KR20150084103A - 온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템(Hybrid cooling ＆ heating system of a green house)에 관한 것으로 온실하우스의 외부에 공간부를 두고 외부 하우스가 이중으로 축조되어 상기 공간부에 형성되는 공기벽과 수막에 의해 온실하우스의 열손실을 방지하고 온실 내부에는 지열(geothermy)과 태양열(solar heat) 및 폐열(waste heat)과 보충적인 전열에너지를 함유한 물을 저장하는 복수의 축열탱크가 구비되어 축열탱크에 저장된 냉수 또는 온수를 이용하여 겨울철에는 온수로, 여름철에는 냉수로 온실하우스의 온도를 제어하여 겨울철의 냉해(冷害)와 여름철의 열화(熱禍)를 방지하고 온실의 온도를 작물의 재배, 또는 양만장의 치어(穉魚)의 생장에 최적의 온도로 유지할 수 있게 된 것이다.

Description

온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템{HYBRID COOLING ＆ HEATING SYSTEM OF A GREEN HOUSE}

본 발명은 온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템(Hybrid cooling ＆ heating system of a green house)에 관한 것으로 보다 상세하게 설명하면, 온실하우스의 외부에 공간부를 두고 외부하우스가 이중으로 축조되어 상기 공간부에 형성되는 공기벽과 수막에 의해 온실하우스의 열손실을 방지하고 온실 내부에는 지열(geothermy)과 태양열(solar heat) 및 폐열(waste heat)과 보충적인 전열 에너지를 함유한 물을 저장하는 복수의 축열탱크가 구비되어 축열탱크에 저장된 냉수 또는 온수를 이용하여 겨울철에는 온수로, 여름철에는 냉수로 온실하우스의 온도를 제어하여 겨울철의 냉해(冷害)와 여름철의 열화(熱禍)를 방지하고 온실의 온도를 작물의 재배, 또는 양만장의 치어(穉魚)의 생장에 최적의 온도로 유지할 수 있게 된 것이다.

계절의 영향을 받지 않고 농작물을 산업적으로 연속 재배하기 위하여 시설재배 하우스. 또는 온실 등이 사용되고 있으며, 온실내부를 작물의 재배에 적합한 온도로 유지하기 위하여 다양한 냉난방 시스템의 선행기술이 알려져 있다.

본원 발명과 관련하여 온실 하우스의 냉난방에 과한 선행기술의 예를 들면 다음과 같다.

① 공기특허공보 공개번호 제10-2006-0092448호(2006.08.23.공개)의 시설재배하우스 및 축양장의 냉난방 시스템은 냉매가스의 압축기와, 상기 압축기의 4방변과, 응축기 및 증발기로 전환되는 실내용 열교환기와, 바닥용 라인으로 연결된 시설재배하우스 및 축양장의 지하에 매설된 바닥 열교환기와, 지하수 회수라인으로 연결된 수막용 노즐과, 폐열회수 및 폐열의 축열탱크로 구성되어 계절에 따라 실내용 열교환기 및 바닥용 열교환기의 응축작용 및 증발작용을 적절히 전환하여 냉난방으로 조절하고 하우스의 외부에 살수노즐을 설치하여 겨울철에 지하수를 살수하여 수막에 의하여 외부 냉기를 차단하고 살수된 물을 회수하여 축열탱크에 저장하여 반복적으로 사용하게 된 것입니다.

② 등록특허공보 제10-1001736호(2010.12.09.공고)의 지열 및 폐열 히트펌프를 이용한 냉난방 자동절환 시스템은 온열을 저장하는 축열탱크와 냉열을 저장하는 축열탱크, 건물 옥상에 배치되는 팬코일유닛과, 건물의 하부에 배치되는 튜브레일, 상기 요소들 간에 연결되는 방향 절환밸브로 구성되어 건물의 온도조건에 따라 히트펌프가 작동하여 온열 및 냉열을 건물 내부에 공급하고 사용되고 남은 폐열을 회수하여 축열탱크에 저장한 다음 저장된 열을 이용하여 온실과 건물의 내부온도에 따라 자동으로 냉난방 및 제습을 자동적으로 수행하게 된 것이다.

③ 공개실용신안공보 공개번호제20-2013-0006709호(2013.11.22 공개)의 바닥축열에 의한 태양열 온실난방시스템은 온실의 바닥에는 바닥축열부를 설치하고 온실의 외부에는 태열열 수집부를 설치하여 낮 동안 태양열을 수집하여 지하의 바닥축열부에 저장하고 밤에는 바닥축열부에 저장된 열을 이용하여 온실을 난방하게 된 것이다.

④ 등록특허공보 등록번호 2p10-0448850호(2004.09.06 공고)의 온실용 중앙귄취식 보온터널 및 보온커튼의 개페장치는 아치형 프레임, 비닐권취용 파이프, 상기 비닐권취용 파이프를 지지하는 서포트 롤러가 부착된 비닐개폐용 홀더를 비닐하우스의 중도리 틀에 고정하는 높이 조절이 가능한 상하 이동볼트로 구성되어 비닐권취용 파이프를 정/역방향으로 회전시키어 작물이 자라는 초소한의 공간을 보온커튼으로 장막을 치어 보온하거나, 보온커튼을 걷어내어 온실의 난방을 조절하게 된 것이다.

⑤ 공기특허공보 공개번호 제10-2012-0021724호(2012.03.09.공개)의 히트파이프를 이용한 시설원예용 고효율 무동력 자연 순환 난방시스템은 비닐하우스의 외부에 고체연료 보일러를 설치하고 원예시설 내부의 바닥부분에 수평형 히트파이프를 설치하며 원예시설의 측벽에는 팬코일유닛의 히트파이프를 설치하여 무동력으로 보일러에서 발생된 고체열료의 열을 히트파이프에 의해 열전달하여 자연 순환으로 난방하게 된 것이다.

