown as a right angle may be rounded or have a shape with a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention. In various embodiments of the present specification, terms such as first and second are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are merely used to distinguish one component from another. Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' does not exclude the presence or addition of one or more other elements.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.In describing specific embodiments below, various specific details have been written to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, a reader with sufficient knowledge in the field to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific details. In some cases, it is mentioned in advance that when describing the invention, parts that are commonly known but are not significantly related to the invention are not described in order to prevent confusion without any reason in explaining the invention.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템의 구성, 기능 및 방법에 대해 설명하도록 한다. Below, the configuration, function, and method of a greenhouse energy supply system using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명은 다양한 신재생 및 미활용에너지원에서 생산되는 융복합 에너지를 열저장 및 버퍼 기능을 가지는 지중열분배기를 이용함으로써 안정적으로 온실에 열에너지를 공급할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of stably supplying heat energy to a greenhouse by using fusion energy produced from various renewable and unused energy sources using a ground heat distributor with heat storage and buffer functions.
본 발명은 효과적인 온실에너지 공급 및 관리를 위해 융복합 에너지원에서 생산되는 열에너지를 손실 없이 저장하고 온실로 안정적으로 수송할 수 있는 온실에너지 공급방법에 관한 것으로 (1) 열수송, (2) 열교환, (3) 축열, (4) 열배분 기능을 가지는 지중열분배기를 지중에 매설 설치함으로써 원예시설 공간 이용효율을 높이고 생육환경 관리에 필요한 에너지를 안정적이고 확장성이 높으며 정밀하게 관리할 수 있는 특징이 반영되었다.The present invention relates to a greenhouse energy supply method that can store heat energy produced from convergence energy sources without loss and stably transport it to a greenhouse for effective greenhouse energy supply and management. The present invention relates to (1) heat transportation, (2) heat exchange, By installing underground heat distributors with (3) heat storage and (4) heat distribution functions buried underground, the space utilization efficiency of horticultural facilities is increased and the energy required for growth environment management is stable, scalable, and precisely managed. reflected.
먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템의 개념도를 도시한 것이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온실에너지 공급의 예시를 나타낸 것이다. First, Figure 1 shows a conceptual diagram of a greenhouse energy supply system using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention. And Figure 2 shows an example of greenhouse energy supply according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 다중열원 에너지 생산원(10)과, 열수송배관(30), 지중열분배기(50), 열분배관(51) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다. As shown in Figures 1 and 2, the greenhouse
다중열원 에너지 생산원(10)은 에너지를 생산하여 열원을 공급하기 위한 것으로, 본 발명의 실시예에서는 대수층 계간축열시스템(20), 수열에너지원(12), 바이오 보일러(11) 등을 포함하여 구성될 수 있다. The multi-heat source
대수층 계간축열시스템(20)은 집수관정, 지수열 주입정 및 히트펌프유닛(21) 등을 포함하며, 도 1에 도시된 바와 같이, 온열용 충적 대수층 계간축열 유닛(20-1)과, 냉열용 충적 대수층 계간축열 유닛(20-2)을 포함하여 구성될 수 있다. 온열용 충적대수층 계간축열유닛(20-1)과 냉열용 충적대수층 계간축열유닛(20-2) 각각에서 생산된 에너지는 열매체배관(22)을 통해 히트펌프유닛(21)으로 전달되게 된다. The aquifer intermittent heat storage system 20 includes a water collection well, an exponential heat injection well, and a
히트펌프유닛(21)은 온열용 충적 대수층 계간축열 유닛(20-1)에서 생산한 에너지와 냉열용 충적 대수층 계간축열 유닛(20-2)에서 생산한 에너지를 냉온열에너지로 변환하여 지중열분배기(50) 측으로 공급하도록 구성된다. The heat pump unit (21) converts the energy produced by the alluvial aquifer intermittent heat storage unit (20-1) for warm heat and the energy produced by the alluvial aquifer intermittent heat storage unit (20-2) for cold heat into cold and hot heat energy, which is supplied to the ground heat distributor ( 50) It is configured to supply to the side.
