KR20130044589A - 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프(1)와, 상기 히트펌프(1)에 파이프에 의해 연결된 온도센서가 구비된 저장탱크(3)와, 상기 저장탱크(3)의 다른 일측에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 보조보일러(2)와, 상기 저장탱크(3)에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 비닐하우스(100)의 비닐하우스냉난방장치(110)이거나,
상기 저장탱크(3)의 다른 일측에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결되며 온도센서가 구비된 혼합탱크(4)와, 상기 혼합탱크(4)에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 회수탱크(5)와, 상기 회수탱크(5)와 연결된 수막장치(200)와, 상기 비닐하우스(100)내 수막장치(200) 양측면에 설치된 회수관(250)으로 구성된 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템에 관한 것이다.

Description

히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템{Cooling and heating cultivation system using heat pump in protected house}

본 발명은 전열교환공조시스템냉방기를 이용하는 방법으로서, 농업용 비닐하우스에 사용되는 냉난방장치의 일종으로 히트펌프와 보조보일러를 이용하여 냉각수를 가열한 다음, 가열된 열수를 비닐하우스에 공급하되, 비닐하우스 내에 설치된 수막장치와, 비닐하우스 냉난방장치에 열수를 공급하여 비닐하우스 내부를 냉난방시키는 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템에 관한 것이다.

농업은 자연의 기상 조건에 따라서 생육 환경이 조성되므로 작황이 한 해의 기상 조건에 따라 변동이 심하다. 기존에 변동이 심한 자연 조건에만 의존하여 농업을 수행하는 대신에 많은 수확을 이루거나 또는 해당 지역의 자연 조건상 생산이 불가한 계절에 작물을 생육시켜 작물의 희소성으로 높은 부가가치를 얻을수 있도록 하기 위하여 시설재배가 다양하게 이루어지고 있다. 대표적인 시설 재배로는 비닐하우스를 이용한 재배로, 일정한 생육 조건을 인공적으로 조성하여 계절적으로 재배가 어려운 시기에도 농업을 가능하게 하고 있다.

비닐하우스는 채소, 과수, 화훼작목 등을 속성으로 재배하여 수확량을 높이는 방안으로 사용되고 있으며, 비닐하우스에는 별도의 난방장치를 이용하여 겨울철에 내부 온도를 상온으로 유지하게 되어 있다. 이러한 난방장치를 이용할 경우에 비닐하우스의 지면과 공간의 온도를 같이 조절하여 작물성장에 필요한 온도와 습도를 고루 갖추게 함으로써 그 성장을 촉진시켜 많은 생산성을 얻을 수 있게 되어 있다.

난방장치는 전원을 전기, 지열, 태양열 등을 이용하여 공기, 물을 가열하거나 냉각시켜 비닐하우스에 제공하며, 비닐하우스내에서 소형 터널을 설치하고 터널 내에 전열케이블을 설치하여 비닐하우스 내의 공기를 가열시키는 등의 방법이 다양하게 개량되고 있다.

최근에는 비닐하우스 내에 수막을 형성하기 위한 물을 분사되는 노즐과 인접된 관로에서 가열하여 물의 가열에 따른 효과를 극대화 시킬 수 있으며, 겨울철 난방비용을 최소화 할 수 있는 순환식 수막 난방장치가 개량되고 있다.

국내의 시설재배용 비닐하우스 및 축양장의 난방은 시설비가 저렴한 온풍 난방기를 주요수단으로 사용되고 있다. 이러한 온풍난방은 공기를 가열하여 실내를 가열하므로 공기가 건조해지는 단점이 있다. 따라서 식물을 재배하는 시설재배용 비닐하우스의 경우에 특히 잎이 마르면 생육에 영향을 주어 작물 재배에 어려움을 가지고 있다.

또한 여름철에는 지나친 고온으로 작물이나 생물의 생육과 성장에 피해를 주므로 냉방을 위해서는 에어컨 및 냉수발생 장치를 별도로 설치하거나 시설에 환기팬 등으로 적정온도로 유지하고 있으므로, 작물이나 가축류 등의 적정온도를 위해 냉방이 필요한 실정이며, 이를 위하여 별도로 냉방시스템을 구비하여야 하는 문제점이 있다.

최근에는 비닐하우스 난방장치로 히트펌프 냉난방 시스템을 이용하고 있으나, 히트펌프 냉난방시스템은 가스엔진 구동형(GHP;Gas Heat Pump), 전기 압축형(EHP; Electric Heat Pump) 또는 지열원형(GSHPs; Ground Source Heat Pumps)을 이용한 냉난방 시스템을 통칭하는 것이며, 이 GHP와 EHP 및 GSHPs는 모두 냉매의 히트펌프사이클 순환을 통해 냉난방을 하는 장비이다. 통상, '히트펌프 유닛(GHP 및 EHP 또는 GSHPs)'이라 함은 냉매가 흐르는 방향을 냉방과 난방을 반대로 하여 계절에 따라 하나의 장치로써 냉방과 난방을 동시에 수행하는 장치를 의미하는 것이지만, 압축기, 열교환기, 팽창밸브 및 4웨이 밸브를 냉매 유로 상에 구비한 채 가스 순환식 실내기(냉매를 응축 또는 증발시키는 실내기)와 함께 냉방과 난방을 모두 수행하는 것으로 실내기가 제외된 나머지 부분을 의미하는 것이다.

