KR20200136752A

KR20200136752A - 지열을 이용한 농작물 재배시설

Info

Publication number: KR20200136752A
Application number: KR1020190062742A
Authority: KR
Inventors: 임성만
Original assignee: 임성만
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-12-08
Also published as: KR102245723B1

Abstract

본 발명은 지열을 이용한 농작물 재배시설에 관한 것으로, 더 상세하게는 재배하우스 내부에 농작물이 식재된 다수의 식생판을 다열로 배치하고, 상기 식생판을 제외한 다른 지표면은 단열판으로 덮어 외부로부터 지표면으로 열이 전달되는 것을 방지해 지중이 일정한 온도로 유지되게 하고, 환기장치를 통해 외부의 공기를 유입하여 단열판 하부를 통과시켜 열교환이 이루어지게 한 다음 온도가 조절된 공기를 식생판 하부에서 상부로 공급되게 하여 농작물에는 열교환에 의해 온도를 완화시킨 공기를 공급하여 냉방 또는 난방 비용을 절감시키고, 농작물의 잎의 수분증발속도를 증가시켜 농작물의 뿌리를 통한 양분흡수 촉진으로 작물성장율을 높일 수 있는 농작물 재배시설에 관한 것이다.

Description

지열을 이용한 농작물 재배시설{CROPS CULTIVATION FACILITIES USING GEOTHERMAL HEAT}

일반적으로, 계절에 관계없이 식물을 재배하기 위한 수단으로 온실인 재배하우스가 주로 이용되고 있다. 이러한 재배하우스는 햇빛을 공급받으면서 병풍해를 차단시키고, 온도와 습도 등 식생환경을 용이하게 조절할 수 있어 식물성장에 적합한 환경 설정에 의해 건강하고 빠른 식물재배가 가능하다.

이러한 재배하우스는 4계절 사용할 수 있으며, 계절에 따라 냉방 또는 난방이 필요하다. 이러한 냉난방에는 다수의 열원을 필요로 하고 있어 겨울철 또는 여름철에는 냉난방 비용이 증가되어 생산비가 증가되는 부담이 있다.

이에 근래에는 상기 냉난방 비용을 줄이기 위해 지열을 이용하는 방법이 제시되었다.

한국등록특허 제10-1556550호(2015.09.23.등록; 이하 '선행문헌1'이라 함)은 지열과 태양광을 이용한 비닐하우스용 난방시스템을 제시하였다. 상기 선행문헌1은 히트파이프의 일측단부를 지하에 수직 매설하고, 타측단부를 비닐하우스 내부 난방시설과 연결된 수조와 결합되어 지열을 흡수해 시장으로 방출하는 시스템에 관한 것이다. 그러나 상기 선행문헌1은 지열을 이용하기 위해 수미터로 천공하여 히트파이프를 매설해야되고, 열교환면적을 높이기 위해서는 다수의 천공작업이 이루어져야 함으로 천공에 따른 시공비가 다량 소요되는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1818574호(2018.01.09.등록; 이하 '선행문헌2'이라 함)은 비닐하우스 또는 건축물의 시설작물의 재배지역에 지열이 공급되는 휀코일 냉,난방장치에 관한 것이다. 상기 선행문헌2는 시설물 내의 냉난방장치의 순환유체로 지열교환기에 의해 순환된 지열수를 이용하는 시스템을 제공하면서, 지열수의 순환라인 상에 보충수탱크와, 수위센서 및 보충수관정을 추가 설치하여 지열수 순환과정에서의 손실량 감지지 즉시 보충하여 순환이 이루어지게 하는 장치를 제시하고 있다. 그러나 상기 선행문헌2는 지하 100m이상의 깊은 천공작업에 의해 지열교환파이프를 수직설치하는 작업이 이루어져야 함으로 천공에 따른 시공비가 다량 소요되는 문제점이 있다.

또한 상기 선행문헌1 및 2는 모두 하우스 내부의 온도를 낮추기 위한 용도로 사용되기 때문에 넓은 면적의 냉난방을 조절하기 위해서는 다량의 에너지가 소모됨으로 비효율적이다.