상기한 선행기술에는 온실하우스 또는 온실의 냉난방 시스템에 있어서, 태양열, 지열, 또는 전열이나 고체연료의 어느 하나의 열을 전용(專用)하여 난방하게 되어 있고 또한 냉매의 압축팽착작용을 이용하여 응축시의 발열작용과 팽창시의 흡열작용을 이용하여 난방하게 되어 있다.

그러나 어떠한 외적, 또는 내적 원인의 발생으로 온실하우스에 설치된 주열원(主熱源)의 공급이 제대로 이루어지지 못하게 되는 경우 즉시 대용(代用)할 수 있는 냉난방 수단이 결여되어 있기 때문에 작물이나 치어(穉魚) 등이 생장(生長)조건의 온도가 유지되지 못하는, 단 한 번의 냉해나, 열화(熱禍)를 입게 되면 회생(懷生) 불능으로 막대한 경제적 손실을 입게 되는 문제점이 있다.

또 온실하우스의 내부는 낮과 밤의 온도차이가 심하고 또한 여름철과 겨울철의 온도변화가 심하여 순간적으로 많은 량의 열에너지가 소요되는 경우가 빈번하기 때문에 전열, 또는 고체연료만을 사용하여 냉난방하는 경우에는 태양열이나 지열을 사용하는 경우에 비하여 에너지의 경제적 부담이 크게 되는 문제점이 있다.

또 종래 태양열을 이용하는 경우에는 온실하우스의 외부에 별도의 태양의 집열수단을 설치하여 가동해야 되기 때문에 그만큼 시설비용이 상승될 뿐 아니라 비가 오고 흐린 날씨에는 태양 에너지의 집열(集熱)이 어려워서 냉난방 제어도 어렵게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 온실하우스의 상기한 문제점을 시정하기 위하여, 온실 하우스는 열전도가 낮은 공기벽과, 열교환기능이 양호한 수막을 이루는 공간부를 둔 이중 구조로 되어 있고 또 온실 내부에는 지하수 및 지열교환기에 의한 지열과 태양열의 자연에너지 및 보충적으로 사용되는 전열에너지를 저장하는 복수의 축열탱크가 구비되어 자연에너지와 전열에너지를 이용하여 겨울철의 냉해와 여름철의 열화(熱禍)를 방지하고 작물, 또는 치어가 양호하게 생장(生長)할 수 있는 최적의 온도를 유지할 수 있는 온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 작물을 재배하는 온실하우스에 있어서, 온실하우스의 외부에 단열작용이 양호한 공기벽과 수막을 이루는 공간부를 두고 외부하우스가 이중으로 구성되어 온실하우스의 열손실을 방지하고 열 이용률을 보다 높일 수 있는 온실 하우스의 하이브리드 냉난방시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 하우스의 전후 출입구에 구비된 현관에는 이중 도어와, 내 외의 하우스 공간에 공기를 주입하는 송풍기와 온실하우스의 공기를 순환하는 환풍기구 및 팬코일유닛이 구비되어 공기벽에 의한 온실의 열손실방지와 공기의 순환에 의해 온실하우스의 온도를 용이하게 제어할 수 있는 온실 하우스의 하이브리드 냉난방시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 온실하우스의 내부에 지하수와 지열교환기에 의해 얻어진 지열에너지와 하우스의 지붕의 수막을 통하여 얻어지는 태양열 에너지에 의한 온수 및 냉수를 저장하는, 수중히터가 내장된 복수의 축열탱크가 구비되고 축열탱크에 연관된 파이프라인에 의해 수막용 노즐과, 팬코일유닛과, 작물 재배지 및 양만장 등에 적정온도의 물을 공급하여 온실 내부온도를 작물이나 생물의 생장에 최적의 온도로 계속 유지할 수 있는 온실 하우스의 하이브리드 냉난방시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 지열과 태양열을 주로 이용하고 부가적으로 전열을 보충적으로 이용하여 온실의 온도를 제어함으로서 하우스의 냉난방 비용이 경제적으로 절감되고 작물에 대한 냉해와 열화를 방지할 수 있으며 작물의 생장을 촉진하여 수확고(收穫高)를 보다 높일 수 있는 온실 하우스의 하이브리드 냉난방시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 온실하우스에 있어서, 외부온도의 영향을 차단하고 온실하우스의 내부온도를 적정온도로 용이하게 제어하기 위하여, 온실하우스의 외부에 공기벽과 수막을 이루는 공간부를 두고 외부하우스가 구성되어 있고 또 하우스의 내부에는 냉수축열탱크와 지열 및 태양열에 의한 온수를 저장하는 온수축열탱크 및 작물에 급수하기 위한 급수축열탱크가 구비되고 각 축열탱크에 물의 유출관과 유입관으로 된 파이프라인이 펌프와 밸브를 통하여 서로 유기적으로 연결되어 구성된 것이다. 즉,

본 발명에서 터널형의 온실하우스 외부에는 공기벽과 수막을 이루기 위한 공간부를 두고 터널형 외부하우스가 다수의 지지 프레임에 의해 이중으로 축조되어 있다.

상기 온실하우스의 투명성 비닐포지는 지지 프레임의 외측에서 장착되어 있고 외부하우스의 비닐포지는 지지 프레임의 내측에서 장착되어 있다. 이는 공간부에 채워지는 공기압에 의해 하우스의 각 포지가 내측과 외측으로 팽창될 때 각각 포지가 각 지지 프레임에 지지되어 안전성이 유지될 수 있도록 한 것이다.

상기 온실하우스의 지붕에는 길이 방향으로 여러 개의 수막용 노즐이 일정한 간격으로 배치되어 있고 온실하우스의 주위의 바닥에는 노즐에서 온실하우스의 지붕으로 살수된 물이 흐르는 배수로와 상기 배수로의 한 장소에 집수조(集水槽)가 형성되어 있다.