공기열원 히트펌프를 이용한 온풍가온의 원리는 대기중의 공기에 포함되어 있는 저온 열원으로부터 열을 흡수하여 히트펌프를 이용 고온열원으로 만들어 (축열통의 축열된 물을 가열하여) 축열통에 저장하였다가 라디에이터에 축열된 물을 흐르게 하여 송풍기를 이용 강제 송풍하여 하우스 내 온풍을 하는 원리이다.

널리 알려진 바와 같이, 히트펌프 냉난방 시스템은, 한대의 실외 열원공급기에 다수의 실내기(냉난방 공기조화장치)가 연결되거나, 한대의 실내기에 다수의 실외 열원공급기가 연결되어 사용된다.

특히, 이러한 종래의 비닐하우스에 사용되는 히트펌프 냉난방 시스템은, 냉난방 여하에 따라, 자체의 열교환기가 실외팬의 송풍에 의해 공냉식으로 냉매를 증발 또는 응축시키는 구성을 가지고 있었다.

예를 들면, 국내등록실용신안공보 등록번호 제200207871호에는 지면 위에 놓여지는 다수의 다리에 지탱되며 동시에 상하부의 대각선 방향으로 급수입구와 급수출구를 갖고 내부가 비어있는 열교환 탱크와; 열교환 탱크 내부의 열교환 파이프와, 열교환 파이프 외측과 열교환 탱크 내측면이 제공하는 공간에 다수의 핀을 갖는 봉의 양단이 고정된 열교환부로 이루어져 저온의 난방수를 약 35ㅀ～ 60ㅀC로 예열이나 가열시키도록 함으로써 겨울철 혹한기에 보일러의 가동력과 시간을 줄이더라도 고온의 난방수로 정상적인 난방을 한 것과 동일한 비닐하우스의 온도를 유지할 수 있는 히트파이프를 이용한 비닐하우스의 열회수기가 공개되어 있고,

국내등록특허공보 등록번호 제100540362호에는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기가 순차적으로 연결되어 냉동사이클을 이루고 있는 냉동기; 압축기, 과열열교환기, 사방제어밸브, 주열교환기, 양방향팽창밸브, 보조열교환기가 순차적으로 연결되어 냉난방 사이클을 이루고 있는 히트펌프; 상기 냉동기의 응축기 및 상기 히트펌프의 과열열교환기와의 열교환으로 얻어진 고온의 온수를 저장 및 공급하기 위한 급탕공급수단; 및 상기 히트펌프의 주열교환기와의 열교환으로 얻어진 저온 또는 고온의 열매체를 냉난방에 사용하기 위하여 저장 및 순환시키기 위한 열매체순환수단을 포함하여 구성된 냉난방 및 급탕시스템이 기재되어 있으며,

동 공보 등록번호 제100490927호에는 옥상물탱크(1)로부터 온수탱크(5)를 거쳐 목욕탕(6)으로 온수를 공급하는 온수공급라인과, 목욕탕(6)으로부터 버려지는 폐수를 폐열회수기(7)를 통하여 배출하는 폐수배출라인이 설치되고, 상기 온수공급라인을 통하여 온수를 공급함과 동시에 폐수배출라인을 통하여 폐수의 열을 회수하는 보일러장치(2)가 설치되며, 상기 보일러장치(2)의 내부에는 온수공급라인과 폐수배출라인으로 각각 연결되는 열교환기가 냉매배관에 의하여 압축기와 연결 설치된 것에 있어서, 상기 옥상물탱크(1)와 온수탱크(5)를 연결하는 온수공급라인에는 보조급수탱크(4)가 연결 설치되고 그 보조급수탱크(4)와 옥상물탱크(1) 사이의 온수공급라인이 잠금밸브(8)를 사이에 두고 연결되는 분기관(11)과 회수관(12)에 의하여 상기 폐열회수기(7)와 연결 설치되며, 상기 보일러장치(2)의 열교환기(25) 입력측에는 체크밸브(9a)를 구비하는 제 1, 제 2순환펌프(9)(9')가 병렬식으로 설치된 보조공급관(15)이 연결되고 그 보조공급관(15)의 타단이 상기 회수관(12)측의 온수공급라인과 연결 설치되며, 상기 폐열회수기(7)로부터 연장된 폐수배출라인에는 폐수탱크(3)가 설치되어 상기 보일러장치(2)의 열교환기(25')로부터 연장되는 냉매의 증발라인(38)이 폐수탱크(3)의 내부에서 증발기를 형성하고, 이 증발기로부터 연장되는 냉매의 회수라인(39)이 보일러장치(2)의 내부에 설치되는 압축기와 연결된 목욕탕용 히트펌프 시스템이 공개되어 있고,

동 공보 등록번호 제10-875615호에는 순환파이프를 바이 패스시켜, 바이패스된 곳에 가열장치를 추가시켜 순환파이프내에 순환되는 온수를 가열함으로서, 온수센서에 세팅된 일정 온도에 의해 작동되는 보일러의 작동시간을 감소시키도록 하여 저렴한 연비로 운용되는 에너지 절약형 보일러의 보조장치가 기재되어 있으며,

