KR20130122137A - 냉난방 시스템 - Google Patents

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KR20130122137A KR1020120045226A KR20120045226A KR20130122137A KR 20130122137 A KR20130122137 A KR 20130122137A KR 1020120045226 A KR1020120045226 A KR 1020120045226A KR 20120045226 A KR20120045226 A KR 20120045226A KR 20130122137 A KR20130122137 A KR 20130122137A
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Abstract

지하공기를 이용하여 온실의 온도를 조절하는 냉난방 시스템은, 지하공기가 수용되는 흡입챔버, 온실공기 및 외부공기가 수용되는 혼합챔버, 흡입챔버 내의 지하공기를 받아 냉각시키는 냉각공간을 제공하는 냉각챔버, 혼합챔버 내의 온실공기 및 외부공기를 받아 가열시키는 가열공간을 제공하는 난방챔버, 냉각챔버 측에 배치되어 지하공기를 냉각시키는 증발기 및 증발기와 냉매를 공유하도록 일체로 연결되며, 난방챔버 측에 배치되어 온실공기 및 외부공기를 가열시키는 응축기를 포함하는 히트펌프, 및 냉각챔버에서 처리된 지하공기 및 난방챔버에서 처리된 온실공기 및 외부공기를 외부 혹은 온실로 전달하는 제어챔버를 포함할 수 있으며, 난방 시 제어챔버는 난방챔버를 온실과 연결하면서 냉각챔버를 외부와 연결하고, 냉방 시 제어챔버는 냉각챔버를 온실과 연결하면서 난방챔버를 외부와 연결하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉난방 시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은 지하공기를 이용하여 온실 온도를 조절하기 위한 냉난방 시스템에 관한 것이다.
일반적인 건물이나 화훼단지 등의 냉난방 대상은 주로 전기나 가스 등과 같은 에너지원을 소비하여 이루어 지고 있다. 따라서, 에너지원을 구입하는데 드는 비용 증가와 화석에너지 사용에 따른 오염물질의 배출 등이 문제가 되고 있으며, 이에 따라 환경을 보호하고 냉난방 비용을 최소화할 수 있는 재생에너지를 사용하고자 하는 기술의 개발이 요구되고 있다.
즉, 그린에너지를 이용하는 방식이 지속적으로 요구되고 있으며, 지하에 부존하는 지열이나 태양열 등의 청정열원 또는 재생에너지원을 이용하려는 노력이 있어 왔다.
그러나, 안정적인 냉난방 수요를 충족시키기 위해서는 지속적인 청정열원의 확보가 필요하지만, 대부분의 재생에너지원은 기후나 환경에 따라 변동되는 특성을 가지고 있어, 연중 비교적 안정적인 열을 유지할 수 있는 지열을 이용하는 냉난방 시스템이 개발되고 있다.
지열을 이용한 냉난방 시스템은 소모적인 에너지원 사용을 감소시키는 효과가 있기 때문에, 전체적인 운영비용을 감소시키고, 환경 오염도 감소시키고 있다.
그러나, 지열의 매개인 지하공기를 송풍기를 통해서 직접 온실에 전달하는 경우, 다습한 공기가 병충해를 유발시킬 수 있고, 동절기에는 온실 온도를 필요한 만큼 올릴 수 없기 때문에, 전기나 가스 및 기름 등을 연료로 사용하는 보조 열원을 함께 설치해야 하는 경제적 부담과 시설 설치를 위한 공간 확보가 이루어져야 하는 것이 현실이다. 또한, 지열을 끌어오는 물이나 공기 같은 열 교환 매체를 지속적으로 지하천공에 투입하여 발생하는 환경적인 문제도 간과할 수 없다.
지하공기를 그대로 끌어다 쓰는 종래의 지열을 이용한 냉난방 시설의 일 예를 도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 냉난방 시설은 다공질 층으로 이루어진 지질 구조를 갖는 지형에서 지하공기를 끌어다 쓰기 위하여 지하천공을 형성하고, 지하천공에 송풍 관을 설치한 후, 송풍 팬을 이용하여 지하공기를 빨아올리고 송풍 관을 통해서 온실 냉난방을 하고 있다.
그러나, 이미 언급했듯이, 지중의 다량의 수분이 포함되어 있는 공기를 빨아올려 직접 온실에 공급하고 있어 병충해 발생으로 오히려 해를 끼칠 수 있고, 송풍실(10), 송풍 팬(20) 및 덕트(30) 등이 별도로 제작되어, 현장에서 각각 설치, 조립되는 번잡한 과정을 거치기 때문에, 시공 공정이 복잡하고, 이로 인한 열 손실이 많아 지열의 전달 효율이 떨어지는 문제 및 시공단가가 상승하는 문제가 발생한다.
