KR20200007400A - 온실 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온실 시스템 및 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 온실 시스템은 온실 내부의 보온을 위하여 마련된 보온 스크린; 온실 외부 조도, 상기 보온 스크린에 의하여 차폐된 영역의 내부 온도, 및 상기 보온 스크린에 의하여 차폐된 영역의 외부 온도에 관한 정보 중 적어도 하나의 정보를 기초로 상기 보온 스크린의 개폐 여부를 결정하는 개폐판단부; 및 상기 개폐판단부의 결정에 대응하여 상기 보온 스크린의 개폐동작을 제어하는 개폐제어부를 포함할 수 있다.
이에 의하면, 조도, 온도 등을 구체적으로 고려하여 보온 스크린의 개폐 여부를 결정함으로써 에너지 비용을 절감하면서도 작물 생장을 도모할 수 있는 효과적인 보온 스크린 운용 솔루션을 제공할 수 있게 된다.

Description

온실 시스템 및 이의 제어 방법{GREENHOUSE SYSTEM AND MANAGEMENT METHOD THEREOF}

본 발명은 온실 시스템 및 온실 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 에너지 손실을 고려하여 보온 스크린의 개폐를 제어하는 온실 시스템 및 온실 제어 방법에 관한 것이다.

보온 스크린은 온실이나 하우스 내부 공간의 보온을 위하여 필요시 덮거나 개방하는 비닐이나 보온자재를 의미하는 것으로, 보온 커튼, 보온 터널 등으로도 지칭되고 있다. 보온 스크린의 차폐를 통하여 불필요한 난방 공간을 줄일 뿐 아니라 외부로의 열손실을 최소화하고 외부에서 유입되는 냉기를 차단할 수 있어 특히 겨울철 난방비 절감을 위하여 많이 활용되고 있다.

대다수의 온실에서 보온 스크린을 활용하는 모습을 살펴보면, 야간에는 보온 스크린을 덮어 보온 효과를 높이고 주간에는 보온 스크린을 개방하고 있다. 이때, 보통 보온 스크린의 개방은 일출 시각 이전에 이루어지고 있다. 이와 같이, 일출 전에 보온 스크린을 개방하는 것은 작물의 광합성을 위한 것이나, 일출직후에 온실 내 조도가 광보상점에 미치지 못함으로 인하여 실질적으로 보온 스크린의 개방 효과를 얻지 못하는 경우가 많다. 더욱이 온실 중간층의 낮은 온도가 보온 스크린을 통하여 보온되던 내부로 유입되어 온도의 급강하가 발생하기 때문에 이를 방지하기 위하여 보온 스크린 개방 직후에는 난방장치를 세게 가동해야 하는데, 이때 전체 연료 사용량의 약 40%가 소모되는 것으로 알려져 있다.

한국공개특허 제2001-0099543호를 비롯하여 보온 스크린의 개폐를 자동으로 개폐하기 위한 기계적 구조나 메커니즘 측면에서는 여러 기술이 소개되어 왔으나, 에너지 손실의 최소화와 작물의 광합성을 동시에 만족시키도록 보온 스크린의 개폐를 최적 제어하는 보온 스크린의 운용 측면에서는 효과적인 솔루션이 제공되지 못하고 있는 실정이다.

농가의 에너지 비용 절감을 위하여 정부에서도 농가에 보온 스크린을 공급하고 있으나, 보온 스크린의 운용은 농가마다 주먹구구식으로 이루어지고 있어 고비용을 들여 설치한 보온 스크린의 효과를 충분히 누리지 못하고 있다. 에너지 비용과 작물 생장을 모두 고려하여 보온 스크린의 개폐를 최적 제어할 수 있는 운용 솔루션이 마련된다면 시설 원예의 경제성 및 효율성을 크게 도모할 수 있을 것으로 기대된다.

한국공개특허 제2001-0099543호(2001.11.09)

본 발명은 전술된 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에너지 손실을 줄이기 위한 보온 스크린의 본래 목적을 달성하면서도 작물의 광합성을 도모하기 위한 보광과 연계하여 보온 스크린을 운용하는 온실 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적은 본 발명의 일 양태에 따른 온실 시스템에 있어서, 온실 내부의 보온을 위하여 마련된 보온 스크린; 온실 외부 조도, 상기 보온 스크린에 의하여 차폐된 영역의 내부 온도, 및 상기 보온 스크린에 의하여 차폐된 영역의 외부 온도에 관한 정보 중 적어도 하나의 정보를 기초로 상기 보온 스크린의 개폐 여부를 결정하는 개폐판단부; 및 상기 개폐판단부의 결정에 대응하여 상기 보온 스크린의 개폐동작을 제어하는 개폐제어부를 포함하는 온실 시스템에 의하여 달성될 수 있다.