동 공보 등록번호 제100563303호에는 냉매의 양방향 흐름을 냉매 유로(11) 내에서 허용하는 히트펌프 유닛(10)과 그 히트펌프 유닛(10)에 접속되어 실내를 선택적으로 냉난방하는 적어도 하나의 가스 순환식 실내기(20a, 20b,…,20n)를 갖는 한편, 물을 열교환수로 하여 냉난방 여하에 따라 상기 냉매를 응축 또는 증발시키는 수 열교환기(16)를 상기 냉매 유로(11) 상에서 압축기(12), 4웨이 밸브(14) 및 팽창밸브(18a, 18b,…,18n)와 함께 구비하는 상기 히트펌프 유닛(10)과, 상기 수 열교환기(16)에서 서로 연통하는 급수관(32 또는 32') 및 회수관(34 또는 34')을 구비하고서, 상기 수 열교환기(16)를 향해 열교환수를 연속적으로 공급하는 열교환수 공급기(30)를 포함한 열교환식 히트펌프 냉난방 시스템이 알려져 있고,

동 공보 등록번호 제100978800호에는 히트펌프를 중심으로 일측으로 냉온수 대류펌프 및 냉온수 순환펌프를 통하여 실내 냉난방기기에 연결되게 구성되고, 히트펌프의 중심으로 타측으로 순환펌프를 통하여 집수정 시스템과 연결된 히트펌프시스템에 있어서, 상기 히트펌프시스템의 집수정 시스템 및 순환펌프 사이에 보조열원시스템이 연결되게 구성하여 히트펌프시스템의 보조열원공급장치를 구성하며, 상기한 보조열원공급장치를 제어하기 위하여 난방모드로 히트펌프 구동시 순환펌프의 구동스텝을 수행한 후 보조열원순환펌프의 구동을 위하여 3방 밸브의 개도각을 판단하는 개도각 판단스텝과, 보조열원순환펌프의 구동시 현재온도 및 설정온도를 비교하여 3방 밸브를 개방하는 비교스텝과, 보조열원순환펌프의 구동시 센서온도 및 설정온도를 비교하여 3방 밸브를 폐쇄하는 비교스텝과, 상기 비교스텝 수행시 보조열원순환펌프를 차단 후 다시 상기 3방 밸브의 개도각을 판단하는 개도각 판단스텝으로 진행되는 히트펌프시스템의 보조열원공급장치 및 그 히트펌프시스템의 보조열원공급장치를 구동하기 위하여 사용하는 제어방법이 기재되어 있으며,

동 공보 등록번호 제100525679호에는 합성수지재로 성형되고 비닐하우스의 표면에 저면이 면접촉된 상태로 밀착 가능하도록 평면상 직사각형의 길이재 형태로 성형되는 바닥부재(10)와, 합성수지재로 성형되고 상기 바닥부재(10)의 폭을 상회하는 폭을 갖으며 중앙에 반원형의 살수부(21)가 확보된 상태로 양측에 이와 연하는 날개부(22)가 일체로 형성되어 상기 날개부(22)가 바닥부재(10)의 상면 양측에 밀착됨과 동시에 라미네이팅으로 합치되어 상기 합치된 날개부(22)의 상면에 길이방향을 따라 다수의 통공(30)이 등간격으로 형성되는 관부재(20)와, 상기 관부재(20)의 날개부(22)에 관통 형성된 통공(30)의 늘어짐 방지를 위해 상기 통공(30)의 내측으로 연결부가 삽입되어 상호 압착되는 아일렛 (40)및 살수관의 고정을 위해 상기 아일렛(40)의 내측을 따라 위아래로 연속적으로 통과되어 비닐하우스의 양단으로 인출된 선단이 비닐하우스 골조에 각각 결속 고정되는 고정끈(50)이 포함되어 구성된 비닐하우스용 살수관 및 살수관 설치방법이 공개되어 있고,

동 공보 등록번호 제100228751호에는 비닐하우스의 표면에 미량의 염산, 효소, 계면활성제중 선택된 1종 이상이 함유된 물 또는 4 정수를 살수하여 수막재배시 비닐하우스의 표면에 부착되는 금속류, 광물류 및 미생물류 등의 불순물 또는 찌꺼기 등과 같은 오염물질을 제거하므로써, 비닐하우스 표면의 불투명성을 제거하여 투광량을 증대시키고 야간의 보온력을 상승시킴은 물론, 수막재배에 이용되는 비닐하우스의 이용율을 극대화시키는 비닐하우스의 투광량을 높이는 수막재배방법이 기재되어 있으며,

국내공개특허공보 공개번호 제1020040059110호에는 히트펌프(1)와, 이 히트펌프(1)에 접속되는 입수라인(3,16) 및 출수라인(2,15)과, 이 입수 및 출수라인(3,16,2,15)이 연결되어 냉방 또는 난방을 위한 냉온수가 저장되는 냉온수저장탱크(4)와, 상기 입수라인(16) 및 출수라인(15)과 연결되어 욕실이나 주방으로의 급탕을 위한 온수가 저장되는 온수급탕탱크(5)와, 상기 냉온수저장탱크(4)에 접속되어 실내의 바닥난방이나 냉온풍을 발생시키기 위한 냉난방부(6)와, 상기 히트펌프(1)에 접속된 출수라인(2,15)에 설치되는 탱크순환펌프(7,17)와, 상기 냉온수저장탱크 (4)와 냉난방부(6)사이에 설치되는 냉온수순환펌프(8)와, 상기 냉온수저장탱크(4)와 냉난방부(6)사이에 설치된 냉온수순환펌프(8)의 작동을 제어하여 실내온도조절을 위한 실내온도조절기(9)와, 이 모든 작동기기들을 제어하는 제어기(12)를 포함한 기술이 기술되어 있고,