본 발명은 다습한 지하공기를 그대로 써 발생할 수 있는 병충해를 미연에 방지할 수 있는 냉난방 시스템을 제공한다.
본 발명은 온실이나 지하천공에서 공기를 끌어오는 송풍 팬, 공기를 냉난방 하는 히트펌프, 냉난방 된 공기를 온실로 연결하는 덕트 등을 현장에서 각각 설치 조립하는 불편한 시공 과정을 간단하게 개선할 수 있는 냉난방 시스템을 제공한다.
본 발명은 제습 장치, 냉방 장치, 및 난방 장치를 별도로 마련하지 않도록 하여 공간 활용도를 높이고, 유지 관리에 드는 비용이나 노동력을 줄일 수 있으며, 난방을 위한 설치 비용을 절감할 수 있는 냉난방 시스템을 제공한다.
본 발명은 외부 온도가 낮아서 발생할 수 있는 히트펌프의 제상현상을 최소화시켜, 온실 온도의 제어를 신속하게 구현할 수 있는 냉난방 시스템을 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 지하공기를 이용하여 온실의 온도를 조절하는 냉난방 시스템은, 지하공기가 수용되는 흡입챔버, 온실공기 및 외부공기가 수용되는 혼합챔버, 흡입챔버 내의 지하공기를 받아 냉각시키는 냉각공간을 제공하는 냉각챔버, 혼합챔버 내의 온실공기 및 외부공기를 받아 가열시키는 가열공간을 제공하는 난방챔버, 냉각챔버 측에 배치되어 지하공기를 냉각시키는 증발기 및 증발기와 냉매를 공유하도록 일체로 연결되며, 난방챔버 측에 배치되어 온실공기 및 외부공기를 가열시키는 응축기를 포함하는 히트펌프, 및 냉각챔버에서 처리된 지하공기 및 난방챔버에서 처리된 온실공기 및 외부공기를 외부 혹은 온실로 전달하는 제어챔버를 포함할 수 있으며, 난방 시 제어챔버는 난방챔버를 온실과 연결하면서 냉각챔버를 외부와 연결하고, 냉방 시 제어챔버는 냉각챔버를 온실과 연결하면서 난방챔버를 외부와 연결하는 것을 특징으로 한다.
지하공기를 끌어오기 위하여 시공되는 지하천공은 지하공기와 같은 지하열원을 얻기 위하여 땅속 깊이 판 구멍으로 수직 또는 경사지게 혹은 다양한 경로로 파 형성할 수 있다.
본 발명의 냉난방 시스템에서 흡입챔버, 혼합챔버, 냉각챔버, 난방챔버, 및 제어챔버는 일체의 박스 형태로 컴팩트(compact)하게 제공될 수 있는데, 이 경우, 흡입챔버와 지하공기를 끌어오기 위한 지하천공을 연결하고, 제어챔버 및 온실을 연결하며, 온실 및 혼합챔버를 연결하는 것으로 설치가 마무리 될 수 있다.
즉, 종래에는 지하공기를 끌어다 쓰기 위한 송풍 팬, 히트펌프나 덕트 등을 현장에서 각각 설치, 조립하여 열 손실이 많고, 시공단가가 상승하는 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 냉난방 시스템은 일체의 컴팩트한 박스 형태로 제공되기 때문에 열 손실이 매우 적고, 시설 설치가 간단하다.
더욱이, 흡입챔버, 냉각챔버, 및 제어챔버를 경유하는 경로 및 혼합챔버, 난방챔버, 및 제어챔버를 경유하는 경로 상에 각각 제1 및 제2 송풍 팬을 배치하여, 온실공기와 지하천공 내의 지하공기를 효율적을 끌어올 수 있는데, 이때에도 송풍 팬은 일체형 박스 내에 설치되어 있기 때문에 냉난방 시스템의 설치가 간단해 진다.
또한, 지하공기를 그대로 쓰는 것이 아니라, 지하공기를 히트펌프를 사용하여 냉각 또는 가열하는 과정에서 자연스럽게 제습할 수 있기 때문에, 다습한 지하공기를 그대로 써 발생하는 병충해를 방지할 수 있다.