또한 온실하우스와 외부하우스의 앞쪽과 뒤쪽에는 출입구의 현관이 각각 구비되어, 도어가 내외 이중으로 설치되어 있고 또한 현관의 좌우 측벽에는 온실하우수와 외부하우스 사이의 공간부에 공기를 주입하기 위한 송풍기구가 설치되고 현관의 전후 측벽의 상하에는 보수의 환풍기와 팬코일유닛이 배치되어 온실 내부의 공기순환 및 외부환기에 의해 온도를 제어하게 되어 있다.

상기한 구성은 본 발명의 하이브리드 냉난방 시스템을 적용하기 에 적합한 온실 하우스의 구성이다.

상기 온실하우스의 내부에는 냉수를 저장하는 냉수축열탱크와 지열 및 태양열에 의한 온수를 저장하는 온수축열탱크 및 작물의 급수용 급수축열탱크가 구비되어 있다.

상기 냉수축열탱크와 온수축열탱크 및 급수축열탱크는 기본적으로 동일한 형태의 저수탱크이며, 온수축열탱크와 급수축열탱크에는 보조적으로 물을 가열하기 위한 수중히터가 온도조절기와 함께 각각 구비되어 있다.

상기 축열탱크에 구비된 수중히터는 각종 형태의 것을 이용할 수도 있으나 전열선의 외부에 절연재가 다중으로 피복된 난방용 온수관이 내장되어 필요에 따라 축열탱크 별로 선택적으로 물을 가온하여 사용하게 되어 있다.

상기 모든 축열탱크에는 양수펌프가 구비된 지하수를 공급하는 파이프라인이 밸브를 통하여 공통으로 연결되어 있다. 이 지하수는 일정한 수온을 유지하고 있기 때문에 계절에 따라 난방용과 냉방용으로 지하수를 이용할 수 있으며 온실하우스의 온도제어 및 작물, 또는 양만장(養鰻場)의 물로 사용하게 된다.

또 지하에 매립된 지열교환기에 연관된 물의 유출과과 유입관으로 된 파이프라인이 상기 냉수축열탱크와 온수축열탱크 및 급수축열탱크에 공통적으로 펌프 및 밸브를 통해 연결되어 온실에서 사용된 물을 계절에 따라 일정한 온도의 지열에 의해 가온, 또는 냉각할 수 있게 되어 있다.

또한 상기 모든 축열탱크에는 상기 온실하우스의 주위에 구비된 배수로에서 집수된 집수조의 물을 펌프에 의해 회수하여 저장할 수 있는 파이프라인이 밸브를 통하여 관접되어 있고 또한 수막용 노즐 및 작물의 재배지, 또는 양만장, 팬코일유닛에 연관된 파이프라인이 각 축열탱크에 공통으로 펌프및 밸브를 통하여 관접되어 있다.

양만장에는 별도의 정수(淨水)기구 및 수중히터가 구비되어 있어, 비상시에는 자체적으로 수온조절 및 정수에 의해 치어를 보호할 수 있게 되어 있다.

상기 축열탱크와 파이프라인의 구성은 온실 내부온도를 직접 제어하는 요소이다.

상기 온실하우스의 이중 구성과 상기 온도제어에 직접 작용하는 축열탱크와 파이프라인의 구성은 서로 분리할 수 없는 결합체이고 상호 유기적인 협동작용에 의해서 온실하우스의 하이브리드 냉난방 시스템을 가동할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 의하면, 여름철과 겨울철에 따라 자연 에너지를 이용하여 온실 하우스의 내부온도를 작물의 생장에 가장 적합한 온도(20∼28℃)로 제어할 수 있다.

겨울철에는 주로 난방을 위한 온도를 제어하게 되고 여름철에는 주로 냉방을 위한 온도를 제어하게 된다.

또 겨울철이나 여름철에 구분 없이 각 축열탱크에는 지하의 양수펌프에 의하여 지하수를 각 축열탱크에 채워 둔다. 지하수는 지하의 깊이에 따라 다르지만 약 10∼15℃의 온도를 유지하고 있으므로 지하수는 여름철에는 냉방용으로 사용되고 겨울철에는 난방용으로 사용된다.

겨울철에도 각 축열탱크에 저장된 지하수에 의해 10∼15℃의 온도의 열량이 확보되어 있다.

또한 온실하우스와 외부하우스 사이의 공간부에는 현관의 좌우 측면에 구비된 송풍기에 의해 공기를 주입하여 통상의 외부 기압 보다 약간 높은 기압(약 0.1기압정도 높게)으로 유지한다. 이 때 온실하우스 및 외부하우스의 비닐포지는 각각 내외 측으로 팽창되며 팽창되는 각 비닐포지는 다수의 프레임에 지지된 상태에서 외부의 바람에 몰입되지 않고 일정한 간극의 공기벽을 이루게 된다. 이 공기벽은 온실하우스의 외부온도의 영향을 차단하고 온실하우스의 내부온도를 유용하게 제어할 있게 돕는다.

겨울철의 맑은 날씨에는 외부하우스 및 온실하우스의 투명성 비닐포지를 투과하는 태양의 복사열에 의해 외부는 영하(零下)의 온도인 경우에도 온실내부는 영상(零上)의 온도로 유지될 뿐 아니라 시간의 경과에 따라 온실내부의 복사열이 축열되면서 30∼40℃ 이상으로 상승되기도 한다.

작물의 성장에 유효한 20∼28℃ 보다 높은 온도가 되면 작물이 스트레스를 받게 되어 도리어 작물의 생장에 장해를 주게 된다.

이 경우에는 온실내부의 온도를 적정온도로 조절할 필요가 있다.