여기서, 상기 온실 외부 조도에 관한 정보는 온실 외부에 설치된 조도 센서를 통하여 센싱되거나, 온실 내부 조도, 현재 시간, 날씨 및 온실 외부 온도 중 적어도 어느 하나를 기초로 추정하여 획득될 수 있다.

아울러, 상기 차폐된 영역의 외부 온도는 차폐된 상태의 상기 보온 스크린과 인접하는 온실 내부 중간층 온도이고, 상기 개폐판단부는, 상기 온실 외부 온도와 상기 온실 내부 중간층 온도의 상관관계를 규정한 온도모델을 저장하고, 상기 온실 외부 온도와 상기 온도모델을 기초로 상기 온실 내부 중간층 온도를 추정할 수 있다.

한편, 상기 개폐판단부는, 상기 온실 외부 조도에 관한 정보를 기초로 상기 보온 스크린의 제1 개방조건의 충족 여부를 판단하는 제1 조건판단부; 및 상기 차폐된 영역의 내부 온도와 상기 차폐된 영역의 외부 온도의 차이를 기초로 상기 보온 스크린의 제2 개방조건의 충족 여부를 판단하는 제2 조건판단부를 포함하며, 상기 제1 개방조건과 상기 제2 개방조건을 모두 충족할 때 상기 보온 스크린의 개방을 결정할 수 있다.

이때, 상기 제1 조건판단부는, 상기 온실 외부 조도가 미리 결정된 조도 기준값 이상일 때에 상기 제1 개방조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다.

그리고, 상기 제2 조건판단부는, 상기 차폐된 영역의 내부 온도와 상기 차폐된 영역의 외부 온도의 차이가 미리 결정된 온도 기준값 이하일 때 상기 제2 개방조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다.

한편, 상기 차폐된 영역의 외부 온도는 차폐된 상태의 상기 보온 스크린과 인접하는 온실 내부 중간층 온도와 온실 외부 온도 중 어느 하나의 온도가 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 양태에 따른 온실 시스템은 온실 내 작물에 광을 조사하는 램프; 및 상기 개폐판단부에 의한 상기 보온 스크린의 개방 또는 차폐 여부 결정과 연계하여 상기 램프의 점등을 제어하는 램프제어부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 램프제어부는, 일출 후에도 상기 개폐판단부에 의하여 상기 보온 스크린을 개방하지 않는 것으로 결정된 경우 상기 램프가 점등되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기한 목적은 본 발명의 또 다른 양태에 따른 온실 내부의 보온을 위하여 마련된 온실 보온 스크린을 운용하는 온실 시스템에 의하여 수행되는 온실 제어 방법에 있어서, 일몰에 대응하여 상기 보온 스크린이 차폐되도록 제어하는 단계; 온실 외부 조도, 상기 보온 스크린에 의하여 차폐된 영역의 내부 온도, 및 상기 보온 스크린에 의하여 차폐된 영역의 외부 온도에 관한 정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 기초로 상기 보온 스크린의 개방 여부를 결정하는 단계; 및 상기 보온 스크린의 개방 결정에 따라 상기 보온 스크린이 개방되도록 제어하는 단계를 포함하는 온실 제어 방법에 의해서도 달성될 수 있다.

여기서, 상기 보온 스크린의 개방 여부를 결정하는 단계는, 상기 온실 외부 조도에 관한 정보를 기초로 상기 보온 스크린의 제1 개방조건의 충족 여부를 판단하는 단계; 및 상기 차폐된 영역의 내부 온도와 상기 차폐된 영역의 외부 온도의 차이를 기초로 상기 보온 스크린의 제2 개방조건의 충족 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.

아울러, 일출 후에도 상기 보온 스크린을 개방하지 않는 것으로 결정된 경우, 온실 내 작물에 광을 조사하는 램프가 점등되도록 제어하여 상기 작물의 광합성을 위한 광을 제공하도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 조도, 온도 등을 구체적으로 고려하여 보온 스크린의 개폐 여부를 결정함과 동시에 보온 스크린의 개폐와 보광 시스템을 연계함으로써 에너지 비용을 절감하면서도 작물 생장을 도모할 수 있는 효과적인 보온 스크린 운용 솔루션을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온실 시스템의 구성을 나타낸 블록도;
도 2는 온실 보온 스크린의 온실 내 설치 예시를 보여주는 도면;
도 3은 온실 내부 및 외부의 공간적 위치를 설명하기 위한 참고도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 개폐판단부의 구성을 나타낸 블록도;
도 5는 도 4의 제1 조건판단부가 온실 외부 조도를 추정하는 방법을 설명하기 위한 참고도;
도 6은 램프가 온실 내 설치된 일 예를 보여주는 도면; 및
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온실 제어 방법에 관한 흐름도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의한다.