한국등록특허 제10-1556550호(2015.09.23.등록) : 지열과 태양광을 이용한 비닐하우스용 난방시스템 한국등록특허 제10-1818574호(2018.01.09.등록) : 비닐하우스 또는 건축물의 시설작물의 재배지역에 지열이 공급되는 휀코일 냉,난방장치

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 농작물 재배시설은,

냉난방기의 보조시설로서 지열을 활용하여 냉난방비를 일정량 절감시키는 재배시설의 제공을 목적으로 한다. 특히 본 발명은 시설의 설치장소 지표면에 전달되는 열을 차단시킨 다음 지표 또는 얕은 깊이로의 수평배관만으로도 지중의 수직배관과 유사한 지열 효과를 제공할 수 있는 냉난방비용을 절감시킬 수 있는 재배시설의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 농작물 재배시설은,

지열을 보조 냉난방으로 사용하는 농작물 재배시설에 있어서, 유리 또는 비닐 또는 보온덮개에 의해 내부 재배공간을 외부로부터 분리하고, 측벽 일부를 하우스단열측벽으로 형성 또는 하우스단열측벽을 덧붙여 형성하는 재배하우스와; 상기 재배하우스의 내부 재배공간에 하나 또는 다수개로 설치되고 측면에는 내부로 열기가 전달되는 것을 차단하는 선반단열측벽이 형성된 선반과; 상기 선반의 상부에 다수개가 안치되어 재배공간 지면으로부터 일정높이에 위치하는 용기형태로, 내부에는 토양이 적층되고, 토양에 농작물을 일정간격으로 식재된 식생판과; 상기 재배하우스 바닥면에 배관되어 선반내부공간으로 공기를 공급하는 공기공급관과, 상기 공기공급관으로 외부공기를 흡입하여 선반 내부로 토출시키는 송풍기로 구성되며, 공기공급관으로 유입된 외부공기는 지면과 열교환되어 온도를 냉각 또는 가온하여 선반내부로 공급되는 열교환송풍장치;를 포함하여 구성된다.

또한, 지열을 보조 냉난방으로 사용하는 농작물 재배시설에 있어서, 유리 또는 비닐 또는 보온덮개에 의해 내부 재배공간을 외부로부터 분리하고, 측벽 일부를 하우스단열측벽으로 형성 또는 하우스단열측벽을 덧붙여 형성하는 재배하우스와; 상기 재배하우스의 내부 재배공간에 하나 또는 다수개로 설치되고 측면에는 내부로 열기가 전달되는 것을 차단하는 선반단열측벽이 형성된 선반과; 상기 선반의 상부에 다수개가 안치되어 재배공간 지면으로부터 일정높이에 위치하는 용기형태로, 내부에는 토양이 적층되고, 토양에 농작물을 일정간격으로 식재된 식생판과; 상기 재배하우스 내부의 바닥면에 설치되어 지표면으로부터 일정높이로 공간을 형성하고, 상면에는 지지판을 안치하여 이동통로 및 선반을 안치시키고, 내부 공간과 선반 저면을 연통시키는 기초선반과; 외부공기를 기초선반 내측으로 유입시키는 공기공급관과, 외부공기를 흡입 토출시키는 송풍기로 구성되어 외부공기를 기초선반 내측공간의 지표면에서 열교환된 다음 선반내부로 공급되게 하는 열교환송풍장치;를 포함하여 구성된다.

상기 선반을 제외한 재배하우스 내부 바닥면에는 상부 공기의 열기가 지표면으로 전달되는 것을 차단하는 내부단열판이 더 설치될수 있다.

상기 선반단열측벽은 배열된 다수의 식생판과 식생판에 식재된 농작물을 내포하도록 상부로 더 연장하여 열교환송풍장치에서 공급된 열교환공기가 선반단열측벽 높이까지 담겨지도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 하우스단열측벽은, 식생판에 식재된 농작물을 내포하는 높이까지 형성될 수 있다.

또한, 본 발명은, 지열을 보조 냉난방으로 사용하는 농작물 재배시설에 있어서, 유리 또는 비닐 또는 보온덮개에 의해 내부 재배공간을 외부로부터 분리하는 재배하우스와; 상기 재배하우스의 내부 재배 바닥면을 전체 또는 다수열로 굴착하여 형성된 굴착공간과; 상기 굴착공간에 설치되는 선반과; 상기 선반의 상부에 다수개가 안치되는 용기형태로, 내부에는 토양이 적층되고, 토양에는 농작물이 일정간격으로 식재되는 식생판과; 상기 굴착공간의 상부측벽에 부착되어 지표면을 통해 열이 내측으로 전달되는 것을 방지하고 굴착면단열측벽과; 상기 선반 내부공간으로 배관되는 공기공급관과, 상기 공기공급관으로 외부공기를 흡입하여 선반 내부로 토출시키는 송풍기로 구성되어, 외부공기를 유입해 선반 내부공간으로 공급해 열교환이 이루어지게 하는 열교환송풍장치;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 굴착면단열측벽은, 배열된 다수의 식생판과 식생판에 식재된 농작물을 내포하도록 상부로 더 연장하여 굴착된 바닥면과 열교환된 공기가 굴착면단열측벽 높이까지 담겨지도록 구성할 수 있다.