따라서 냉수축열탱크에 관접된 수막용 노즐에 연관된 파이프라인의 밸브를 개방하여 수막용 노즐을 통하여 온실하우스의 지붕에 살수하여 수막을 형성한다. 상기 수막에 의해 온실하우스의 내부로 외부의 태양광선의 투과를 어느 정도 억제하는 동시 태양광선의 복사열이 수막에서 열교환작용이 이루어져 약 10℃의 냉수의 수막은 그 이상의 온도로 가온되고 온실하우스의 지붕을 따라 아래로 흘러 배수로를 통하여 집수조로 집수된다.

집수조에 집수된 물은 온수축열탱크, 또는 급수축열탱크에 펌프와 밸브의 조작에 의해 회수하여 저장한다. 이는 태양열 에너지를 회수하여 온수축열탱크, 또는 급수축열탱크에 저장하는 것이어서 별도의 태양의 집열판 시설이 없이, 태양열 에너지를 얻을 수 있는 경제적인 이점이 있다.

온실하우스의 지붕에 살수하여 수막을 형성하는 것만으로도 온실내부온도가 어느 정도 조절된다.

겨울철의 야간에는 태양광이 없고 외부로부터 열에너지 공급이 없기 때문에 낮 동안 이루어진 온실내부의 적정온도가 잠차 하강된다.

이 때, 온수축열탱크에 관접된 팬코일유닛의 파이프라인의 밸브를 개방하여 온실내부에 구비된 팬코일유닛, 또는 현관에 구비된 팬코일유닛에 온수를 공급하여 온수에 함유된 열을 온실내부에 공급한다.

한편, 온실하우스와 외부하우스 사이의 공간부에는 공기벽이 형성되어 있기 때문에 외부하우스의 외부에는 온실하우스로 전달되는 냉기가 공기벽에 의해 차단되고 또한 온실하우스의 외부로 열이 손실되는 것이 방지되기 때문에 온실내부의 온도는 상기 팬코일유닛에서 공급되는 온풍에 의해 적정온도를 유지하게 된다.

또한 급수축열탱크에 관접된 급수용 파이프라인의 밸브를 개방하여 작물 재배지에 직접 물을 공급하거나 작물의 상부에서 살포하여 작물의 성장에 필요한 수분을 충족시킨다.

특히 겨울철에 추위가 심하여 지열과 태양열 에너지만으로는 온실내부를 적정온도로 유지하기에 부족한 경우에는 온수축열탱크 및 급수축열탱크에 구비된 수중히터를 가동하여 수온을 보다 높이어 팬코일유닛 등에 온수를 공급하여 난방하면 된다.

또한 심함 추위에는 상기 온수를 작물 재배지의 지중에 공급하여 재배지의 동결방지 및 작물의 한해(寒害)를 방지한다.

전열 에너지는 지열과 태양열만으로 부족한 경우에만 보조적으로 사용하기 때문에 온실의 난방비용을 대폭으로 절감할 수 있다.

또한 온수를 온실하우스의 지붕에 살포하여 온실하우스의 외부에서 온실을 보온할 수도 있다. 이때 수막의 물은 배수로를 통하여 집수조에 집수됨으로 이를 온수탱크에 저장하여 폐열을 다시 사용할 수 있다.

또한 겨울철에 양만장의 수온이 지나치게 낮은 경우에는 상기한 온수축열탱크, 또는 급수축열탱크의 물을 양만장에 공급하여 어류가 활동하기에 적합한 수온을 유지시킨다. 또 양만장에는 자체적으로 수온을 제어하기 위하여 수중히터가 구비되어 있으므로 비상시에 용이하게 대처할 수 있고 또한 물의 정화기구가 구비되어 있어 물을 정화(淨化)할 수 있다.

여름철에는 대기온도가 높기 때문에 온실하우스는 냉방을 위한 온도제어를 하게 된다. 즉, 현관에 구비된 환풍기를 가동하여 온실의 내부공기를 외부로 순환시키어 온실의 내부열을 외부로 방출한다. 또한 강열한 태양광선이 외부하우스와 온실하우스의 비닐포지를 투과하여 온실내부에 복사열을 주기 때문에 냉수축열탱크의 냉수를 파이프라인을 통하여 수막용 노즐에 공급하여 온실하우스의 지붕에 수막을 형성한다.

상기 수막이 겨울철에는 지열을 함유하고 있는 지하수에 의한 보온작용을 하게 되나, 여철에는 지하수의 수온보다 대기온도가 보다 높기 때문에 냉수가 온실하우스의 냉각작용을 하게 된다.

온실 하우스의 지붕에서 아래의 배수로에 흐르는 수막의 물은 태양열을 함유하고 있어 수막에 사용되는 냉수보다 수온이 높게 된다. 수온이 높게 된 배수로에 흐르는 물은 각 축열탱크에 저장하고 이를 지열교환기에 연관된 파이프라인을 통하여 펌프에 의해 축열탱크에 저장된 물을 순환시키어 태양열에 의해 더워 진 물을 냉각시키고 각 축열탱크에 다시 저장하여 두고 사용한다,

또한 상기 각 축열탱크에 저장된 냉수는 팬코일유닛으로 공급하여 팬코일유닛에 공급된 냉수에 의해 냉각된 공기를 온실 내부에 순환시키어 온실의 내부온도를 작물의 생장에 최적의 온도로 제어한다.

상기와 같이 본 발명은 지열과, 태양열 및 전열을 이용하여 각 축열탱크에 이들 열에너지가 포함된 물을 저장한 다음 이에 관접된 파이프라인을 통하여 펌프 및 밸브의 조작으로 수막용 노즐과, 팬코일유닛과, 작물의 재배지 및 양만장에 온수, 또는 냉수를 컴퓨터에 의해 적절하게 자동적으로 제어하여 겨울철이나 여름철을 구분하여 온실의 내부온도를 작물의 생장에 최적의 온도로 제어할 수 있고 작물의 냉해, 또는 열화를 방지하여 온실에 의한 작물의 수확을 보다 높일 수 있다.

