KR20100110915A - 에너지 절약형 다기능 옥상녹화 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 과밀화된 도심 건물의 유휴공간인 옥상을 활용하여 나무 등이 식재된 옥상 정원 등을 조성함으로써 환경적인 측면에서 도시 열섬(HEAT ISLAND)화의 방지, 빗물의 유효이용, 식물의 생육에 따른 공기 정화, 경관의 완화 등 복합기능을 수행하며, 건물 보호 측면에서 건물 지붕재 보호, 차음성과 단열성의 향상, 공간활용율을 향상시킴과 동시에 효율적인 집수 및 관수 시스템을 통하여 우천시 흘러내리는 빗물을 재활용하여 저장탱크에 일시 저장하고 잔디 등의 생육에 필요한 물을 빗물에 의한 물의 자연 재순환방법으로 살수 수단을 통하여 공급하거나 수돗물을 대체하는 조경수나 화장실용 물 용도의 중수로 유효 활용하고, 또한 빗물에서 열을 회수해 히트펌프 냉난방에 이용하여 외부와의 온도차를 이용한 친환경적 냉난방을 실시함으로써 녹지의 증발작용을 통한 도시 열섬효과 완화, 냉·난방 에너지 절감 및 쾌적한 녹지 공간을 확대하게 하는 환경친화적이고 에너지절약적인 저탄소ㆍ친환경의 에너지 절약형 다기능 옥상녹화 시스템에 관한 것이다.
옥상녹화, 환경보호, 에너지 절약, 중수, 히트펌프 냉난방, 빗물 재활용, 열효율, 여과 필터
Description
본 발명은 에너지 절약형 다기능 옥상녹화 시스템에 관한 것으로서,
더욱 자세히는 과밀화된 도심 건물의 유휴공간인 옥상을 활용하여 나무 등이 식재된 옥상 정원 등을 조성함으로써 환경적인 측면에서 도시 열섬(HEAT ISLAND)화의 방지, 빗물의 유효이용, 식물의 생육에 따른 공기 정화, 경관의 완화 등 복합기능을 수행하며, 건물 보호 측면에서 건물 지붕재 보호, 차음성과 단열성의 향상, 공간활용율을 향상시킴과 동시에 효율적인 집수 및 관수 시스템을 통하여 우천시 흘러내리는 빗물을 재활용하여 저장탱크에 일시 저장하고 잔디 등의 생육에 필요한 물을 빗물에 의한 물의 자연 재순환방법으로 살수 수단을 통하여 공급하거나 수돗물을 대체하는 조경수나 화장실용 물 용도의 중수로 유효 활용하고, 또한 빗물에서 열을 회수해 히트펌프 냉난방에 이용하여 외부와의 온도차를 이용한 친환경적 냉난방을 실시함으로써 녹지의 증발작용을 통한 도시 열섬효과 완화, 냉·난방 에너지 절감 및 쾌적한 녹지 공간을 확대하게 하는 환경친화적이고 에너지절약적인 저탄소ㆍ친환경의 에너지 절약형 다기능 옥상녹화 시스템에 관한 것이다.
인간이 도시생활을 하면서 받는 스트레스와 현실 사회의 각박함, 짓누르는 압박감과 피로감을 풀어줄 수 있는 것이 절실함에도 불구하고 인공 구조물로 둘러싸이고 과밀화된 도심 속에서는 완충작용을 해줄 수 있는 공간을 찾기가 힘들어 인공구조물과 자연환경의 조화로 우리가 사는 공간을 효과적으로 이용할 수 있는 대안으로서 옥상공원이 제시되고 있다.
또한 지구 온난화 등의 기후 변화와 지속적인 건축물과 도로 개발, 에어컨 사용 증가 등으로 인하여 도심지 기온이 상대적으로 높아지는 ‘열섬현상(Heat Island)’도 심화되고 있다.
관련된 자료에 의하면 건축물 옥상을 녹화해 기온을 낮춘 사례가 보고되고 있으며 옥상정원 및 건축물 녹화, 생태면적률 확보 등을 통한 도시 열섬화 현상 완화 방안이 적극적으로 제안되고 있다.