참고로, 본 명세서에서 기재하는 온실은 작물의 재배환경을 조정하여 채소, 꽃, 과수 등을 재배하는 시설원예 공간으로서, 유리온실과 비닐 하우스를 비롯하여 광의 일부 또는 전부를 투과할 수 있는 광투과성 재료로 건축된 시설 원예 건축물을 총칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온실 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 온실 시스템(1)은 보온 스크린(10), 개폐판단부(20), 개폐제어부(30), 램프(40), 및 램프제어부(50)를 포함한다.

보온 스크린(10)은 보온을 위하여 필요시 온실 내부 영역을 덮거나 개방하는 스크린의 일종으로, 보온력이 높은 알루미늄, 화학솜, 폴리폼, 부직포, 폴리프로필렌(polypropylene) 등의 보온자재로 제작되며, 단일소재로도 구현 가능하나, 여러 재료가 조합된 다겹보온재로 제작될 수도 있다.

보온 스크린(10)은 권취되는 권취용 파이프과 권취용 파이프를 회전시키기 위한 동력을 전달하는 구동모터 등 보온 스크린(10)의 자동 개폐를 위한 기계적 메커니즘과 연동된다

도 2는 보온 스크린(10)이 온실 내에 설치된 일 예를 보여주는 도면이다.

도 2는 감아올림 방식(권취식)의 보온 스크린(10)으로서, 개폐모터(M1, M2)를 온실 양쪽 측면에 2개 설치하여 차폐시에는 중앙부로부터 양쪽으로 펼쳐 온실 내부를 커버하고, 개방시에는 양쪽으로 펼쳐져 있는 상태의 보온 스크린을 다시 온실 중앙부로 감아올리는 감아올림 방식의 보온 스크린(10)을 예시하고 있다.

이는 보온 스크린(10)을 자동 개폐하는 기계적 메커니즘의 일 예시로서, 권취식 외에도 예인식, 슬라이딩 방식 등 다양한 메커니즘으로 개폐가 이루어질 수 있다.

개폐판단부(20)는 온실 외부의 조도, 보온 스크린(10)으로 차폐된 영역의 내부 온도, 보온 스크린(10)으로 차폐된 영역의 외부 온도에 관한 정보 등을 기초로 보온 스크린(10)의 개방 또는 차폐 여부를 결정한다. 여기서, 보온 스크린(10)으로 차폐된 영역의 외부 온도는 온실 내부 공간범위 내의 온도일 수도 있고, 온실 외부 온도일 수도 있다.

도 3은 온실 내부 및 외부의 공간적 위치를 설명하기 위한 참고도이다. 보온 스크린(10)으로 차폐된 영역의 외부 온도는 도 3에 도시된 바와 같이, 온실 외부(O)의 온도와 차폐된 상태의 보온 스크린(10)을 경계로 차폐 영역(R)과 인접하고 있는 온실 내부의 중간층(I) 온도 중 어느 하나가 될 수 있다.

개폐판단부(20)는 보온 스크린(10)의 개폐 판단 기준을 비롯하여 개폐 여부를 결정하기 위한 정보를 추정 또는 산출하기 위한 각종 알고리즘을 저장한 메모리에 결합된 프로세서로 구현될 수 있다. 개폐판단부(20)는 보온 스크린(10)의 개폐 여부를 판단함에 있어 온실 내외부에 설치된 조도 센서(미도시) 및 온도 센서(미도시)로부터 온실 내외부 조도 및 온도 정보를 수신할 수도 있다. 각 센서와 개폐판단부(20) 간의 통신은 유선 통신방식 뿐 아니라 근거리 무선통신(Near Field Communication, NFC), 와이파이(WI-FI), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 등 각종 무선 통신 방식을 통하여 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 개폐판단부(20)의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 4를 참조하면, 개폐판단부(20)는 개방조건 판단부(21)와 차폐조건 판단부(23)를 포함한다.

개방조건 판단부(21)는 보온 스크린(10)이 차폐된 상태임을 전제로 보온 스크린(10)을 개방하기 위한 개방조건이 충족되었는지 여부를 판단하는 것으로, 제1 조건판단부(21a)와 제2 조건판단부(21b)로 세분화될 수 있다.

