KR20110038302A - 수처리와 태양에너지 활용이 가능한 온실구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광이 투과하는 유리창(110)으로 외벽을 형성한 온실(100); 상기 온실(100) 내측 상부에 상기 유리창(110)과 간격을 유지하면서 일측 방향으로 상향 경사를 이루도록 설치되는 반사판(200); 상기 반사판(200)을 따라 상승하면서 가열된 공기가 하강하면서 열교환이 이루어지도록 상향 경사를 이루는 상기 반사판(200)의 상측 출구 단부에서 상기 온실의 바닥을 향하여 수직방향으로 설치된 열교환부(300); 상기 열교환부(300)와 연결되어 냉매의 순환라인을 형성하는 축열조(400); 상기 열교환부(300)의 하부에 설치되어 상기 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 외부로 배출하는 배기팬(21); 상기 열교환부(300)의 하부에 설치되어 상기 배기팬(21)과 선택적으로 작동되며, 상기 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 실내 난방용 덕트로 공급하는 송풍팬(22); 및, 상기 온실의 내부에 설치되며 수생식물이 식재되어 물을 정화처리하는 수처리부(500);를 포함하여 구성되는 수처리와 태양에너지 활용이 가능한 온실구조에 관한 것이다.
온실, 반사판, 축열조, 열교환부, 수처리부, 태양광발전모듈, 쿨튜브, 연무기,
Description
본 발명은 수처리와 태양에너지 활용이 가능한 온실구조에 관한 것으로서, 보다 상세히는 건물의 일측에 설치되며 태양광이 투과하는 유리창(110)으로 외벽을 형성한 온실(100); 상기 온실(100) 내측 상부에 상기 유리창(110)과 간격을 유지하면서 건물을 향하여 상향 경사를 이루도록 설치되는 반사판(200); 상기 반사판(200)을 따라 상승하면서 가열된 공기가 하강하면서 열교환이 이루어지도록 상향 경사를 이루는 상기 반사판(200)의 상측 출구 단부에서 상기 온실의 바닥을 향하여 수직방향으로 설치된 열교환부(300); 상기 열교환부(300)와 연결되어 냉매의 순환라인을 형성하는 축열조(400); 상기 열교환부(300)의 하부에 설치되어 상기 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 외부로 배출하는 배기팬(21); 상기 열교환부(300)의 하부에 설치되어 상기 배기팬(21)과 선택적으로 작동되며, 상기 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 실내 난방용 덕트로 공급하는 송풍팬(22); 및, 상기 온실의 내부에 설치되며 수생식물이 식재되어 물을 정화처리하는 수처리부(500);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
온실(Green House)이라고 함은 일반적으로 식물의 생장에 적합한 온도를 유지하기 위한 구조물로서 계절에 따라 적절한 냉난방을 수행하여야 한다.
이러한 온실의 냉난방 시설에 소비되는 에너지를 절감하기 위한 방안들로서 온실 난방용 보일러의 폐열을 회수하여 다시 온실의 내부 공기를 상승하는데 사용하거나 보일러에서 가열된 온수를 저장하는 축열탱크의 주변에 보일러의 연도를 배열하여 폐열이 축열탱크로 공급되도록 하는 방법들이 제시된 바 있으나 태양광을 축열에 이용하여 온실 내부 전체의 공조시스템에 필요한 열원을 공급하거나 물을 정화하여 중수로 재활용하는 등 건축물의 Zero Energy(제로 에너지) 실현을 위한 통합적인 시스템은 구체적으로 제시되지 못하고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 온실에서 수생식물을 이용한 사계절 수처리 기능을 확보하기 위한 것으로 온실에서 필요한 냉난방을 태양광, 지열과 같은 신재생에너지를 이용하는 Zero Energy(제로 에너지) 건축물을 구현하기 위하여 개발되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다음과 같다.
첫째, 수생식물에 의한 수처리와 수생식물의 수처리 기능을 4계절 유지하기 위해 온실 내부 냉난방 및 급탕 에너지를 태양광과 지열 활용을 병행할 수 있는 물-에너지 복합시스템을 제공함을 본 발명의 목적으로 한다.
둘째, 생태공학적 수처리에 의하여 하수에 포함된 유기물, 질소 및 인을 제거하는 시스템을 제공하여 보다 좋은 수질의 중수를 확보하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.
셋째, 식물의 증발산으로 발생된 습공기를 태양열로 가열하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 수단을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
넷째, 태양광을 이용하여 수처리와 축열에 필요한 전력을 자체 생산할 수 있는 시스템을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
다섯째, 추가적인 에너지 소비 없이 지열에 의한 쿨튜브로 온실 내부를 냉방할 수 있는 시스템을 제공함을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.