참고로, 본 명세서 내에서는 설명의 편의상 냉각챔버 측에 증발기, 난방챔버 측에 응축기가 배치되어 있는 것으로 설명하고 있으나, 히트펌프 내의 냉매를 역으로 순환시키면, 증발기 및 응축기의 기능은 서로 바뀔 수 있으며, 냉각챔버 및 난방챔버의 기능 역시 증발기 및 응축기의 기능에 따라서 전환될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 냉난방 시스템에서는 온실 및 혼합챔버가 직접 연결되어 있어서, 온실 내의 공기가 난방챔버를 거쳐 냉각 또는 가열되는 과정을 거칠 수 있고, 지하공기와 마찬가지로 제습 과정을 거칠 수 있다. 이에, 온실 내의 습도를 조절하는 것이 매우 신속하고, 제습 효율도 뛰어나다.
또한, 흡입챔버 및 냉각챔버 사이와 혼합챔버 및 난방챔버 사이에 거름망을 배치하여, 증발기나 응축기로 전달되는 공기 내의 불순물을 걸러내되, 특히, 공기의 유동이 가능한 다공질 층으로 이루어진 지중에서 공기를 끌어옴에 있어 지하천공과 송풍 팬을 직접 연결하지 않고 흡입챔버를 지나 거름망을 통과하도록 함으로써 송이가루 등의 불순물로 인한 히트펌프의 응축기나 증발기의 코일 파손을 막을 수 있고, 일정량의 수분을 제거하는 효과도 기대할 수 있다. 특히, 거름망 역시 일체형으로 패키지화된 단품 구조체 내에 배치되어 냉난방 시스템 설치의 간소화를 구현할 수 있다.
또한, 히트펌프의 증발기와 응축기가 각각 하나의 박스를 구성하는 냉각챔버 및 난방챔버 측에 배치되어 있어서, 난방이나 냉각을 동시에 해결할 수 있는 구조를 제공한다. 따라서, 종래와 같이, 제습 장치, 냉방 장치, 및 난방 장치를 별도로 마련하지 않아도 되기 때문에 공간 활용도를 높일 수 있고, 유지 관리에 드는 비용을 절감할 수 있다.
또한, 온실에 난방이 필요한 경우, 혼합챔버의 온실공기를 가열하기 위하여 히트펌프의 응축기 쪽으로 보낼 수 있는데, 이때, 외부공기를 적절히 혼합할 수 있고, 히트펌프의 증발기 쪽으로는 지하공기를 보낸다. 한편, 히트펌프의 증발기 쪽에서는 지하공기의 열을 지속적으로 흡수하여, 응축기에서 온실공기를 데우기 위한 열원으로 사용되는데, 이때, 증발기 주변의 공기 온도가 너무 낮으면 제상시간이 길어질 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 냉난방 시스템에서는 연중 일정한 온도를 유지하는 지하공기를 증발기 쪽으로 보내기 때문에, 겨울철에도 제상시간이 그리 길어지지 않는다. 따라서, 온실 온도의 신속한 제어가 필요할 경우 매우 신속하게 대처할 수 있다.
또한, 제어챔버가 냉각챔버 및 난방챔버에서 처리된 지하공기를 각각 수용하는 냉각공기 제어챔버 및 난방공기 제어챔버를 포함할 수 있는데, 이러한 경우, 냉각공기 제어챔버 및 난방공기 제어챔버 사이에 제공되는 분리용 밸브 및 냉각공기 제어챔버 및 난방공기 제어챔버에 각각 제공되어 외부와 연결하는 배출 밸브를 포함할 수 있다.
이 경우, 냉각공기 제어챔버 및 난방공기 제어챔버는 각각 온실과 파이프 혹은 덕트 등을 통해서 연결될 수 있다.
한편, 냉각공기 제어챔버 및 난방공기 제어챔버 중 어느 하나만 온실과 연결시킬 수도 있는데, 이렇게 어느 한쪽만 온실과 연결하게 되면 시공의 간소화와 열 손실을 줄일 수 있는 장점이 있다.
이러한 경우, 냉각공기 제어챔버 및 난방공기 제어챔버 중 온실과 연결되는 어느 하나에서 배출 밸브 및 온실을 향하는 통로를 분리하는 경로변환 밸브를 더 포함할 수 있다.
구체적인 일 예로, 난방공기 제어챔버 및 온실이 연결되는 경우, 냉각을 위하여 냉각챔버에서 냉각된 지하공기는 냉각공기 제어챔버를 지나 온실로 전달되며, 이때, 경로변환 밸브 및 배출 밸브는 닫힘 상태를 유지하고, 분리용 밸브는 열림 상태를 유지할 수 있다.
또한, 난방을 위하여 난방챔버에서 가열된 온실공기나 외부공기는 난방공기 제어챔버를 지나 온실로 전달되며, 이때, 배출 밸브 및 분리용 밸브는 닫힘 상태를 유지하고, 경로변환 밸브는 열림 상태를 유지하게 할 수 있다.