동 공보 공개번호 제1020100025738호에는 시설재배를 위한 비닐하우스와, 상기 비닐하우스에 설치되어 비닐하우스에 수막을 형성하기 위해 물을 분사하는 복수개의 노즐들을 가진 급수관들과, 회수탱크의 물을 상기 급수관에 공급하는 급수수단과, 상기 비닐하우스에 분사되어 수막을 형성한 물을 회수탱크로 회수하기 위한 물회수수단을 구비하며, 상기 노즐들이 설치되는 급수관에 설치되어 급수관 내의 물을 가열하기 위한 가열수단을 구비한 순환식 수막 난방장치가 공개되어 있고,

동 공보 공개번호 제1020100095157호에는 온수탱크와, 상기 온수탱크내의 온수를 비닐하우스의 상부로 배출시켜 수막을 형성하는 공급 노즐과, 수막을 형성한 용수를 회수하여 온수탱크로 보내는 집수조와 용수의 순환을 위한 복수의 펌프를 구비한 수막재배장치에 있어서, 상기 온수탱크에 탱크내의 용수를 가열하는 전기보일러를 연결하여 설치하고 상기 전기보일러의 콘트롤 박스에 침입자 감시를 위한 방범스위치와 습도스위치 및 정전스위치를 설치하여서 된 수막재배장치가 공개되어 있음을 알 수 있다.

기존의 히트펌프 보일러는 혹한기 때 성능계수 1.2cop 정도까지 떨어지게 되면 압축기의 1차 열량 저하와 2차 열원 생산량 하락 및 과부하로 압축기 폭발 등 부속들이 연쇄적으로 동파됨을 예방하기 위해 난방회수 배관에 보조보일러 급수를 연결하여 사용하는데

이때 문제점은 (예; 55℃)급수를 지정 장소에서 열원을 사용한 후 회수 온도가 항상 10~15℃떨어진 상태가 된다. 그러면 회수 온도를 감지하여 일정한(예; 50℃)온도에 맞추기 위해서는 보조 보일러가 가동 시간이 늘어 날 수밖에 없다.

그러면 히트펌프 보일러는 보호 할 수는 있겠지만 보조 보일러의 에너지 비용이 증가 될 수밖에 없는 문제점과,

이러한 문제점을 해결하기 위하여 별도의 보조보일러를 사용할 경우 구성이 복잡해지고, 각각의 구성 마다 운전 및 제어가 이루어져야 하는 등의 불편함과, 상기와 같이 냉난방 수단을 모두 설치하였을 경우에는 최대난방부하에 맞게 시스템을 구성하기 때문에 시스템 전체의 용량이 커지는 문제점이 본 발명이 해결하고자 하는 과제인 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 히트펌프에 의한 급탕 및 냉난방 운전시 순간적으로 고온이 요구되거나 또는 동절기 최대 가온이 요구될 때 부족한 온수 또는 난방부하를 상호 보완해주기 위하여 범용의 보일러를 보조로 사용하게 하였고, 보다 상세히 설명하면, 극한기에는 낮 동안에 수축열조에 일정한 열원을 저장된 온수를 사용시간에 급수가 순환하면 2차측 배관 내부에 담겨있는 15~20℃정도의 물이 수축열조에 회수 되면서 수축열조의 온도가 40~45℃까지 급격히 떨어지면, 히트펌프 보일러와 보조 보일러가 동시에 가동하여 15~20℃정도로 떨어진 물의 온도를 20~30분 정도 시간이면 수축열조에 일정한 온도(例 50℃)까지 상승 시킨 후 보조보일러는 작동을 정지하고 히트펌프 보일러만 작동하여 난방하고, 난방에 필요한 자동 설정 된 온도에 따라서 전체 사이클이 자동으로 ON/OFF를 반복하도록 히트펌프보일러, 보조보일러, 수축열조를 파이프로 비닐하우스의 냉난방장치에 연결하여 이중으로 구성된 비닐하우스에 공급하거나, 비닐하우내에 수막장치를 설치하여 수막장치에 살포된 열수를 회수, 재가열하여 비닐하우스내를 가열하여 사용도록 구조를 개량한 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 과제 해결수단인 것이다.

본 발명은 히트펌프를 주로 물을 가열하는 비닐하우스냉난방장치에 공급되는 열원으로 사용하다가 겨울철 혹한기에 히트펌프의 부하가 많이 걸릴 경우, 보일러를 보조로 사용하여 가열하며, 이중 비닐하우스에서 내부비닐하우스 상부에 수막장치를 설치하여 수막장치에 살포된 열수를 회수하여 재가열함으로서 비닐하우스 내의 온도를 상승시켜 사용하거나, 하우스내에 비닐 덕트 등을 설치하여 온풍을 통한 가온으로 겨울철 혹한기에 히트펌프와 보일러의 가동력과 시간을 최소화하여 고온의 난방수를 얻어 정상적인 난방을 한 것과 동일한 비닐하우스의 온도를 유지할 수 있어 비닐하우스내의 냉난방을 저렴한 연비로 운용되는 경제적인 효과가 있는 것이다.