본 발명은 작물을 재배하는 온실하우스에 있어서, 온실하우스의 외부에 단열작용이 양호한 공기벽과 수막을 이루는 공간을 두고 외부하우스가 이중으로 구성되어 있기 때문에 온실하우스의 열손실을 방지하고 열 이용률을 보다 높일 수 있다.

또 하우스의 전후 출입구에 구비된 현관에는 이중 도어와, 내 외의 하우스 공간에 공기를 주입하는 송풍기 및 온실하우스의 공기를 순환하는 환풍기구 및 팬코일유닛이 구비되어 있기 때문에 공기벽과 공기의 순환에 의해 온실하우스의 온도를 용이하게 제어할 수 있다.

또한 온실하우스의 내부에 지하수와 지열교환기에 의해 얻어진 지열에너지와 하우스의 지붕을 통하여 얻어지는 태양열 에너지에 의한 온수 및 냉수를 저장하는 전열기구가 구비된 복수의 축열탱크가 구비되고 축열탱크에 연관된 파이프라인에 의해 수막용 노즐과, 팬코일유닛과, 작물 재배지 및 양만장 등에 적정온도의 물을 공급할 수 있게 되어 있기 때문에 온실 내부온도를 작물이나 생물의 생장에 최적의 온도로 계속 유지할 수 있다.

또한 지열과 태양열을 주로 이용하고 부가적으로 전열을 보충적으로 이용하여 온실의 온도를 제어하기 때문에 하우스의 냉난방 비용이 경제적으로 절감되고 작물에 대한 냉해와 열화를 방지할 수 있으며 작물의 생장을 촉진하여 작물의 수확고를 보다 높일 수 있는 여러 가지 효과가 있다.

도1은 본 발명의 온실하우스의 평면 개략도
도2는 본 발명의 온실하우스의 측단면 계략도
도3은 본 발명의 온실하우스의 정단면 계략도
도4는 본 발명의 하이브리드 냉난방 시스템의 예시도

본 발명의 한 실시예를 첨부 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1, 도2및 도3에 표시된 바와 같이, 온실하우스에 있어서, 다수의 지지 프레임(b1)에 의해 투명성 비닐포지(t1)가 장막을 친 터널형의 온실하우스(H1)의 외부에 일정한 간격의 공간부(a)를 두고 다수의 지지프레임(b2)에 의해 투명성 비닐포지(s2)가 장막을 친 터널형의 외부 하우스(H2)가 이중으로 축조되어 있다.

상기 온실하우스(H1)의 투명성 비닐포지(t1)는 지지 프레임(b1)의 외측에 장착되어 있고 외부하우스(H2)의 투명성 비닐포지(t2)는 지지 프레임(b2)의 내측에 장착되어 있다. 이는 공간부(a)에 채워지는 공기압에 의해 하우스(H1)(H2)의 각 비닐포지(t1)(t2)가 내측과 외측으로 팽창될 때 각각 비닐포지(t1)(t2)가 각 지지 프레임(b1)(b2)에 안전하게 지지될 수 있도록 한 것이다.

도2에 표시된 바와 같이, 상기 온실하우스(H1)의 지붕에는 길이 방향으로 여러 개의 수막용 노즐(n)이 일정한 간격으로 배치되어 있고 상기 온실하우스(H1)의 주위의 바닥에는 상기 노즐(n)에서 온실하우스(H1)의 지붕으로 살수된 물이 흐르는 배수로(u)와 상기 배수로(u)의 한 장소에 집수조(c)가 형성되어 있다. 상기 배수로(u)는 바닥면 보다 낮은 도랑이며 비닐포지나 시멘트, 홈통 등의 소재로 축조할 수 있다.

또한 도1, 도2 및 도3에 표시된 바와 같이, 상기 온실하우스(H1) 및 외부하우스(H2)의 앞쪽과 뒤쪽에는 출입구의 현관(F)이 각각 구비되고 도어(d)가 내외 이중으로 설치되어 있으며, 또한 현관(F)의 좌우 측벽에는 온실하우수(H1)와 외부하우스(H2) 사이의 공간부(a)에 공기를 주입하기 위한 송풍기구(f)가 각각 설치되고 현관(F)의 전후 측벽의 상하에는 복수의 환풍기(f1) 및 팬코일유닛(fu)이 배치되어 온실 내부의 공기순환 및 외부환기에 의해 온도를 제어하게 되어 있다.

상기한 온실하우스(H1) 및 외부하우스(H2)의 구조는 공지된 것이나, 하우스를 이중으로 구성한 것은 온실하우스의 외부온도의 영향을 차단하고 온실하우스(H1)의 내부에서 하이브리드 냉난방 시스템(HS)을 용이하게 적용하기 위해 공간부(a)에 의한 공기벽(a)을 구성하기 위한 것이다.

도1및 도2에서 상기 온실하우스(H1)의 내부에 본 발명의 하이브리드 냉난방 시스템(HS) 및 작물의 재배지(G)와 양만장(W)이 모듬으로 표시되어 있으나, 이는 온실하우스(H1)의 작물 재배지(G) 및 양만장(W)에 대한 본 실시예의 하이브리드 냉난방 시스템(HS)의 관계를 설명하기 위하여 그렇게 표시된 것이며, 실제는 각각의 온실하우스에 작물 재배지(G), 또는 양만장(W)이 별도로 형성되고 본 발명의 하이브리드 냉난방시스템(HS)은 동일하게 적용된다. 따라서 온실하우스(H1)의 내부에 작물 재배지(G), 또는 양만장(W)이 형성되어 있어서도 하이브리드 냉난방 시스템(HS)이 각각 설치된다.