제1 조건판단부(21a)는 온실 외부 조도에 관한 정보를 기초로 보온 스크린의 제1 개방조건의 충족 여부를 판단한다. 제1 조건판단부(21a)는 온실 외부 조도 L1이 미리 결정된 조도기준값 D 이상일 때, 즉, L1 ≥ D 일 때에 제1 개방조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 조도기준값 D는 맑은 날로써 작물의 광합성을 충분히 기대할 수 있는 날씨에 대응하는 조도로서 실험적으로 결정될 수 있다. 이를 통하여, 야간과 주간을 구분할 수 있게 되며, 일출 후라도 구름이 많아 흐린 날이나 비가 오는 날 등 조도가 낮아 보온 스크린(10)을 개방하더라도 실질적으로 광합성을 크기 기대하기 어려운 상황일 때에는 보온 스크린(10)의 차폐 상태를 유지하게 된다.

여기서, 온실 외부 조도는 온실 외부에 설치된 조도 센서를 통하여 센싱된 값을 수신하여 적용할 수도 있지만, 온실 내부 조도, 현재 시간, 날씨, 온실 외부 온도 중 적어도 어느 하나의 정보를 기초로 추정할 수도 있다.

예컨대, 온실 내부에 설치된 조도 센서를 통하여 온실 내부 조도값이 센싱되면 온실을 구성하는 재료에 따른 광투과율 값을 기초로 역산하여 온실 외부 조도를 추정할 수 있다.

또는, 일출 후 태양 고도가 높아짐에 따라 온도와 조도가 상승하고 저녁에 이르기까지 태양 고도가 점차 낮아지면서 조도 및 온도가 하강하는 하루 중 일련의 온도 변화와 조도 변화의 관계를 기초로 온실 외부 온도를 기초로 온실 외부 조도를 추정할 수도 있을 것이다.

도 5는 제1 조건판단부(21a)가 온실 외부 온도를 기초로 온실 외부 조도를 추정하는 방법의 일예를 설명하기 위한 참고도로서, 도 5를 참조하면, 제1 조건판단부(21a)는 계절, 또는 날짜, 시간별로 외부 온도에 따른 조도 값을 맵핑한 데이터 테이블을 저장하고, 온실 외부에 설치된 온도 센서에서 온실 외부 온도가 센싱되면 데이터 테이블에서 해당 시간과 외부 온도에 맵핑되는 조도값을 기초로 온실 외부 조도를 추정할 수 있을 것이다. 이와 같은 데이터 테이블은 실험적, 통계적인 관측값을 기초로 구축될 수 있으며, 도 5에 데이터 테이블 형식은 일 예시이고 이 외에 시간에 따라 변화되는 온도와 조도값의 관계를 나타낸 다양한 형식이 활용될 수 있다.

이때, 데이터 테이블에 정확히 해당되는 값이 존재하지 않을 때에는 해당 외부 온도나 시간에 근접한 조도값을 기초로 보간(Interpolation) 알고리즘을 적용하여 온실 외부 온도에 대응되는 온실 외부 조도값을 추정할 수 있다. 또한, 데이터 테이블에서 조도값 추출시 기상청 서버(미도시)로부터 수신된 날씨 정보에 따라 기설정된 계수를 조도값에 반영하여 날씨가 조도에 주는 영향을 함께 고려할 수 있다. 예컨대, 날씨가 맑을 때에는 계수를 1로 적용하여 데이터 테이블에 저장된 조도값을 그대로 활용할 수도 있지만, 날씨가 흐릴 때에는 저장된 조도값에 0~1 사이의 범위의 계수를 곱할 수 있으며, 이와 같은 날씨에 따른 계수는 실험적으로 결정될 수 있다.

제2 조건판단부(21b)는 보온 스크린(10)으로 차폐된 차폐 영역의 내부 온도와 차폐 영역의 외부 온도의 차이를 기초로 보온 스크린(10)의 제2 개방조건의 충족 여부를 판단한다. 이는 보온 스크린(10)을 개방하였을 때 밤 동안에 냉각된 온실 중간층의 공기가 보온 스크린(10)으로 보온되고 있던 영역으로 유입됨으로써 작물에 저온 스트레스를 주는 상황을 방지하기 위함이다.