종래에는 지하공기를 끌어다 쓰기 위한 송풍 팬, 히트펌프나 덕트 등을 현장에서 각각 설치, 조립하여 열 손실이 많고, 시공단가가 상승하는 문제가 있었으나, 본 발명의 냉난방 시스템은 흡입챔버, 혼합챔버, 냉각챔버, 난방챔버, 및 제어챔버를 일체의 박스 형태로 컴팩트하게 제공함으로써, 열 손실을 줄이고, 조립 및 설치가 간단해지는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 냉난방 시스템은 외부공기, 온실공기, 및 지하공기를 강제 송풍하는 송풍 팬 역시 일체의 박스 형태로 제공되는 단품 내에 배치되기 때문에, 설치가 간소화된다.
또한, 본 발명의 냉난방 시스템에서는 지하공기가 히트펌프에 의해서 냉각 또는 가열되는 과정에서 제습되기 때문에 다습한 지하공기를 그대로 써 발생하는 병충해를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 냉난방 시스템에서는 온실 및 흡입챔버를 직접 연결함으로써, 온실 내의 공기를 직접 냉각 또는 가열하고, 동시에 제습 과정을 거칠 수 있어서, 온실의 온도 조절이 매우 신속하며, 동시에, 온실 내의 습도 조절이 매우 신속하다.
또한, 본 발명에 따른 냉난방 시스템에서는 흡입챔버 및 혼합챔버 후방에 거름망을 제공하여, 공기 내의 불순물을 거르고, 특히, 다공질의 현무암에 섞여 있는 송이가루 등의 불순물로 인한 히트펌프의 응축기나 증발기의 코일 파손을 막을 수 있고, 일정량의 수분을 제거하는 효과도 기대할 수 있다. 또한, 거름망 역시 별도로 제공되지 않아 일체형으로 패키지화된 단품 구조체를 제공할 수 있다.
또한, 히트펌프의 증발기와 응축기가 각각 하나의 박스를 구성하는 냉각챔버 및 난방챔버 측에 배치되어 있어서, 난방이나 냉각을 동시에 해결할 수 있는 구조를 제공한다. 따라서, 종래와 같이, 제습 장치, 냉방 장치, 및 난방 장치를 별도로 마련하지 않아도 되어서 공간 활용도를 높일 수 있고, 유지 관리에 드는 비용을 절감할 수 있다.
또한, 난방이 필요한 경우에 히트펌프의 증발기 쪽에서는 열을 지속적으로 흡수하게 되는데, 이때, 증발기 주변의 공기 온도가 너무 낮으면 제상시간이 길어질 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 냉난방 시스템에서는 연중 일정한 온도를 유지하는 지하공기를 증발기 쪽으로 보내기 때문에, 겨울철에도 제상시간이 그리 길어지지 않는다. 따라서, 온실 온도의 신속한 제어가 필요할 경우 매우 신속하게 대처할 수 있다.
도 1은 종래의 냉난방 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 시스템의 구성도이며, 구체적으로, 도 2에는 지하공기를 이용하여 온실의 냉방이 이루어지는 경우의 공기의 흐름을 표시하며, 도 3에서는 온실 공기를 끌어와 가열하고, 이를 이용하여 온실의 난방이 이루어지는 경우의 공기의 흐름을 표시한다. 도 4에서는 온실로 이산화탄소를 공급하는 경우의 공기 흐름을 표시하며, 동시에 제어챔버 내의 여러 밸브의 개폐 상태를 표시한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 시스템의 구성도이며, 구체적으로, 도 2에는 지하공기를 이용하여 온실의 냉방이 이루어지는 경우의 공기의 흐름을 표시하며, 도 3에서는 온실 공기를 끌어와 가열하고, 이를 이용하여 온실의 난방이 이루어지는 경우의 공기의 흐름을 표시한다. 도 4에서는 온실로 이산화탄소를 공급하는 경우의 공기 흐름을 표시하며, 동시에 제어챔버 내의 여러 밸브의 개폐 상태를 표시한다. 동시에 제어챔버 내의 여러 밸브의 개폐 상태를 표시한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 냉난방 시스템(100)은 흡입챔버(110), 혼합챔버(115), 냉각챔버(120), 난방챔버(130), 히트펌프(140), 및 제어챔버(150)를 포함한다.
흡입챔버(110)는 온실(40)과 별도로 연결되어 있으며, 지하공기를 끌어다 쓰기 위하여 형성한 지하천공(50)과도 연결될 수 있다.
혼합챔버(115)에는 외기를 끌어올 수 있는 통로가 마련되어 있으며, 온실과는 별도의 연결배관을 통해서 연결되어 온실공기를 끌어올 수 있다.