도1 본 발명의 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템 전체도
도2 본 발명의 수막장치 상세도
도3 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치 상세도

상기와 같은 목적을 달성하고자, 본 발명은 히트펌프와 보조보일러를 이용하여 냉각수를 가열한 다음, 가열된 열수를 비닐하우스에 공급하되, 비닐하우스 내에 설치된 수막장치와, 비닐하우스냉난방장치에 열수를 공급하여 수막장치와 비닐하우스냉난방장치를 단독 또는 복합적으로 사용함으로서, 비닐하우스 내부를 냉난방시키는 방법으로서, 보다 상세히 설명하면,

히트펌프(1)와, 상기 히트펌프(1)에 파이프에 의해 연결된 온도센서가 구비된 저장탱크(3)와, 상기 저장탱크(3)의 다른 일측에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 보조보일러(2)와, 상기 저장탱크(3)에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 비닐하우스(100)의 비닐하우스냉난방장치(110)와, 상기 비닐하우스냉난방장치(100)에 파이프로 연결된 이중 비닐하우스(120)내부를 가열시키거나,

상기 저장탱크(3)의 다른 일측에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결되며 온도센서가 구비된 혼합탱크(4)와, 상기 혼합탱크(4)에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 회수탱크(5)와, 상기 회수탱크(5)와 연결된 수막장치(200)와, 상기 비닐하우스(100)내 내부비닐하우스(130)의 상부에 설치된 수막장치(200)로 보내어 내부비닐하우스(130)내에 온도를 유지시키고, 수막장치(200)의 양측면에 설치된 회수관(250)으로 구성된 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 히트펌프를 주로 물을 가열하는 비닐하우스 냉난방장치에 공급되는 열원으로 사용하다가,

겨울철 혹한기에 히트펌프의 부하가 많이 걸릴 경우, 보일러를 보조로 사용하여 가열하며, 이중 비닐하우스의 다수개의 내부비닐하우스 상부에 수막장치를 설치하여 수막장치에 살포된 열수를 회수하여 재가열하여 비닐하우스 내부의 온도를 상승시켜 사용하거나,

필요에 따라 비닐하우스냉난방장치와 수막장치를 선택적으로 사용함으로서, 비닐하우스내의 냉난방을 효율적으로 운용하도록 구조를 개발한 것이다.

그리고, 각 탱크마다 온도센서를 부착하여 탱크내의 열수 온도를 일정하게 유지하도록 하여 히트펌프와 보일러의 구동을 효율적으로 운전하는 동시에 안정적 운전 및 내구성을 향상시킬 수가 있으며, 개방형이나 밀폐형의 구조에 모두 적용할 수가 있는 효과가 있다.

본 발명의 핵심은 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템 전체에 관한 것으로서, 본 발명에 사용되는 히트펌프, 보일러, 비닐하우스냉난방장치, 수막장치 및 각종 온도센서가 구비된 탱크들은 당 분야에 널리 사용되는 기술을 사용하였기에 그에 관한 구체적인 기술은 서술하지 않기로 하였다.

이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1 본 발명의 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템 전체도, 도2 본 발명의 수막장치 상세도, 도3 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치 상세도를 도시한 것으로서, 히트펌프(1), 보조보일러(2), 저장탱크(3), 회수탱크(5), 펌프(9), 온도센서(10), 비닐하우스(100), 비닐하우스냉난방장치(110), 이중비닐하우스(120), 내부비닐하우스(130), 수막장치(200), 수막판(210), 수막살수관(220), 수막살수노즐(225), 회수관(250)을 나타낸 것임을 알 수 있다.

본 발명의 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템의 구조를 살펴보면 도1내지 도2에 도시된 바와 같이,

히트펌프(1)와, 상기 히트펌프(1)의 일측에 설치된 보조보일러(2)와,

상기 히트펌프(1)에 파이프에 의해 연결된 온도센서가 구비된 저장탱크(3)와, 상기 저장탱크(3)의 일측에는 파이프로 연결된 보조보일러(2)와, 상기 저장탱크(3)의 또 다른 일측에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결되며 온도센서가 구비된 혼합탱크(4)와,

상기 혼합탱크(4)에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 회수탱크(5)와, 상기 회수탱크(5)와 연결된 수막장치(200)와, 상기 비닐하우스(100)내 수막장치(200)의 양측면에 설치된 회수관(250,250-1)으로 구성되며,

상기 수막장치(200)는 비닐하우스내의 고랑을 따라 일정간격 이격되어 설치된 다수개의 내부비닐하우스(130)의 상부에 설치되어 있으며,

상기 내부비닐하우스(130)의 상부이며 수막을 형성하는 수막판(210)과, 상기 수막판(210)에 열수를 공급하는 살수막살수관(220)과, 상기 수막살수관(220)의 끝단부에 설치된 다수개의 수막살수노즐(225)로 구성된 구조임을 알 수 있다.

본 발명의 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템의 다른 예의 구조를 살펴보면 도3에 도시된 바와 같이,

히트펌프(1)와, 상기 히트펌프(1)에 파이프에 의해 연결된 온도센서가 구비된 저장탱크(3)와, 상기 저장탱크(3)의 일측에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 보조보일러(2)와, 상기 저장탱크(3)에 다른 일측에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 비닐하우스(100)의 비닐하우스냉난방장치(110)와, 상기 보일러(2)에 연결된 파이프의 일측은 비닐하우스(100)의 비닐하우스냉난방장치(110)에 연결되며,

상기 비닐하우스냉난방장치(110)에 파이프로 연결되며 이중으로 구성된 다수개의 이중비닐하우스(120)로 구성된 구조임을 알 수 있다.