그리고 지중열분배기(50)는 온실(1) 측의 지중에 매설된다. 지중열분배기(50)는 다중열원 에너지 생산원(10)에서 생산된 에너지를 전달받아 내부에 저장된 축열매체를 설정된 온도범위가 되도록 축열시키게 된다. And the
또한 열수송배관(30)은 다중열원 에너지 생산원(10) 각각과 지중열분배기(50) 사이에 구비되어 다중열원 에너지 생산원(10) 각각에서 생산된 열원을 지중열분배기(50)로 수송하도록 구성된다. In addition, the
그리고 열분배관(51)은 온실(1)과 지중열분배기(50) 사이에 설치되어 지중열분배기(50)의 축열매체열을 온실(1)의 생육환경조건에 따라 온실(1)측으로 분배, 공급하도록 구성된다. In addition, the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어부(60)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 또한 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급방법의 흐름도를 도시한 것이다. Figure 3 shows the configuration of a greenhouse
도 3에 도시된 바와 같이, 온실(1) 부근에 설치된 기계실(40)을 통해 다중열원 에너지 생산원(10) 각각에서 생산된 에너지를 공급받을 수 있으며, 이러한 기계실(40) 내에는 공급받은 에너지를 냉온열에너지로 변환하는 히트펌프(43)를 포함하고 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 3, energy produced by each of the multiple heat source
본 발명의 실시예에서는 기계실(40)의 히트펌프(43)를 통해 온실(1) 바닥 측에 매설된 지중열분배기(50) 측으로 열에너지를 공급하여 축열매체를 축열시키게 된다. In an embodiment of the present invention, heat energy is supplied to the
또한 본 발명의 실시예에 따른 열분배관(51)은 온실(1) 바닥에 분포되도록 복수로 구성될 수 있다. 따라서 이러한 열분배관(51)을 통해 온실(1) 내부를 온도 편차를 최소화 하며 설명된 생육환경으로 제어할 수 있게 된다. Additionally, a plurality of
또한 분배펌프(52)는 복수의 열분배관(51) 각각 개별적으로 축열매체를 공급 순환시키도록 구성되며, 복수의 열분배관(51) 각각에는 조절밸브(53)를 구비되어 공급되는 축열매체의 유량을 조절하여 부분적인 온실(1)의 온도제어가 가능하게 된다. In addition, the
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 기계실(40)의 히트펌프(43)에 의한 열에너지를 온실(1) 내부로 직접공급하는 온실열공급배관(42)을 포함할 수 있다. And, as shown in FIG. 3, it may include a greenhouse
또한 축열매체를 현열 외에 상변화물질 또는 화학적 출열물질 등을 사용하여 수송에너지 밀도를 높이고 시간에 따른 열손실을 최소화할 수 있도록 구성될 수 있다. In addition, the heat storage medium can be configured to increase transport energy density and minimize heat loss over time by using phase change materials or chemical heat output materials in addition to sensible heat.
그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 온실(1) 내의 위치별로 온도센서(2)가 설치되어 온실(1) 내부 온도와 온도편차를 실시간으로 측정할 수 있다. And as shown in FIG. 4,
그리고 축열온도센서(54)를 통해 지중열분배기(50) 내에 저장된 축열매체의 온도를 실시간으로 측정하도록 구성될 수 있다. 따라서 제어부(60)는 축열온도센서(54)를 기반으로 기계실(40) 내 히트펌프(43)를 제어하여 축열매체의 온도가 설정된 온도범위가 되도록 조절하게 된다. In addition, it can be configured to measure the temperature of the heat storage medium stored in the
또한 제어부(60)는, 온도센서(2)에서 측정된 값을 기반으로 온실(1) 내의 온도와 온도편차가 설정된 범위 내가 되도록 열분배펌프(52)와 조절밸브(53), 그리고 히트펌프(43)를 제어하게 된다. 즉, 부분적으로 온도가 낮은 부분에 대해서만 열분배관(51)을 통해 축열매체를 공급할 수 있고, 온도편차가 최소가 되도록 복수의 열분배간 각각의 유량을 서로 달리하여 공급되도록 제어할 수 있으며, 히트펌프(43)를 제어하여 온실열공급배관(42)을 통해 공급되는 열에너지양을 조절할 수 있게 된다. In addition, the
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급방법에 대해 설명하도록 한다. Below, a greenhouse energy supply method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저, 다중열원 에너지 생산원(10) 각각에서 에너지를 생산한다(S1). First, energy is produced from each of the multiple heat source energy production sources (10) (S1).