그러나 나무나 잔디 등 식물을 건물 위 옥상에서 재배하기는 매우 어려운 것으로, 종래의 옥상공원은 고층 건물 옥상의 슬라브에 배수판을 깔아 설치한 다음 그 위에 흙이 배수관으로 빠지지 못하도록 부직포를 깔아주고 또한 그 위에 흙을 안치시켜 조경용 나무나 잔디를 심어 재배하는 구성 및 시공 방법으로서, 시간이 경과 함에 따라 배수성이 나빠지게 되고, 빗물 등을 재활용하지 못하고 그대로 흘 러내리게 방치함으로써 외부 공급수(관수) 양이 많아지게 되어 경제적이지 못하며, 식재 기반층의 조성상 함수량이 적거나 또는 일정기간 수분을 함유하지 못하여 나무나 잔디 등의 생육에 필요한 물을 서서히 충분하게 지속적으로공급하지 못하는 문제점이 있었다.
또한 화석 연료가 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을 오염시키고 그 매장량에도 한계가 있어 최근 환경오염으로 인한 지구온난화를 줄이고 확석연료 고갈에 대비하여 화석 연료를 대신할 수 있는 풍력, 태양열, 지열, 하수열 등의 친환경 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있는데,
그 중에도 일년 내내 일정한 온도를 유지하는 안정적 열원으로서 지열을 이용한 히트펌프 냉난방시스템은 자연에너지를 이용한 모든 냉난방기술 중에서 에너지효율이 가장 높은것으로 알려져 있어 에너지자원이 부족하고 에너지비용이 높은 우리나라에서는 반드시 필요한 기술이다.
즉 히트펌프 냉난방시스템은 연중 일정한 온도를 유지하는 지열을 회수하여 겨울철 난방(heat sourse)에 활용하고 여름철에는 실내에서 흡수된 열을 방열하는 열침(heat sink)으로 활용하는 수열원 히트펌프시스템은 우리나라의 기상조건에 적합한 매우 효과적인 냉난방 시스템으로서, 통상 냉매를 압축시키는 컴프레서, 증발기, 응축기 등으로 구성되어 컴프레서를 구동시키기 위한 투입전력의 3.5배 정도의 열에너지를 얻을 수 있어 에너지 절약효과가 있고 또한 연소시 생성물이 나오지 않 는 깨끗한 장치로서의 이점도 갖추고 있다.
특히 빗물의 온도는 여름철 20℃ 내외, 봄,가을 10℃전후, 겨울철에는 1~3℃정도로서 외부와의 온도차를 이용하는 친환경적 냉난방인 히트펌프 냉난방시스템의 열원으로서 공기와 비교할 때 여름철에는 10℃정도 낮고, 겨울철에는 5℃정도 높아 히트펌프의 성능이 향상되는 열원이 될 수 있음에도 불구하고 옥상 녹화와 물순환 시스템 등을 활용하는 저에너지 활용구조와 더불어 신재생에너지까지 유기적으로 시스템을 구현하게 하는 옥상녹화시스템은 아직 개발되지 않았다.
따라서 본 출원인은 옥상 위에 시공되는 잔디 등의 식재 기반층의 시공성과 배수성, 방수성이 좋으며 빗물 등을 환경친화적으로 재활용하여 식물의 양육에 필요한 물을 경제적으로 충분히 공급할 수 있으면서 건축물의 경관을 좋게 할 수 있으며 건축물의 안전성도 제고시킬 수 있으며,
빗물에 의한 물의 자연 재순환방법으로 살수 수단을 통하여 공급하거나 수돗물을 대체하는 조경수나 화장실용 물 용도의 중수로 유효 활용하고, 또한 빗물에서 열을 회수해 히트펌프 냉난방에 이용하여 외부와의 온도차를 이용한 친환경적 냉난방을 실시하는 환경친화적이고 에너지절약적인 저탄소ㆍ친환경의 에너지 절약형 다기능 옥상녹화 시스템는 옥상녹화 시스템을 개발하게 된 것이다.