또한, 재배하우스 내부 재배지와 외부 개방지를 분리하여 지면을 통해 외부의 열이 내부로 전달되는 것을 차단하도록 재배하우스의 하단의 가장자리를 따라 지표면으로부터 지중의 일정깊이까지 매립되어 열을 차단하는 매립단열판이 더 설치될 수 있다.

또한, 상기 재배하우스의 측벽 하단에는 외부 개방지의 지표면을 덮는 외부확장단열판이 더 설치될 수 있다. 이 때 상기 외부확장단열판은 재배하우스 외벽 하단에 힌지결합되어 수평배치하여 지표면을 덮거나 수직배치하여 측벽에 부착시키도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 식생판은, 하부의 선반 내부공기를 상부로 유통시키도록 저면에서 상단까지 연장된 공기유통관이 다수 형성될 수 있다.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 농작물 재배시설은,

재배하우스 내부에서 농작물이 안치되는 선반의 안치면을 제외한 전체 바닥면에 단열판을 설치하여 고온의 열이 지중으로 전달되는 것을 방지해 지표면의 온도를 지중 수미터 깊이의 온도와 유사한 환경으로 조성하고, 이러한 환경을 갖는 지표면에 공기공급관을 배관하여 외부공기 유입시 지표면과 열교환후 재배하우스 내부로 유입되도록 하여 유입공기의 온도를 낮추거나 높여 공급할 수 있어 주냉난방기의 사용량을 절감시킬 수 있다.

물론 재배하우스 내부 바닥면을 굴착하여 굴착공간을 형성해 굴착공간에서 선반 및 식생판을 안치하여 농작물의 식생이 이루어지게 한 다음 외부 공기를 하부에서 상향으로 공급하게 할 수 있다.

이때 열교환된 공기는 선반에 안치된 다수의 식생판 하부에서 상부로 공급됨으로써 농작물이 잎을 통한 수분증발량을 증대시킬 수 있고, 수분증발량을 증대는 모세관현상에 의해 뿌리를 통한 양분흡수량도 증대시켜 식물의 성장을 촉진시키는 등 생산량 증가로 농가의 소득을 증대시킬 수 있는 유용한 시설의 제공이 가능하게 되었다.

도 1a는 본 발명에 따른 재배시설의 폭방향 단면을 나타낸 단면도.
도 1b는 본 발명에 따른 재배하우스 측벽 일부분에 하우스단열측벽이 설치된 상태를 도시한 주요부 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 선반과 식생판의 안치상태를 도시한 측단면도 및 평면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 식생판의 사시도 및 단면도와 다른 실시예에 따른 단면도.
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 선반단열측벽의 설치상태를 도시한 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 내부단열판의 설치상태를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 매립단열판의 설치상태를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 외부확장단열판의 설치상태를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기초선반이 구비된 주요부를 도시한 부분단면도.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 재배하우스 내에 굴착공간을 형성된 재배시설의 다양한 형태를 도시한 단면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에서 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.

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

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되고 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1a는 본 발명에 따른 재배시설의 폭방향 단면을 나타낸 단면도이다.

참조한 바와같이 본 발명에 따른 농작물 재배시설(10)은, 재배하우스(20)와, 상기 재배하우스 내부에 설치되는 선반(30)과, 상기 선반의 상부에 안치되는 식생판(40)과, 상기 외부의 공기를 유입하여 선반 내부 공간으로 공급하는 열교환송풍장치(70)를 포함하여 구성되고, 상기 선반의 측면에 설치되는 선반단열측벽(50)과, 상기 재배하우스의 내부 바닥인 재배공간의 바닥면에 설치되는 내부단열판(60)을 더 설치하여 지면의 단열성을 더 향상시킬 수 있다.

먼저 상기 재배하우스(20)는, 유리 또는 비닐과 같이 광투과성 소재를 이용하여 외부와 내부를 분리시키면서 태양광만 투과되어 입사받아 농작물의 광합성 작용이 이루어지게 하거나, 광차단성 소재를 이용한 보온덮개를 사용하여 광을 차단한 고온환경을 조성하여 작물재배가 이루어지게 할 수 있다. 상기 재배하우스는 내부에 냉난방장치를 구비하여 여름철에는 냉방을 겨울철에는 난방이 이루어지게 한다. 또한, 상기 재배하우스에는 환기장치를 설치하여 내부공기와 외부공기의 순환이 주기적으로 발생되게 할 수 있다.

또한, 재배하우스 측벽에는 측벽 전부 또는 일부를 하우스단열측벽(22)으로 형성하거나, 덧붙이는 구조로 제공될 수 있다. 상기 하우스단열측벽(22)은 여름철 냉기를 하우스단열측벽 높이까지는 측면으로 열손실되지 않고 포집시킬 수 있어 열손실 최소화하는 기능을 제공할 수 있다.