그리고 다중열원 에너지 생산원(10) 각각의 열수송배관(30)을 통해 생산된 에너지가 온실(1) 부근에 설치된 기계실(40)로 공급되게 된다(S2). And the energy produced through the
또한 기계실(40)에 설치된 히트펌프(43)를 통해 공급받은 에너지를 열에너지로 변환하여, 축열공급배관(41)을 통해 온실(1) 측의 지중에 매설된 지중열분배기(50)로 공급하여 내부에 저장된 축열매체가 설정된 온도범위로 유지되도록 축열시키게 된다(S3). In addition, the energy supplied through the
이때 제어부(60)는 지중열분배기(50) 내에 저장된 축열매체의 온도를 실시간으로 측정하는 축열온도센서(54)를 기반으로 기계실(40) 내 히트펌프(43)를 제어하여 축열매체의 온도가 설정된 온도범위가 되도록 조절하게 된다. At this time, the
그리고 온실(1)과 지중열분배기(50) 사이에 설치된 열분배관(51)을 통해, 지중열분배기(50)의 축열매체열을 상기 온실(1)의 생육환경조건에 따라 온실(1)측으로 분배, 공급하게 된다(S4, S5). 또한 동시에 온실(1)과 히트펌프(43) 사이에 설치된 온실열공급배관(42)을 통해, 기계실(40) 내 히트펌프(43)에 의한 열에너지를 직접 온실(1)로 공급할 수 있다. And through the
앞서 언급한 바와 같이, 열분배관(51)은 온실(1) 바닥에 분포되도록 복수로 구성되며, 분배펌프(52)는 복수의 열분배관(51) 각각을 개별적으로 가동하여 축열매체를 원하는 위치에 공급 순환시킬 수 있으며, 복수의 열분배관(51) 각각에 조절밸브(53)가 구비되어 공급되는 축열매체의 유량을 조절할 수 있게 된다. As mentioned earlier, a plurality of
즉, 제어부(60)는, 온도센서(2)에서 측정된 값을 기반으로 온실(1) 내의 온도와 온도편차가 설정된 범위 내가 되도록 열분배펌프(52)와 조절밸브(53)와 히트펌프(43)를 제어하게 된다. That is, the
따라서 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 따르면, 온실, 인도어팜(indoor farm), 버티컬팜(vertical farm), 윈도우팜(window farm) 등을 포함한 원예시설에서 다양한 에너지원에서 생산된 열원을 융복합하고 저장하여 안정적으로 온실 내 생육환경관리를 위한 에너지를 공급할 수 있다. Therefore, according to the greenhouse energy supply system and method using the convergence energy production and storage technology according to the embodiment of the present invention mentioned above, greenhouse, indoor farm, vertical farm, and window farm ), etc., by converging and storing heat sources produced from various energy sources in horticultural facilities, it is possible to stably supply energy for managing the growth environment in the greenhouse.