본 발명은 태양광이 투과하는 유리창(110)으로 외벽을 형성한 온실(100); 상 기 온실(100) 내측 상부에 상기 유리창(110)과 간격을 유지하면서 일측 방향으로 상향 경사를 이루도록 설치되는 반사판(200); 상기 반사판(200)을 따라 상승하면서 가열된 공기가 하강하면서 열교환이 이루어지도록 상향 경사를 이루는 상기 반사판(200)의 상측 출구 단부에서 상기 온실의 바닥을 향하여 수직방향으로 설치된 열교환부(300); 상기 열교환부(300)와 연결되어 냉매의 순환라인을 형성하는 축열조(400); 상기 열교환부(300)의 하부에 설치되어 상기 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 외부로 배출하는 배기팬(21); 상기 열교환부(300)의 하부에 설치되어 상기 배기팬(21)과 선택적으로 작동되며, 상기 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 실내 난방용 덕트로 공급하는 송풍팬(22); 및, 상기 온실의 내부에 설치되며 수생식물이 식재되어 오염된 물을 공급받아 정화처리하는 수처리부(500);를 포함하여 구성되되, 상기 축열조(400)의 상부는 상기 열교환부(300)의 상부와 연결되고, 상기 축열조(400)의 하부는 상기 열교환부(300)의 하부와 연결되며 축열펌프(12)를 이용하여 상기 축열조(400) 하부에 저장된 저온의 냉매를 상기 열교환부(300)의 하부로 공급하고, 열교환 과정을 거치면서 가열된 고온의 냉매는 상기 열교환부(300)의 상부에서 상기 축열조(400)의 상부로 이송하는 순환이 이루어진다.
본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.
첫째, 온실에서 수초에 의한 수처리와 태양에너지에 의한 난방 및 급탕 에너 지 활용을 병행할 수 있다.
다시 말하면, 수처리부(500)를 통하여 생활 하수 등 오염된 물을 처리한 후 연못이나, 건물의 화장실 용수 등으로 재활용할 수 있으며, 송풍팬(22)을 이용하여 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 실내 난방용 덕트로 공급하거나, 축열조(400)와 열교환부(300)를 순환하는 냉매에 저장된 열을 방열부(15)를 통하여 인접 건물의 급탕 에너지로 공급할 수 있다.
둘째, 생태공학적 수처리에 의하여 하수에 포함된 유기물, 질소 및 인을 제거하는 시스템을 제공하여 보다 좋은 수질의 물을 확보할 수 있다.
다시 말하면, 생활하수등 오염된 물이 수생식물의 식생을 기반으로 하는 수처리부에서 정화되는 과정에서 수중의 유기물, 질소와 인과 함께 응집된 오염물 덩어리도 제거됨으로써 재활용되는 물의 수질을 향상할 수 있다.
셋째, 식물의 증발산으로 발생된 습공기를 태양열로 가열하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
다시 말하면, 수생식물의 증발산 과정에서 습공기가 발생하게 되는데, 이러한 습공기가 반사판(200)에 의하여 가열될 경우 일반적인 건조한 공기를 사용하는 열교환 공조 시스템에 비하여 물의 증발잠열을 활용할 수 있어 보다 열교환 면적이 동일할 경우 열교환 효율을 보다 높일 수 있으며 습공기의 보다 높은 에너지 밀도는 공기량이 동일할 경우 보다 많은 에너지를 운반하는 효과가 있으며, 별도의 연무기(800)를 더 설치하여 인위적으로 습공기를 생성할 수도 있다.
넷째, 태양광을 이용하여 필요한 전력을 자체 생산할 수 있다.
다시 말하면, 유리창(110)의 일부 표면에 부착된 태양광발전모듈(600)을 이용하여 필요한 전력을 자체 생산하여 충당할 수 있다. 이때 태양광 발전 모듈(600)은 온실 상부의 태양광 차폐 기능으로 온실 내부의 직사 광선에 의한 온도 상승을 억제하는 기능을 갖는다.
다섯째, 추가적인 에너지 소비 없이 온실 내부를 냉방할 수 있다.
다시 말하면, 쿨튜브(700)를 통하여 온실(100) 내부로 유입되는 외기를 냉각시킨 후 온실(100) 내부로 공급하여 여름철에도 별도의 냉방 에너지를 소비하지 않고 온실(100) 내부의 온도를 적정 범위로 유지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 전체 구성을 도시하는 구성도이다.
온실(100)은 건물(건축물)의 일측에 설치되며 태양광이 투과하는 유리창(110)으로 외벽을 형성하게 된다.