즉, 도 1b를 참조한 바와같이, 상기 재배하우스(20)는 측벽 일부를 하우스단열측벽(22)으로 형성하거나 하우스단열측벽(22)을 덧붙여 형성하게 할 수 있다. 상기 하우스단열측벽은 재배하우스 측벽의 내면 또는 외면에 부착하여 내외부로의 열차단이 이루어지게 할 수 있다. 특히 상기 하우스단열측벽(22)의 형성높이는 바닥면으로부터 적어도 내부 선반에 안치된 식생판의 식재된 농작물을 내포 특히 농작물의 상단까지 내포할 수 있는 높이로 형성하는 것이다. 이는 여름철 하부에서 채워지는 상대적으로 낮은 온도의 공기가 적어도 재배하우스 측벽부분에서 열손실이 이루어지는 것을 방지하게 할 수 있다.

여기서 상기 선반에 설치된 선반단열측벽과, 재배공간 바닥면에 설치되는 내부단열판은 별도로 설치하지 않고 사용할 수 있다.

상기 선반(30)은, 도 2a를 참조한 바와같이 철재 또는 목재를 이용한 프레임으로서 길이방향으로 형성되는 제1프레임(31)과, 제1프레임을 지면에서 일정높이에 안치시키도록 수직설치되는 제2프레임(32)과, 제1프레임과 제2프레임을 폭방향으로 일정간격 배치시키는 제3프레임(33)으로 구성된다. 상기 프레임 내부에는 공간이 형성되고, 상부면을 구성하는 제1프레임(31)과 제3프레임(33)은 후술되는 식생판(40)을 안치하는 구조를 갖는다.

상기 선반(30)은 재배하우스(20) 내부의 재배공간에 하나 또는 다수개가 설치될 수 있으며 바람직하게는 재배하우스의 길이방향과 동일하게 길게 형성된 선반을 폭방향으로 일정간격 이격되어 배치되도록 구성된다.

또한 선반(30) 상부에는 도 2b를 참조한 바와같이 폭방향으로 한쌍이 배치된 제1프레임(31)에 식생판(40)의 양단을 안치하되 길이방향으로 다수개 연속 안치되도록 구성할 수 있으며, 도 2c와 같이 한쌍의 제1프레임(31) 간격을 유지시키는 제3프레임(33)을 식생판(40) 하나의 간격 또는 일정 개수의 단위별 간격으로 형성되는 구조로 제공될 수 있다.

상기 식생판(40)은, 도 3a와 도 3b를 참조한 바와같이 농작물이 식재되어 성장하는 용기형태의 판체이다. 내부에는 흙을 담아 저장하고, 이에 농산물을 심어서 재배가 이루어지도록 한다. 상기 식생판의 저면에는 일반적인 화분이 갖는 배수구가 형성된다.

또한 상기 식생판(40)은 선반에 걸리는 부위인 상부 또는 하부의 가장자리를 따라 외측 수평방향으로 연장된 걸림부(41)가 형성되며, 상기 걸림부는 망형태 또는 다수의 통공을 형성하여 하부에서 상부로의 공기흐름이 가능하게 할 수 있다.

또한, 도 3c와 같이 식생판(40) 내면에 공기유통관(42)을 수직으로 다수 형성하여 식생판 하부의 공기를 저면의 공기유통관 입구를 통해 유입하여 상부로 송풍이 이루어지게 할 수 있다.

이와같이 식생판(40) 사이의 틈이나, 식생판 걸림부(41)의 통공 또는 공기유통관(42)에 의한 하부공기의 상향 송풍은 식생판에서 식재되는 농작물의 잎에 공급되어 농작물 잎에서의 수분증발이 활발하게 이루어지게 할 수 있다. 상기 농작물의 잎에서 수분증발량이 증가되면 삼투압 현상에 의해 농작물 뿌리를 통한 주변 양분흡수량이 증가됨으로, 다량의 양분흡수에 의해 식물성장을 촉진시킬 수 있다. 또한, 무성한 잎층에 의해 식생판 표면과 잎층 사이의 공간에 공기흐름이 막혀 곰팡이가 발생되는 것을 방지할 수 있는 등 건강한 농작물 재배가 가능하게 할 수 있다.

상기 선반단열측벽(50)은, 도 4a를 참조한 바와같이 선반(30)의 측면에 장착되어 외부와 내부를 분리시켜 외부의 열기 또는 냉기가 선반 내부측으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 상기 선반단열측벽(50)은 통상적으로 사용되는 단열재료를 적용하여 사용할 수 있다. 상기 선반단열측벽은 인접한 면과의 접합부분에도 열기 또는 냉기가 내부로 유입되는 것을 방지하는 단열처리가 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 하우스단열측벽에 의해 열차단공간이 형성된 구조에서는 선반단열측벽 대신 비닐로 차단하거나 측벽없이 개방된 형태로 제공될 수 있다.