또한 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 따르면, 온실 에너지공급에 있어서 지역별 및 계절별 기후조건에 따른 다양한 신재생 에너지 생산 조합에 대응할 수 있고 온실 에너지공급 전 단계에서 서로 다른 에너지원에서 생산되는 열원의 시간차 및 온도차에 따른 부하변동을 완충함으로써 안정적으로 원예시설에 에너지를 공급하고, 이를 통해 신재생에너지원을 이용한 원예시설 에너지 자립화를 촉진할 수 있고 정밀농업에 부합하는 최적의 생육환경 관리를 통해 온실 및 영농에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있게 된다. In addition, according to the greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention, it is possible to respond to various combinations of new and renewable energy production according to regional and seasonal climatic conditions in greenhouse energy supply and greenhouse energy By buffering load fluctuations due to time differences and temperature differences between heat sources produced from different energy sources in the pre-supply stage, energy can be stably supplied to horticultural facilities, thereby promoting energy independence of horticultural facilities using new and renewable energy sources. The efficiency of greenhouse and agricultural energy use can be improved through optimal growth environment management consistent with precision agriculture.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 따르면, 융복합 에너지생산 및 저장기술을 이용한 온실 에너지공급 방법은 융복합 에너지 생산원에서 온실로 공급되는 열에너지를 지중분배관으로 수송 및 저장하여 온실로 안정적으로 공급함으로써 에너지 허브로의 기능을 지니며 지상 공간을 절약하여 공간 이용율을 높이고 열손실을 최소화하여 기존의 지상 축열 및 버퍼 탱크가 가지는 기능적 한계를 극복 할 수 있고, 이는 특히 기축온실의 한정된 공간에 새로이 신재생에너지원을 설치하고 운용하고자 할 때 공간 활용 정도를 향상시킬 수 있다. And according to the greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention, the greenhouse energy supply method using convergence energy production and storage technology is a method of supplying energy to the greenhouse from a convergence energy production source. It functions as an energy hub by transporting and storing heat energy through underground distribution pipes and stably supplying it to the greenhouse. It also saves ground space, increases space utilization, and minimizes heat loss, eliminating the functional limitations of existing ground heat storage and buffer tanks. This can be overcome, and this can improve space utilization, especially when installing and operating a new renewable energy source in the limited space of an existing greenhouse.
또한 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 따르면, 지역별, 기후조건별 등에 따른 다양한 신재생 및 미활용에너지원 조합에서 온열 또는 냉열에너지를 생산하고, 이를 에너지 공급과 생산에 있어서 발생할 수 있는 수요와 공급에서의 불균형을 완충할 수 있는 지중분배관으로 이송 및 저장하여, 온실에 안정적으로 냉온열에너지를 공급할 수 있으며, 이를 통해 기계실 내의 다양한 열원(히트펌프, 보일러 등)에서 나오는 열원을 복합적으로 온실 열공급 및 제어할 수 있고 온실(벽면에서의 열손실 등) 국소적인 온도차에 따른 생육환경 조건을 균일하게 보정할 수 있으며 또한 잉여열을 저장 또는 활용함으로써 보다 효과적인 온실 에너지관리가 가능해질 수 있다. In addition, according to the greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention, hot or cold energy is produced from a combination of various new renewable and unused energy sources according to region, climate condition, etc., This can be transported and stored in an underground distribution pipe that can buffer the imbalance in supply and demand that may occur in energy supply and production, thereby stably supplying hot and cold energy to the greenhouse, and through this, various heat sources (heat pumps) in the machine room. , boilers, etc.) can be combined to supply and control greenhouse heat, and the growing environment conditions can be uniformly corrected due to local temperature differences in the greenhouse (heat loss from the walls, etc.), and by storing or utilizing surplus heat, Effective greenhouse energy management can become possible.