이러한 온실(100)은 태양광에 의하여 내부 온도가 상승하게 된다.
반사판(200)은 온실(100) 내측 상부에 유리창(110)과 간격을 유지하면서 건물을 향하여 상향 경사를 이루도록 설치되는데, 알루미늄이나 스테인레스와 같은 금속판으로 제작된다.
반사판(200)에 의하여 가열된 공기는 상승류를 형성하고 반사판(200)과 유리 창(110) 사이의 공간을 따라 상승하게 되고, 상승하는 과정에서도 반사판(200)으로부터 지속적으로 열을 공급받아 온도가 상승하게 된다.
열교환부(300)는 반사판(200)의 상측 출구 단부에서 온실(100)의 바닥을 향하여 수직방향으로 설치되는데, 반사판(200)을 따라 상승하면서 가열된 공기는 열교환부(300)를 따라 하강하면서 열교환이 이루어지고 공기 자체의 온도도 하강하게 된다.
열교환부(300)의 내부에는 냉매가 순화하게 되고 열교환부(300)와 접촉되어 열교환이 이루어진 공기는 온도가 하강하여 자연스럽게 열교환부(300) 주변을 따라 하강하면서 지속적인 열교환(냉매는 온도가 상승하고 공기는 온도가 하강)이 이루어지게 되는 일반적인 방식으로서 열교환부(300)의 구체적 형태의 설명이나 도시는 생략한다.
축열조(400)는 열교환부(300)와 냉매의 순환라인(11)으로 연결되는데, 축열조(400)의 상부는 열교환부(300)의 상부와 연결되고, 축열조(400)의 하부는 열교환부(300)의 하부와 연결되며 축열펌프(12)를 이용하여 축열조(400) 하부에 저장된 저온의 냉매를 열교환부(300)의 하부로 공급하고, 열교환 과정을 거치면서 가열된 고온의 냉매는 열교환부(300)의 상부에서 축열조(400)의 상부로 이송하는 순환이 이루어진다.
배기팬(21)은 열교환부(300)의 하부에 설치되어 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 외부로 배출하는 경우에 작동되는데, 배기팬(21)은 주로 여름철에 작동되어 온실(100) 내부의 온도가 적정 온도 이상으로 상승되지 않도록 한다.
송풍팬(22)은 열교환부(300)의 하부에 설치되어 배기팬(21)과 선택적으로 작동되며, 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 실내 난방용 덕트로 공급하여 실내 난방용 공기로 활용한다.
수처리부(500)는 온실(100)의 내부에 설치되며 수생식물이 식재되어 건물의 생활하수, 하천수, 지하수 등 오염된 물을 공급받아 정화처리하여 건물 내부의 중수로 재활용하거나 연못 유지 용수로 재이용하게 된다.
이러한 수처리부(500)는 별도의 도면으로 자세하게 도시하지 않았으나 수생식물이 식재된 식생기반재와 미생물 반응조가 구비된다.
또한 수생식물의 증발산 과정에서 습공기가 발생하게 되는데, 이러한 습공기가 반사판(200)에 의하여 가열될 경우 일반적인 건조한 공기를 사용하는 열교환 공조 시스템에 비하여 물의 증발잠열을 활용할 수 있어 열교환 면적이 동일할 경우 열교환 효율을 보다 높일 수 있으며 습공기의 보다 높은 에너지 밀도는 공기량이 동일할 경우 보다 많은 에너지를 운반하는 효과가 있다.
즉 건조한 공기를 가열하고 이를 이용하여 열교환 작업을 수행하는 것보다 습공기를 가열하고 이를 이용하여 열교환 작업을 수행하는 것이 보다 효과적이다.
이와 같은 습공기를 보다 많이 발생시키기 위하여 하향 경사를 이루는 반사판(200)의 하측 입구에 연무기(800)를 설치하여 인위적으로 수증기를 발생시킬 수도 있다.
태양광발전모듈(600)은 반사판(200)의 하단부와 대응하는 위치의 온실(100)의 유리창(110) 표면에 부착되어 전력을 생산하는데, 여기서 생산된 전력은 본 발 명을 구성하는 연무기(800), 배기팬(21), 송풍팬(22), 축열펌프(12), 방열펌프(14) 등의 작동에 사용될 수 있다.
쿨튜브(700)는 덕트 구조로서 지중을 통과하여 외기와 상기 온실(100) 내부를 연통하게 되는데, 지중을 통과하는 과정에서 외기와 지중 사이에 쿨튜브(700)를 통한 열교환이 이루어져 냉각된 공기가 온실(100) 내부로 공급된다. 이러한 쿨튜브(700)는 여름철 온실(100) 내부의 온도를 적정 범위로 낮추어 수생식물의 성장에 영향이 없도록 한다.