또한, 도 4b를 참조한 바와같이 선반단열측벽(50)은 내부에 안치되는 식생판(40) 및 식생판에서 성장하는 농산물의 높이보다 더 상부로 연장하여 구성될 수 있다. 이는 후술되는 지열과 열교환된 공기가 선반단열측벽 내측에 담겨지게 함으로써 여름철에는 상부층과 상대적으로 낮은 온도의 공기를 보관하고, 겨울에는 상대적으로 높은 온도의 공기를 보관하게 함으로써 계절에 따른 온도 편차를 최소화해 메인 냉난방기의 작동시간을 단축시켜 냉난방비를 절감시킬 수 있다.

상기 내부단열판(60)은, 재배하우스 내부의 재배공간 바닥면 중 선반이 설치되는 바닥면을 제외한 다른 바닥면을 덮어 외부 열기 또는 냉기가 지표면으로 전달되는 것을 방지한다.

도 5를 참조한 바와같이 재배하우스 내부의 재배공간 바닥을 보면, 선반(30)은 선반 상부를 제외한 측면에 선반단열측벽(50)을 감싸도록 설치하여 열기 또는 냉기가 측벽을 통해 내측으로 전달되는 것을 방지하고, 선반이 위치하지 않은 바닥면은 내부단열판(60)에 의해 열기와 냉기가 지표면으로 전달되는 것을 차단할 수 있다. 이때 상기 선반단열측벽 하단부분과 내부단열판의 접촉면은 열기 또는 냉기가 지표면으로 침투되는 것을 방지하는 구조로 제공하는 것이 바람직하다.

이와같이 지표면에 단열판을 설치하면 단열판 중심부분의 지표면 온도는 단열판의 가장자리에서 중심까지의 거리만큼 지중으로 수직 천공된 지점과 유사한 온도분포를 갖는다 할 것이다. 따라서, 지표면에 단열이 충분히 이루어진다면 단열층의 폭에 1/2 만큼의 지중 깊이의 온도와 유사한 온도를 제공할 수 있어 지중천공에 의한 비용을 절감시킬 수 있다.

상기 열교환송풍장치(70)는, 외부의 공기를 흡입하여 선반내부로 공급하는 송풍기(72)와, 상기 흡입된 공기를 선반내부로 안내하는 공기공급관(71)을 포함하여 구성된다.

상기 공기공급관(71)은 흡입측이 재배하우스 외부에 위치하고, 배출측은 선반 내부공간으로 연통되며, 상기 숭풍기(72)는 공기공급관의 배관라인중 어느 한 부분에 설치되어 공기의 흐름을 제어한다.

여기서 상기 공기공급관(71)은 재배하우스 바닥을 통해 선반내측으로 연통되고, 내부단열판이 설치되면 내부단열판 하부를 통해 선반 내측으로 연통된다. 이때 공기공급관은 내부단열판 하부에서 지그재그 배관되어 상부와 단열이 이루어진 지표면과의 접촉에 의해 열교환이 이루어져 여름철에는 유입공기보다 낮은 온도의 공기를 배출하고, 겨울철에는 유입공기보다 높은 공기를 배출하여 주 냉난방기의 사용량을 줄일 수 있다.

여기서 상기 공기공급관(71)은 내부단열판과 지표면 사이에서 지표면에 접촉되도록 다양한 형태로 배관하여 지표면과 유입공기의 열교환이 이루어지게 하고, 열교환율을 높이기 위해 공기공급관을 얇은 깊이(약 1~20cm)로 매립하여 열교환율을 높일 수 있다. 또한 공기공급관의 표면적을 높이기 위해 다수의 핀을 설치하여 열교환 면적을 증가시킬 수 있다.

도 6을 참조한 바와같이 본 발명은 재배하우스 내부의 재배지와 외부의 개방지 사이에 매립단열판(80)을 수직으로 매립하여 지면을 통한 재배하우스 내외부의 열전달이 이루어지는 것을 차단할 수 있다. 이때 상기 매립단열판(80)은 상단은 지표면에 표출 또는 근접배치되도록 하고, 하단은 지중으로 수직 설치하여 재배하우스 외부의 지표면으로 전달된 고온의 열기 또는 저온의 냉기가 지면을 따라 수평으로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

아울러 도 7을 참조한 바와같이 상기 매립단열판 설치없이 재배하우스 가장자리의 외측으로 외부확장단열판(90)을 더 설치하여 재배하우스 외부의 개방된 땅인 개방지를 덮어 개방된 땅에서 전달되는 열기 또는 냉기의 전달을 차단하게 할 수 있다. 이때 재배하우스 가장자리의 지표면 온도는 외부확장단열판 폭만큼 지하로 천공한 위치의 온도와 유사하게 분포된다.