냉각챔버(120)는 흡입챔버(110) 내의 지하공기를 받아 냉각시키는 냉각공간을 제공하며, 난방챔버(130)는 냉각챔버(120)와는 공간적으로 분리되며, 흡입챔버(110) 내의 지하공기를 받아 가열시키는 가열공간을 제공한다.
또한, 히트펌프(140)는 냉각챔버(120) 측에 배치되어 지하공기를 냉각시키는 증발기(142) 및 증발기(142)와 냉매를 공유하도록 일체로 연결되며, 난방챔버(130) 측에 배치되어 지하공기를 가열시키는 응축기(144)를 포함한다. 본 실시예의 히트펌프(140)는 일반적인 히트펌프 구조를 포함할 수 있으며, 압축기의 기체 냉매를 압축 및 감압하는 과정을 통해서 열을 뺏거나 줄 수 있는 히트펌프는 이미 널리 개시된 일반적인 기술로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략할 수 있다. 특히, 본 실시예에서 응축기 및 증발기의 기능은 서로 전환될 수 있다.
또한, 제어챔버(150)는 냉각챔버(120)에서 처리된 지하공기, 및 난방챔버(130)에서 처리된 외부공기 및 온실공기를 외부 혹은 온실(40)로 전달할 수 있다.
지하공기를 끌어오기 위하여 시공되는 지하천공(50)은 지하공기와 같은 지하열원을 얻기 위하여 땅속 깊이 판 구멍으로 수직 또는 경사지게 혹은 다양한 경로로 파 형성할 수 있다.
참고로, 지하천공에는 내벽이 허물어지는 것을 방지하는 파이프가 삽입될 수도 있는데, 천공 파이프는 지하공기를 끌어오기 위하여 판 구멍이 무너져 내리는 것을 방지하기 위한 것으로, 경우에 따라서 지하 암석이 단단한 암반 예를 들면, 다공성 현무암인 경우에는 구멍 측벽이 무너져 내릴 가능성이 적기 때문에 천공 파이프를 별도로 사용하지 않을 수도 있다. 물론, 암반층 위로 흙이나 모래와 같이 무너지기 쉬운 표토 층이 존재하는 경우, 표토 즉, 지상 측에는 콘크리트를 이용하여 천공 주위를 보강하는 그라우팅(grouting)이 이루어질 수 있으며, 특히, 제주도의 경우 20미터 정도 그라우팅을 통해서 천공 주변을 보강할 수 있고, 다공성 현무암 지대인 경우 지질 특성상 공기의 통기성이 좋으므로 필요 이상으로 긴 천공 파이프를 사용할 필요성이 적다.
도 2에 도시된 바와 같이, 냉난방 시스템(100)에서 흡입챔버(110), 혼합챔버(115), 냉각챔버(120), 난방챔버(130), 및 제어챔버(150)는 일체의 박스 형태로 컴팩트(compact)하게 제공된다. 따라서, 설치 시 옮기는 것도 간편하고, 설치 역시 흡입챔버(110)와 지하공기를 끌어오기 위한 지하천공(50)을 연결하고, 제어챔버(150) 및 온실(40)을 연결하며, 혼합챔버(115)와 온실(40)을 연결하는 것으로 마무리 될 수 있다.
즉, 종래에는 지하공기를 끌어다 쓰기 위한 송풍 팬, 히트펌프나 덕트 등을 현장에서 각각 설치, 조립하여 열 손실이 많고, 시공단가가 상승하는 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 냉난방 시스템(100)은 모든 일체의 설비가 컴팩트한 박스 형태 내에 제공되기 때문에 열 손실이 매우 적고, 설치가 간단하다.
더욱이, 흡입챔버(110), 냉각챔버(120), 및 제어챔버(150)를 경유하는 경로 및 혼합챔버(115), 난방챔버(130), 및 제어챔버(150)를 경유하는 경로 상에 각각 송풍 팬(162, 164)을 배치하여, 지하천공(50) 내의 지하공기를 효율적을 흡입할 수 있는데, 이때에도 송풍 팬(162, 164)은 일체형 박스 내에 설치되어 있기 때문에 냉난방 시스템(100)의 설치가 간단해 진다. 송풍 팬으로는 정압이 큰 터보 펜이나 익형 팬(air foil fan)등을 사용할 수 있다.
또한, 지하공기는 히트펌프(140)에 의해서 냉각 또는 가열하는 과정을 거치면서 자연스럽게 제습되기 때문에, 높은 습기로 인한 병충해가 방지된다.