본 발명의 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템의 사용방법을 설명하면,

비닐하우스냉난방장치와 비닐하우스 내의 수막장치를 이용하는 두 가지 방법이 있으며,

비닐하우스냉난방장치를 이용하는 방법은

첫 번째

히트펌프(1)의 작동에 의해 저장탱크(3)에 가열된 열수를 공급하면, 저장탱크(3)내의 열수의 온도를 세팅된 온도로 맞춘 다음, 비닐하우스 냉난방장치(110)로 펌프(9)로 보내고, 비닐하우스 냉난방장치(110)는 이중으로 구성된 다수개의 이중비닐하우스(120)내로 열수를 공급하여 이중비닐하우스(120)내부와 비닐하우스(100)내부의 온도를 유지시키고,

두 번째 사용방법,

히트펌프(1)의 작동에 의해 저장탱크(3)에 가열된 열수를 공급하면, 온도센서의 신호에 의해 열수의 온도가 온도센서에 세팅된 온도에 도달하지 못하면, 보조보일러(2)를 추가로 가동시켜 저장탱크(3)내의 열수의 온도를 세팅된 온도로 맞춘 다음, 비닐하우스 냉난방장치(110)로 펌프(9)로 보내고, 비닐하우스 냉난방장치(110)는 이중으로 구성된 다수개의 이중비닐하우스(120)내부로 열수를 공급하여 이중비닐하우스(120)내부와 비닐하우스(100)내부의 온도를 유지시키고,

세 번째 사용방법은 상기 첫 번째 와 두 번째 사용방법을 동시에 사용하고,

네 번째 사용방법은, 보조보일러(2)만 단독으로 가동시켜 비닐하우스 냉난방장치(110)로 펌프(9)로 보낸 다음, 비닐하우스 냉난방장치(110)는 이중으로 구성된 다수개의 이중비닐하우스(120)내부로 열수를 공급하여 이중비닐하우스(120)내부와 비닐하우스(100)내부의 온도를 유지시키고,

비닐하우스 내의 수막장치를 이용하는 방법은

첫 번째,

히트펌프(1)의 작동에 의해 저장탱크(3)에 가열된 열수를 공급하면, 저장탱크(3)내의 열수의 온도를 세팅된 온도로 맞춘 다음,

저장탱크(3)의 열수를 펌프(9)에 의해 혼합탱크(4)로 이송시키면, 유입된 열수와 회수탱크(5)에서 유입된 사용된 회수를 혼합하여 온도센서에 세팅된 온도로 유지한 후 비닐하우스(100)내의 내부비닐하우스(130)의 상부에 설치된 수막장치(200)로 펌프로 이송시켜, 수막장치(200)에 의해 내부비닐하우스(130)의 내부와 비닐하우스(100) 내부의 온도를 유지시켜 사용한 후, 사용된 열수는 회수관(250)을 통해 회수탱크(5)에 수집되고, 수집된 회수탱크(5)의 회수를 상기 혼합탱크(4)로 펌프로 이송하고,

두 번째 사용방법은

히트펌프(1)의 작동에 의해 저장탱크(3)에 가열된 열수를 공급하면, 온도센서의 신호에 의해 열수의 온도가 온도센서에 세팅된 온도에 도달하지 못하면, 보조보일러(2)를 추가로 가동시켜 저장탱크(3)내의 열수의 온도를 세팅된 온도로 맞춘 다음,

저장탱크(3)의 열수를 펌프(9)에 의해 혼합탱크(4)로 이송시키면, 유입된 열수와 회수탱크(5)에서 유입된 사용된 회수를 혼합하여 온도센서에 세팅된 온도로 유지한 후 비닐하우스(100)내의 다수개의 내부비닐하우스(130)의 상부에 설치된 수막장치(200)로 펌프로 이송시켜, 수막장치(200)에 의해 내부비닐하우스(130)의 내부와 비닐하우스(100)내부의 온도를 유지시켜 사용한 후, 사용된 열수는 회수관(250, 250-1)을 통해 회수탱크(5)에 수집되고, 수집된 회수탱크(5)의 회수를 상기 혼합탱크(4)로 펌프로 이송하여 사용하며,

세 번째 사용방법은 히트펌프(1)나 보조보일러(2)에서 직접 펌프(9)에 의해 혼합탱크(4)로 이송시키면, 유입된 열수와 회수탱크(5)에서 유입된 사용된 회수를 혼합하여 온도센서에 세팅된 온도로 유지한 후 비닐하우스(100)내의 다수개의 내부비닐하우스(130)의 상부에 설치된 수막장치(200)로 펌프로 이송시켜, 수막장치(200)에 의해 내부비닐하우스(130)과 비닐하우스(100) 내부의 온도를 유지시켜 사용한 후, 사용된 열수는 회수관(250,250-1)을 통해 회수탱크(5)에 수집되고, 수집된 회수탱크(5)의 회수를 상기 혼합탱크(4)로 펌프로 이송하여 사용하는 방법인 것이다.

실험예 1

비닐하우스 냉난방장치 재배(공기열원 히트펌프를 이용한 시설작물 가온재배 )

1. 개요

토마토 반촉성 재배에서 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치를 이용한 온풍가온 효과를 구명하고자 가온방법으로 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온)를 이용하여 온풍가온을 실시하였고, 대비로 경유를 이용한 온풍가온의 처리를 두어 이중하우스내에서 2월 하순에 정식 후 비닐터널을 씌워 3월 하순까지 가온을 실시하였다.