또한, 상기 외부확장단열판(90)은 수평으로 재배하우스 가장자리를 덮도록 하거나, 미사용시 재배하우스(20) 측벽에 고정시켜 보관하도록 재배하우스 측벽과 힌지결합하는 방식으로 제공될 수 있다. 물론 상기 재배하우스 측벽에 고정시키는 방법으로는 걸고리를 사용하거나 공지된 다양한 수단이 적용될 수 있다.

상기 외부확장단열판은 단독설치하거나, 매립단열판과 함께 설치하여 재배하우스 주변 지표면 열이 재배하우스로 전달되는 것을 차단하게 할 수 있다.

도 8을 참조한 바와같이 재배하우스(20)의 전체바닥면에 기초선반(21)을 설치하여 지표면으로부터 일정높이로 공간이 형성되게 하고, 상기 기초선반 상면에는 지지판(211)을 안치하고 그 상부에 선반(30)이 안치되도록 구성할 수 있다. 여기서 상기 기초선반은 지지판에 의해 일정한 단열작용이 이루어질 수 있으며, 단열성을 높이기 위해 선반을 제외한 상부면에 내부단열판(60)을 더 설치할 수 있다. 또한, 상기 지지판(211)은 선반(30) 하부와 기초선반(21) 내부가 연통되도록 설치하여 공기의 유통이 이루어지게 한다.

상기 기초선반(21)의 높이는 적어도 20cm 이상으로 형성하여 지표면과 열교환되는 공기를 내포하는 부피를 크게 형성하여 유입된 외부공기가 기초선반에 일정시간 정체된 다음 선반(30) 하부로 공급되게 하는 것이 바람직하다. 또한 기초선반의 높이 상한값은 특정하지 않지만 작업을 용이하게 하기 위해서 1m 이내로 형성하는 바람직하다.

아울러 상기 열교환송풍장치(70)는 외부공기를 기초선반(21) 내부로 공급하고, 송풍압에 의해 선반(30) 상부로 배출되게 할 수 있고, 이때 기초선반(21) 내부로 유입된 외부공기는 기초선반에 의해 가려진 지표면 전체를 통한 열교환이 이루어지게 할 수 있다.

또한, 상기 기초선반(21)의 프레임과 선반(30)의 프레임을 일체로 형성하고, 선반 사이의 기초선반 상부에 지지판(211)과 내부단열판(60)을 안치하고 선반(30) 측벽에 선반단열측벽(50)을 형성하도록 구성할 수 있다. 상기 내부단열판과 선반단열측벽에 의해 선반 및 기초선반이 형성하는 내부 공간이 상부측으로 열손실 또는 냉기 손실이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

도 9a 내지 도 9c를 참조한 바와같이, 본 발명의 농작물 재배시설(10)은 재배하우스(20)의 내부 바닥면을 전체 또는 부분적으로 굴착한 굴착공간(23)이 형성되게 할 수 있다.

상기 굴착공간(23)은 도시된 바와같이 전체를 굴착하여 기초선반(21)과 선반(30)과 지지판(211) 및 내부단열판(60)을 굴착공간에 내포되도록 구성(도 9a, 도 9b)하거나, 기초선반 없이 선반(30)만 매립하도록 부분적인 굴착이 이루어지는 형태(도 9c)로 제공될 수 있다.

여기서 상기 굴착공간(23)은 기초선반(21)과 선반(30) 및 선반에 안치되는 식생판 및 식생판에 식재된 농작물 전체가 내포되는 깊이로 형성(도 9a)하거나, 기초선반(21)만 내입되는 깊이로 굴착하거나(도 9b), 기초선반 없이 선반(30)과 식생판에 식재된 농작물 전체가 내포되는 깊이로 부분 굴착(도 9c)이 이루어지게 하는 등 다양한 깊이로 형성된다.

또한, 재배하우스(20) 측벽에는 지표면으로부터 상부측으로 하우스단열측벽(22)을 형성하고, 상기 하우스단열측벽의 설치높이는 굴착공간 상부로 돌출되는 농작물의 높이보다 높게 형성할 수 있다. 이는 열교환송풍장치(70)에 의해 공급된 외부공기가 굴착공간 바닥면과 열교환되어 냉각되고, 냉각된 공기는 적어도 하우스단열측벽 설치높이까지는 측벽을 통해 외부로 열손실이 발생되지 않으므로 냉기를 최대한 오래 보관할 수 있고 주 냉방장치의 가동량을 축소시킬 수 있다.