제2 조건판단부(21b)는 차폐 영역의 내부 온도와 차폐된 영역의 외부 온도의 차이가 미리 결정된 온도 기준값 이하일 때 제2 개방조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있다. 이때, 전술된 바와 같이, 차폐된 영역의 외부 온도는 온실 외부(O)의 온도 T1과 차폐된 상태의 보온 스크린(10)을 경계로 차폐 영역(R)과 인접하고 있는 온실 내부의 중간층(I) 온도 T2 중 어느 하나가 될 수 있다. 따라서, 차폐 영역의 내부 온도가 T3라고 할 때, T3 - T1 ≤ C1, 또는 T3 - T2 ≤ C2 일 때, 제2 개방조건을 충족하는 것으로 판단한다. 여기서, 온도 기준값 C1과 C2는 보온 스크린(10)을 개방하더라도 작물이 저온 스트레스를 받지 않거나 약간의 난방으로 극복가능한 온도 차이로서 실험적으로 결정될 수 있으며, 작물의 종류에 따라 달리 결정될 수 있다. 온실 외부 온도 T1이 온실 내부 중간층 온도 T2보다 통상 낮으므로, 온도 기준값 C2가 C1보다 더 낮게 설정될 수 있다.

한편, T1, T2, T3 온도는 각각 온실 외부, 온실 내부 중간층(I), 차폐 영역(R) 내부에 설치된 온도 센서를 통하여 센싱될 수 있을 것이다. 다만, 이 경우 온실 내부에 2개 이상의 온도 센서가 설치되어야 하는 문제가 있으므로 온실 내부 센서는 보온 스크린(10)에 의하여 차폐되는 영역 내부에만 마련되고, 중간층 온도 T2는 온실 외부 온도 T1과 온실 내부 중간층 온도 T2의 상관관계를 규정한 온도모델을 저장하고, T1과 온도모델을 기초로 중간층 온도 T2를 추정할 수도 있다. 이때, 온도모델은 온실을 구성하는 재료 및 해당 재료의 열전달 특성에 영향을 받을 것이다. 온도모델은 온실 외부 온도에 따른 온실 중간층 온도의 함수식으로 표현될 수 있으며, 온실 외부 온도 변화에 대응한 온실 중간층 온도의 관측 데이터를 기초로 각종 상관관계 분석을 위한 기법 및 알고리즘을 이용하여 모델링될 수 있다.

개폐판단부(21)는 제1 개방조건과 제2 개방조건이 모두 만족되었을 때 보온 스크린(10)을 개방하는 것으로 결정하며, 그렇지 않을 때에는 차폐 상태를 유지하게 된다. 한편, 개폐판단부(21)는 조도에 관한 제1 개방조건의 충족 여부를 먼저 판단하고, 그 이후 제2 개방조건의 충족 여부를 판단할 수도 있으나, 이와는 반대로 제2 개방조건의 충족 여부를 먼저 판단하고 그 이후 제1 개방조건의 충족 여부를 판단할 수도 있다.

차폐조건 판단부(23)는 보온 스크린(10)이 개방된 상태임을 전제로 보온 스크린(10)을 차폐하기 위한 차폐조건이 충족되었는지 여부를 판단한다. 차폐조건 판단부(23)는 일몰 등으로 온실 외부 조도 또는 온실 내부 조도가 미리 결정된 조도값 이하로 떨어지는 경우 더 이상의 광합성 효과를 기대할 수 없기 때문에 보온 스크린(10)을 차폐하는 것으로 결정할 수 있다. 이때, 외부 조도는 외부에 설치된 조도 센서를 통하여 센싱된 값을 활용할 수도 있으나, 일몰 시간 정보를 기초로 일몰 시간이 되면 차폐되도록 결정할 수도 있다. 일몰 시간 정보는 기상청 서버로부터 수신하거나 또는 월, 일별 일몰 시간 통계에 관한 데이터 테이블을 저장하고 활용할 수도 있을 것이다.

또한, 차폐조건 판단부(23)는 낮이라도 온실 외부 온도가 미리 결정된 온도값 이하로 떨어지는 경우 차폐하는 것으로 결정할 수도 있다. 다만, 이 경우 보온 스크린(10)의 차폐로 인하여 광합성에 영향을 주므로 후술되는 바와 같이 광합성을 위한 보광(補光)이 이루어져야 할 것이다. 외부 온도가 매우 낮아 보광을 위한 에너지 비용보다 온실 난방 비용이 많이 든다면 보온 스크린(10)을 차폐하고 보광을 하는 것이 비용적인 측면에서 효과적일 수 있기 때문이다.

개폐제어부(30)는 위와 같은 개폐판단부(20)의 보온 스크린(10) 개방 또는 차폐 결정에 대응하여 보온 스크린의 개폐 동작을 제어한다. 이를 위하여, 개폐제어부(30)는 보온 스크린(10)이 권취되는 권취롤러의 회전 동력을 제공하는 구동모터, 구동모터에 전력을 공급하는 배터리 등 보온 스크린(10)의 개폐를 위한 기계요소를 제어한다.