가온기간 중의 비닐터널내 온도는 10℃로 설정하여 가온하였다. 가온기간 중의 온도 조사는 자동기록계(TR-71U, T&D corp. Japan)로 1시간 간격으로 상온과 지온을 10일 평균값을 구하였다. 가온이 종료 된 후 초기 생육상황을 조사하였고, 가온종료 후 유인끈을 이용하여 지상부로 유인하여 관리하였으며, 적심은 5화방에서 실시하였다. 수확시마다 수량, 상품과율 등을 조사하였고, 투입연료비 비교에서 경유는 시험기간 중의 면세유 단가인 리터당 900원을 적용하였고, 전기는 농업용 병 기준으로 36.4원/KWh을 적용하여 산출하였다.

2. 연구결과

가온기간 중의 평균 온도는 표 1에서와 같이 평균 온도는 외기에 비해 가온 시험구에서 9.1～9.4℃ 높았으며, 가온방법 간에 있어서는 경유 온풍가온에서 16.6℃로 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온) 16.3℃에 비해 0.3℃ 상승하였으나, 차이는 미미 하였으며, 이는 가온기간 중의 온도를 10℃로 설정하여 가온 시 경유온풍에 비해 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온)에서도 설정 된 온도를 유지 할 수 있는 결과를 보여준 것으로 판단되며, 지온에서는 18.6℃로 가온방법 간에 차이가 없었다.

* ( ) : 지온

가온종료 시의 초기생육은 가온방법 간에 유의적인 차이가 인정되지 않았다

표 2는 가온방법별 가온종료시 생육을 관찰한 것으로서, 초장은 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온)의 48.1cm에 비해 경유 온풍가온에서 2.0cm 재배되었고, 줄기 굵기에서는 경유 온풍가온에서 0.5mm 증가하는 경향이었으며, 주당 엽수에서도 0.3매 증가하였는데 이는 표 1에서의 가온기간 중의 온도가 경유 온풍가온에서 다소 높았었던 것에 기인한 것으로 보여진다.

^♪ DMRT(5%)

수량 및 상품과율은 표 3에서와 같이 10a당 상품수량은 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온) 11,049kg/10a에 비해 경유 온풍기 가온에서 12% 증수되어 수량면에서는 경유온풍 효과가 인정되었으며, 150g 이상 상품과율은 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온)에서 85.2%, 경유 온풍기 가온 85.9%로 큰 차이가 없었다.

^♪DMRT(5%)

가온기간 동안의 투입 연료비는 표 4에서와 같이 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온)에서 10a당 연료비는 13,713KWh가 소요되어 농업용 전기 병으로 산출시 499천원이 소요되었고, 경유 이용 온풍가온에서는 836ℓ가 소요되어 농업용 면세유로 가격산출시 752천원이 소요되어, 경유온풍기 가온 대비 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온)에서 34%의 연료비를 절감 할 수 있었다.

주) 연료비적용단가 : 경유 900원/ℓ(면세유), 전기 36.40원/KWh(병)

실험예2

비닐하우스 내의 수막장치 재배방법(공기열원 히트펌프 이용 순환식 수막재배))

1. 개요

토마토 반촉성 재배에서 공기열원 히트펌프를 이용한 순환식 수막재배 기술을 개발 하고자 가온방법으로 자체 개발자재인 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)를 이용하여 온수를 순환하여 수막재배를 하는 방법과 대비로 경유를 이용한 온풍가온의 처리를 두어 이중하우스 내에서 2월 하순에 정식 후 비닐터널을 씌워 3월 하순까지 가온을 실시하였다. 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)를 이용한 순환식 수막재배의 원리는 대기중의 공기에 포함되어 있는 저온 열원으로부터 열을 흡수하여 히트펌프를 이용 고온열원으로 만들어 축열통에 저장하였다가 수막재배 시 온수를 순환시켜 지하수를 재활용 하는 원리로 가온기간 중의 비닐터널내 온도는 10℃로 설정하여 가온하였다. 가온기간중의 온도 조사는 자동기록계(TR-71U, T&D corp. Japan)로 1시간 간격으로 상온과 지온을 10일 평균값을 구하였고, 기타 조사 항목은 위의 세부과제인 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)를 이용한 온풍가온 시험과 동일하게 조사하였다.

2. 연구결과.

가온기간 중의 평균 온도는 외기에 비해 가온 시험구에서 9.4～9.8℃ 높았으며(표 5), 가온방법 간에 있어서는 경유 온풍가온의 16.6℃에 비해 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)에서 17.0℃로 0.4℃ 상승하였는데, 이는 온풍가온은 하우스 내의 공간에 송풍을 하는 방식인데 반하여 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)는 온수를 하우스 위에서 내부로 낙하 시킴으로써 하우스 내부 온도 상승에 보다 효과적으로 작용 한 것으로 판단되며, 지온에서는 경유 온풍가온에서 18.6℃로 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)에 비해 0.1℃ 증가하였으나, 유의적인 차이는 인정되지 않았다.

가온 종료 시의 초기생육은 표 6에서와 같이 가온방법 간에 유의적인 차이는 인정되지 않았으나, 초장은 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)에서 51.1 cm로 경유 온풍가온에 비해 1.0 cm 컸고, 줄기 굵기에서도 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)에서 0.2 mm 증가하였고, 주당 엽수에서도 0.3매 많았는데 이는 표 5에서의 가온기간 중의 온도가 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)에서 다소 높았었던 것에 기인한 것으로 판단 되었다.

^♪ DMRT(5%)

10a당 상품수량은 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막) 11,720kg/10a에 비해 경유 온풍기 가온에서 6% 증수되었으나(표 7), 가온방법 간에 유의적인 차이는 인정되지 않았으며, 150g 이상 상품과율은 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막) 82.2%, 경유 온풍기 가온 85.9%로 경유 온풍기 가온이 3.7% 높았다.