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템 및 방법에 따르면, 지중열분배기을 사용함으로써, 1)다양한 신재생 및 미활용에너지원에서 생산되는 열에너지를 융복합 할 수 있고, 2) 온실 및 기계실 주변 지중에 매설하여 지상공간을 절약할 수 있으며, 3) 지중의 안정적인 열환경으로 인해 열저장 및 수송시 열손실을 최소화 할 수 있으며, 4) 열수송 매체를 현열 외에 상변화물질 또는 화학적 축열물질 등을 사용한다면 수송 에너지 밀도를 높이고 시간에 따른 열손실을 최소화할 수 있고, 5) 이를 통해 온실주변 환경조건에 따른 열에너지 생산원간의 부하변동 조절과 온실 생육환경 정밀제어를 가능하게 함으로써 6) 수요와 공급간의 지능형 온실(스마트팜, 빌딩팜 등)관리할 수 있는 분야로도 적용범위를 넓힐 수 있다. And according to the greenhouse energy supply system and method using convergence energy production and storage technology according to an embodiment of the present invention, by using a ground heat distributor, 1) thermal energy produced from various new renewable and unused energy sources can be converged. 2) Ground space can be saved by being buried in the ground around greenhouses and machine rooms, 3) Heat loss during heat storage and transportation can be minimized due to the stable thermal environment in the ground, and 4) Heat transport media other than sensible heat can be used. If phase change materials or chemical heat storage materials are used, transport energy density can be increased and heat loss over time can be minimized. 5) Through this, load fluctuations between heat energy production sources according to environmental conditions around the greenhouse can be adjusted and precise control of the greenhouse growth environment can be achieved. 6) By making it possible, the scope of application can be expanded to areas that can manage intelligent greenhouses (smart farms, building farms, etc.) between supply and demand.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the apparatus and method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but all or part of each embodiment can be selectively combined so that various modifications can be made. It may be composed.
1:온실
2:온도센서
10:다중열원 에너지생산원
11:바이오설비
12:수열에너지
20:대수층 계간축열시스템
20-1:온열용 대수층 계간축열 유닛
20-2:냉열용 대수층 계간축열 유닛
21:히트펌프유닛
22:열매체배관
30:열수송배관
40:기계실
41:축열공급배관
42:온실열공급배관
43:히트펌프
50:지중열분배기
51:열분배관
52:열분배펌프
53:조절밸브
54:축열온도센서
60:제어부
100:융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템1:Greenhouse
2: Temperature sensor
10:Multiple heat source energy production source
11:Bio equipment
12: Hydrothermal energy
20: Aquifer seasonal heat storage system
20-1: Aquifer seasonal storage unit for thermal heating
20-2: Aquifer seasonal storage unit for cold heat
21: Heat pump unit
22:Heat medium piping
30:Heat transport piping
40: Machine room
41: Heat storage supply piping
42: Greenhouse heat supply piping
43:Heat pump
50:Ground heat distributor
51: Heat distribution pipe
52: Heat distribution pump
53: Control valve
54: Heat storage temperature sensor
60: Control unit
100: Greenhouse energy supply system using convergence energy production and storage technology
Claims (14)
에너지를 생산하여 열원을 공급하는 다중열원 에너지 생산원; 상기 다중열원 에너지 생산원의 열원을 공급받고, 열교환하며, 수송하며, 축열하고, 분배하며, 온실 측의 지중에 매설되어 내부에 설정된 온도범위의 축열매체가 저장되며, 지중열분배기; 상기 다중열원 에너지 생산원 각각과 상기 지중열분배기 사이에 구비되어 다중열원 에너지 생산원 각각에서 생산된 열원을 상기 지중열분배기로 수송하는 열수송배관; 및 상기 온실과 상기 지중열분배기 사이에 설치되어 상기 지중열분배기의 축열매체열을 상기 온실의 생육환경조건에 따라 상기 온실측으로 분배, 공급하는 열분배관;을 포함하고,
상기 다중열원 에너지 생산원은, 수열에너지원, 바이오 보일러, 및 풍력에너지원 적어도 어느 하나와, 대수층 계간축열시스템로 구성되며,
상기 대수층 계간축열시스템은,
온열용 충적 대수층 계간축열 유닛과, 냉열용 충적 대수층 계간축열 유닛과, 상기 온열용 충적 대수층 계간축열 유닛에서 생산한 에너지와 상기 냉열용 충적 대수층 계간축열 유닛에서 생산한 에너지를 냉온열에너지로 변환하여 상기 지중열분배기 측으로 공급하는 히트펌프유닛을 포함하고,
상기 온실 부근에 설치되며, 상기 다중열원 에너지 생산원 각각에서 생산된 에너지를 공급받아 열에너지로 변환하는 히트펌프를 갖는 기계실을 포함하고, 상기 기계실 히트펌프를 통해 상기 지중열분배기 측으로 열에너지를 공급하며, 상기 축열매체를 축열시키며,
상기 열분배관은 상기 온실 바닥에 분포되도록 복수로 구성되며, 복수의 열분배관 각각 개별적으로 축열매체를 공급 순환시키는 분배펌프와, 상기 복수의 열분배관 각각에 구비되는 조절밸브와, 상기 온실 내의 위치별로 복수로 설치되는 온도센서와, 상기 지중열분배기 내에 저장된 축열매체의 온도를 실시간으로 측정하는 축열온도센서와, 상기 축열온도센서를 기반으로 상기 기계실 내 히트펌프를 제어하여 상기 축열매체의 온도가 설정된 온도범위가 되도록 조절하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 온도센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 온실내의 온도와 온도편차가 설정된 범위 내가 되도록 상기 분배펌프와 조절밸브와 히트펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템.