전술한 바와 같이 종래의 옥상녹화 시스템은 제반 문제점을 가지고 있는바,
옥상을 활용하여 나무 등이 식재된 옥상 정원 등을 조성하고 환경적인 측면에서 도시 열섬(HEAT ISLAND)화의 방지, 빗물의 유효이용 등 복합기능을 수행하며, 에너지 절약 측면에서도 빗물 등의 재순환, 중수로서 활용, 히트펌프 열원으로서 활용 시스템을 유기적이고 체계적으로 구축함으로써 경관을 아름답게 하는 옥상 녹화로 도시의 열섬 현상을 완화하고 에너지는 줄이게 하는옥상 녹화 시스템을 구현하여야 하는 기술적 과제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로,
옥상을 활용하여 나무 등이 식재된 옥상 정원 등을 조성함에 있어서 환경적인 측면에서 도시 열섬(HEAT ISLAND)화의 방지, 빗물의 유효이용, 식물의 생육에 따른 공기 정화, 경관의 완화 등 복합기능을 수행하며, 차음성과 단열성의 향상, 공간활용율을 향상시킴과 동시에 집수 및 관수 시스템을 통하여 우천시 흘러내리는 빗물을 재활용하여 저장탱크에 일시 저장하고 잔디 등의 생육에 필요한 물을 빗물에 의한 물의 재순환방법으로 살수 수단을 통하여 공급하거나 수돗물을 대체하는 조경수나 화장실용 물 용도의 중수로 유효 활용하고, 또한 빗물을 히트펌프 냉난방 열원으로 이용하여 외부와의 온도차를 이용한 친환경적 냉난방을 실시함으로써 녹지의 증발작용을 통한 도시 열섬효과 완화, 냉·난방 에너지 절감 및 쾌적한 녹지 공간을 확대하게 하는 환경친화적이고 에너지절약적인 옥상녹화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
고층 건물 옥상 등의 콘크리트 슬라브층 등에 나무나 잔디 등을 식재할 수 있게끔 상부로부터 표층 객토층, 차수막층, 단열층, 하부 객토층이 각각 순차적으로 적층된 식재 기반층을 형성하고, 표층 객토층 저부에 물이 투수되게 하는 배수막층과 홈통 기능의 배수를 구비하여 차수막층 일부를 절개하여 형성된 테이퍼(taper) 형상의 배수 유도막을 이용 배수막층으로 투수되는 물을 다수개의 집수관으로 안내하고 안내된 배수는 다시 종합 집수관을 경유 집수탱크로 집수하게 하는 시스템 구성이며, 집수된 배수는 저장탱크에 일정량 저장하였다가 필요시 분수노즐 등의 물분사수단을 이용하여 잔디 등에 공급하는 물순환 구조로서 식재 기반층의 시공성과 배수성, 방수성이 좋으며 우천시 공급된 빗물을 저장하여 관수로 재활용하므로서 외부 공급수의 양이 최소화되어 경제적인 옥상녹화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
이와 같이 된 본 발명은 종래 단순 기능 구조의 옥상녹화시스템과는 달리,
환경적인 측면에서 열섬(HEAT ISLAND)화의 방지, 빗물의 유효이용, 식물의 생육에 따른 공기 정화, 경관의 완화 등 복합기능을 수행하며, 건물 보호 측면에서 건물 지붕재 보호, 차음성과 단열성의 향상, 공간활용도 제고 등의 복합 시너지 효과를 구현할 수 있음은 물론,
빗물(우수) 열원 시스템으로 히트펌프 냉난방 시스템을 부가하여 건물 외부와의 온도차를 이용한 저에너지 활용구조의 친환경적 냉난방을 실시함으로써 녹지의 증발작용을 통한 도시 열섬효과 완화, 기존의 냉난방 시스템에 비해 획기적인 냉·난방 에너지 절감 및 이산화탄소 발생량 감소 효과, 쾌적한 녹지 공간 확대 등으로 복합적인 환경보호효과를 구현하고 에너지를 절약하게 하는 효과가 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부 도면에 의하여 상세하게 기술하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명은 구조층과 식재 기반층으로 구분되어 도시 건물 옥상에 설치하는 옥상녹화 시스템으로서,