^♪DMRT(5%)

가온기간 동안의 투입 연료비는 표 8에서와 같이 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)에서 5,980KWh/10a가 소요되어 농업용 전기 병으로 218천원이 산출되었고, 경유 이용 온풍가온에서는 836ℓ가 소요되어 농업용 면세유로 752천원이 산출되어, 경유온풍기 가온 대비 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)에서 71%의 연료비를 절감 할 수 있었다.

주) 연료비적용단가 : 경유 900원/ℓ(면세유), 전기 36.40원/KWh(병)

3. 결과요약

가. 공기열원 히트펌프 이용 시설작물 온풍가온 기술 개발

토마토 반촉성재배에서 공기열원 히트펌프를 이용한 온풍가온 효과를 구명하여 경유 대체 가온자재 개발로 경영비를 절감하고자 2009년부터 2년간 시험을 실시한 결과 가온기간 중의 평균온도는 외기에 비해 가온에서 9.1～9.4℃ 높았으나, 지온은 18.6℃로 차이가 없었다. 가온 종료 시의 생육에서 초장은 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온)에 비해 경유 온풍기 가온에서 2cm 컸고, 줄기굵기 및 엽수에서도 경유 온풍기 가온에서 다소 증가하였다. 수량은 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온) 11,049 kg/10a에 비해 경유 온풍기 가온에서 12% 증수되었고, 150g 이상 상품과율은 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온) 85.2%, 경유 온풍기 가온 85.9%로 차이가 미미 하였다. 가온기간 동안 투입 연료비는 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온)에서 499천원/10a, 경유 이용 온풍가온 752천원이 소요되어, 경유 이용 온풍기 가온 대비 본 발명의 비닐하우스 냉난방장치(공기열원 히트펌프 이용 온풍가온)에서 34%를 절감 할 수 있었다.

나. 공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막 재배

토마토 반촉성 재배에서 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)를 개발하여 지하수를 절감하고 안정적 작물을 생산하고자 2009년부터 2년간 시험을 실시한 결과,

가온 기간 중의 온도는 외기에 비해 가온 시험구에서 9.4～9.8℃ 높았으나, 지온은 가온방법 간에 차이가 인정되지 않았고,

가온 종료 시의 생육에서 초장은 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)에서 경유 온풍기 대비 1.0 cm 컸고, 줄기 굵기 및 엽수도 공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막에서 다소 증가하였다.

수량은 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막) 11,720 kg/10a 대비 경유 온풍기가온에서 6% 증수되었고, 150g 이상 상품과율은 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막) 보다 경유 온풍기 가온 85.9%로 3.7% 높았다.

가온기간동안 투입 연료비는 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)에서 218천원/10a, 경유 온풍기 가온에서 752천원이 산출되어, 온풍기 가온 대비 본 발명의 수막장치(공기열원 히트펌프 이용 순환식 온수수막)에서 71%의 연료비를 절감 할 수 있었다.

히트펌프(1), 보조보일러(2), 저장탱크(3), 혼합탱크(4), 회수탱크(5), 펌프(9), 온도센서(10), 비닐하우스(100), 비닐하우스냉난방장치(110), 이중비닐하우스(120), 내부비닐하우스(130), 수막장치(200), 수막판(210), 수막살수관(220), 수막살수노즐(225), 회수관(250,250-1),

Claims (2)

1. 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템에 있어서,
   히트펌프(1)와, 상기 히트펌프(1)의 일측에 설치된 보조보일러(2)와,
   상기 히트펌프(1)에 파이프에 의해 연결된 온도센서가 구비된 저장탱크(3)와, 상기 저장탱크(3)의 다른 일측에는 파이프로 연결된 보조보일러(2)와, 상기 저장탱크(3)의 또다른 일측에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결되며 온도센서가 구비된 혼합탱크(4)와,
   상기 혼합탱크(4)에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 회수탱크(5)와, 상기 회수탱크(5)와 연결된 수막장치(200)와, 상기 비닐하우스(100)내 수막장치(200)의 양측면에 설치된 회수관(250,250-1)으로 구성되며,
   상기 수막장치(200)는 비닐하우스내의 고랑을 따라 일정간격 이격되어 설치된 다수개의 내부비닐하우스(130)의 상부에 설치되어 있으며,
   상기 내부비닐하우스(130)의 상부이며 수막을 형성하는 수막판(210)과, 상기 수막판(210)에 열수를 공급하는 수막살수관(220)과, 상기 수막살수관(220)의 끝단부에 설치된 다수개의 수막살수노즐(225)을 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템.
   
2. 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템에 있어서,
   히트펌프(1)와, 상기 히트펌프(1)에 파이프에 의해 연결된 온도센서가 구비된 저장탱크(3)와, 상기 저장탱크(3)의 일측에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 보조보일러(2)와, 상기 저장탱크(3)에 다른 일측에 펌프(9)가 설치된 파이프에 의해 연결된 비닐하우스(100)의 비닐하우스냉난방장치(110)와, 상기 보일러(2)에 연결된 파이프의 일측은 비닐하우스(100)의 비닐하우스냉난방장치(110)에 연결되며,
   상기 비닐하우스냉난방장치(110)에 파이프로 연결되며 이중으로 구성된 다수개의 이중비닐하우스(120)를 포함하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 시설하우스 냉난방 재배 시스템.
   

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