또한 상기 굴착공간(23)에는 굴착에 의해 형성된 측벽을 통해 측면으로의 열교환을 방지하기 위해 굴착면단열측벽(231)을 더 형성할 수 있다. 상기 굴착면단열측벽(231)은 기초선반(21) 상부면을 기준으로 그 상부의 굴착공간 측벽에 부착될 수 있고, 기초선반(21)이 없는 구조에서는 선반(30)의 하단을 기준으로 그 상부의 굴착공간 측벽에 부착된다. 이는 굴착공간의 바닥면을 통해 열교환된 공기가 굴착공간 측벽에서 열손실이 발생되는 것을 방지하기 위한 구조이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 농작물 재배시설(10)을 도 1을 참조하여 작용상태를 설명하면,

재배하우스(20) 내부 바닥 중 식생판(40)이 안치되는 선반(30) 상부를 제외한 바닥을 모두 내부단열판(60)으로 차단하여 공기의 온도가 지표면으로 전달되는 것을 방지해 지표면 인근이 계절요인에 따른 온도편차를 최소화하였다. 이 상태에서 재배하우스 내부의 냉난방은 공기만 냉난방시킴으로 열손실을 최소화할 수 있어 냉난방 비용을 절감시킬 수 있다.

식생판(40)이 선반(30)에 안치된 상태에서 열교환송풍장치(70)를 가동시키면 외부의 공기는 내부단열판(60) 하부로 배관된 공기공급관(71)을 통해 흡입되어 선반 내부공간(34)으로 유입되고, 공기는 공기공급관(71)을 통해 이동하는 과정에서 지표면 또는 지표면과 인접한 지중을 통해 열교환이 이루어진다. 즉, 단열판 설치로 외부환경에 따른 열전달을 차단함으로 지표면과 지중은 일정한 온도를 유지하게 되며, 이는 여름철에는 공기보다 낮은 온도를 제공하고, 겨울철에는 공기보다 높은 온도를 제공할 수 있다.

열교환된 공기는 선반(30)의 내부공간(34)으로 공급되고, 선반 내부공간의 공기는 열교환송풍장치의 송풍압에 의해 안치된 식생판(40) 사이를 통해서 상향으로 토출되어 농작물에 열교환된 공기를 공급할 수 있다. 이때 선반단열측벽(50)의 높이를 농작물 높이보다 더 높이면 열교환된 공기층 내에서 농작물의 재배가 이루어지게 할 수 있다.

또한, 재배하우스(20) 인근 지면으로부터 재배하우스 지면으로의 열전달을 방지하기 위해 재배하우스 가장자리를 따라 매립단열판(80)을 매립시켜 열차단이 이루어지게 하거나, 재배하우스 외측으로 외부확장단열판(90)을 더 설치하여 재배하우스 인근 지표면에는 상부공기층에 의한 열전달을 차단시켜 재배하우스 하부 지면의 온도를 최대한 일정하게 유지할 수 있다.

이와같이 본 발명은 외부공기를 일정한 온도를 유지하는 지면과 열교환하여 재배하우스 내부의 농작물로 공급함으로써 재배하우스 내부의 주냉난방장치의 사용량을 줄일 수 있고, 농작물 성장을 촉진시켜 농가의 소득을 증대시킬 수 있게 되었다.

10 : 농작물 재배시설
20 : 재배하우스
21 : 기초선반 211 : 지지판
22 : 하우스단열측벽
23 : 굴착공간 231 : 굴착면단열측벽
30 : 선반
31 : 제1프레임 32 : 제2프레임
33 : 제3프레임 34 : 내부공간
40 : 식생판
41 : 걸림부 42 : 공기유통관
50 : 선반단열측벽
60 : 내부단열판
70 : 열교환송풍장치
71 : 공기공급관 72 : 송풍기
80 : 매립단열판
90 : 외부확장단열판