또한, 온실(40)과 혼합챔버(115)가 제2 연결배관(104)을 통해서 직접 연결되어 있어서, 온실 공기를 제2 연결배관(104)을 통해서 직접 혼합챔버(115)로 이송할 수 있으며, 난방챔버(130)를 통해서 냉각 또는 가열되는 과정을 거칠 수 있다. 따라서, 온실(40) 내의 공기 역시 지하공기와 마찬가지로 제습 과정을 거칠 수 있어서, 온실(40) 내의 습도를 조절하는 것이 매우 신속하고, 전체적인 제습 효율도 매우 향상될 수 있다.
또한, 흡입챔버(110) 및 냉각챔버(120) 사이와 혼합챔버(115) 및 난방챔버(130) 사이에 거름망(170)을 배치하여, 공기의 유동이 가능한 다공질 층으로 이루어진 지중에서 공기를 끌어옴에 있어 지하천공(50)과 송풍 팬(162, 164)을 직접 연결하지 않고 거름망(170)을 먼저 통과하도록 함으로써 송이가루 등의 불순물로 인한 히트펌프(140)의 응축기(144)나 증발기(142)의 코일 파손을 막을 수 있고, 일정량의 수분을 제거하는 효과도 기대할 수 있다. 그리고, 거름망(170) 역시 일체형으로 패키지화된 단품 구조체 내측에 배치되어 있어서, 별도 설치를 위한 시공 시간의 지연이 없다.
또한, 히트펌프(140)의 증발기(142)와 응축기(144)가 각각 하나의 박스를 구성하는 냉각챔버(120) 및 난방챔버(130) 측에 배치되어 있어서, 난방이나 냉각을 동시에 해결할 수 있는 구조를 제공한다. 따라서, 종래와 같이, 제습 장치, 냉방 장치, 및 난방 장치를 별도로 마련하지 않아도 되기 때문에 공간 활용도를 높일 수 있고, 유지 관리에 드는 비용을 절감할 수 있다.
또한, 온실(40)에 난방이 필요하면, 온실공기나 외기를 끌어다 히트펌프(140)의 응축기(144) 쪽으로 보내 가열할 수 있다. 이 과정에서 히트펌프(140)의 증발기(142) 쪽으로는 지하공기를 보내는데, 이는 증발기(142)에서 지하공기로부터 흡수한 열을 응축기(144)에서 다시 온실공기를 데우기 위한 열원으로 사용하기 위함이다. 따라서, 증발기(142) 주변의 공기 온도가 너무 낮으면 제상시간이 길어질 수 있으나, 본 발명에 따른 냉난방 시스템(100)에서는 연중 일정한 온도를 유지하는 지하공기를 증발기(142) 쪽으로 보내기 때문에, 겨울철에도 제상시간이 그리 길지 않다. 따라서, 온실 온도의 신속한 제어가 필요할 경우 신속하게 대처할 수 있다.
또한, 제어챔버(150)는 냉각챔버(120) 및 난방챔버(130)에서 처리된 지하공기를 각각 수용하는 냉각공기 제어챔버(152) 및 난방공기 제어챔버(154)를 포함하는데, 이 경우, 냉각공기 제어챔버(152)와 난방공기 제어챔버(154) 사이에 제공되는 분리용 밸브(183), 및 냉각공기 제어챔버(152)와 난방공기 제어챔버(154)에 각각 제공되어 외부와 연결시킬 수 있는 제1 및 제2 배출 밸브(181, 182)를 포함할 수 있다.
그리고, 냉각공기 제어챔버 및 난방공기 제어챔버는 각각 온실과 파이프 혹은 덕트 등을 통해서 연결될 수도 있으나, 본 실시예에서는 난방공기 제어챔버(154)와 온실(40)이 제1 연결배관(102)을 통해서 연결된다. 이렇게 어느 한쪽만 온실과 연결되면, 시공의 간소화가 이루어지고, 열 손실을 줄일 수 있다.
이때, 온실(40)과 연결되는 난방공기 제어챔버(154)에는 제2 배출 밸브(182) 및 난방공기 제어챔버(154)와 온실(40)을 연결하는 제1 연결배관(102)을 분리하는 경로변환 밸브(154)가 설치될 수 있따.
이때, 지하공기의 냉각과 난방 시의 흐름을 구체적으로 설명하면, 냉각을 위하여 냉각챔버(120)에서 냉각된 지하공기는 냉각공기 제어챔버(152)를 지나 온실로 전달된다. 이때, 경로변환 밸브(154) 및 제1 배출 밸브(181)는 닫힘 상태를 유지하고, 분리용 밸브(183)는 열림 상태를 유지할 수 있다.