도4는 본 발명의 하이브리드 냉난방 시스템(HS)의 예시도이다. 상기 하이브리드 냉난방 시스템(HS)은 냉수를 저장하는 냉수축열탱크(T1)와 지열 및 태양열에 의한 온수를 저장하는 온수축열탱크(T2) 및 작물 급수용 급수축열탱크(T3)가 구비되어 있다.

상기 냉수축열탱크(T1)와 온수축열탱크(T2) 및 급수축열탱크(T3)는 기본적으로 동일한 형태의 합성수지제의 저수탱크이며, 상기 온수축열탱크(T2)와 급수축열탱크(T3)에는 보조적으로 물을 가열하기 위한 수증히터(hp1)(hp2)가 각각 구비되어 있다.

상기 축열탱크(T2)(T3)에 구비된 수증히터(hp1)(hp2)는 전열선의 외부에 절연재가 다중으로 피복된 통상의 난방용 온수관이며, 온도조절기와 함께 내장되어 필요에 따라 축열탱크 별로 선택적으로 물을 적정온도로 가온하게 되어 있다.

상기 모든 축열탱크(T1)(T2)(T3)에는 지하의 심정(深井)(gw)에 설치된 양수펌프(p1)와 지하수의 공급 파이프라인(L1)이 밸브(v1)(v2)(v3)를 통하여 공통으로 관접되어 지하수를 공급하게 되어 있다.

또 지하에 매립된 지열교환기(hx)에 연관된 파이프라인(L2)의 유출관(ℓa)과 유입관(ℓb)이 펌프(p2)및 밸브(v4)(v5)(v6)(v7)를 통하여 상기 냉수축열탱크(T1)와 온수축열탱크(T2)에 공동으로 연관되어 온실에서 사용된 물을 지열교환기(hx)로 순환시키어 계절에 따라 가온된 온수, 또는 냉각된 냉수로 사용할 수 있게 되어 있다.

또한 상기 모든 축열탱크(T1)(T2)(T3)에는 상기 온실하우스(H1)의 주위에 구비된 배수로(u)에서 집수된 집수조(c)의 물을 펌프(p3)에 의해 퍼오릴 수 있는 파이프라인(L3)이 밸브(v8)(v9)(v10)를 통하여 관접되어 있다

또한 복수의 팬코일유닛(fu)에 일방향 밸브(v17)(v18)를 통하여 관접된 파이프라인(L7)의 유출관(ℓa)과 유입관(ℓb)에 상기 각 축열탱크(T1)(T2)(T3)에 각각 관접된 파이프라인(L4)(L5)(L6)의 각 유출관(ℓa)및 유입관(ℓb)이 펌프(p4)(p5)(p6) 및 밸브(v11,v14),(v12,v15),(v13,v16)을 통하여 관접되어 있다.

또 수막용 노즐(n)의 파이프라인(L12)에 각 축열탱크(T1)(T2)의 파이프라인(L4)(L5)의 유출관(ℓa)에 밸브(v19)(v20)을 통하여 연관되어, 필요에 따라 각 축열탱크(T1)(T2)로부터 온수나 냉수가 공급되어 온실 하우스(H1)의 지붕에서 수막(wm)을 형성할 수 있게 되어 있다.

또한 작물의 재배지(G)에 노즐(n1)을 통하여 살수 하거나 지중에 급수하는 파이프라인(L10)이 밸브(v21)를 통하여 상기 급수축열탱크(t3)의 파이프라인(L6)의 유출관(ℓa)에 관접되어 있고 또한 양만장(W)에 급수하는 파이프라인(L11)의 유출관(ℓa)과 유입관(ℓb)이 냉수출열탱크(T1)에 관접된 파이프라인(L4)의 유출관(ℓa)및 유입관(ℓb)에 각각 관접되어 있다.

또한 상기 양만장(W)에는 별도의 정수기구(ft)가 순환펌프(p7)와 밸브(v23)를 통하여 물의 정화가 가능하게 구비되어 있고 또 수중히터(hp3)가 양만장(G)의 바닥에 내장되어 비상시에는 자체적으로 수온조절 및 정수에 의해 치어를 보호할 수 있게 되어 있다.

상기 하이브리드 냉난방 시스템(HS)은 중앙제어 컴퓨터(PC)에 저장된 프로그램에 의해 온도 및 습도 감지기의 감지신호에 따라 자동적으로 작동할 수 있게 구성된 것이다.

이와 구성된 본 발명은 여름철에는 주로 온실하우스(H1)의 냉방을 제어하고 겨울철에는 주로 온실하우스(H1)의 난방을 제어하며, 자연 에너지를 이용하여 작물의 생장에 가장 적합한 온도(20∼28℃)로 유지한다. 즉,

냉수축열탱크(T1)과 온수축열탱크(T2) 및 급수축열탱크(T3)에는 심정(深井)(gw)의 양수펌프(p1)에 의하여 지하수를 파이프라인(L1)과 밸브(v1)(v2)(v3)를 통하여 채워 둔다. 지하수는 계절에 관계없이 약 10∼15℃의 온도를 유지하고 있으므로 지하수는 여름철에는 냉방용으로 사용되고 겨울철에는 난방용으로 사용된다.

겨울철에는 각 축열탱크(T1)(T2)(T3)에 저장된 지하수에 의해 10∼15℃ 온도의 열량이 확보되어 있다.

또한 온실하우스(H1)와 외부하우스(H2) 사이의 공간부(a)에는 현관(F)의 좌우 측면에 구비된 송풍기(f)에 의해 공기를 주입하여 통상의 외부 기압 보다 약간 높은 기압(약 0.1기압정도 높게)으로 유지한다. 이 때 온실하우스(H1) 및 외부하우스(H2)의 비닐포지(t1)(t2)는 각각 내외 측으로 팽창되나 다수의 지지 프레임(b1)(b2)에 지지되기 때문에 외부의 바람에 비닐포지(t1)(t2)가 몰입(沒入)되지 않고 공간부(a)에 상응한 공기벽을 이룬다. 이 공기벽에 의해 외부하우수(H2)를 통한 냉기의 전달을 방지하고 또한 온실하우스(H1)로부터의 열손실을 방지하게 된다. 따라서 온실하우스(H1)의 온실 온도를 유용하게 제어할 있다.