전술된 바와 같이, 개폐판단부(20)는 온실 외부 조도, 보온 스크린(10)으로 차폐된 영역의 내부 및 외부 온도에 관한 정보를 기초로 보온 스크린(10)의 개폐 여부를 결정함으로써, 보온 스크린(10)을 통한 작물 보온 및 에너지 비용 절감 효과를 극대화함과 동시에 온실 내부 중간층의 냉기 유입으로 인한 작물 피해를 최소화할 수 있다.

다만, 야간에 보온 스크린(10)을 차폐한 상태에서 흐린날이나 비가 오는 날과 같이 일출 후에도 조도가 낮아 보온 스크린(10)을 개방하지 않는 경우 작물의 광합성이 저해되는 문제가 발생할 수 있다.

이에, 본 발명에 따른 온실 시스템(1)은 작물의 광합성을 위하여 광을 보충하는 보광수단으로서 램프(40) 및 램프제어부(50)를 포함한다.

램프(40)는 온실 내 작물에 광을 조사하는 광원으로서 형광등, LED, 백열등, 고압나트륨 광원 등 다양한 종류의 광원이 적용될 수 있으며, 그 개수나 크기, 조사되는 광의 파장은 온실 내 면적과 작물의 종류 및 특성에 따라 다양하게 결정될 수 있다.

도 6은 램프(40)가 온실 내 설치된 일 예를 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 램프(40)는 보온 스크린(10)이 차폐된 상태에서도 작물에 광을 조사할 수 있도록 보온 스크린(10)의 설치 높이보다 낮은 위치에 마련될 수 있다. 참고로, 도 5에서는 점광원 형태의 램프(40)가 도시되었으나, 이외에도 도광판을 활용하여 다양한 파장대역의 광소자가 혼합된 면광원 형태의 램프(40) 등 다양한 형태로 마련될 수 있다.

램프제어부(50)는 개폐판단부(20)에 의한 보온 스크린(10)의 개방 또는 차폐 여부 결정과 연계되어 램프(40)의 점등을 제어한다. 램프제어부(50)는 일출 후에도 개폐판단부(20)에 의하여 보온 스크린(10)을 개방하지 않는 것으로 결정된 경우, 또는, 일몰 전임에도 외부 온도가 많이 낮아 보온 스크린(10)을 차폐할 것으로 결정한 경우 램프(40)가 점등되도록 제어함으로써 작물의 광합성을 위한 광이 보충되도록 한다. 이때, 램프제어부(50)는 차폐 영역 내부에 설치된 조도 센서(미도시)로부터 조도 정보를 수신하고 조도값에 따라 점등되는 램프(40)의 개수나 조사되는 광의 세기를 달리 제어할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 온실 제어 방법을 나타낸 흐름도이다. 이하, 도 7을 참조하여, 이상에서 설명된 온실 시스템(1) 구성의 유기적인 동작을 살펴보기로 한다.

도 7을 참조하면, 개폐판단부(20)는 온실 내 작물의 보온이 필요하다고 판단되면 보온 스크린(10)의 차폐를 결정하고, 개폐제어부(30)는 이에 대응하여 보온 스크린(10)이 차폐되도록 제어한다(S10). 이때, 개폐판단부(20)는 조도 센서에서 센싱된 값 또는 시간 정보를 기초로 차폐를 결정할 수 있다. 예컨대, 온실 외부 또는 온실 내부 조도값이 미리 결정된 차폐기준 조도값 이하로 내려가거나 또는 조도 센싱값이 없더라도 외부의 기상청 서버 등으로부터 수신한 일몰시간이 가까워지거나 일몰시간에 도달하면 보온 스크린(10)을 차폐하도록 결정할 수 있다.

이와 같이, 보온 스크린(10)이 차폐된 상태에서 개폐판단부(20)는 온실 외부 조도에 관한 보온 스크린(10)의 제1 개방조건이 충족되었는지 여부를 판단한다(S20). 개폐판단부(20)는 온실 외부 조도값이 미리 결정된 조도기준값 이상일 때 제1 개방조건을 충족하는 것으로 판단할 수 있으며, 이때, 온실 외부 조도값은 온실 외부에 설치된 조도 센서를 통하여 센싱된 값을 바로 적용할 수도 있으나, 온실 내부 조도값과 온실의 광투과율을 이용하여 온실 외부 조도값을 추정하거나, 날짜/시간별 온도에 따른 조도값이 저장된 데이터 테이블을 미리 저장하고 이를 기초로 온실 외부 조도값을 추정할 수 있음은 전술된 바와 같다.