또한, 난방을 위하여 난방챔버(130)에서 가열된 온실공기는 난방공기 제어챔버(154)를 지나 온실로 다시 전달되며, 이때, 제2 배출 밸브(182) 및 분리용 밸브(183)는 닫힘 상태를 유지하고, 경로변환 밸브(154)는 열림 상태를 유지하게 할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 통해서 온실공기나 지하공기의 난방과 냉방이 이루어지는 각 경우의 공기의 흐름과 제어챔버 내에 포함되어 있는 여러 밸브들의 상태를 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2는 지하공기를 이용하여 온실의 냉방이 이루어지는 경우의 공기의 흐름 및 제어챔버 내의 여러 밸브의 개폐 상태가 표시되어 있다.
도 2를 참조하면, 지하공기를 냉각하여 온실(40)로 전달하는 경우, 증발기(142) 후방에 배치되는 제1 송풍기(162)를 작동시키면, 지하천공(50)에서 지하공기가 흡입챔버(110)로 흡입된다. 흡입챔버(110)에 흡입된 지하공기는 다시 거름망(170)을 거쳐 불순물이 제거된 후, 증발기(142)를 거쳐서 냉각된다. 이렇게 냉각된 지하공기는 제어챔버(150)의 냉각공기 제어챔버(152) 내에서 제1 연결배관(102)을 통해서 온실(40)로 전달될 수 있다.
이때, 제어챔버(150) 내의 여러 밸브 상태를 보면, 먼저, 제1 배출 밸브(181) 및 경로변환 밸브(154)는 닫힘 상태를 유지하고, 분리용 밸브(183)는 열림 상태를 유지한다.
또한, 냉방 시 제어챔버(150)는 냉각챔버(120)를 온실(40)과 연결하면서 난방챔버(130)는 외부와 연결되도록 제2 배출 밸브(182)가 개방될 수 있다. 즉, 찬 공기가 들어와 밀려난 온실공기는 제2 연결배관(104)을 통해서 혼합챔버(115)로 유입되고, 이는 다시 제2 배출 밸브(182)를 통해서 외부로 빠질 수 있다.
또한, 도 3은 온실공기나 외기를 이용하여 온실의 난방이 이루어지는 경우의 공기의 흐름 및 제어챔버 내의 여러 밸브의 개폐 상태가 표시되어 있다.
도 3을 참조하면, 온실공기를 가열하여 다시 온실(40)로 전달하는 경우, 응축기(144) 후방에 배치되는 제2 송풍기(164)를 작동시키면, 온실(40) 내의 온실공기가 제2 연결배관(104)을 통해서 혼합챔버(115)로 흡입된다. 혼합챔버(115)에 유입된 온실공기는 다시 거름망(170)을 거쳐 불순물이 제거된 후, 응축기(144)를 거쳐서 가열된다. 이렇게 가열된 온실공기는 제어챔버(150)의 난방공기 제어챔버(154) 내에서 제1 연결배관(102)을 통해서 온실(40)로 전달될 수 있다. 이 과정에서 적절한 외기가 혼합챔버로 유입될 수도 있다.
이때, 제어챔버(150) 내의 여러 밸브 상태를 보면, 먼저, 제2 배출 밸브(182) 및 분리용 밸브(183)는 닫힘 상태를 유지하고, 경로변환 밸브(154)는 열림 상태를 유지하게 할 수 있다. 이때, 지하천공에서 끌어온 공기는 냉각챔버(120)를 지나 그대로 제1 배출 밸브(181)로 배기될 수 있다. 이는 가열 과정에서는 응축기(144)에서 온실공기로 열이 전달되는데, 이 열이 증발기(142)에서 얻어지는 것이므로, 연중 따뜻한 지하공기로부터 이 열을 얻기 위하여 지하공기를 냉각챔버에서 외부로 순환시키는 것이 바람직하다.
도 4에서는 온실로 이산화탄소를 공급하는 경우의 공기 흐름을 표시하며, 동시에 제어챔버 내의 여러 밸브의 개폐 상태를 표시한다.
이산화탄소는 온실 내의 작물에 꼭 필요한 공기 성분으로 광합성이 이루어지는 주간에는 지하공기를 온실로 보내 이산화탄소를 공급할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 송풍기(162)에 의해서 지하공기가 흡입챔버(110)로 전달된 후에, 냉각챔버(120)에서 가열/냉각되는 과정을 거칠 수 있고, 이 과정에서 제습이 자연스럽게 이루어진다. 한편, 지하공기가 유입되어 밀려나는 온실공기는 제2 연결배관을 통해서 혼합챔버(115)를 거쳐 제2 배출 밸브(182)로 배출될 수 있다.