겨울철의 맑은 날씨에는 외부하우스(H2) 및 온실하우스(H2)의 투명성 비닐포지(t2(t1)를 순차적으로 투과하는 태양의 복사열에 의해 외부는 영하(零下)의 온도인 경우에도 온실내부는 영상(零上)의 온도로 유지될 뿐 아니라 시간의 경과에 따라 온실내부의 복사열이 축열되면서 30∼40℃ 이상으로 상승되기도 한다.

작물의 생장에 유효한 20∼28℃ 보다 높은 온도가 되면 작물이 스트레스를 받게 되므로 이 경우에는 온도감지기의 감지신호에 의해 중앙제어(hp1)에 의해 온실하우스(H1)의 유효한 온도가 보충될 수 있는 온도로 가온된다. 상기 온수축열탱크(T2)에는 지하수가 저장되어 있고 지하수는 약 10℃∼15℃의 온도가 유지되어 있기 때문에 작물의 성장에 적정온도인 20∼28℃를 유지하기 위하여 약 10℃정도 더 가열하면 된다.

가열된 온수는 온수축열탱크(T2)의 밸브(v12)가 개방되는 동시 펌프(p5)가 가동되어 파이프라인(L5)의 유출관(ℓa)을 통하여 팬코일유닛(fu)의 파이프라인(L7)의 유출관(ℓa)으로 공급되어 일방향 밸브(v17)(v18)에 의해 일방향으로 온수가 순환되면서 온실내부에 구비된 팬코일유닛(fu), 또는 현관(F)에 구비된 팬코일유닛(fu)에 온수가 공급되는 동시 팬이 가동되어 온수에 함유된 열이 온실하우스(H1)의 내부에 공급되어 하강되는 온도를 보상한다.

상기 팬코일유닛(fu)의 파이프라인(L7)의 유출관(ℓa)으로 유입된 물은 유입관(ℓb)을 통하여 파이프라인(L5)의 유입관(ℓb)으로 유입되어 온수축열탱크(T2)로 돌아오고 가온된 물은 연속적으로 상기한 파이프라인(L5)(L7)을 통하여 팬코일유닛(fu)에 공급되어 적정온도의 난방이 유지된다.

한편, 작물 재배지(G)의 수분이 적게 되면 수분 감지센서에 의해 주앙제어 컴퓨터(CP)의 제어신호에 따라 급수축열탱크(T3)에 관접된 파이프라인(L6)의 밸브(v13)와 급수용 파이프라인(L10)의 밸브(v21)이 개방되어 급수되어 노즐(n1)에 급수되며, 상기 노즐(n1)에 의해 작물의 상부에서 살포하여 작물의 성장에 필요한 수분을 충족시킨다.

특히 겨울철에 한파가 심하여 작물 재배지(G)가 동결될 우려가 있는 경우에는 상기 급수축열탱크(T3)에 구비된 수중히터(hp2)에 의해 적정온도로 가온될 물이 파이프라인(L6)의 유출관(ℓa)과 급수용 파이프라인(L10)을 통하여 도시되지 않은 지중에 매설된 급수관을 통하여 지중에 온수가 급수되어 작물의 냉해가 방지된다.

또한 겨울철에 양만장(W)의 수온이 지나치게 낮은 경우에는 양만장(W)에 구비된 수증히터(hp3)의 가동에 의해 어류가 활동하기에 적합한 수온을 유지시킨다. 또 양만장(W)의 물은 냉수축열탱크(T1)로부터 파이프라인(L11)을 통하여 적정온도의 물이 공급되고 물이 흐린 경우에는 양만장(W)에 구비된 펌프(p7)와 필터기구(ft)에 의해 물이 깨끗하게 정화되어 치어들이 건강하게 자랄 수 있다.

여름철 낮에는 대기온도가 상당히 높기 때문에 온실하우스(H1)는 냉방을 위한 온도제어를 하게 된다. 즉, 온실하우스(H1)의 내부 온도를 감지하는 온도감지센서에 의해 중앙제어 컴퓨터(CP)의 제어신호에 따라 현관(F)에 구비된 환풍기(f1)가 가동되어 온실의 내부공기가 내외로 순환되어 온실의 내부열이 외부로 방출된다. 또한 강열한 태양광선이 외부하우스(H2)와 온실하우스(H1)의 비닐포지(t2)(t1)를 수차적으로 투과되어 온실내부에 복사열이 축적되이 때문에 온실하우스(H1)의 내부 온도는 더욱 상승된다. 따라서 냉수축열탱크(T1)의 파이프라인(L4)이 밸브(v11)가 개방되고 펌프(p4)가 가동되어 파이프라인(L4)(L8)과 수막용 노즐(n)의 파이프라인(L12)으로 공급되는 동시 밸브(v19)가 개방되어 수막용 노즐(n)에서 냉수가 살수되어 온실하우스(H1)의 지붕에서 아래 부분까지 냉수의 수막(wm)이 형성되어 외부 태양광선의 투과가 억제되는 동시 복사열이 냉각된다.

한편, 상기 냉구축열탱크(T1)에서 공급되는 일부의 냉수는 파이프라인(L4)을 통하여 팬코일유닛(fu)에 공급되어 팬의 가동에 따라 온실 하우스(H1)의 내부에 찬 공기를 순환시키어 내부온도를 저하시킨다.