옥상(200) 슬라브 바닥면으로부터 방수층(60), 흙이 안치된 하부 객토층(50), 단열재층(40), 배수막층(30), 객토층(12)이 건물 옥상의 정원에 순차로 적층되고 적층되고 객토층(12) 바로 위의 상단에 조경용 잔디나 나무 등 식물(300)을 심어 재배하는 식재층(11)이 적층되어 구성되는 식재 기반층(100)이 형성되고,
식재 기반층(100)의 물이 투수되게 하는 배수막층(30) 하부로는 수직방향으홈통 기능의 파이프 형태 배수관(61)이 하부의 집수 트레이(70)에 연결되어 연결관(71)으로 집수탱크(80)에 안내되어 물이 집수되고 집수탱크(80)에 집수된 물은 다시 식물에 살수하게 하는 물의 자연 재순환방법으로 옥상정원에 물을 공급하도록 구성되며,
상기 집수 탱크(80) 후단으로는 집수된 물을 여과하여 중수 수요처(91)에 공급하는 여과필터(90)와 여과된 중수를 열교환시키는 열교환기(92)와 중수를 열원으로 냉난방열을 공급하는 히트 펌프(93), 히트 펌프에서 생성된 냉난방 열을 저장 축열하여 최종 열수요처(95)로 공급하는 구성의 장치가 순차적으로 연결되어,
옥상을 녹화해 녹지 공간을 제공하고 녹지의 증발작용을 통하여 도시의 열섬 현상도 완화시키며 용수를 여과시켜 조경수나 화장실용 물 용도의 중수로 재활용하며 빗물 등에서 열을 회수해 히트펌프 냉난방에 이용하여 외부와의 온도차를 이용한 친환경적 냉난방을 실시하는 저에너지 활용구조의 에너지 절약형 다기능 옥상녹화 시스템이다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다,
본 발명은 전술한 바와 같이 도심 고층 건물의 옥상을 유효 활용하여 인공지반인 건물 옥상(200)의 슬라브 바닥면으로부터 방수층(60), 흙이 안치된 하부 객토 층(50), 단열재층(40), 배수막층(30), 객토층(12)과 조경용 잔디나 나무 등 식물(300)을 심는 식재층(11)으로 식재 기반층(100)을 형성하여 인공구조물과 자연환경이 조화되게끔 옥상을 녹화하게 된다.
상기 식재 기반층(100)은 식물 성장에 필요한 영양분이 충분히 함유된 토양으로 구성된 객토층(12)위에 식재층(11)이 이중으로 적층되는 층상 구성으로서 물을 서서히 지속적으로 공급할 수 있게 하여 잔디 등 식물의 생육 및 성장을 촉진하게 구성되는데 객토층(12)은 토양에 대한 하중 부담을 줄이기 위해 일반적으로 인공 경량토를 사용하게 되며 토심이 20cm 이상으로 지피식물과 교목, 관목 등을 자유롭게 식재하게 된다.
또한 배수막층(30)은 막힘과 파손이 없는 섬유상 펠트로 형성되어 흙의 하향 침투를 막기 위한 차단막 기능과 배수 및 여과 기능을 동시에 수행하여 흘러내리는 물을 여과 배수시켜 배수관(61)을 통하여 집수 트레이(70)에 집수되게 한 다음 물이 통과하는 이동통로로서 연결관(71)을 통하여 안내되어 집수탱크(80)에 입수되는데 지붕에 떨어진 빗물은 하나도 버리지 않고 집수탱크(80)에 저장된다.
상기 배수막층(30) 저부는 일정 두께의 스치로폼 등 고밀도 단열재층(40)이 층적되어 건물로의 열 전달을 막게 되며, 단열재층(40) 저부로는 하부 객토층(50)이 형성된다.