이 과정에서 여러 밸브의 개폐 여부를 확인하면, 제1 배출 밸브(181) 및 경로변환 밸브(184)는 닫힘으로, 분리용 밸브(183) 및 제2 배출 밸브(182)는 열림으로 설정될 수 있다.
참고로, 도 3과 같이, 냉난방 시스템을 이용하여 온실에 이산화탄소를 공급하기 위한 경우에는 히트펌프는 비 가동 상태를 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100：냉난방 시스템 102：제1 연결배관
104 ：제2 연결배관 110：흡입챔버
120：냉각챔버 130：난방챔버
140：히트펌프 142：증발기
144：응축기 150：제어챔버
152：냉각공기 제어챔버 154：난방공기 제어챔버
162：제1 송풍기 164：제2 송풍기
170：거름망 181：제1 배출 밸브
182：제2 배출 밸브 183：분리용 밸브

Claims (8)

  1. 지하공기를 이용하여 온실의 온도를 조절하는 냉난방 시스템에 있어서,
    지하공기가 수용되는 흡입챔버;
    온실공기 및 외부공기가 수용되는 혼합챔버;
    상기 흡입챔버 내의 지하공기를 받아 냉각시키는 냉각공간을 제공하는 냉각챔버;
    상기 혼합챔버 내의 온실공기 및 외부공기를 받아 가열시키는 가열공간을 제공하는 난방챔버;
    상기 냉각챔버 측에 배치되어 지하공기를 냉각시키는 증발기 및 상기 증발기와 냉매를 공유하도록 일체로 연결되며, 상기 난방챔버 측에 배치되어 온실공기 및 외부공기를 가열시키는 응축기를 포함하는 히트펌프; 및
    상기 냉각챔버에서 처리된 지하공기 및 상기 난방챔버에서 처리된 온실공기 및 외부공기를 외부 혹은 온실로 전달하는 제어챔버;를 포함하며,
    난방 시 상기 제어챔버는 상기 난방챔버를 온실과 연결하면서 상기 냉각챔버를 외부와 연결하고, 냉방 시 상기 제어챔버는 상기 냉각챔버를 온실과 연결하면서 상기 난방챔버를 외부와 연결하는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡입챔버, 상기 혼합챔버, 상기 냉각챔버, 상기 난방챔버, 및 상기 제어챔버는 일체의 박스 형태로 컴팩트하게 제공되며,
    상기 흡입챔버 및 지하공기를 끌어오기 위한 지하천공을 연결하고, 상기 제어챔버 및 온실을 연결하며, 상기 온실 및 혼합챔버를 연결하는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어챔버는 상기 냉각챔버에서 처리된 지하공기 및 상기 난방챔버에서 처리된 온실공기 및 외부공기를 각각 수용하는 냉각공기 제어챔버 및 난방공기 제어챔버를 포함하고,
    상기 냉각공기 제어챔버와 상기 난방공기 제어챔버 사이에 제공되는 분리용 밸브 및 상기 냉각공기 제어챔버와 상기 난방공기 제어챔버에 각각 제공되어 외부와 연결하는 배출 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각공기 제어챔버 및 상기 난방공기 제어챔버 중 상기 온실과 연결된 어느 하나에서, 상기 배출 밸브 및 온실을 향하는 통로를 분리하는 경로변환 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 난방공기 제어챔버 및 온실이 연결되는 경우,
    냉각을 위하여 상기 냉각챔버에서 냉각된 지하공기는 상기 냉각공기 제어챔버를 지나 온실로 전달되며, 상기 경로변환 밸브 및 상기 배출 밸브는 닫힘 상태를 유지하고, 상기 분리용 밸브는 열림 상태를 유지하며,
    난방을 위하여 상기 난방챔버에서 가열된 온실공기 및 외부공기는 상기 난방공기 제어챔버를 지나 온실로 전달되며, 상기 배출 밸브 및 상기 분리용 밸브는 닫힘 상태를 유지하고, 상기 경로변환 밸브는 열림 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 흡입챔버, 상기 냉각챔버, 및 상기 제어챔버를 경유하는 경로 및 상기 혼합챔버, 상기 난방챔버, 및 상기 제어챔버를 경유하는 경로 상에 각각 배치되는 제1 및 제2 송풍 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    온실에 지하공기 내에 포함된 이산화탄소를 공급하기 위한 경우,
    상기 히트펌프는 비 가동시키며, 상기 제1 송풍 팬을 통해서 지하공기를 온실로 공급하는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 흡입챔버 및 상기 냉각챔버 사이와 상기 혼합챔버 및 상기 난방챔버 사이에 배치되는 거름망을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 시스템.
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