In the greenhouse energy supply system,
A multi-heat source energy production source that produces energy and supplies a heat source; An underground heat distributor that receives, heat exchanges, transports, stores, and distributes the heat source of the multiple heat source energy production source, and is buried in the ground on the side of the greenhouse to store a heat storage medium with a set temperature range inside. A heat transport pipe provided between each of the multiple heat source energy production sources and the ground heat distributor to transport the heat source produced by each of the multiple heat source energy production sources to the ground heat distributor; And a heat distribution pipe installed between the greenhouse and the underground heat distributor to distribute and supply the heat storage medium heat of the underground heat distributor to the greenhouse according to the growth environment conditions of the greenhouse.
The multi-heat energy production source consists of at least one of a hydrothermal energy source, a bio-boiler, and a wind energy source, and an aquifer intermittent heat storage system,
The aquifer intermittent heat storage system is,
An alluvial aquifer intermittent heat storage unit for warm heat, an alluvial aquifer intermittent heat storage unit for cold heat, and the energy produced by the alluvial aquifer intermittent heat storage unit for warm heat and the energy produced by the alluvial aquifer intermittent heat storage unit for cold heat are converted into cold and heat energy. It includes a heat pump unit supplying to the underground heat distributor,
It is installed near the greenhouse, and includes a machine room having a heat pump that receives energy produced from each of the multiple heat source energy production sources and converts it into heat energy, and supplies heat energy to the ground heat distributor through the machine room heat pump, Storing heat in the heat storage medium,
The heat distribution pipes are composed of a plurality of heat distribution pipes to be distributed on the floor of the greenhouse, including a distribution pump that individually supplies and circulates a heat storage medium to each of the plurality of heat distribution pipes, a control valve provided in each of the plurality of heat distribution pipes, and each location in the greenhouse. A plurality of temperature sensors are installed, a heat storage temperature sensor that measures the temperature of the heat storage medium stored in the underground heat distributor in real time, and a heat pump in the machine room is controlled based on the heat storage temperature sensor to set the temperature of the heat storage medium. It includes a control unit that adjusts the temperature range,
The control unit, based on the value measured by the temperature sensor, controls the distribution pump, control valve, and heat pump so that the temperature and temperature deviation in the greenhouse are within a set range. Convergence energy production and storage technology Greenhouse energy supply system used.
상기 기계실 히프펌프에 의한 열에너지를 상기 온실로 공급하는 온실열공급배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템.
According to clause 1,
A greenhouse energy supply system using convergence energy production and storage technology, further comprising a greenhouse heat supply pipe that supplies heat energy from the machine room hip pump to the greenhouse.