쿨튜브(700)의 설치 방향은 특별한 제한이 없으며, 도1에 도시된 위치에 한정되는 것이 아니라 온실(100)을 중심으로 동서남북 어느 방향이라도 설치가 가능하다.
축열조(400)와 열교환부(300)를 연결하는 순환라인(11)과는 별도로 축열조(400) 하부와 열교환부(300) 하부를 연결하는 이송라인(13)이 구비되는데, 이러한 이송라인(13) 상에는 축열조(400) 하부로부터 열교환부(300) 하부로 냉매를 공급하는 방열펌프(14)가 설치된다.
또한 이송라인(13)에 설치되어 냉매가 열교환부(300)로 공급되기 전에 냉매에 저장된 열을 급탕에 필요한 열원으로 방열하는 방열부(15)가 구비되어 냉매에 저장된 열을 이용하여 건물에 필요한 급탕을 공급할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공 지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.
도1은 본 발명의 전체 구성을 도시하는 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:온실
110:유리창
200:반사판
300:열교환부
400:축열조
500:수처리부
600:태양광발전모듈
700:쿨튜브(cool tube)
800:연무기
11:순환라인
12:축열펌프
13:이송라인
14:방열펌프
15:방열부
21:배기팬
22:송풍팬
Claims (6)
- 수처리와 태양에너지 활용이 가능한 온실구조에 관한 것으로서,태양광이 투과하는 유리창(110)으로 외벽을 형성한 온실(100);상기 온실(100) 내측 상부에 상기 유리창(110)과 간격을 유지하면서 일측 방향으로 상향 경사를 이루도록 설치되는 반사판(200);상기 반사판(200)을 따라 상승하면서 가열된 공기가 하강하면서 열교환이 이루어지도록 상향 경사를 이루는 상기 반사판(200)의 상측 출구 단부에서 상기 온실(100)의 바닥을 향하여 수직방향으로 설치된 열교환부(300);상기 열교환부(300)와 냉매의 순환라인(11)으로 연결되는 축열조(400);상기 열교환부(300)의 하부에 설치되어 상기 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 외부로 배출하는 배기팬(21);상기 열교환부(300)의 하부에 설치되어 상기 배기팬(21)과 선택적으로 작동되며, 상기 열교환부(300)를 통과하여 하강한 공기를 실내 난방용 덕트로 공급하는 송풍팬(22); 및,상기 온실(100)의 내부에 설치되며 수생식물이 식재되어 건물의 생활하수를 공급받아 정화처리하는 수처리부(500);를 포함하여 구성되되,상기 축열조(400)의 상부는 상기 열교환부(300)의 상부와 연결되고, 상기 축열조(400)의 하부는 상기 열교환부(300)의 하부와 연결되며 축열펌프(12)를 이용하 여 상기 축열조(400) 하부에 저장된 저온의 냉매를 상기 열교환부(300)의 하부로 공급하고, 열교환 과정을 거치면서 가열된 고온의 냉매는 상기 열교환부(300)의 상부에서 상기 축열조(400)의 상부로 이송하는 순환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리와 태양에너지 활용이 가능한 온실구조.
- 제1항에서,상기 반사판(200)의 하단부와 대응하는 위치의 상기 온실(100)의 유리창(110) 표면에 부착되어 전력을 생산하는 태양광발전모듈(600);이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수처리와 태양에너지 활용이 가능한 온실구조.
- 제1항에서,지중을 통과하여 외기와 상기 온실(100) 내부를 연통하는 쿨튜브(700);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수처리와 태양에너지 활용이 가능한 온실구조.
- 제1항에서,하향 경사를 이루는 상기 반사판(200)의 하측 입구에 설치되어 수증기를 발생시키는 연무기(800);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수처리와 태양에너지 활용이 가능한 온 실구조.
- 제1항에서,상기 수처리부(500)에는,수생식물이 식재된 식생기반재와 미생물 반응조가 구비되는 것을 특징으로 하는 수처리와 태양에너지 활용이 가능한 온실구조.
- 제1항에서,상기 축열조(400) 하부와 상기 열교환부(300) 하부를 연결하는 별도의 이송라인(13)이 구비되고,상기 이송라인(13)에 설치되어 상기 축열조(400) 하부로부터 상기 열교환부(300) 하부로 냉매를 공급하는 방열펌프(14); 및,상기 이송라인(13)에 설치되어 냉매가 열교환부(300)로 공급되기 전에 냉매에 저장된 열을 급탕에 필요한 열원으로 방열하는 방열부(15);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수처리와 태양에너지 활용이 가능한 온실구조.
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