또한 방수층(60)은 옥상 정원 전면에 걸쳐 포설하게 되는데 방수층(60)은 PVC 등 합성수지로 형성되어 잘 찢어지거나 부패되지 않는 내구성 방수시트로서 누수를 방지하기 위해 방수 기능을 수행하게 된다.
또한 상기 집수 탱크(80)에 저장된 물은 집수 배관 상에 장착된 펌프 모터(81)로 유입된 빗물 등을 펌핑시켜 공급하는 방법의 물의 자연 재순환방법으로 옥상정원에 물을 공급하여 관수로서 재활용함과 동시에 여과필터(90)를 이용 정화시켜 조경수나 화장실용 물, 청소용수 등 허드렛물등 중수로 공급하여 용수로 재활용하게 한다.
상기와 같이 집수탱크(80)로 이송된 물은 일정량을 저장하였다가 필요시에 수시로 살수 수단을 이용 잔디 등 식물에 공급하여 식물 등의 생육활동을 원활하게 하는 것으로 이렇게 이용된 물은 다시 반복 순환시켜 재사용하게 된다.
본 발명에 있어서 옥상정원에 물을 공급할때 빗물이 부족하게 되면 2차적으로 중수도의 물을 이용하고, 중수도 물의 공급량이 부족할 때에는 최종적으로 수돗물을 공급하여 순차적이고 선택적으로 물을 공급 운영함으로써 관수량을 최소화시키는 것이 바람직하며, 여과 필터(90)에 의한 여과 과정을 거친 후 다시 약품처리하고 자외선으로 살균처리하게 되면 세탁용수로도 활용이 가능하여 수돗물 사용량 을 대폭 줄일 수 있다.
또한 상기한 바와 같이 집수탱크(80)에 저장되고 여과되어 중수처리된 중수를 여원으로 열교환기(92)에서 열을 회수하여 히트펌프용 냉난방 열원으로 공급하게 되며 히트펌프(93)는 냉난방 에너지를 생성하고 축열조(94)에 저장하여 열수요처에 공급하게 되는데,
이렇게 본 발명은 에너지(Emergy)기반의 빗물 냉난방용수 재이용 시스템으로 중수를 수돗물을 대체하는 용도로만 이용하지 않고 여과하여 수질에 민감한 냉난방 용수 요구 특성과 일정한 수온의 온도차 에너지 수지를 동시에 충족시킬 수 있게 정수하고, 히트 펌프 용도의 열원으로 미활용에너지를 유효하게 재활용함으로서 복합적으로 활용하여 외부온도와의 온도차를 이용한 친환경적 냉난방으로 환경오염을 감소시킬 뿐 아니라 기존의 냉난방 시스템에 비해 건물 냉난방에너지를 절약하고 이산화탄소 발생량도 줄어들게 하는 환경친화적이면서 에너지 절약적인 활용구조로서, 저탄소ㆍ친환경 건축물로서 옥상을 녹화해 도시의 열섬 현상을 완화하고 에너지는 줄이면서 녹지 공간은 늘이게 하는 효과가 있는 것이다.
특히 본 발명은 히트펌프에 의한 냉난방열을 축열조(94)에 저장하여 혹한의 한겨울 등 열에너지 수급 불균형 등 열원 환경 변화에 따른 히트 펌프 성능 저하 없이 열공급 부하를 일정하게 유지하게 하여 가동부하를 줄여 에너지를 절감시키는 방법으로 열수요처(95)의 냉난방 부하변동에 유연하게 대처할 수 있으며 항상 고효 율의 안정적인 운전이 가능하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 본 발명의 히트펌프 냉난방장치는 실내공간에 구비되는 실내기와 실외에 설치되는 실외기를 포함하고 하절기와 동절기에 냉매의 흐름 방향을 바꾸어 하절기에는 실내를 냉각하고 동절기에는 실내를 난방하여 하나의 장치로 냉난방을 동시에 수행하는 통상의 히트 펌프 장치이다.