만약, 제1 개방조건이 충족되지 않았으면 개폐판단부(20)는 보온 스크린(10)의 차폐가 유지되는 것으로 결정한다(S30). 그러나 흐린날이나 비가 오는 날과 같이 일출 후라도 외부 조도값이 낮아 차폐가 유지되는 경우 작물의 광합성이 저해되는 문제가 발생한다.

이를 방지하기 위하여, 개폐판단부(20)는 차폐가 유지된 경우라도 일출 여부를 판단한다(S40). 일출 여부는 온실 외부 또는 내부에 설치된 조도 센서를 통하여 센싱된 조도값이 주간과 야간을 구분하기 위한 미리 결정된 야간조도 기준값 이상인지 여부를 판단하거나 또는, 기상청 서버로부터 일출시간 정보를 수신하여 해당 시간 도래 여부에 따라 판단할 수 있다. 일출이 된 것으로 판단된 경우, 램프제어부(40)는 램프(30)가 점등되도록 제어하여 작물의 광합성을 유도한다(S50).

한편, 전술된 S20 단계에서 제1 개방조건이 충족된 것으로 판단된 때에는, 개폐판단부(20)는 이어서 온실 내부 온도에 관한 제2 개방조건의 충족 여부를 판단한다(S60). 제2 개방조건은 보온 스크린(10)으로 차폐된 영역의 내부 온도와 차폐된 영역의 외부 온도의 차이가 미리 결정된 온도 기준값 이하여서 보온 스크린(10)을 개방하더라도 에너지 손실이 크지 않고 냉기 유입으로 인한 작물 스트레스 염려가 없을 때에는 제2 개방조건을 충족하는 것으로 판단한다. 여기서, 차페된 영역의 외부 온도는 온실 내부 중간층 온도나 온실 외부 온도 중 하나가 적용될 수 있으며, 다만 통상적으로 온실 외부 온도보다 내부 중간층 온도가 더 높은 것을 감안하여 외부 온도에 대응하는 온도 기준값보다 중간층 온도에 대응하는 온도 기준값을 더 낮은 값으로 적용할 수 있다.

한편, 중간층 온도는 온실 내부 중간층에 설치된 온도 센서에 의하여 센싱된 값을 바로 적용할 수도 있으나, 온실 외부 온도와 내부 중간층 온도의 상관관계를 규정한 온도모델을 활용하여 외부 온도를 기초로 중간층 온도를 추정하여 적용할 수도 있음은 전술된 바와 같다.

만약, 제2 개방조건이 충족되지 않은 것으로 판단되면, 개폐판단부(20)는 보온 스크린(10)의 차폐가 유지되는 것으로 결정한다(S70). 다만, 보온 스크린(10)의 차폐로 인하여 작물의 광합성이 저해되므로 이를 보완하기 위하여 램프제어부(40)는 램프(30)가 점등되도록 제어하여 작물의 광합성을 유도한다(S80).

한편, 개폐판단부(20)는 제1 개방조건과 제2 개방조건을 모두 충족한 것으로 판단되면 차폐된 상태의 보온 스크린(10)을 개방할 것으로 결정할 수 있다(S90). 개폐제어부(30)는 개폐판단부(20)의 개방 결정에 따라 보온 스크린(10)이 개방되도록 제어한다.

전술된 각 단계는 상황에 따라 변경되거나 다른 단계가 추가될 수도 있음은 물론이다. 예컨대, S30 단계 또는 S70 단계에서 개방조건을 충족하지 못하여 차폐가 유지되는 것으로 결정된 경우라도 그 이후에 개방조건을 충족하게 되면 보온 스크린(10)을 개방하는 것으로 결정할 수 있다. 이와 같이 개방하는 것으로 결정 후 램프(40)가 점등된 상태이면 보온 스크린(10)의 개방 후에 램프제어부(50)가 램프(40)가 소등되도록 제어하는 단계가 더 추가될 수 있다.

또한, 도 7에서는 온실 외부 조도에 관한 제1 개방조건을 먼저 판단하는 것으로 도시되었으나, 차폐 영역의 내부 온도와 차폐 영역의 외부 온도차이에 관한 제2 개방조건을 먼저 판단하고 그 이후 온실 외부 조도에 관한 제1 개방조건을 판단하도록 구현될 수도 있다. 다만, 이때에도, 제1 개방조건과 제2 개방조건을 모두 만족하였을 때에 보온 스크린이 개방되는 것은 동일하다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 온실 시스템(1) 및 제어 방법에 의하면, 난방 에너지 비용을 효과적으로 줄일 수 있음과 동시에 보온 스크린(10)의 개폐와 작물 광합성을 위한 보광 시스템을 연계하여 작물 생장을 도모할 수 있는 효과적인 보온 스크린 운용 솔루션을 제공할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 온실 시스템(1) 및 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