상기 축열매체는 상변화물질 또는 화학적 출열물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급시스템.
According to clause 1,
A greenhouse energy supply system using convergence energy production and storage technology, wherein the heat storage medium is composed of a phase change material or a chemical heat output material.
다중열원 에너지 생산원 각각에서 에너지를 생산하는 단계;
다중열원 에너지 생산원 각각의 열수송배관을 통해 생산된 에너지가 온실 부근에 설치된 기계실로 공급되는 단계;
상기 기계실에 설치된 히트펌프를 통해 공급받은 에너지를 열에너지로 변환하여, 축열공급배관을 통해 온실 측의 지중에 매설된 지중열분배기로 공급하여 내부에 저장된 축열매체가 설정된 온도범위로 유지되도록 축열시키는 단계;
상기 온실과 상기 지중열분배기 사이에 설치된 열분배관을 통해, 상기 지중열분배기의 축열매체열을 상기 온실의 생육환경조건에 따라 상기 온실측으로 분배, 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급방법.
In the greenhouse energy supply method using the greenhouse energy supply system according to paragraph 1,
Producing energy from each of the multiple heat source energy production sources;
A step in which energy produced through heat transport pipes of each of the multiple heat source energy production sources is supplied to a machine room installed near the greenhouse;
Converting the energy supplied through the heat pump installed in the machine room into thermal energy and supplying it to the underground heat distributor buried in the ground of the greenhouse through the heat storage supply pipe to store heat so that the heat storage medium stored inside is maintained in the set temperature range. ;
Distributing and supplying the heat storage medium heat of the underground heat distributor to the greenhouse according to the growth environment conditions of the greenhouse through a heat distribution pipe installed between the greenhouse and the underground heat distributor. Convergence comprising a. Greenhouse energy supply method using energy production and storage technology.
상기 온실과 상기 히프펌프 사이에 설치된 온실열공급배관을 통해, 상기 기계실 히프펌프에 의한 열에너지를 상기 온실로 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급방법.
According to clause 11,
A greenhouse energy supply method using convergence energy production and storage technology, further comprising supplying heat energy from the machine room hip pump to the greenhouse through a greenhouse heat supply pipe installed between the greenhouse and the hip pump. .
제어부가, 상기 지중열분배기 내에 저장된 축열매체의 온도를 실시간으로 측정하는 축열온도센서를 기반으로 상기 기계실 내 히트펌프를 제어하여 상기 축열매체의 온도가 설정된 온도범위가 되도록 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급방법.
According to clause 12,
The control unit controls the heat pump in the machine room based on a heat storage temperature sensor that measures the temperature of the heat storage medium stored in the underground heat distributor in real time to adjust the temperature of the heat storage medium to a set temperature range. A greenhouse energy supply method using convergence energy production and storage technology, characterized by:
상기 열분배관은 상기 온실 바닥에 분포되도록 복수로 구성되며, 복수의 열분배관 각각 개별적으로 축열매체를 공급 순환시키는 분배펌프와, 상기 복수의 열분배관 각각에 구비되는 조절밸브를 더 포함하고,
상기 제어부가, 상기 온도센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 온실 내의 온도와 온도편차가 설정된 범위 내가 되도록 상기 분배펌프와 조절밸브와 히트펌프를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 융복합 에너지생산과 저장기술을 이용한 온실 에너지공급방법.
According to clause 13,
The heat distribution pipes are composed of a plurality of heat distribution pipes to be distributed on the floor of the greenhouse, and further include a distribution pump that individually supplies and circulates a heat storage medium to each of the plurality of heat distribution pipes, and a control valve provided in each of the plurality of heat distribution pipes,
Convergence energy, characterized in that the control unit further includes controlling the distribution pump, the control valve, and the heat pump so that the temperature and temperature deviation within the greenhouse are within a set range based on the value measured by the temperature sensor. Greenhouse energy supply method using production and storage technology.
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