Claims

지열을 보조 냉난방으로 사용하는 농작물 재배시설에 있어서,
유리 또는 비닐 또는 보온덮개에 의해 내부 재배공간을 외부로부터 분리하고, 측벽 일부를 하우스단열측벽(22)으로 형성 또는 하우스단열측벽(22)을 덧붙여 형성하는 재배하우스(20)와;
상기 재배하우스의 내부 재배공간에 하나 또는 다수개로 설치되고 측면에는 내부로 열기가 전달되는 것을 차단하는 선반단열측벽(50)이 형성된 선반(30)과;
상기 선반의 상부에 다수개가 안치되어 재배공간 지면으로부터 일정높이에 위치하는 용기형태로, 내부에는 토양이 적층되고, 토양에 농작물을 일정간격으로 식재된 식생판(40)과;
상기 재배하우스 바닥면에 배관되어 선반내부공간으로 공기를 공급하는 공기공급관(71)과, 상기 공기공급관으로 외부공기를 흡입하여 선반 내부로 토출시키는 송풍기(72)로 구성되며, 공기공급관으로 유입된 외부공기는 지면과 열교환되어 온도를 냉각 또는 가온하여 선반내부로 공급되는 열교환송풍장치(70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.
지열을 보조 냉난방으로 사용하는 농작물 재배시설에 있어서,
유리 또는 비닐 또는 보온덮개에 의해 내부 재배공간을 외부로부터 분리하고, 측벽 일부를 하우스단열측벽(22)으로 형성 또는 하우스단열측벽(22)을 덧붙여 형성하는 재배하우스(20)와;
상기 재배하우스의 내부 재배공간에 하나 또는 다수개로 설치되고 측면에는 내부로 열기가 전달되는 것을 차단하는 선반단열측벽(50)이 형성된 선반(30)과;
상기 선반의 상부에 다수개가 안치되어 재배공간 지면으로부터 일정높이에 위치하는 용기형태로, 내부에는 토양이 적층되고, 토양에 농작물을 일정간격으로 식재된 식생판(40)과;
상기 재배하우스 내부의 바닥면에 설치되어 지표면으로부터 일정높이로 공간을 형성하고, 상면에는 지지판을 안치하여 이동통로 및 선반(30)을 안치시키고, 내부 공간과 선반 저면을 연통시키는 기초선반(21)과;
외부공기를 기초선반 내측으로 유입시키는 공기공급관(71)과, 외부공기를 흡입 토출시키는 송풍기(72)로 구성되어 외부공기를 기초선반 내측공간의 지표면에서 열교환된 다음 선반내부로 공급되게 하는 열교환송풍장치(70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 선반을 제외한 재배하우스 내부 바닥면에는 상부 공기의 열기가 지표면으로 전달되는 것을 차단하는 내부단열판(60)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 선반단열측벽(50)은 배열된 다수의 식생판과 식생판에 식재된 농작물을 내포하도록 상부로 더 연장하여 열교환송풍장치에서 공급된 열교환공기가 선반단열측벽 높이까지 담겨지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하우스단열측벽(22)은, 식생판에 식재된 농작물을 내포하는 높이까지 형성하는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.
지열을 보조 냉난방으로 사용하는 농작물 재배시설에 있어서,
유리 또는 비닐 또는 보온덮개에 의해 내부 재배공간을 외부로부터 분리하는 재배하우스(20)와;
상기 재배하우스의 내부 재배 바닥면을 전체 또는 다수열로 굴착하여 형성된 굴착공간(23)과;
상기 굴착공간에 설치되는 선반(30)과;
상기 선반의 상부에 다수개가 안치되는 용기형태로, 내부에는 토양이 적층되고, 토양에는 농작물이 일정간격으로 식재되는 식생판(40)과;
상기 굴착공간의 상부측벽에 부착되어 지표면을 통해 열이 내측으로 전달되는 것을 방지하고 굴착면단열측벽(231)과;
상기 선반 내부공간으로 배관되는 공기공급관(71)과, 상기 공기공급관으로 외부공기를 흡입하여 선반 내부로 토출시키는 송풍기(72)로 구성되어, 외부공기를 유입해 선반 내부공간으로 공급해 열교환이 이루어지게 하는 열교환송풍장치(70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.
제6항에 있어서,
상기 굴착면단열측벽(231)은, 배열된 다수의 식생판과 식생판에 식재된 농작물을 내포하도록 상부로 더 연장하여 굴착된 바닥면과 열교환된 공기가 굴착면단열측벽 높이까지 담겨지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.
제1항 또는 제2항 또는 제6항에 있어서,
재배하우스 내부 재배지와 외부 개방지를 분리하여 지면을 통해 외부의 열이 내부로 전달되는 것을 차단하도록 재배하우스(20)의 하단의 가장자리를 따라 지표면으로부터 지중의 일정깊이까지 매립되어 열을 차단하는 매립단열판(80)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.
제1항 또는 제2항 또는 제6항에 있어서,
상기 재배하우스(20)의 측벽 하단에는 외부 개방지의 지표면을 덮는 외부확장단열판(90)이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.
제9항에 있어서,
상기 외부확장단열판(90)은 재배하우스 외벽 하단에 힌지결합되어 수평배치하여 지표면을 덮거나 수직배치하여 측벽에 부착시키도록 구성하는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.
제1항 또는 제2항 또는 제6항에 있어서,
상기 식생판(40)은, 하부의 선반 내부공기를 상부로 유통시키도록 저면에서 상단까지 연장된 공기유통관(42)이 다수 형성되는 것을 특징으로 하는 농작물 재배시설.