이러한 냉수에 의한 온수하우스(H1)의 외부에 수막이 형성되어 태양관선의 투과가 어제되는 동시 복사열이 냉각되고 또한 팬코일유닛(fu)에 의한 냉공기의 순환에 의해 온수하우스(H1)는 작물의 성장에 적정온도로 유지된다.

여름철 야간에도 온실하우스(H1)의 내부온도의 사정에 따라 온도감지센서의 감지신호와 중앙제어 컴퓨터(CP)의 제어동작신호에 의해 상기와 같은 냉방작용이 적절하게 실행된다.

또한 상기한 온실우스(H1)의 지붕에서 아래의 배수로(u)에 흐르는 수막의 물은 태양열을 함유하고 있어 지하수에 비하여 수온이 높다. 수온이 높게 된 배수로(u)의 물은 집수조(c)에서 온수축열탱크(T2) 및 냉수축열탱크(T1)에 저장하고 저장된 물은 파이프라인(L2)의 유출관(ℓa)과 유입관(ℓb)을 통하여 펌프(p2)의 가동과 밸브(v4)(v5)(v6)(v7)의 개방에 의해 지열교환기(hx)로 순환시키어 지열교환기(hx)의 열교환작용에 의해 냉각된 냉수를 사용한다,

여름철에는 모든 축열탱크(T1)(T2)(T3)에 지하수가 저장되며 별도로 수중히터는 가동할 필요가 거의 없다.

상기와 같이 본 발명은 지하수에 의한 지열과, 태양열 및 전열을 이용하여 각 축열탱크에 이들 열에너지가 포함된 물을 저장한 다음 이에 관접된 파이프라인을 통하여 펌프 및 밸브의 조작으로 수막용 노즐과 팬코일유닛과 작물의 재배지와 양만장에 온수, 또는 냉수를 컴퓨터의 제어신호에 의해 적절하게 자동적으로 공급되어 사계절을 통하여 온실의 내부온도를 작물의 생장에 최적의 온도로 제어할 수 있고 작물의 냉해, 또는 열화를 방지하여 온실에 의한 작물의 수확을 보다 높일 수 있다.

H1 : 온실 하우스 H2 : 외부하우스 L : 파이프라인 T : 축열탱크
F : 현관 G : 작물 재배지 W : 양만장
HS : 하이브리드 냉난방시스템
b : 지지프레임 c : 집수조 d : 도어 n : 노즐 p : 펌프 t : 비닐포지
v : 밸브 u : 배수로 f : 송풍기 f1 : 환풍기 fu : 팬코일유닛
hp : 수중히터 gw : 심정 hx : 지열교한기

Claims (7)

1. 온실하우스에 있어서, 공기벽과 수막을 이루는 공간부를 두고 현관을 통하여 출입할 수 있게 외부하우스가 외부에 축조된 온실하우스와;
   온실내부에 설치된 지하수의 냉수를 저장하는 냉수축열탱크와 지열과 태양열에 의한 온수 및 수중히터에 의해 가온된 온수를 저장하는 온수측열탱크 및 작물의 재배지에 급수하는 급수축열탱크와;
   지하수 공급용 파이프라인과, 지하열교환기의 파이프라인과, 배수로의 집수조의 물을 회수하는 파이프라인과, 수막용 노즐에 급수하는 파이프라인과, 작물 재배지에 급수하는 파이프라인과, 양만장에 급수하는 파이프라인, 및 팬코일유닛에 급수하는 파이프라인이 펌프와 밸브를 통하여 상기 각 축열탱크에 관접된 파이프라인:
   으로 결합되어 구성된 것을 특징으로 하는 온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템.
2. 제1항에 있어서,
   온실하우스와 외부하우스의 공간부를 관통하는 앞쪽과 뒤쪽의 출입구에 이중으로 도어가 설치된 현관이 구비되고 상기 현관에 상기 공간부에 공기를 주입하여 공기벽을 형성하는 송풍기와, 온실하우스의 내부공기를 온실의 내외로 순화시키는 환풍기 및 온풍과 냉풍을 송풍하는 팬코일유닛이 구비된 것을 특징으로 하는 온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템.
3. 제1항에 있어서,
   온실하우스의 지붕 위쪽에 여러 개의 수막용 노즐이 파이프라인을 통하여 각 축열탱크와 연관되게 설치되고 온실하우스 외부의 바닥에는 수막의 물이 흐르는 배수로와 집수조가 구비된 것을 특징으로 하는 온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템.
4. 제1항에 있어서,
   냉수축열탱크와 온수축열탱크 및 급수축열탱크에 지하수의 공급 파이프라인과 집수조의 파이프라인이 공통으로 펌프와 밸브를 통하여 관접되어 지열이 함유된 지하수와 폐열이 함유된 배수로의 물을 저장하게 된 것을 특징으로 하는 온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템
5. 제1항에 있어서,
   복수의 팬코일유닛에 연결된 파이프라인이 냉수측열탱크와 온수축열탱크 및 급수축열탱크의 각 파이프라인이 공통으로 밸브를 통하여 연관되어 팬코일유닛에 온수나 냉수가 순환되어 온실하우스의 내부온도를 제어하게 된 것을 특징으로 하는 온실하우스의 하이브리드 냉방시스템
6. 제1항에 있어서,
   지하열교환기의 파이프라인이 냉수축열탱크와 온수축열탱크에 밸브와 펌프를 통하여 공통으로 관접되어 지열교환기에 의해 냉수축열탱크 및 온수축열탱크의 물을 여름철에는 냉수로, 겨울철에는 온수로 지열을 교환하여 사용하게 된 것을 특징으로 하는 온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템.
7. 제1항에 있어서,
   작물재배지의 급수 파이프라인은 급수축열탱크의 파이프라인에 관접되고 양만장의 파이프라인은 냉수축열탱크의 파이프라인에 관접하여 작물재배지와 양만장에 급수하게 된 것을 특징으로 하는 온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템.

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