또한 본 발명의 축열조(94)를 상변화물질(PCM : Phase Change Material, 잠열축열재)이 충전된 잠열 회수식 온수탱크로 구성하여 상변화물질의 상변화에 따른 잠열을 이용한 축열을 시현하게 되면 에너지의 소비를 줄일 수 있어 축열효율을 더욱 높일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 다기능 옥상녹화 시스템 실시예의 옥상정원 구성도
도 2는 본 발명에 따른 다기능 옥상녹화 시스템의 전체 구성을 도시한 개략적인 시스템 구성도
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100:식재기반층 200:건물 옥상 바닥
300:식물
11:식재층 12:객토층
20:배수막층 30:차수막층
40:단열재층 50:하부 객토층
60:방수층 61:배수관
70:집수 트레이 71:연결관
80:집수탱크 81:펌프모터
90:여과필터 91:중수 수요처
92:열교환기 93:히트펌프
94:축열조 95:열수요처
Claims (1)
- 구조층과 식재 기반층으로 구분되어 도시 건물 옥상에 설치하는 옥상녹화 시스템으로서,옥상(200) 슬라브 바닥면으로부터 방수층(60), 흙이 안치된 하부 객토층(50), 단열재층(40), 배수막층(30), 객토층(12)이 건물 옥상의 정원에 순차로 적층되고 적층되고 객토층(12) 바로 위의 상단에 조경용 잔디나 나무 등 식물(300)을 심어 재배하는 식재층(11)이 적층되어 구성되는 식재 기반층(100)이 형성되고,식재 기반층(100)의 물이 투수되게 하는 배수막층(30) 하부로는 수직방향으홈통 기능의 파이프 형태 배수관(61)이 하부의 집수 트레이(70)에 연결되어 연결관(71)으로 집수탱크(80)에 안내되어 물이 집수되고 집수탱크(80)에 집수된 물은 다시 식물에 살수하게 하는 물의 자연 재순환방법으로 옥상정원에 물을 공급하도록 구성되며,상기 집수 탱크(80) 후단으로는 집수된 물을 여과하여 중수 수요처(91)에 공급하는 여과필터(90)와 여과된 중수를 열교환시키는 열교환기(92)와 중수를 열원으로 냉난방열을 공급하는 히트 펌프(93), 히트 펌프에서 생성된 냉난방 열을 저장 축열하여 최종 열수요처(95)로 공급하는 구성의 장치가 순차적으로 연결되어,옥상을 녹화해 녹지 공간을 제공하고 녹지의 증발작용을 통하여 도시의 열섬 현상도 완화시키며 용수를 여과시켜 조경수나 화장실용 물 용도의 중수로 재활 용하며 빗물 등에서 열을 회수해 히트펌프 냉난방에 이용하여 외부와의 온도차를 이용한 친환경적 냉난방을 실시함을 특징으로 하는 에너지 절약형 다기능 옥상녹화 시스템
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020090029175A KR20100110915A (ko) | 2009-04-06 | 2009-04-06 | 에너지 절약형 다기능 옥상녹화 시스템 |
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| KR20100110915A true KR20100110915A (ko) | 2010-10-14 |
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ID=43131305
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| KR (1) | KR20100110915A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109138293A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-04 | 汤文健 | 一种利于屋面完成雨水的减排和净化的海绵城市绿色屋顶 |
| CN109306719A (zh) * | 2018-11-06 | 2019-02-05 | 厦门理工学院 | 一种模块组装式屋顶雨水收集装置及其利用系统 |
| CN116439110A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-07-18 | 景古环境建设股份有限公司 | 滴灌式斜坡屋面绿化装置及方法 |
| KR102643602B1 (ko) | 2023-12-11 | 2024-03-06 | 어스그린코리아(주) | 인공 지반 녹화용 빗물 재이용 IoT 저류 시스템 |
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2009
- 2009-04-06 KR KR1020090029175A patent/KR20100110915A/ko not_active Application Discontinuation
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