상기한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

10: 보온 스크린 20: 개폐판단부
30: 개폐제어부 40: 램프
50: 램프제어부

Claims (12)

1. 온실 시스템에 있어서,
   온실 내부의 보온을 위하여 마련된 보온 스크린;
   온실 외부 조도, 상기 보온 스크린에 의하여 차폐된 영역의 내부 온도, 및 상기 보온 스크린에 의하여 차폐된 영역의 외부 온도에 관한 정보 중 적어도 하나의 정보를 기초로 상기 보온 스크린의 개폐 여부를 결정하는 개폐판단부; 및
   상기 개폐판단부의 결정에 대응하여 상기 보온 스크린의 개폐동작을 제어하는 개폐제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 온실 외부 조도에 관한 정보는 온실 외부에 설치된 조도 센서를 통하여 센싱되거나, 온실 내부 조도, 현재 시간, 날씨 및 온실 외부 온도 중 적어도 어느 하나를 기초로 추정하여 획득되는 것을 특징으로 하는 온실 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 차폐된 영역의 외부 온도는 차폐된 상태의 상기 보온 스크린과 인접하는 온실 내부 중간층 온도이고,
   상기 개폐판단부는, 상기 온실 외부 온도와 상기 온실 내부 중간층 온도의 상관관계를 규정한 온도모델을 저장하고, 상기 온실 외부 온도와 상기 온도모델을 기초로 상기 온실 내부 중간층 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 온실 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 개폐판단부는,
   상기 온실 외부 조도에 관한 정보를 기초로 상기 보온 스크린의 제1 개방조건의 충족 여부를 판단하는 제1 조건판단부; 및
   상기 차폐된 영역의 내부 온도와 상기 차폐된 영역의 외부 온도의 차이를 기초로 상기 보온 스크린의 제2 개방조건의 충족 여부를 판단하는 제2 조건판단부를 포함하며,
   상기 제1 개방조건과 상기 제2 개방조건을 모두 충족할 때 상기 보온 스크린의 개방을 결정하는 것을 특징으로 하는 온실 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 조건판단부는, 상기 온실 외부 조도가 미리 결정된 조도 기준값 이상일 때에 상기 제1 개방조건을 충족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 온실 시스템.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2 조건판단부는, 상기 차폐된 영역의 내부 온도와 상기 차폐된 영역의 외부 온도의 차이가 미리 결정된 온도 기준값 이하일 때 상기 제2 개방조건을 충족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 온실 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 차폐된 영역의 외부 온도는 차폐된 상태의 상기 보온 스크린과 인접하는 온실 내부 중간층 온도와 온실 외부 온도 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 온실 시스템.
   
8. 제1항에 있어서,
   온실 내 작물에 광을 조사하는 램프; 및
   상기 개폐판단부에 의한 상기 보온 스크린의 개방 또는 차폐 여부 결정과 연계하여 상기 램프의 점등을 제어하는 램프제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온실 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 램프제어부는,
   일출 후에도 상기 개폐판단부에 의하여 상기 보온 스크린을 개방하지 않는 것으로 결정된 경우 상기 램프가 점등되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 온실 시스템.
   
10. 온실 내부의 보온을 위하여 마련된 온실 보온 스크린을 운용하는 온실 시스템에 의하여 수행되는 온실 제어 방법에 있어서,
    일몰에 대응하여 상기 보온 스크린이 차폐되도록 제어하는 단계;
    온실 외부 조도, 상기 보온 스크린에 의하여 차폐된 영역의 내부 온도, 및 상기 보온 스크린에 의하여 차폐된 영역의 외부 온도에 관한 정보 중 적어도 어느 하나의 정보를 기초로 상기 보온 스크린의 개방 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 보온 스크린의 개방 결정에 따라 상기 보온 스크린이 개방되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실 제어 방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 보온 스크린의 개방 여부를 결정하는 단계는,
    상기 온실 외부 조도에 관한 정보를 기초로 상기 보온 스크린의 제1 개방조건의 충족 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 차폐된 영역의 내부 온도와 상기 차폐된 영역의 외부 온도의 차이를 기초로 상기 보온 스크린의 제2 개방조건의 충족 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실 제어 방법.
    
12. 제10항에 있어서,
    일출 후에도 상기 보온 스크린을 개방하지 않는 것으로 결정된 경우, 온실 내 작물에 광을 조사하는 램프가 점등되도록 제어하여 상기 작물의 광합성을 위한 광을 제공하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온실 제어 방법.

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